KR101535495B1 - Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement - Google Patents

Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement Download PDF

Info

Publication number
KR101535495B1
KR101535495B1 KR1020140002206A KR20140002206A KR101535495B1 KR 101535495 B1 KR101535495 B1 KR 101535495B1 KR 1020140002206 A KR1020140002206 A KR 1020140002206A KR 20140002206 A KR20140002206 A KR 20140002206A KR 101535495 B1 KR101535495 B1 KR 101535495B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fourier transform
time fourier
short
target
graph
Prior art date
Application number
KR1020140002206A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김상욱
최종성
이정학
성현모
Original Assignee
이성 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이성 주식회사 filed Critical 이성 주식회사
Priority to KR1020140002206A priority Critical patent/KR101535495B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101535495B1 publication Critical patent/KR101535495B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/15—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat
    • G01V3/17—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat operating with electromagnetic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

The present invention relates to a system and a method to detect an underground target to intensify a target signal. According to the present invention, the method to detect an underground target comprises the steps of: measuring radar signals on each position by executing an operation of receiving radar signals radiated from a sending antenna in a receiving antenna; executing a short time Fourier transform to the radar signals measured on each position; obtaining a profile graph which represents a first peak value position extracted in correspondence to each position in a short time Fourier transform graph representing a result of the short time Fourier transform; and determining the position corresponding to the most extremely protruded part in the profile graph as the target position. According to the present invention, a system and a method to detect the underground target while highlighting the target signal is provided.

Description

표적 신호를 강화할 수 있는 지하 표적 탐지 시스템 및 방법{Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement}[0001] The present invention relates to an underground target detection system and method capable of enhancing a target signal,

본 발명은 지하 표적 탐지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 단시간 푸리에 변환(STFT:Short Time Fourier Transform) 기법을 사용하여 표적 신호를 강화할 수 있는 지하 표적 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a basement target detection system and method, and more particularly, to a basement target detection system and method capable of enhancing a target signal using a short time Fourier transform (STFT) technique.

기존의 레이더는 공기 중으로 전자파를 방사하여 움직이는 표적의 반사 신호를 가지고 표적에 대한 정보를 추출하지만 지하 투과 레이더는 펄스파를 지하로 보내 반사되거나 투과되어 오는 신호를 분석하여 표적의 위치와 종류 및 크기를 판별해내게 된다. 땅속의 표적은 움직일 수 없기 때문에 레이더 시스템이 움직이면서 신호를 획득하고 획득된 신호에서 표적의 반사파를 추출하여 표적을 판단하게 된다.Conventional radar radiates electromagnetic waves into the air and extracts information about the target with the reflected signal of the moving target. Underground penetrating radar analyzes the reflected or transmitted signal by sending the pulsed wave to the underground, . Since the target in the ground can not move, the radar system acquires the signal as it moves and extracts the reflected wave of the target from the acquired signal to determine the target.

지하 탐사 방법으로는 한국공개특허 제10-2013-0065910호에 개시된 것과 같이 지상 위에서 스캔하면서 반사파를 측정하는 반사파 측정방식과, 한국공개특허 제10-2013-0011090호에 개시된 것과 같이 두 시추공을 따라 송,수신기를 이동시키면서 탐사하는 투과파 측정방식이 사용될 수 있다.As for the underground exploration method, there are a reflected wave measurement method for measuring the reflected wave while scanning on the ground as disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0065910, and a method for measuring the reflected wave along the two boreholes as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2013-0011090 A transmission wave measuring method may be used in which a probe is searched while a transmitter and a receiver are moved.

지하 투과 레이더에서 신호를 분석하는 방법은 표적과 배경 매질 사이의 유전율 차이 때문에 나타나는 신호의 첨두치의 위치와 크기 변화를 추적하여 획득하게 된다. 송수신기가 선형적으로 이동할 때 표적과 송수신기 간의 거리가 달라지기 때문에 첨두치가 쌍곡선 형태로 생성되게 된다. 이러한 쌍곡선의 꼭지점의 위치에 따라 표적의 위치와 크기 및 종류까지도 판단할 수 있게 된다.The method of analyzing the signals in the underground penetrating radar is obtained by tracking the change in the position and magnitude of the peak of the signal due to the difference in permittivity between the target and background media. When the transceiver moves linearly, the distance between the target and the transceiver changes, so that the peak value is generated in a hyperbolic form. The position, size, and type of the target can be determined according to the position of the vertex of the hyperbola.

지하는 공기와 달리 여러 매질이 같이 존재하고 표적 이외에도 여러 산란체가 같이 있기 때문에 수신 신호가 표적의 반사파만으로 생성되지 않고 매우 복잡한 형태를 갖게 된다. 이러한 복잡한 신호에서 표적 신호의 첨두치를 검출하고 표적에 대한 정보를 추출한다는 것은 매우 어려운 일이다. 이러한 이유로 표적신호 검출을 위해서는 시간 영역이나 주파수 영역에서 많은 신호 처리 기법이 사용된다.Unlike underground air, there are several mediums, and since there are many scattering bodies in addition to the target, the received signal is not generated by only the reflected wave of the target, but has a very complicated form. It is very difficult to detect the peak value of the target signal and to extract information about the target in such a complicated signal. For this reason, many signal processing techniques are used in the time domain and frequency domain for target signal detection.

종래 신호의 대부분 시간 영역이나 주파수 영역에서 수신신호로부터 불필요한 요소를 제거하기 위한 기법들로서 주로 필터링 기법이 사용된다. 이러한 기법은 불필요한 신호를 최소화 함으로서 표적신호를 복원하는 방법들이다. 그러나 여전히 종래 표적 신호 복원 방법을 이용할 때 복잡한 지하 매질 환경에서 표적 신호가 뚜렷하게 구분되지 않는 경우가 있었다.Filtering techniques are mainly used as techniques for removing unnecessary elements from received signals in most time or frequency regions of conventional signals. These techniques are methods to recover the target signal by minimizing unnecessary signals. However, when the conventional target signal restoration method is used, target signals are not clearly distinguished in a complicated underground medium environment.

한국공개특허 제10-2013-0065910호Korean Patent Publication No. 10-2013-0065910 한국공개특허 제10-2013-0011090호Korean Patent Publication No. 10-2013-0011090

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단시간 푸리에 변환(STFT:Short Time Fourier Transform) 기법을 사용하여 시간과 주파수 영역에서 표적 정보를 가장 많이 포함하고 있는 영역으로 제한하고 신호를 재구성함으로써 표적 신호를 보다 뚜렷이 나타나게 하는 지하 표적 탐지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.Therefore, a problem to be solved by the present invention is to limit the target information to the area containing the most target information in the time and frequency domain by using a short time Fourier transform (STFT) technique and reconstruct the signal, And to provide an underground target detection system and a method for causing an underground target to be detected.

본 발명의 일 실시예에 따른 지하 표적 탐지 방법은, 위치를 이동하면서 송신 안테나에서 방사되는 레이더 신호를 수신 안테나에서 수신하는 동작을 수행하여 각 위치에서 레이더 신호를 측정하는 단계, 상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 단시간 푸리에 변환(short Time Fourier Trasnform)을 수행하는 단계, 상기 단시간 푸리에 변환 결과를 나타내는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 상기 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타내는 프로파일 그래프를 구하는 단계, 그리고 상기 프로파일 그래프에서 가장 돌출된 부분에 대응하는 위치를 표적 위치로 판정하는 단계를 포함한다.A method of detecting a subterranean target according to an embodiment of the present invention includes the steps of receiving a radar signal radiated from a transmitting antenna while a position is being moved at a receiving antenna and measuring a radar signal at each position, A short time Fourier transform (short time Fourier transform) is performed on the radar signal obtained in the short time Fourier transform, and a profile graph representing the first peak position extracted corresponding to each position is obtained in the short time Fourier transform graph indicating the short time Fourier transform result And determining a position corresponding to the most protruding portion in the profile graph as a target position.

상기 방법은, 상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 제1 내지 제n(여기서 n은 2이상의 자연수) 주파수에 대한 단시간 푸리에 변환을 수행하고, 상기 단시간 푸리에 변환 그래프는 상기 제1 내지 제n 주파수별로 구해지며, 상기 프로파일 그래프는 상기 제1 내지 제n 주파수별로 구해지는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 각각 상기 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타낼 수 있다.The method includes performing a short-time Fourier transform on first to n-th (where n is a natural number of 2 or more) frequency with respect to radar signals measured at the respective positions, and the short- And the profile graph may represent a first peak position extracted corresponding to each position in the short-time Fourier transform graph obtained for each of the first to n-th frequencies.

상기 단시간 푸리에 변환은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 수행될 수 있다.The short time Fourier transform can be performed by the following equations (1) and (2).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014001851352-pat00001
Figure 112014001851352-pat00001

Figure 112014001851352-pat00002
Figure 112014001851352-pat00002

Figure 112014001851352-pat00003
Figure 112014001851352-pat00003

여기서, STFT()은 단시간 푸리에 변환(short Time Fourier Trasnform)이고, f[n]은 n번째 지점에서 측정된 레이더 신호 파형이고, X(m,f)는 주파수 f에서 m만큼 윈도우 함수 이동시 STFT 변환 결과이며, w(n)은 윈도우 함수이고, FT()는 푸리에(Fourier) 변환이다.F (n) is the radar signal waveform measured at the n-th point and X (m, f) is the STFT transform when the window function is moved by m at the frequency f, W (n) is a window function, and FT () is a Fourier transform.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014001851352-pat00004
Figure 112014001851352-pat00004

여기서 M은 윈도우 크기이다.Where M is the window size.

본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 상기한 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다.A computer-readable medium according to another embodiment of the present invention records a program for causing a computer to execute any one of the above methods.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지하 표적 탐지 방법은, 위치를 이동하면서 송신 안테나에서 방사되는 레이더 신호를 수신 안테나에서 수신하는 동작을 수행하여 각 위치에서 레이더 신호를 측정하는 측정부, 그리고 상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 단시간 푸리에 변환(short Time Fourier Trasnform)을 수행하고, 상기 단시간 푸리에 변환 결과를 나타내는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 상기 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타내는 프로파일 그래프를 구하며, 상기 프로파일 그래프에서 가장 돌출된 부분에 대응하는 위치를 표적 위치로 판정하는 데이터 처리부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a subterranean target, the method including: a measurement unit for measuring a radar signal at each position by performing an operation of receiving a radar signal radiated from a transmission antenna at a receiving antenna while moving a position; (Short time Fourier transform) on the radar signal measured in the short time Fourier transform and the profile graph showing the first peak position extracted corresponding to each position in the short time Fourier transform graph indicating the short time Fourier transform result, And a data processing unit for determining a position corresponding to the most protruding portion in the profile graph as a target position.

상기 데이터 처리부는 상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 제1 내지 제n(여기서 n은 2이상의 자연수) 주파수에 대한 단시간 푸리에 변환을 수행할 수 있다.The data processor may perform a short-time Fourier transform on first to n-th (where n is a natural number of 2 or more) frequencies for radar signals measured at the respective positions.

본 발명에 의하면, 표적 신호를 보다 뚜렷이 나타나게 하는 지하 표적 탐지 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, a basement target detection system and method for making a target signal appear more clearly can be provided.

도 1은 일반적인 반사형 지하 투과 레이더를 이용한 지하 표적 탐지 시스템의 운용 예를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 2는 일반적인 투과형 지하 투과 레이더를 이용한 지하 표적 탐지 시스템의 운용 예를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 3은 지하 투과 레이더에서 이용되는 신호 파형을 예시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하 표적 탐지 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 단시간 푸리에 변환을 적용할 때 윈도우 함수의 대역 통과 특성을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하 표적 탐지 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 표적 신호 강화 기법을 적용하여 표적의 위치를 찾는 방법을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an operation example of a subterranean target detection system using a general reflection type underground penetrating radar. FIG.
2 is a view for explaining an example of the operation of a subterranean target detection system using a general transmissive underground penetrating radar.
3 is a graph illustrating signal waveforms used in an underground penetrating radar.
4 is a block diagram illustrating a configuration of a basement target detection system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram provided to explain the band-pass characteristics of a window function when a short-time Fourier transform is applied.
FIG. 6 is a flow chart for explaining a subterranean target detection method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating a method of locating a target by applying the target signal enhancement technique according to the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 일반적인 반사형 지하 투과 레이더를 이용한 지하 표적 탐지 시스템의 운용 예를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an operation example of a subterranean target detection system using a general reflection type underground penetrating radar. FIG.

도 1을 참고하면, 지하 표적 탐지 시스템(100)을 지표면 상에서 위치를 이동하면서 표적(1)을 찾는다. 지하 표적 탐지 시스템(100)은 송신 안테나(111)와 수신 안테나(112)를 지표면에 밀착시켜 탐사를 진행하는데, 송신 안테나(111)에서 방사되는 전자파인 입사파(4)가 표적(1)에서 산란되어 생성되는 전자파인 산란파(5)를 수신 안테나(112)에서 수신하여 표적(1)을 판별하게 된다. Referring to FIG. 1, the target 1 is searched while moving the subterranean target detection system 100 on the ground surface. The subterranean target detection system 100 searches for the transmission antenna 111 and the reception antenna 112 in close contact with the surface of the ground so that the incident wave 4, which is an electromagnetic wave radiated from the transmission antenna 111, The receiving antenna 112 receives the scattered waves 5, which are scattered electromagnetic waves, to discriminate the target 1.

도 2는 일반적인 투과형 지하 투과 레이더를 이용한 지하 표적 탐지 시스템의 운용 예를 설명하기 위해 제공되는 도면이다.2 is a view for explaining an example of the operation of a subterranean target detection system using a general transmissive underground penetrating radar.

도 2를 참고하면, 지하 깊은 곳에 매설되어 있는 표적(1)을 찾기 위하여 시추공(10)에 송신 안테나(111)를 삽입하고 수신 안테나(112)를 시추공(20)에 삽입하여 송신 안테나(111) 및 수신 안테나(112)의 위치를 변경하면서 탐사를 진행한다. 송신 안테나(111)에서 방사된 전자파인 입사파(4)가 표적(1)을 통과하면서 생성된 산란파(5)를 수신 안테나(112)에서 획득하여 지하 표적 탐지 시스템(100)에서 표적(1)을 판별하게 된다.2, a transmitting antenna 111 is inserted into a borehole 10 and a receiving antenna 112 is inserted into a borehole 20 in order to find a target 1 buried deep in an underground, And the receiving antenna 112 are changed. The receiving antenna 112 acquires the scattered wave 5 generated while the incident wave 4 passing through the target 1 passes through the antenna 1 and the target 1 is detected by the underground target detection system 100. [ .

도 3은 지하 투과 레이더에서 이용되는 신호 파형을 예시한 그래프이다.3 is a graph illustrating signal waveforms used in an underground penetrating radar.

도 3을 참고하면, 그래프(301)는 지하 표적 탐지 시스템(100)에서 수신한 산란파를 위치(깊이, depth)별로 기록하여 나타낸 것이다. 보다 자세하게는 송/수신 안테나(111, 112)의 깊이를 약 63m부터 약 83m까지 이동시키면서 송신 안테나(111)에서 방사된 전자파 펄스가 수신 안테나(112)에서 수신된 신호 파형을 나타낸 것이다. 그래프(302)는 그래프(301)에서 각 위치(깊이)별로 수신 안테나(112)에서 수신된 각 신호 파형의 첫 번째 첨두치들을 추출하여 나타낸 그래프이다. 점(p)는 약 63m 깊이에서 측정된 신호 파형의 첨두치를 나타낸 것이다.Referring to FIG. 3, a graph 301 shows scattered waves received by the underground target detection system 100 by recording depth (depth). More specifically, the electromagnetic wave pulses radiated from the transmitting antenna 111 while moving the depth of the transmitting / receiving antennas 111 and 112 from about 63 m to about 83 m indicate the signal waveforms received by the receiving antenna 112. The graph 302 is a graph obtained by extracting the first peak values of the respective signal waveforms received by the receiving antenna 112 for each position (depth) in the graph 301. Point (p) represents the peak value of the signal waveform measured at a depth of about 63 m.

그래프(302)에서 표적(1) 때문에 생성된 포물선(303)의 존재 여부를 통해 표적(1)을 탐지하게 되고, 포물선(303)의 극점의 위치와 변화량을 조사하여 표적의 위치와 표적 내의 매질의 종류를 판별할 수 있게 된다. 이러한 포물선 패턴은 배경 매질과 표적의 유전율 차이 때문에 발생하는 속도 차에 의해 발생하게 되는데 포물선의 돌출되는 양이 지하 매질의 변화 때문에 발생하는 양에 비해 크지 않기 때문에 복잡한 지하 매질환경에서 이러한 포물선 패턴을 찾아내는 것이 쉽지 않다.The target 1 is detected through the presence of the parabola 303 generated due to the target 1 in the graph 302 and the position and the amount of change of the pole of the parabola 303 are examined to determine the position of the target and the medium Can be identified. This parabolic pattern is caused by the difference in velocity due to the difference in permittivity between the background medium and the target. Since the amount of protrusion of the parabola is not large compared to the amount due to the change in the underground medium, It is not easy.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하 표적 탐지 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a configuration of a basement target detection system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 지하 표적 탐지 시스템(100)은 측정부(110) 및 데이터 처리부(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the underground target detection system 100 according to the present invention may include a measurement unit 110 and a data processing unit 120.

측정부(110)는 송신 안테나(111) 및 수신 안테나(112)를 포함할 수 있으며, 송신 안테나(111)에서 지하 투과 레이더 신호를 방사하고 수신 안테나(112)에서 이를 측정한다. 즉 송신 안테나(111) 및 수신 안테나(112)의 위치를 이동시키면서 송신 안테나(111)에서 방사되는 레이더 신호를 수신 안테나(112)에서 수신하는 동작을 수행하여 각 위치에서 레이더 신호를 측정하도록 구현할 수 있다.The measurement unit 110 may include a transmission antenna 111 and a reception antenna 112. The transmission antenna 111 radiates an underground transmission radar signal and the reception antenna 112 measures the same. The receiving antenna 112 receives the radar signal radiated from the transmitting antenna 111 while moving the position of the transmitting antenna 111 and the receiving antenna 112 and measures the radar signal at each position have.

구체적으로 도 1에 예시한 반사형 지하 투과 레이더를 이용한 지하 표적 탐지 시스템(100)의 경우, 지표면을 이동하면서 각 위치에서 송신 안테나(111)에서 지하 투과 레이더 신호를 방사하고 수신 안테나(112)에서 측정하도록 측정부(110)를 구현할 수 있다.Specifically, in the case of the underground target detection system 100 using the reflection type underground penetrating radar illustrated in FIG. 1, the underground penetrating radar signal is radiated from the transmitting antenna 111 at each position while moving the ground surface, The measurement unit 110 may be implemented.

한편 도 2에 예시한 투과형 지하 투과 레이더를 이용한 지하 표적 탐지 시스템(100)의 경우, 송신 안테나(111)와 수신 안테나(112)를 각 시추공(10, 20)에 삽입하고 위치를 이동시키면서, 각 깊이(위치)에서 송신 안테나(111)에서 지하 투과 레이더 신호를 방사하고 수신 안테나(112)에서 측정하도록 측정부(110)를 구현할 수 있다.Meanwhile, in the case of the underground target detection system 100 using the transmission type underground penetrating radar illustrated in FIG. 2, the transmission antenna 111 and the reception antenna 112 are inserted into the respective boreholes 10 and 20, The measuring unit 110 may be implemented to radiate an underground penetrating radar signal at the transmitting antenna 111 at the depth (position) and to measure the receiving antenna 112 at the receiving antenna 112.

데이터 처리부(120)는 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 단시간 푸리에 변환(Short Time Fourier Trasnform)을 수행하고, 단시간 푸리에 변환 결과를 나타내는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타내는 프로파일 그래프를 구하며, 프로파일 그래프에서 가장 돌출된 부분에 대응하는 위치를 표적 위치로 판정하는 기능을 수행한다.The data processing unit 120 performs a short time Fourier transform on the radar signal measured at each position and calculates a first peak value corresponding to each position in a short time Fourier transform graph indicating a short time Fourier transform result And determines a position corresponding to the most protruding portion of the profile graph as a target position.

단시간 푸리에 변환은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 수행될 수 있다.The short time Fourier transform can be performed by the following equations (1) and (2).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014001851352-pat00005
Figure 112014001851352-pat00005

Figure 112014001851352-pat00006
Figure 112014001851352-pat00006

Figure 112014001851352-pat00007
Figure 112014001851352-pat00007

여기서, STFT()은 단시간 푸리에 변환(Short Time Fourier Trasnform)이고, f[n]은 n번째 지점에서 측정된 레이더 신호 파형이고, X(m,f)는 주파수 f에서 m만큼 윈도우 함수 이동시 STFT 변환 결과이며, w(n)은 윈도우 함수이고, FT()는 푸리에(Fourier) 변환이다.F (n) is the radar signal waveform measured at the n-th point, and X (m, f) is the STFT transformed when the window function is moved by m at the frequency f. In this case, STFT () is a short time Fourier transform W (n) is a window function, and FT () is a Fourier transform.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014001851352-pat00008
Figure 112014001851352-pat00008

여기서 M은 윈도우 크기이다.Where M is the window size.

도 5는 단시간 푸리에 변환을 적용할 때 윈도우 함수의 대역 통과 특성을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.5 is a diagram provided to explain the band-pass characteristics of a window function when a short-time Fourier transform is applied.

수학식 1의 단시간 푸리에 변환을 적용할 때, 수학식 2에 정의된 윈도우 함수(201)를 적용하게 되는데, 윈도우 크기(M)는 데이터 처리부(120)에서 출력되는 한 파형에 대한 샘플링 개수에 따라 정해지며, 도 5에서는 윈도우 크기가 512로 결정된 경우로 윈도우 함수는 도 5에 예시한 것과 같이 주파수 영역(202)에서 보았을 때 약 20MHz 대역의 대역 통과 특성을 가진다.When applying the short time Fourier transform of Equation (1), the window function (201) defined in Equation (2) is applied. The window size (M) depends on the number of samples for one waveform output from the data processing unit In FIG. 5, when the window size is determined as 512, the window function has a band pass characteristic of about 20 MHz in the frequency domain 202 as illustrated in FIG.

그러면 도 6을 참고하여 본 발명에 따른 지하 표적 탐지 시스템의 동작을 보다 자세히 설명한다.The operation of the underground target detection system according to the present invention will now be described in more detail with reference to FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하 표적 탐지 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이고, 도 7은 본 발명에 따른 표적 신호 강화 기법을 적용하여 표적의 위치를 찾는 방법을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다.FIG. 6 is a flow chart for explaining a subterranean target detection method according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a view for explaining a method of locating a target by applying the target signal enhancement technique according to the present invention. Graph.

도 6 및 도 7을 참고하면, 먼저 지하 표적 탐지 시스템(100)은 송신 안테나(111)와 수신 안테나(112)의 위치를 이동시키면서 송신 안테나(111)에서 방사되는 지하 투과 레이더 신호를 수신 안테나(112)에서 수신하는 동작을 수행하여, 각 위치(깊이)에서 지하 투과 레이더 신호를 측정한다(S610). 단계(S610)에서 측정된 지하 투과 레이더 신호에 대한 데이터가 도 7의 그래프(101)와 같이 구해질 수 있다. 도 7의 그래프(101)는 도 2에 예시한 투과형 지하 투과 레이더를 이용한 지하 표적 탐지 시스템(100)에서 약 63m부터 83m까지 깊이(위치)별로 측정된 지하 투과 레이더 신호를 예시한 것이다.6 and 7, first, the underground target detection system 100 moves an underground transmission radar signal radiated from a transmission antenna 111 to a reception antenna (not shown) while moving a position of a transmission antenna 111 and a reception antenna 112, 112), and measures an underground penetrating radar signal at each position (depth) (S610). The data for the underground penetration radar signal measured in step S610 can be obtained as shown in the graph 101 of FIG. The graph 101 of FIG. 7 illustrates an underground penetrating radar signal measured by depth (position) from about 63 m to 83 m in the basement target detection system 100 using the transmission type underground penetrating radar illustrated in FIG.

다음으로 지하 표적 탐지 시스템(100)은 단계(S510)에서 측정된 지하 투과 레이더 신호에 대해 단시간 푸리에 변환(Short Time Fourier Trasnform)을 수행하여 단시간 푸리에 변환 그래프를 출력한다(S620).Next, the underground target detection system 100 performs a short time Fourier transform (short time Fourier transform) on the underground penetrating radar signal measured in step S510 to output a short time Fourier transform graph (S620).

구체적으로 먼저 단계(S610)에서 위치별로 측정된 지하 투과 레이더 신호에 미리 정해진 주파수를 적용하여 단시간 푸리에 변환을 수행한다(S621). 다음으로 단계(S621)에서 단시간 푸리에 변환을 수행한 결과를 나타내는 단시간 푸리에 변환 그래프를 출력한다(S623). 다음으로 주파수를 변경하고(S625), 단계(S621) 내지 단계(S623)를 수행한다. 예컨대 미리 정해진 주파수가 제1 주파수부터 제n 주파수까지 n개 있으면, 단계(S621) 및 단계(S623)를 n번 반복하여 n개의 단시간 푸리에 변환 그래프를 구할 수 있다. 도 6의 그래프(103a 내지 103d)는 미리 설정된 4개의 주파수(20MHz, 30MHz, 40MHz, 50MHz)별로 그래프(101)에서 예시한 지하 투과 레이더 신호에 대해 단시간 푸리에 변환을 수행한 결과를 나타낸 것이다.Specifically, a short-time Fourier transform is performed by applying a predetermined frequency to an underground transmission radar signal measured for each position in step S610 (S621). Next, in step S621, the short-time Fourier transform graph indicating the result of performing the short-time Fourier transform is output (S623). Next, the frequency is changed (S625), and steps S621 to S623 are performed. For example, if the predetermined frequency is n from the first frequency to the n-th frequency, n short-time Fourier transform graphs can be obtained by repeating step S621 and step S623 n times. The graphs 103a to 103d in FIG. 6 show results of performing short-time Fourier transform on the underground penetrating radar signal illustrated in the graph 101 for each of the preset four frequencies (20 MHz, 30 MHz, 40 MHz, and 50 MHz).

단시간 푸리에 변환을 수행하는 주파수의 개수와 주파수의 크기는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 보다 많은 주파수에 대해서 단시간 푸리에 변환을 수행하여 보다 많은 단시간 푸리에 변환 그래프를 구하면 보다 정확하게 표적의 위치를 검출할 수 있으나 시스템에 많은 부하를 주게 되므로 적절한 개수를 선정하는 것이 바람직하다. 한편 주파수의 크기는 배경 매질과 검출하고자 하는 표적의 종류 등에 따라 적절하게 설정할 수 있다.The number of frequencies and the frequency of performing the short time Fourier transform may vary according to the embodiment. If more short-time Fourier transforms are obtained by performing short-time Fourier transform on more frequencies, it is possible to detect the position of the target more accurately, but it is desirable to select an appropriate number because it places a heavy load on the system. On the other hand, the frequency can be appropriately set in accordance with the background medium and the type of the target to be detected.

미리 정해진 모든 주파수에 대해서 단시간 푸리에 변환을 수행한 후(S627-Y), 지하 표적 탐지 시스템(100)은 주파수별로 나타낸 단시간 푸리에 변환 그래프(103a 내지 103d)에서 각 깊이(위치)별로 첫 번째 첨두치 위치를 추출하여 나타낸 첨두치 프로파일 그래프(104)를 도 6에 예시한 것과 같이 구할 수 있다(S630).After performing short-time Fourier transform for all the predetermined frequencies (S627-Y), the underground target detection system 100 calculates a first peak value for each depth (position) in the short time Fourier transform graphs 103a to 103d The peak value profile graph 104 obtained by extracting the position can be obtained as illustrated in FIG. 6 (S630).

마지막으로 지하 표적 탐지 시스템(100)은 단계(S630)에서 구해진 첨두치 프로파일 그래프(104)에서 가장 돌출된 부분에 대응하는 위치(105)를 표적 위치로 판정할 수 있다(S640).Finally, the underground target detection system 100 can determine the position 105 corresponding to the most protruding portion in the peak profile graph 104 obtained in the step S630 as the target position (S640).

본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 지금까지 설명한 지하 표적 탐지 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the present invention include a computer-readable medium having program instructions for performing various computer-implemented operations. This medium records a program for executing the subterranean target detection method described so far. The medium may include program instructions, data files, data structures, etc., alone or in combination. Examples of such media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD and DVD, programmed instructions such as floptical disk and magneto-optical media, ROM, RAM, And a hardware device configured to store and execute the program. Or such medium may be a transmission medium, such as optical or metal lines, waveguides, etc., including a carrier wave that transmits a signal specifying a program command, data structure, or the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (7)

삭제delete 위치를 이동하면서 송신 안테나에서 방사되는 레이더 신호를 수신 안테나에서 수신하는 동작을 수행하여 각 위치에서 레이더 신호를 측정하는 단계,
상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 단시간 푸리에 변환(short Time Fourier Trasnform)을 수행하는 단계,
상기 단시간 푸리에 변환 결과를 나타내는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 상기 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타내는 프로파일 그래프를 구하는 단계,
상기 프로파일 그래프에서 가장 돌출된 부분에 대응하는 위치를 표적 위치로 판정하는 단계
를 포함하고,
상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 제1 내지 제n(여기서 n은 2이상의 자연수) 주파수에 대한 단시간 푸리에 변환을 수행하고,
상기 단시간 푸리에 변환 그래프는 상기 제1 내지 제n 주파수별로 구해지며,
상기 프로파일 그래프는 상기 제1 내지 제n 주파수별로 구해지는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 각각 상기 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타내는 지하 표적 탐지 방법.Measuring a radar signal at each position by performing an operation of receiving a radar signal radiated from a transmitting antenna at a receiving antenna while moving the position;
Performing a short time Fourier transform on the radar signals measured at the respective positions,
Obtaining a profile graph indicating a first peak position extracted corresponding to each position in a short time Fourier transform graph indicating a result of the short time Fourier transform,
Determining a position corresponding to the most protruding portion in the profile graph as a target position
Lt; / RTI >
Performing short-time Fourier transform on first to n-th (where n is a natural number of 2 or more) frequencies for radar signals measured at the respective positions,
The short-time Fourier transform graph is obtained for each of the first to n-th frequencies,
Wherein the profile graph represents a first peak position extracted corresponding to each position in a short-time Fourier transform graph obtained for each of the first to n-th frequencies. 제 2 항에서,
상기 단시간 푸리에 변환은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 수행되는 지하 표적 탐지 방법:
[수학식 1]
Figure 112014001851352-pat00009

Figure 112014001851352-pat00010

Figure 112014001851352-pat00011

여기서, STFT()은 단시간 푸리에 변환(short Time Fourier Trasnform)이고, f[n]은 n번째 지점에서 측정된 레이더 신호 파형이고, X(m,f)는 주파수 f에서 m만큼 윈도우 함수 이동시 STFT 변환 결과이며, w(n)은 윈도우 함수이고, FT()는 푸리에(Fourier) 변환이고,
[수학식 2]
Figure 112014001851352-pat00012

여기서 M은 윈도우 크기이다.3. The method of claim 2,
Wherein the short-time Fourier transform is performed by the following equations (1) and (2):
[Equation 1]
Figure 112014001851352-pat00009

Figure 112014001851352-pat00010

Figure 112014001851352-pat00011

F (n) is the radar signal waveform measured at the n-th point and X (m, f) is the STFT transform when the window function is moved by m at the frequency f, W (n) is a window function, FT () is a Fourier transform,
&Quot; (2) "
Figure 112014001851352-pat00012

Where M is the window size. 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.A computer-readable medium having recorded thereon a program for causing a computer to execute the method of any one of claims 2 and 3. 삭제delete 위치를 이동하면서 송신 안테나에서 방사되는 레이더 신호를 수신 안테나에서 수신하는 동작을 수행하여 각 위치에서 레이더 신호를 측정하는 측정부, 그리고
상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 단시간 푸리에 변환(short Time Fourier Trasnform)을 수행하고, 상기 단시간 푸리에 변환 결과를 나타내는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 상기 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타내는 프로파일 그래프를 구하며, 상기 프로파일 그래프에서 가장 돌출된 부분에 대응하는 위치를 표적 위치로 판정하는 데이터 처리부
를 포함하고,
상기 데이터 처리부는,
상기 각 위치에서 측정된 레이더 신호에 대해 제1 내지 제n(여기서 n은 2이상의 자연수) 주파수에 대한 단시간 푸리에 변환을 수행하고,
상기 단시간 푸리에 변환 그래프는 상기 제1 내지 제n 주파수별로 구해지며, 상기 프로파일 그래프는 상기 제1 내지 제n 주파수별로 구해지는 단시간 푸리에 변환 그래프에서 각각 상기 각 위치에 대응하여 추출된 첫 번째 첨두치 위치를 나타내는 지하 표적 탐지 시스템.A measuring unit for measuring a radar signal at each position by performing an operation of receiving a radar signal radiated from a transmitting antenna while the position is being moved,
A short time Fourier transform is performed on the radar signals measured at the respective positions, and a short time Fourier transform is performed on the radar signals measured at the respective positions to represent a first peak position extracted corresponding to each position in the short time Fourier transform graph indicating the short time Fourier transform result A data processing unit for obtaining a profile graph and determining a position corresponding to the most protruding portion in the profile graph as a target position,
Lt; / RTI >
Wherein the data processing unit comprises:
Performing short-time Fourier transform on first to n-th (where n is a natural number of 2 or more) frequencies for radar signals measured at the respective positions,
Wherein the short-term Fourier transform graph is obtained for each of the first through n-th frequencies, and the profile graph includes a first peak position extracted corresponding to each position in the short- The system detects the underground target. 제 6 항에서,
상기 단시간 푸리에 변환은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 수행되는 지하 표적 탐지 시스템:
[수학식 1]
Figure 112014001851352-pat00013

Figure 112014001851352-pat00014

Figure 112014001851352-pat00015

여기서, STFT()은 단시간 푸리에 변환(short Time Fourier Trasnform)이고, f[n]은 n번째 지점에서 측정된 레이더 신호 파형이고, X(m,f)는 주파수 f에서 m만큼 윈도우 함수 이동시 STFT 변환 결과이며, w(n)은 윈도우 함수이고, FT()는 푸리에(Fourier) 변환이고,
[수학식 2]
Figure 112014001851352-pat00016

여기서 M은 윈도우 크기이다.The method of claim 6,
Wherein the short-time Fourier transform is performed by the following equations (1) and (2): < EMI ID =
[Equation 1]
Figure 112014001851352-pat00013

Figure 112014001851352-pat00014

Figure 112014001851352-pat00015

F (n) is the radar signal waveform measured at the n-th point and X (m, f) is the STFT transform when the window function is moved by m at the frequency f, W (n) is a window function, FT () is a Fourier transform,
&Quot; (2) "
Figure 112014001851352-pat00016

Where M is the window size.
KR1020140002206A 2014-01-08 2014-01-08 Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement KR101535495B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140002206A KR101535495B1 (en) 2014-01-08 2014-01-08 Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140002206A KR101535495B1 (en) 2014-01-08 2014-01-08 Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101535495B1 true KR101535495B1 (en) 2015-07-09

Family

ID=53792433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140002206A KR101535495B1 (en) 2014-01-08 2014-01-08 Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101535495B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240048996A (en) * 2022-10-07 2024-04-16 보민글로벌주식회사 Non-destructive imaging apparatus and method for imaging the interior of a medium from a reflected wave signal

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003302465A (en) * 2002-04-08 2003-10-24 Kajima Corp Underground radar exploration method, device and program of frequency variable system
KR20130011090A (en) * 2011-07-20 2013-01-30 이성 주식회사 Underground tunnel detection system and method
KR20130065910A (en) * 2011-12-12 2013-06-20 이성 주식회사 Combined low and high frequency band multiple ground-penetrating radar system, and control method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003302465A (en) * 2002-04-08 2003-10-24 Kajima Corp Underground radar exploration method, device and program of frequency variable system
KR20130011090A (en) * 2011-07-20 2013-01-30 이성 주식회사 Underground tunnel detection system and method
KR20130065910A (en) * 2011-12-12 2013-06-20 이성 주식회사 Combined low and high frequency band multiple ground-penetrating radar system, and control method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hongliang Wang. Signal processing for in-seam seismic based void detection technique. The pennsylvania state university, 2007.12. *
Hongliang Wang. Signal processing for in-seam seismic based void detection technique. The pennsylvania state university, 2007.12.*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240048996A (en) * 2022-10-07 2024-04-16 보민글로벌주식회사 Non-destructive imaging apparatus and method for imaging the interior of a medium from a reflected wave signal
KR102661648B1 (en) * 2022-10-07 2024-04-29 보민글로벌주식회사 Non-destructive imaging apparatus and method for imaging the interior of a medium from a reflected wave signal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Benedetto et al. An overview of ground-penetrating radar signal processing techniques for road inspections
CN104020495B (en) Automatic underground pipeline parameter recognizing method on basis of ground penetrating radar
Ni et al. Buried pipe detection by ground penetrating radar using the discrete wavelet transform
US6617996B2 (en) Ground penetrating radar with audible output
RU2361248C2 (en) Method and device for determining nature of underground reservoirs
Xu et al. Development of high-speed ultrawideband ground-penetrating radar for rebar detection
US6366232B1 (en) Method and sensor for detecting foreign bodies in a medium with a radar
US20110227577A1 (en) Single well reservoir imaging apparatus and methods
CA1236910A (en) Downhole fracture analysis
CA2983840A1 (en) Apparatus and method of propagation and spatial location analysis by acoustic array for down-hole applications
CN102736116B (en) Electromagnetic wave detection method and device based on medium frequency dispersion difference
Economou et al. GPR data processing techniques
Wang et al. Automatic asphalt layer interface detection and thickness determination from ground-penetrating radar data
US10126454B2 (en) Method and system for fracture detection using acoustic waves
Huo et al. Suppressing reflected guided waves from contaminated borehole radar data
KR101535495B1 (en) Underground Target Detection System and Method for Target Signature Enhancement
JP2018063245A (en) Method of determining relative dielectric constant and method of detecting ground-embedded objects
Kim et al. Estimation of the penetration angle of a man-made tunnel using time of arrival measured by short-pulse cross-borehole radar
KR101519088B1 (en) Method and Apparatus for 3-D Seismic profiling in an offshore environment
JP2528148B2 (en) Method and device for detecting underground buried objects
JP2007163271A (en) Underground radar image processing method
KR101271689B1 (en) Underground Tunnel Detection System and Method
KR101498131B1 (en) Underground Target Detection System and Method Based On Adaptive Signal Estimation
CN107677197B (en) A kind of volume measurement device and measurement method of buried target body
Feng et al. Attribute Recognition of Buried Pipes Based on Multi-Trace Phase Features Using K-means Clustering for GPR Data Interpretation

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180620

Year of fee payment: 4