KR101703773B1 - Method for acquiring radar image using serveillance radar and System thereof - Google Patents

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KR101703773B1
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김형주
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a radar image processing technology, more specifically, to a method for obtaining a radar image and a system thereof, which apply an inverse synthetic aperture radar (ISAR) image obtaining technology, applied to an estimation radar, also to a detection radar generally used and arranged.

Description

탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법 및 이의 시스템{Method for acquiring radar image using serveillance radar and System thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a radar image acquisition method using a navigation radar,

본 발명은 레이더 영상 처리 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 일반적으로 많이 사용하고 배치가 되어 있는 탐지 레이더에도 추적 레이더에 적용되는 역합성 개구 레이더(ISAR: Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상획득 기술을 확대 적용하는 레이더 영상 획득 방법 및 이의 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to a radar image processing technique, and more particularly, to an inverse synthetic aperture radar (ISAR) image acquisition technique applied to a tracking radar for a commonly used and arranged detection radar And a system therefor.

국내외의 군사 및/또는 보안 환경의 변화로 인해 분쟁이 예측 불가능하고 예고 없이 발생할 가능성이 커지고 있다. 이러한 변화로 인해 정보의 중요성이 강조되었고, 기상상황이나 주야상황 등 모든 상황에서 관측이 가능한 이점이 있는 레이더는 군사 정보통신 기술의 발전에 중심이 되고 있다. Due to changes in domestic and international military and / or security environments, conflicts are increasingly unpredictable and unpredictable. These changes have emphasized the importance of information, and radar, which has the advantage of being observable in all situations, such as weather and daylight, is central to the development of military information and communication technology.

레이더는 기상상황이나 주간야간에 상관없이 표적을 탐지할 수 있다는 장점 때문에 표적인식을 하는데 있어서 여러 방면으로 이용된다. 또한 표적을 빠르게 인식하는 기술은 현대전의 수행능력에 있어 매우 중요한 요소로 인식되고 있으며 이러한 기술은 전투기나 미사일 등의 생존 가능성에 결정적인 영향을 주고 있다.Radar is used in many ways in target recognition due to its ability to detect targets regardless of weather conditions or daytime nighttime. In addition, the technology to recognize the target quickly is recognized as a very important factor in the performance of modern warfare, and this technology has a crucial influence on the survival possibility of the fighter and the missile.

레이더의 기술 향상으로 표적인식기술은 많은 발전을 이룩하였다. 특히 90년대 이후 레이더 신호처리 기술은 많은 발전을 하였으며 현재에도 고집적 레이더 시스템과 디지털 신호처리 기술을 중심으로 지속적인 발전을 하고 있다. 레이더를 이용한 표적인식기술은 일반적으로 협조 인식(cooperative recognition)과 비협조 표적인식(non-cooperative target recognition)의 두 분야로 나눌 수 있다. Due to the improved technology of the radar, the target recognition technology has made a lot of progress. In particular, since the 1990s, radar signal processing technology has undergone a lot of development. Currently, it continues to develop around highly integrated radar system and digital signal processing technology. Radar-based target recognition techniques are generally divided into two areas: cooperative recognition and non-cooperative target recognition.

표적인식 기술에서 GPS(Global Positioning System) 등의 다른 시스템으로부터의 정보를 이용한 협조 인식 기술은 여러 면에서 효율적이지만 아군뿐만 아닌 적군의 시스템에도 정보를 제공하기 때문 적절하지 않다. 따라서 아군의 시스템에만 그 정보가 한정되는 비협조 표적인식 기술이 현재 군사적인 의미에서 적절하다고 볼 수 있다.Cooperative recognition technology using information from other systems such as GPS (Global Positioning System) in the target recognition technology is effective in many ways but it is not appropriate because it provides information to the enemy system as well as the enemy. Therefore, non-coordinated target recognition technology, which is limited to the system of the allied group, is appropriate in the military sense.

비협조 표적인식 기술과 표적의 산란 특성에 대한 보다 정교한 데이터는 레이더의 설계에 필수적이며, 현재 선진국에서는 그 시스템의 적용이 이루어지고 있는 상태이다. 선진국의 연구기관들에서 연구되고 있는 내용은 수신되는 산란 전자파의 CNR(Complex Natural Resonance) 분석, 여러 가지 HRRP(High Resolution Range Profile) 획득 기법, 그리고 산란점 추출 등의 고해상도 신호처리 방법과, ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상이나 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상 또는 시간-주파수 영역 분석법(Time-Frequency Analysis) 같은 2차원 방법을 이용하여 표적물의 산란 메커니즘을 분석하거나, 표적인식에 응용하는 연구이다. More sophisticated data on non-coordinated target recognition techniques and scattering characteristics of targets are essential for the design of radars and are currently being applied in advanced countries. Research on advanced countries' research institutes is focused on high resolution signal processing methods such as CNR (Complex Natural Resonance) analysis of received scattered electromagnetic waves, various HRRP (High Resolution Range Profile) acquisition techniques, scattering point extraction, and ISAR Inverse Synthetic Aperture Radar (SAR), Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging, or Time-Frequency Analysis (2-D) methods are used to analyze the scattering mechanism of a target or apply it to target recognition.

일반적으로 HRRP(High Resolution Range Profile) 또는 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상은 추적 레이더나 다기능 레이더와 같은 고정된 레이더에서 획득된 1, 2차원 영상으로, 이런 기술을 일반적으로 회전하는 탐지 레이더에 적용한 기술 사례는 군사적 안보 이유 등으로 찾아보기 어렵고, 관련 연구 사례 또한 많지 않다. 2009년 U.S Naval Reserch Laboratory 그룹에서 회전하는 레이더에서 ISAR 영상을 획득하는 연구를 진행한 바 있다. 여러 개의 표적에 대해 ISAR 영상을 획득하고자 할 때, 각 표적별로 dwell time(레이더가 표적을 바라보는 시간 영역)을 분리하는데 어려움이 있고, 또한 일반적으로 ISAR 영상은 연속적으로 업데이트 된 영상을 얻기 어렵기 때문에 회전하는 레이더에서 ISAR 영상을 획득하는 연구를 진행하였다. In general, High Resolution Range Profile (HRRP) or Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) images are images obtained from fixed radar such as tracking radar or multi-function radar. These techniques are applied to a rotating radar Technological examples are hard to find because of military security reasons, and there are not many related research examples. In 2009, the Naval Reserch Laboratory of U.S. has been working on acquiring ISAR images from a rotating radar. When acquiring ISAR images for multiple targets, it is difficult to separate the dwell time for each target, and in general ISAR images are difficult to obtain continuously updated images Therefore, we have been studying ISAR image acquisition in rotating radar.

이 연구에 따르면 회전하는 송/수신 안테나로부터 ISAR 영상을 획득할 경우, 안테나가 한번 회전할 때마다 새로운 영상으로 업데이트 할 수 있으며 다중 표적에 대해서 레이더가 각 표적을 바라보는 시간영역을 쉽게 구분할 수 있다는 장점이 있다. According to this study, when an ISAR image is acquired from a rotating transmitting / receiving antenna, it can be updated to a new image every time the antenna rotates and it is easy to distinguish the time zone in which radar observes each target for multiple targets There are advantages.

하지만 일반적인 추적 레이더로 ISAR 영상을 얻을 때에는 충분한 펄스 수를 이용하는 것과 달리 회전하는 레이더에서는 제한된 펄스를 이용하여 각 레인지-빈( range-bin)에서의 도플러(Doppler) 스펙트럼을 얻기 때문에 ISAR 영상에서 수직 거리(cross range) 방향으로의 영상을 획득하기 어렵다는 문제점이 있다. However, unlike a conventional tracking radar that uses a sufficient number of pulses to obtain an ISAR image, a rotating Doppler spectrum is acquired in each range-bin using a limited pulse in a radar, it is difficult to acquire an image in a cross range direction.

이런 문제점을 해결하기 위하여 U.S Naval Reserch Laboratory 그룹의 연구에서는 적응형 도플러 스펙트럼 평가(adaptive Doppler spectrum estimation) 기법을 이용하여 펄스 수가 충분했을 때 수신신호로부터 만들 수 있는 Gabor basis set을 예측하여 cross range 방향으로의 영상을 얻었다. 레이더가 송신한 펄스신호가 표적을 맞고 수신할 때 안테나는 잠시 정지했다고 가정을 하여 레이더의 회전에 의해서 각 수신 신호의 파워 스펙트럼 밀도(power spectral density)는 일정하다고 가정을 하였다. To solve this problem, the US Naval Reserch Laboratory group used adaptive Doppler spectrum estimation to estimate the Gabor basis set from the received signal when the number of pulses was sufficient, . Assuming that the antenna stopped momentarily when the pulse signal transmitted by the radar received the target, the power spectral density of each received signal was assumed to be constant by the rotation of the radar.

도플러 스펙트럼(Doppler spectrum)을 예측하기 위하여 칼만 필터(Kalman filter)를 이용하는데, 칼만 필터는 과거의 데이터와 현재의 데이터를 사용하여 과거의 데이터 정보로부터 현재의 데이터의 노이즈를 줄이고 미래의 데이터를 예측하는 기법이다. 도 1은 이 연구에서 제안된 적응형 도플러 스펙트럼 평가(adaptive Doppler spectrum estimation) 기법을 이용하여 해상도의 레벨에 따른 ISAR 영상을 얻은 결과를 보여준다.In order to predict the Doppler spectrum, a Kalman filter is used. The Kalman filter uses past data and current data to reduce the noise of the current data from past data information, . FIG. 1 shows the result of obtaining the ISAR image according to the resolution level using the adaptive Doppler spectrum estimation technique proposed in this study.

또한, 2008년 Defence Research and Development Canada 그룹에서 해수면 위의 표적의 ISAR 영상을 획득하기 위하여 비행기에 탑재된 레이더의 설계에 대한 간략한 소개와 측정을 통해 얻은 ISAR 영상을 보여준 연구 사례가 있다. 이 연구에서는 ISAR 영상을 얻기 전에 표적의 움직임에 대한 보상과정과 비행기에 장착된 레이더에 의해 상대적인 표적의 움직임에 대한 보상과정을 통해 ISAR 영상을 얻는다. 이를 개념으로 보여주는 도면이 도 2에 도시된다.There is also a case study of the ISAR image obtained from the 2008 Defense Research and Development Canada group by briefly introducing the design of the radar mounted on the plane and measuring the ISAR image of the target on sea level. In this study, ISAR images are obtained by compensating for the motion of the target before acquiring the ISAR image and compensating for the relative movement of the target by the radar mounted on the airplane. A diagram showing this concept is shown in Fig.

이 외의 레이더 신호처리 분야에서의 연구들은 선진국에서 SAR와 ISAR 에 대한 대부분의 알고리즘들을 개발하였으며, 또한 2차원 영상을 획득하는 알고리즘들도 거의 대부분이 완성이 되어 있는 단계이다. 그리고 이를 레이더 자동표적인식(ATR: Automatic Target Recognition)에 접목시켜서 현재 군 레이더 시스템에 사용 중인 것으로 알려져 있다. 그리고 움직이는 표적에 대한 ISAR 영상의 움직임 보상 기법과 레이더 신호에 대한 움직임 보상 기법도 많은 부분 완성이 되어 있으며 이를 꾸준히 개발 및 발전하고 있다. Other researches in the field of radar signal processing have developed most algorithms for SAR and ISAR in advanced countries, and most of the algorithms for acquiring two - dimensional images are almost completed. It is known to be used in the current military radar system by combining it with Automatic Target Recognition (ATR). Motion compensation techniques for ISAR images for moving targets and motion compensation techniques for radar signals have also been completed and developed steadily.

특히 1차원 및 2차원 신호처리방법에 있어서 표적물의 구분 성능을 높이기 위하여 고해상도 방법이 주로 연구되어 적용되고 있다. 레이더는 표적의 영상을 얻기 위한 추적 레이더와 표적의 위치 판별을 위한 탐지 레이더가 있다. 360도 회전하면서 모든 방향에서 표적을 탐지하는 탐지레이더와 달리 추적 레이더는 지정된 표적만을 지향하여 빔을 방사하고 산란파를 측정함으로써 표적을 추적하게 되는데, 표적을 추적하면서 얻은 신호로부터 ISAR 영상을 획득하게 된다. In particular, high resolution methods have been studied and applied in order to enhance the classification performance of a target in a one-dimensional and two-dimensional signal processing method. The radar has a tracking radar to acquire an image of the target and a detection radar to determine the position of the target. Unlike a detection radar that detects a target in all directions while rotating 360 degrees, the tracking radar is aimed only at a designated target, radiating the beam and tracking the target by measuring the scattering wave, which acquires the ISAR image from the signal obtained while tracking the target .

추적 레이더는 표적으로부터 나오는 신호를 일정시간 추적하기 때문에 연속적이고 충분한 데이터로부터 ISAR 영상을 획득하는 반면 탐지 레이더는 회전하면서 표적을 바라보는 시간이 짧고 각 회전에서 표적으로부터 얻어진 신호가 회전을 거듭하면서 주기적으로 나타나게 되는데 이로부터 ISAR 영상을 획득해야하는 차이가 있다. The tracking radar acquires the ISAR image from continuous and sufficient data because it tracks the signal from the target for a certain amount of time, whereas the detection radar has a short time to look at the target while the signal obtained from the target is rotated periodically There is a difference in obtaining ISAR image from this.

따라서 ISAR 영상을 획득할 때, 모든 펄스신호에 담긴 정보를 이용하는 추적 레이더와 달리 회전하는 탐색 레이더에서는 표적의 정보가 담긴 펄스를 선별하는 과정과 적은 펄스로부터 얻은 신호를 처리하는 과정이 추가로 필요하다. 또한, 각각의 안테나 회전에서 얻어진 표적의 회전 움직임에 대한 새로운 보상 과정에 대한 연구를 진행할 필요가 있다.Therefore, unlike a tracking radar that uses information contained in all pulse signals when acquiring ISAR images, a rotating search radar requires a process of selecting a pulse containing information of the target and a process of processing a signal obtained from a small pulse . In addition, it is necessary to carry out a study on a new compensation process for the rotational movement of the target obtained at each antenna rotation.

1. 한국등록특허번호 제10-1001612호 (2010.12.09)1. Korean Registered Patent No. 10-1001612 (December, 2010) 2. 한국등록특허번호 제10-1081894호 (2011.11.03)2. Korean Registered Patent No. 10-1081894 (November 3, 2011)

1. 강병수, "펄스 간 위상오차 보상을 통한 후방 감시 차량용 레이더의 ISAR 영상형성"전자공학회논문지 (Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea) 제51권 제8호 통권 제441호 (2014년 8월) pp.97-103 1. ISAR Image Formation of Rear Tracking Vehicle Radar with Pulse-Phase Error Compensation Kang, Byung-Soo, Kang, Byoung-Soo, ) pp.97-103 2. 강병수, "기동표적에 대한 ISAR Cross-Range Scaling"한국전자파학회논문지 제25권 제10호 1062p ~ 1068p, 2014년2. ISANG Cross-Range Scaling for Maneuvering Target Kang, Byoung-Soo, Journal of the Korea Electromagnetic Engineering Society Vol. 25, No. 10, 1062p ~ 1068p, 2014

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 추적 레이더에 적용되는 역합성 개구 레이더(ISAR: Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상획득 기술을 탐지 레이더에도 확대 적용하는 레이더 영상 획득 방법 및 이의 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the problem according to the above background art, and it is an object of the present invention to provide a radar image acquiring method and a radar image acquiring method for applying an inverse synthetic aperture radar (ISAR) The purpose of the system is to provide.

또한, 본 발명은 간단하게 소프트웨어 업데이트만으로 탐색 레이더를 이용하여 영상을 획득하는 레이더 영상 획득 방법 및 이의 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a radar image acquisition method and system thereof for acquiring an image using a navigation radar simply by software update.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 추적 레이더에 적용되는 역합성 개구 레이더(ISAR: Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상획득 기술을 탐지 레이더에도 확대 적용하는 레이더 영상 획득 방법을 제공한다.The present invention provides a radar image acquiring method for applying an inverse synthetic aperture radar (ISAR) image acquisition technique applied to a tracking radar to a detection radar in order to achieve the above-described problems.

상기 레이더 영상 획득 방법은,The radar image acquiring method includes:

(a) 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 입력받는 단계;(a) receiving multiple target information and radar system specification information;

(b) 상기 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 이용하여 탐색 레이더의 수신 신호를 생성하는 단계;(b) generating a received signal of the search radar using the multi-target information and the radar system specification information;

(c) 상기 다중 표적의 각 표적에 대한 상기 수신 신호를 분류하는 단계; 및(c) classifying the received signal for each target of the multiple target; And

(d) 산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법 또는 산란점 정보를 이용한 데이터 생성 및 영상 획득 기법을 이용하여 각 표적에 대한 레이더 영상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.(d) acquiring a radar image for each target using an image acquisition technique using a scattering point distance difference or data generation using image scattering information and an image acquisition technique.

이때, 상기 (C) 단계는, 상기 수신 신호를 갖는 다중 표적의 원본 데이터를 획득하는 단계; 상기 다중 표적의 데이터로부터 산람점들을 추출하여 고해상도 데이터로 변환하는 단계; 휴-트랜스폼(Hough-transform) 기법을 이용하여 상기 고해상도 데이터로부터 각 표적의 움직임에 의해 생성되는 직선들의 특성들을 추출하여 저장하는 단계; 및 상기 직선들의 특성들을 이용하여 상기 산란점들 모두에 대해 표적별로 분류하고, 상기 원본 데이터 내에 데이터를 표적별로 분류하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the step (C) may include: obtaining multi-target original data having the received signal; Extracting mountain points from the multi-target data and converting the mountain points into high-resolution data; Extracting and storing characteristics of lines generated by the motion of each target from the high-resolution data using a Hough-transform technique; And classifying all of the scattering points by a target using the characteristics of the straight lines, and classifying the data in the original data according to a target.

또한, 상기 탐색 레이더의 수신 신호는 수학식

Figure 112016108493253-pat00001
(여기서, s(v, w)는 탐색 레이더의 수신신호이고, v는 시간을 나타내는 파라미터이며, w는 광대역 주파수에 대해 주파수를 나타내는 파라미터이며, Gv는 안테나의 이득이며, Ak와 Rvk는 각각 산란점의 산란강도와 탐색 레이더간 거리이고, K는 표적을 이루는 산란점의 수이고, c는 빛의 속도이며, fw는 주파수 샘플이고, u(v)는 탐색 레이더가 바라보는 방향에 따라 표적이 보이면 1의 값을 가지고 보이지 않으면 0의 값을 갖는다)에 의해 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the received signal of the search radar is expressed by the following equation
Figure 112016108493253-pat00001
Where v is a parameter representing the time, w is a parameter representing the frequency with respect to the wideband frequency, G v is the gain of the antenna, A k and R vk Is the scattering intensity of the scattering point and the distance between the search radars, K is the number of scattering points forming the target, c is the speed of light, f w is the frequency sample, u (v) is the direction And a value of 0 if the target is not seen with a value of 1).

또한, 상기 산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법은, 한 쌍의 탐색 레이더의 2회 관측에서 획득되는 각 산란점들의 직선 거리(cross range)과 회전 차수에 따른 각 산람점들 사이의 관계를 이용하여 각 산란점들 사이의 간격이 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the image acquiring method using the above-mentioned scattering point distance difference is performed by using the relationship between the mountain ranges of the scattering points obtained at the two observations of the pair of search radars and the respective degrees of rotation according to the degree of rotation And the interval between the scattering points is determined.

또한, 상기 산란점 정보를 이용한 데이터 생성 및 영상 획득 기법은, 획득한 수신 신호로부터 추출된 표적의 산란점 정보를 이용하여 보이지 않는 영역에서의 수신 신호를 생성하고, 추적 레이더의 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 움직임 보상 기법으로 상기 수신 신호를 보상하여 영상을 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the data generation and image acquisition technique using the scattering point information generates a received signal in an invisible region using the scattering point information of the target extracted from the obtained received signal, and generates an inverse synthetic aperture (ISAR) And compensates the received signal by a Radar motion compensation technique to acquire an image.

또한, 상기 산란점 정보는 압축 센싱 기법을 이용하여 산란점의 개수를 추정한 후 상기 산란점의 개수를 이용하여 1차원 산란점을 추출하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the scattering point information is generated by extracting a one-dimensional scattering point using the number of scattering points after estimating the number of scattering points using a compression sensing technique.

또한, 상기 보이지 않는 영역에서의 수신 신호는 일정거리로 이격되는 한 쌍의 탐색 레이더에 의해 첫 번째 관측되는 제 1 관측 영역과 두 번째 관측되는 제 2 관측 영역 사이의 관측되지 않은 영역에서의 속도 및 가속도 관계식을 이용하여 추정되는 산란점들의 위치 정보 및 산란 강도를 GTD(generalized triangular decomposition) 기반의 신호 모델에 대입하여추정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the received signal in the invisible region may include a velocity in an unobserved region between a first observed region first observed by a pair of search radars spaced a certain distance and a second observed region second observed, The position information and the scattering intensity of scattering points estimated using the acceleration relation are estimated by substituting the scattering intensity into a signal model based on GTD (generalized triangular decomposition).

또한, 상기 ISAR 움직임 보상 기법은 최소 엔트로피법(minimum entropy method)을 기반으로 하는 SSA(stage-by-stage approach) 기법인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the ISAR motion compensation scheme may be a stage-by-stage approach based on a minimum entropy method.

이때, 상기 SSA 기법은 인접한 2개의 거리 프로파일의 크기의 합의 엔트로피가 최소가 되도록 보상하는 거리 정렬 및 상기 거리 정렬 후에도 여전히 남아 있는 위상 오차들을 보상해주기 위해 전체 ISAR 영상의 엔트로피가 최소가 되도록 각 거리 프로파일에 위상을 더해주는 위상 보정으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the SSA technique includes distance alignment to compensate for the entropy of the sum of the two adjacent distance profiles to a minimum, and distance profile to compensate for phase errors still remaining after the distance alignment, so that the entropy of the entire ISAR image is minimized. And a phase correction for adding a phase to the output signal.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 표적을 추적하는 탐색 레이더 및 상기 탐색 레이더로부터 수신 신호를 받아 처리하여 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상을 생성하는 신호 처리 장치를 포함하는 레이더 영상 획득 시스템을 제공할 수 있다. On the other hand, another embodiment of the present invention is a radar image acquisition system including a search radar for tracking a target and a signal processing device for receiving a received signal from the search radar and generating an ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) System can be provided.

이때, 상기 신호 처리 장치는, 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 입력받아, 상기 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 이용하여 탐색 레이더의 수신 신호를 생성하는 수신 신호 생성 모듈; 상기 다중 표적의 각 표적에 대한 상기 수신 신호를 분류하는 분류부; 및 산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법 또는 산란점 정보를 이용한 데이터 생성 및 영상 획득 기법을 이용하여 각 표적에 대한 레이더 영상을 획득하는 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The signal processing apparatus includes a reception signal generation module that receives multi-target information and radar system specification information, and generates a reception signal of the search radar using the multi-target information and the radar system specification information; A classifier for classifying the received signal for each target of the multiple targets; And a generation unit that acquires a radar image for each target using an image acquisition technique using a scattering point distance difference or a data generation and image acquisition technique using scattering point information.

본 발명에 따르면, 추적레이더보다 보급률이 높은 탐색레이더를 이용한 영상획득 기술을 통해, 소프트웨어 업데이트만으로 표적의 영상을 획득할 수 있고, 민간과 군에서 이용 가능하며, 레이더를 이용한 탐지 및 식별 능력 증진에 이바지할 것으로 기대된다.According to the present invention, it is possible to acquire an image of a target only by software update through an image acquisition technique using a search radar having a higher penetration rate than a tracking radar, and to use the radar to detect and identify the target, It is expected to contribute.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 기존의 추적 레이더 상황에서 제한된 신호를 이용하여 레이더 영상 형성에 이용될 수 있고, 기타 분야에 신호처리 기법들로 이용될 수 있다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that it can be used for forming a radar image by using a limited signal in the existing tracking radar situation, and can be used as signal processing techniques in other fields.

도 1은 일반적인 적응형 도플러 스펙트럼 평가(adaptive Doppler spectrum estimation) 기법을 이용하여 해상도의 레벨에 따른 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상을 얻은 결과 화면예이다.
도 2는 일반적인 SAR 영상에서의 표적 탐지 결과 화면예이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탐색 레이더에서 영상을 획득하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 다중 표적에 대한 수신신호로부터 각각의 표적을 분류하는 단계(S330)를 세분화하여 보여주는 흐름도이다.
도 5는 도 4를 이해하기 쉽도록 개념적으로 보여주는 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 3에 도시된 단계 S340의 제 1 기법에 따른 탐색 레이더에서 표적의 산란점간 거리차이를 결정하는 요인을 보여주는 개념도이다.
도 7은 일반적으로 탐색 레이더에서 산란점의 수직 거리(cross range)와 산란점간 거리차이의 관계를 규명하는 개념도이다.
도 8a 및 도 8b는 7점 표적에 대한 산란점간 거리차이를 이용한 표적영상획득의 예를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 단계 S350의 제 2 기법에 따라 산란점 정보를 이용하여 데이터를 생성하고 영상을 획득하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 10은 도 9에 도시된 흐름도를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 11은 도 9에 도시된 산란점 추출 단계(S910)를 더 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 12는 도 9에 도시된 안테나 이득 보상 단계(S920)를 더 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 13은 도 9에 도시된 SSA(stage-by-stage approach) 기법의 개념을 보여주는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 탐색 레이더에서 영상을 획득하는 레이더 영상 획득 시스템의 구성도이다.
FIG. 1 shows an example of a result obtained by obtaining an ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) image according to a resolution level using a general adaptive Doppler spectrum estimation technique.
2 is an example of a target detection result screen in a general SAR image.
3 is a flowchart illustrating a process of acquiring an image in a search radar according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flow chart showing in detail sub-step S330 of sorting each target from the received signals for the multiple targets shown in FIG.
Fig. 5 is a conceptual diagram for easy understanding of Fig.
FIGS. 6A and 6B are conceptual diagrams illustrating a factor for determining a difference in scattering point distance of a target in a search radar according to the first technique of step S340 shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a relationship between a vertical distance (distance) of a scattering point and a scattering point distance difference in a search radar.
8A and 8B are views showing an example of target image acquisition using the difference in scattering point distance for a 7-point target.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a process of generating data and acquiring an image using scattering point information according to a second technique of step S350 shown in FIG.
10 is a conceptual diagram schematically showing the flowchart shown in FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing the scattering point extraction step (S910) shown in FIG. 9 in more detail.
FIG. 12 is a flow chart showing in more detail the antenna gain compensation step (S920) shown in FIG.
FIG. 13 is a flow chart showing the concept of the stage-by-stage approach (SSA) technique shown in FIG.
14 is a configuration diagram of a radar image acquisition system for acquiring images in a search radar according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법 및 이의 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탐색 레이더에서 영상을 획득하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 먼저, 다중 표적 정보 및 레이더 사양 정보(즉, 탐색 레이더 사양 정보)를 입력한 후, GTD(geometriccal theory of diffraction)을 기반으로 하는 탐색 레이더의 신호 모델인 다음 수학식을 통하여 탐색 레이더의 수신 신호를 생성한다(단계 S310,S320).3 is a flowchart illustrating a process of acquiring an image in a search radar according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, after inputting multiple target information and radar specification information (i.e., search radar specification information), a signal model of a search radar based on geometric theory of diffraction (GTD) And generates a reception signal of the search radar (steps S310 and S320).

Figure 112015097242442-pat00002
Figure 112015097242442-pat00002

여기서, s(v,w)는 탐색 레이더의 수신신호를 나타내며, v는 시간을 나타내는 파라미터이며, w는 광대역 주파수에 대해 주파수를 나타내는 파라미터이며, Gv는 안테나의 이득을 의미한다. Ak와 Rvk는 각각 산란점의 산란강도와 레이더간 거리를 의미한다. K는 표적을 이루는 산란점의 수를 나타내고, c는 빛의 속도, fw는 주파수 샘플을 의미한다. 마지막으로 u(v)는 탐색 레이더가 바라보는 방향에 따라 표적이 보이면 1의 값을 가지고 보이지 않으면 0의 값을 갖는다.Here, s (v, w) denotes a received signal of the search radar, v is a parameter indicating time, w is a parameter indicating a frequency with respect to a wideband frequency, and G v denotes an antenna gain. A k and R vk denote the scattering intensity and scattering distance of the scattering point, respectively. K represents the number of scattering points forming the target, c represents the speed of light, and f w represents a frequency sample. Finally, u (v) has a value of 1 if the target is seen according to the direction in which the search radar is looking, or 0 if it is not visible.

이후, 획득한 탐색 레이더의 수신 신호에는 하나의 표적에 대한 신호만 존재하지 않고, 여러 표적에 대한 신호들이 복합적으로 들어 있게 된다. 따라서 이러한 신호로부터 각 표적에 대한 수신신호를 분류하는 과정이 수행된다(단계 S330). 이에 대하여는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.Thereafter, the received signal of the obtained search radar does not contain only the signal for one target, but the signals for the various targets are mixed. Therefore, a process of classifying the received signal for each target is performed from this signal (step S330). This will be described later with reference to FIG.

도 3을 계속 참조하면, 다중 표적 분류가 끝나고 나면 각 표적에 대한 레이더 영상 획득 과정을 적용한다(단계 S340,S350,S360). 여기에서는 두 가지 기법을 제안한다. 제 1 기법은 산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법으로, 각 산란점의 직선 거리(cross range)에 의해 다음 회전에서 산란점 사이의 간격이 결정된다는 것을 이용한다(단계 S340). 이러한 제 1 기법을 개념적으로 보여주는 도면이 도 6 및 도 7에 도시된다. 이해 대해서는 후술하기로 한다.3, after the multiple target classification is completed, a radar image acquisition process for each target is applied (steps S340, S350, S360). Here we propose two techniques. The first technique uses an image acquisition technique using a difference in scattering point distance, and uses the fact that the interval between scattering points is determined by the cross range of each scattering point in the next rotation (step S340). Figures 6 and 7 illustrate schematically this first technique. The understanding will be described later.

도 3을 계속 참조하면, 제 2 기법은 산란점 정보를 이용한 data 생성 및 영상 획득 기법으로, 획득한 수신 신호로부터 추출된 표적의 산란점 정보를 이용하여 보이지 않는 영역에서의 수신 신호를 생성하고, 추적 레이더의 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 움직임 보상 기법으로 이를 보상해주어 영상을 획득하는 기법이다(단계 S350).3, the second technique is a data generation and image acquisition technique using scattering point information, and generates a received signal in an invisible region using scattering point information of a target extracted from the obtained received signal, And an ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) motion compensation method of the tracking radar to compensate the ISAR (step S350).

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 도 3에 도시된 다중 표적에 대한 수신신호로부터 각각의 표적을 분류하는 단계(S330)를 세분화하여 보여주는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 수신신호의 분류는 크게 네 가지 단계로 이루어진다. FIG. 4 is a flow chart showing a detailed step S330 of sorting each target from the received signals for the multiple targets shown in FIG. 3 according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the classification of the received signal is largely divided into four steps.

탐색 레이더에서는 일반적으로 다중표적을 관측하는 상황에 놓이게 된다. 따라서 다중 표적에 대한 신호를 각각의 표적에 대해서 분류하는 것이 필요하다. 먼저 첫 단계로는, 다중 표적이 존재하는 상황에 대해서 탐색 레이더를 통해 얻은 수신신호는 다중 표적의 데이터가 한 데이터 내에 존재하여 나타나게 된다(단계 S410).즉 레이더가 수신하는 신호인 원본 데이터를 획득한다.In a navigation radar, you are usually in a situation where you are observing multiple targets. Therefore, it is necessary to classify the signals for multiple targets for each target. In a first step, a received signal obtained through a search radar for a situation in which multiple targets exist is represented by the presence of multiple target data in one data (step S410). do.

두 번째 단계로는, 수신한 데이터를 산란점 추출에 의해서 고 해상도의 정보를 갖는 데이터로 변환한다(단계 S420). 세 번째 단계로는, 산란점들의 위치정보의 변화를 휴-트랜스폼(Hough-transform) 기법을 이용하여 저장한다(단계 S430). 휴-트랜스폼(Hough-transform)이란 임의의 영상 데이터 내에 형성되는 직선을 직선의 거리와 기울기의 새로운 도메인으로 옮겨서 영상 데이터 내에 형성되는 직선들의 특징을 추출하는 기법이다. Hough-transform 기법을 두 번째 단계에서 산란점 추출을 통해 얻어진 고해상도 데이터에 적용하게 되면 각 표적의 움직임에 의해 생성되는 직선들의 특성을 추출하고 이를 통해서 다중 표적의 특성을 알아낼 수 있다.In the second step, the received data is converted into data having high-resolution information by scattering point extraction (step S420). As a third step, the change of the position information of the scattering points is stored using a Hough-transform technique (step S430). Hough transform is a technique of extracting features of straight lines formed in image data by transferring a straight line formed in arbitrary image data to a new domain of the distance and slope of the straight line. Applying the Hough-transform technique to the high-resolution data obtained from the scattering point extraction in the second step, we can extract the characteristics of the straight lines generated by the motion of each target, and can characterize the multiple target through this.

추출된 산란점은 각 표적별로 동일한 경로상(Hough-transform시 나타나는 직선)에 놓이게 되는 특성이 있는데, 이 특성을 이용하면 추출된 산란점의 정보들을 각 표적별로 분류할 수 있다(단계 S440).The extracted scattering point has a characteristic that it is placed on the same path (straight line in the case of Hough-transform) for each target, and information of the extracted scattering point can be classified by each target using this characteristic (step S440).

도 5는 도 4를 이해하기 쉽도록 개념적으로 보여주는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 원본 데이터(510)로부터 산란점들(520)이 추출되고, 산란점들의 위치 정보(530)를 추출하고, 이 위치 정보로부터 휴 트랜스폼을 이용하여 피크 검출(540)을 수행한 후 표적별로 분류된 데이터(550)가 생성된다.Fig. 5 is a conceptual diagram for easy understanding of Fig. Referring to FIG. 5, scattering points 520 are extracted from original data 510, position information 530 of scattering points is extracted, peak detection 540 is performed from the position information using a hypotransform And data 550 classified according to the target is generated.

도 6a 및 도 6b는 도 3에 도시된 단계 S340의 제 1 기법에 따른 탐색 레이더에서 표적의 산란점간 거리차이를 결정하는 요인을 보여주는 개념도이고, 도 7은 일반적으로 탐색 레이더에서 산란점의 수직 거리(cross range)와 산란점간 거리차이의 관계를 규명하는 개념도이다. 6A and 6B are conceptual diagrams showing a factor for determining the difference in scattering point distance of the target in the search radar according to the first technique of step S340 shown in FIG. 3, and FIG. 7 is a graph showing the vertical distance (cross range) and the distance between the scattering points.

도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하면, 제 1 기법은 수신 신호를 추정하는 과정 없이 두 번의 회전 관측에서 얻어진 표적의 산란신호로부터 레이더 영상을 얻는 기법이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 탐색 레이더(610-1)와 제 2 탐색 레이더(610-2)를 이용하여 제 1 회전과 제 2 회전의 차수가 생성된다. 6A, 6B and 7, the first technique is a technique of obtaining a radar image from a scatter signal of a target obtained in two rotation observations without a process of estimating a received signal. 6A and 6B, the order of the first rotation and the second rotation is generated by using the first search radar 610-1 and the second search radar 610-2.

이때 제 1 및 제 2 탐색 레이더(610-1,610-2)가 표적을 관측하는 상황에서 회전의 차수가 바뀔수록 각 산란점들 사이의 간격차이가 변하는 것을 관측 할 수 있는데, 이는 각 산란점들의 직선 거리(cross range)에 의해 발생하는 차이이다.At this time, it can be observed that as the degree of rotation is changed in the situation where the first and second search radars 610-1 and 610-2 observe the target, the difference of the gap between the scattering points changes, This is the difference caused by the cross range.

각 산란점들의 cross range와 회전의 차수에 따른 산람점들 사이의 관계를 규명한 것이 도 7과 같다. 도 7은 일반적으로 탐색 레이더에서 산란점의 수직 거리(cross range)와 산란점간 거리차이의 관계를 규명하는 개념도이다.The relationship between the scattering points and the cross range of each scattering point is shown in FIG. FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a relationship between a vertical distance (distance) of a scattering point and a scattering point distance difference in a search radar.

도 7에서 나타난 변수들을 이용하여 수학식 2에서는 산란점(c1,c2,c3)의 직선 거리(cross range)와 회전의 차수에 따른 산란점들 사이의 관계식을 나타낸 것이다. 수학식 2를 이용하면 첫 번째 회전과 두 번째 회전에서 획득한 거리 프로파일(range profile)로부터 각산란점들 사이의 간격을 계산하고 이들 간격의 변화량으로부터 모든 산람점의 직선 거리(cross range)를 계산할 수 있다.Using the parameters shown in FIG. 7, the relationship between the scattering points according to the cross-range of the scattering points (c1, c2, c3) and the order of rotation is shown in Equation (2). Using equation (2), the distance between each scattering point is calculated from the range profile obtained in the first rotation and the second rotation, and the cross-range of all points of the mountain is calculated from the variation of these intervals .

Figure 112015097242442-pat00003
Figure 112015097242442-pat00003

여기서, 각 변수들은 도 7에 명시된 것과 같이, c2는 두번째 산란점의 cross-range 거리, d는 각 산란점들간의 down-range 거리, △θ는 제 1 회전에서의 입사빔 방향과 제 2 회전에서의 입사빔 방향의 사잇각을 나타낸다.7, c2 is the cross-range distance of the second scattering point, d is the down-range distance between the scattering points,? Is the incident beam direction in the first rotation, In the direction of the incident beam.

위 수학식에서는 산란점 c2에서 대해서만 정의하였으나, 이와 유사하게 c1, c3도 정의된다.In the above equation, only the scattering point c2 is defined, but similarly, c1 and c3 are also defined.

도 8a 및 도 8b는 7점 표적에 대한 산란점간 거리차이를 이용한 표적영상획득의 예를 보여주는 도면이다. 특히, 도 8a는 도 5, 550에서 명기된 바와 같이 하나의 표적에 대해 얻은 수신신호로 구성한 신호이다. 또한 도 8b는 예시로 제시된 비행체의 레이더 영상을 모사하고 있다.8A and 8B are views showing an example of target image acquisition using the difference in scattering point distance for a 7-point target. In particular, FIG. 8A is a signal composed of a received signal obtained for one target as described in FIGS. FIG. 8B also simulates the radar image of the air vehicle shown as an example.

도 9는 도 3에 도시된 단계 S350의 제 2 기법에 따라 산란점 정보를 이용하여 데이터를 생성하고 영상을 획득하는 과정을 보여주는 흐름도이고, 도 10은 도 9에 도시된 흐름도를 개략적으로 보여주는 개념도이다. 부연하면, 제 2 기법은 표적이 보이지 않는 영역의 수신 신호를 추정하여 추적 레이더에서 얻은 수신 신호와 동일하게 만들어주고 이를 기존의 추적 레이더에서 사용하는 움직임 보상 기법을 적용하여 영상을 획득하는 기법이다.FIG. 9 is a flowchart showing a process of generating data and acquiring an image using scattering point information according to a second technique of step S350 shown in FIG. 3. FIG. 10 is a conceptual diagram schematically showing the flowchart shown in FIG. to be. In addition, the second technique estimates the received signal of the non-target area and makes it equal to the received signal obtained from the tracking radar, and acquires the image by applying the motion compensation technique used in the existing tracking radar.

도 9를 참조하면, 산란점 추출 과정(단계 S910), 안테나 이득 보상 과정(단계 S920), 관측되지 않는 영역에서의 수신 신호 추정 과정(단계 S930), 마지막으로 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 움직임 보상 과정(단계 S940) 총 4가지 과정으로 이루어져 있다.9, an antenna gain compensation process (step S920), a received signal estimation process in an unobserved area (step S930), and an ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) motion compensation (Step S940).

첫 번째 과정으로 표적이 관측되지 않는 시간에서의 수신신호를 얻기 위해 1차원 산란점 추출 기법을 통해서 표적의 산란점들(도 10의 1010)을 추출하게 된다. 이 때, 수신 신호에 잡음이 섞여 있으면 표적의 정확한 산란점 개수를 파악하기 어렵게 된다. 따라서, 우선 압축 센싱(compressed sensing) 기법을 이용하여 도 11과 같이 산란점의 개수를 추정한 후, 1차원 산란점 추출을 통해 표적의 산란점을 추출한다(단계 S910).As a first step, the scattering points (1010 in FIG. 10) of the target are extracted through the one-dimensional scattering point extraction technique to obtain a received signal at a time when no target is observed. At this time, if noise is mixed in the received signal, it becomes difficult to grasp the accurate number of scattering points of the target. Accordingly, first, the number of scattering points is estimated as shown in FIG. 11 using a compressed sensing technique, and a scattering point of the target is extracted through one-dimensional scattering point extraction (step S910).

이후, 추적 레이더에서는 표적의 움직임에 따라 빔 조향을 하여 빔의 중심에 표적이 존재하도록 하는 반면, 탐색 레이더는 표적의 위치나 움직임에 상관없이 회전을 하고 있으므로 표적이 빔의 중심에 존재하지 않을 수 있다. 그러므로 빔 내 표적의 위치에 따라서 해당 방향으로 빔의 이득이 다르게 된다. 따라서, 도 12와 같은 안테나 이득 보상 과정(도 10의 1020)을 통해서 이를 해결한다(단계 S920).Then, in the tracking radar, the beam is steered according to the movement of the target so that the target exists at the center of the beam. On the other hand, since the search radar rotates irrespective of the position or movement of the target, have. Therefore, the gain of the beam varies in the corresponding direction depending on the position of the target in the beam. Therefore, it is solved through the antenna gain compensation process (1020 in FIG. 10) as shown in FIG. 12 (step S920).

도 9를 계속 참조하면, 안테나 이득 보상 과정의 완료이후, 산란점 추출 과정에서 구한 각 거리 프로파일(range profile)에서의 산란점 위치들을 이용하여 보이지 않는 영역에서의 산란점들의 위치(도 10의 1030)를 추정한다(단계 S930). 먼저, 첫 번째, 두 번째 관측되는 영역에서 산란점 위치 정보를 이용하여 표적의 평균 속도를 구한다. 이를 속도와 가속도 관계식을 통해서 두 관측되는 영역 사이의 관측되지 않는 영역에서의 가속도를 구하고, 두 번째 관측되는 영역에서의 정확한 표적의 위치를 파악한다. 이 위치는 첫 번째 관측되는 영역에서의 표적 위치에 상대적인 위치이다.9, after completion of the antenna gain compensation process, the positions of the scattering points in the invisible region using the scattering point positions in each range profile obtained in the scattering point extracting process (1030 ) (Step S930). First, the average velocity of the target is obtained by using the scattering point position information in the first and second observed regions. Through the velocity and acceleration relation, the acceleration in the unobserved region between the two observed regions is obtained, and the position of the accurate target in the second observed region is grasped. This position is the position relative to the target position in the first observed region.

두 번째로 각 산란점들의 첫 번째, 두 번째 관측되는 영역에서의 속도를 구하고 이를 가속도 운동할 때의 위치 변화 식에 대입하여 관측되지 않는 영역에서의 산란점들의 위치를 추정한다. 여기서 구한 산란점의 위치 정보와 앞서 구한 산란강도를 GTD(Generalized Triangular Decomposition) 기반의 신호 모델에 대입하여, 관측되지 않는 영역에서의 수신 신호를 추정한다.Secondly, the velocity in the first and second observed regions of each scattering point is obtained, and it is substituted into the positional change equation for acceleration movement to estimate the positions of the scattering points in the unobserved region. The position information of the scattering point obtained in this way and the previously obtained scattering intensity are substituted into a signal model based on GTD (Generalized Triangular Decomposition) to estimate a received signal in an unobserved region.

앞의 과정을 통해 추적 레이더의 신호와 유사한 수신 신호가 획득되면, 기존의 ISAR 움직임 보상 기법을 이용하여 최종적으로 ISAR 영상(도 10의 1040)을 획득한다(단계 S940). 여기서 움직임 보상 기법으로는 최소 엔트로피법(minimum entropy method)을 기반으로 하는 SSA(stage-by-stage approach) 기법을 이용한다.If a received signal similar to the signal of the tracking radar is obtained through the above process, finally the ISAR image (1040 in FIG. 10) is acquired using the existing ISAR motion compensation technique (step S940). The motion compensation scheme uses a stage-by-stage approach (SSA) based on a minimum entropy method.

도 11은 도 9에 도시된 산란점 추출 단계(S910)를 더 상세하게 보여주는 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 일부 버스트(펄스 레이더(pulse radar)는 여러 개의 pulse 신호를 송신하고, 표적에 맞고 그 표적에 관한 정보를 싣고 돌아오는 pulse 신호를 수신하게 되는데, 이때 수신된 한 pulse 신호를 버스트(burst)라고 한다)를 위해 압축 센싱을 하고(단계 S1110), 산란점의 개수를 추정한 후(단계 S1120), 1차원 산란점 추출을 통해 각 버스트에 대해 표적의 산란점을 추출한다(단계 S1130). FIG. 11 is a flowchart showing the scattering point extraction step (S910) shown in FIG. 9 in more detail. Referring to FIG. 11, some bursts (pulse radars) transmit a plurality of pulse signals, and receive a pulse signal corresponding to a target and returning information about the target. In this case, (Step S1110), estimates the number of scattering points (step S1120), and extracts a scattering point of the target for each burst through one-dimensional scattering point extraction (step S1120) Step S1130).

도 12는 도 9에 도시된 안테나 이득 보상 단계(S920)를 더 상세하게 보여주는 흐름도이다. 도 12를 참조하면, 모든 거리 프로파일(range profile)에서 구한 산란강도의 최대값을 각 산란점별로 구한다(단계 S1210). 다음으로, 각 거리 프로파일(range profile)에서 각 산란점들의 산란강도를 앞서 구한 최대값들로 만들어 주기 위하여 각각의 스케일링 팩터(scaling factor)들을 구한다(단계 S1220).FIG. 12 is a flow chart showing in more detail the antenna gain compensation step (S920) shown in FIG. Referring to FIG. 12, the maximum value of the scattering intensity obtained from all the range profiles is obtained for each scattering point (step S1210). Next, respective scaling factors are obtained in order to make the scattering intensity of each scattering point in each range profile to the maximum values obtained previously (step S1220).

구한 거리 팩터(range profile)에서 각 산란점들의 스케일링 팩터(scaling factor)에 대해 평균을 내어 최종적으로 해당 거리 프로파일(range profile)의 스케일링 팩터(scaling factor)의 평균을 구한다(단계 S1230). 마지막으로, 이를 해당 신호에 곱해줌으로써, 안테나 이득 보상 과정을 마치게 된다(단계 S1240).The scaling factor of each scattering point is averaged in the obtained range profile to finally average the scaling factor of the corresponding range profile (step S1230). Finally, the antenna gain compensation process is completed by multiplying the corresponding signal (step S1240).

도 13은 도 9에 도시된 SSA(stage-by-stage approach) 기법의 개념을 보여주는 흐름도이다. 도 13을 참조하면, SSA 기법은 거리 정렬(range alignment) 과정(단계 S1320)과 위상 보정 (phase adjustment) 과정(단계 S1330)으로 이루어져 있다. 물론, 거리 정렬 과정 이전에 데이터 압축 해제 과정(단계 S1310)이 있으며, 위상 보정 과정 이후에는 ISAR 영상으로 압축하는 과정(단계 S13410)이 있다.FIG. 13 is a flow chart showing the concept of the stage-by-stage approach (SSA) technique shown in FIG. Referring to FIG. 13, the SSA technique includes a range alignment process (step S1320) and a phase adjustment process (step S1330). Of course, there is a data decompression process (step S1310) before the distance alignment process, and a process of compressing the ISAR image (step S13410) after the phase correction process.

거리 정렬 과정(단계 S1320)은 표적의 이동에 따라서 산란점들이 다른 거리 빈(range bin)으로 이동하는 것을 보상해주는 과정으로 두 인접한 거리 프로파일(range profile)의 크기의 합의 엔트로피(entropy)가 최소가 되도록 보상한다. The distance alignment process (step S1320) compensates for the movement of the scattering points to a different range bin according to the movement of the target. The entropy of the sum of the sizes of the two adjacent range profiles is minimized To compensate.

위상 보정 과정은 거리 정렬 후 여전히 남아 있는 위상 오차들을 보상해주기 위해 수행하는 과정으로 전체 ISAR 영상의 entropy가 최소가 되도록 각 range profile에 위상을 더해준다. 거리 정렬 과정과 위상 보정 과정을 모두 거치면 최종적으로 표적에 대한 ISAR 영상을 획득한다.The phase correction process is performed to compensate for the remaining phase errors after the distance alignment, and phase is added to each range profile so that the entropy of the entire ISAR image is minimized. If both distance alignment and phase correction are performed, the final ISAR image is acquired.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 탐색 레이더에서 영상을 획득하는 레이더 영상 획득 시스템의 구성도이다. 도 14를 참조하면, 표적(10)을 추적하는 탐색 레이더(1410), 이 탐색 레이더(1410)로부터 수신 신호를 받아 처리하여 ISAR 영상을 생성하는 신호 처리 장치(1420) 등으로 구성된다.14 is a configuration diagram of a radar image acquisition system for acquiring images in a search radar according to an embodiment of the present invention. 14, there is provided a navigation radar 1410 for tracking a target 10, a signal processing device 1420 for receiving an incoming signal from the search radar 1410 and generating an ISAR image, and the like.

탐색 레이더(1410)는 제 1 탐색 레이더와 이 제 1 탐색 레이더로부터 일정 간격으로 배치되는 제 2 탐색 레이더로 구성될 수 있다. 물론, 한 쌍 보다 더 많은 탐색 레이더가 구성될 수도 있다.The search radar 1410 may include a first search radar and a second search radar disposed at a predetermined interval from the first search radar. Of course, more than one pair of search radars may be constructed.

신호 처리 장치(1420)는 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 입력받아, 상기 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 이용하여 탐색 레이더의 수신 신호를 생성하는 수신 신호 생성 모듈(1421), 상기 다중 표적의 각 표적에 대한 상기 수신 신호를 분류하는 분류부(1423), 산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법 또는 산란점 정보를 이용한 데이터 생성 및 영상 획득 기법을 이용하여 각 표적에 대한 레이더 영상을 획득하는 생성부(1425) 및, 획득된 레이더 영상을 처리하여 저장 및/또는 디스플레이하는 영상 처리부(1427) 등으로 포함하여 구성된다.The signal processing unit 1420 includes a reception signal generation module 1421 that receives the multiple target information and the radar system specification information and generates a reception signal of the search radar using the multiple target information and the radar system specification information, A classification unit 1423 for classifying the received signals for each target of the target, a radar image for each target using the image acquisition technique using the scatter point-to-target distance difference or the data generation and image acquisition technique using the scatter point information A generation unit 1425, and an image processing unit 1427 for processing and storing and / or displaying the obtained radar image.

명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.The terms " part, "" unit," " module, "and the like, which are described in the specification, refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

10: 표적
1410: 레이더
1420: 신호 처리 장치
1421: 수신 신호 생성 모듈
1423: 분류부
1425: 생성부
1427: 영상 처리부
10: Target
1410: Radar
1420: Signal processing device
1421: Receive signal generation module
1423:
1425:
1427:

Claims (9)

(a) 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 입력받는 단계;
(b) 상기 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 이용하여 360도 회전하면서 모든 방향에서 표적을 탐지하는 탐색 레이더의 수신 신호를 생성하는 단계;
(c) 상기 다중 표적의 각 표적에 대한 상기 수신 신호를 분류하는 단계; 및
(d) 산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법 또는 산란점 정보를 이용한 데이터 생성 및 영상 획득 기법을 이용하여 각 표적에 대한 레이더 영상을 획득하는 단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계는,
상기 수신 신호를 갖는 다중 표적의 원본 데이터를 획득하는 단계;
상기 다중 표적의 데이터로부터 산람점들을 추출하여 고해상도 데이터로 변환하는 단계;
휴-트랜스폼(Hough-transform) 기법을 이용하여 상기 고해상도 데이터로부터 각 표적의 움직임에 의해 생성되는 직선들의 특성들을 추출하여 저장하는 단계; 및
상기 직선들의 특성들을 이용하여 상기 산란점들 모두에 대해 표적별로 분류하고, 상기 원본 데이터 내에 데이터를 표적별로 분류하는 단계;포함하는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법.
(a) receiving multiple target information and radar system specification information;
(b) generating a received signal of a search radar that detects a target in all directions while rotating 360 degrees using the multi-target information and the radar system specification information;
(c) classifying the received signal for each target of the multiple target; And
(d) acquiring a radar image for each target using an image acquisition technique using a scattering point distance difference or data generation using image scattering point information and an image acquisition technique,
The step (c)
Obtaining multi-target original data having the received signal;
Extracting mountain points from the multi-target data and converting the mountain points into high-resolution data;
Extracting and storing characteristics of lines generated by the motion of each target from the high-resolution data using a Hough-transform technique; And
Classifying all the scattering points by a target using the characteristics of the straight lines, and classifying data in the original data according to a target.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 탐색 레이더의 수신 신호는 수학식
Figure 112016108493253-pat00004
(여기서, s(v,w)는 탐색 레이더의 수신신호이고, v는 시간을 나타내는 파라미터이며, w는 광대역 주파수에 대해 주파수를 나타내는 파라미터이며, Gv는 안테나의 이득이며, Ak와 Rvk는 각각 산란점의 산란강도와 탐색 레이더간 거리이고, K는 표적을 이루는 산란점의 수이고, c는 빛의 속도이며, fw는 주파수 샘플이고, u(v)는 탐색 레이더가 바라보는 방향에 따라 표적이 보이면 1의 값을 가지고 보이지 않으면 0의 값을 갖는다)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법.
The method according to claim 1,
The received signal of the search radar is expressed by Equation
Figure 112016108493253-pat00004
Where v is a parameter representing the time, w is a parameter representing the frequency with respect to the wideband frequency, G v is the gain of the antenna, A k and R vk Is the scattering intensity of the scattering point and the distance between the search radars, K is the number of scattering points forming the target, c is the speed of light, f w is the frequency sample, u (v) is the direction And a value of 0 if the target is not visible and a value of 1 if the target is not visible.
제 1 항에 있어서,
상기 산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법은, 한 쌍의 탐색 레이더의 2회 관측에서 획득되는 각 산란점들의 직선 거리(cross range)와 회전 차수에 따른 각 산람점들 사이의 관계를 이용하여 각 산란점들 사이의 간격이 결정되는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법.
The method according to claim 1,
The image acquiring method using the above-described scattering point distance difference is performed by using the relationship between the mountain ranges of the scattering points obtained from the two observations of the pair of search radars and the respective mountain ranges according to the degree of rotation, And the distance between the scattering points is determined.
제 1 항에 있어서,
상기 산란점 정보를 이용한 데이터 생성 및 영상 획득 기법은, 획득한 수신 신호로부터 추출된 표적의 산란점 정보를 이용하여 보이지 않는 영역에서의 수신 신호를 생성하고, 추적 레이더의 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 움직임 보상 기법으로 상기 수신 신호를 보상하여 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법.
The method according to claim 1,
The data generation and image acquisition technique using the scattering point information generates a received signal in an invisible region using the scattering point information of the target extracted from the obtained received signal and generates an inverse synthetic aperture radar (ISAR) And compensating the received signal by a motion compensation technique to obtain an image.
제 5 항에 있어서,
상기 산란점 정보는 압축 센싱 기법을 이용하여 산란점의 개수를 추정한 후 상기 산란점의 개수를 이용하여 1차원 산란점을 추출하여 생성되는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the scattering point information is generated by estimating the number of scattering points using a compression sensing technique and then extracting a one-dimensional scattering point using the number of scattering points.
제 5 항에 있어서,
상기 보이지 않는 영역에서의 수신 신호는 일정거리로 이격되는 한 쌍의 탐색 레이더에 의해 첫 번째 관측되는 제 1 관측 영역과 두 번째 관측되는 제 2 관측 영역 사이의 관측되지 않은 영역에서의 속도 및 가속도 관계식을 이용하여 추정되는 산란점들의 위치 정보 및 산란 강도를 GTD(generalized triangular decomposition) 기반의 신호 모델에 대입하여추정되는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법.
6. The method of claim 5,
The received signal in the invisible region is a velocity and acceleration relationship in an unobserved region between a first observed region first observed by a pair of search radars spaced a certain distance and a second observed region second observed, And estimating the position information and the scattering intensity of the scattering points estimated using the generalized triangular decomposition (GTD) based signal model.
제 5 항에 있어서,
상기 ISAR 움직임 보상 기법은 최소 엔트로피법(minimum entropy method)을 기반으로 하는 SSA(stage-by-stage approach) 기법이며,
상기 SSA 기법은 인접한 2개의 거리 프로파일의 크기의 합의 엔트로피가 최소가 되도록 보상하는 거리 정렬 및 상기 거리 정렬 후에도 여전히 남아 있는 위상 오차들을 보상해주기 위해 전체 ISAR 영상의 엔트로피가 최소가 되도록 각 거리 프로파일에 위상을 더해주는 위상 보정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 방법.
6. The method of claim 5,
The ISAR motion compensation scheme is a SSA (stage-by-stage approach) based on a minimum entropy method,
The SSA scheme includes distance alignment to compensate for entropy of the sum of the magnitudes of two adjacent distance profiles to a minimum and phase to each distance profile so that entropy of the entire ISAR image is minimized to compensate for phase errors still remaining after the distance alignment. And a phase correction unit that adds the phase correction to the radar image.
360도 회전하면서 모든 방향에서 표적을 탐지하는 탐색 레이더 및 상기 탐색 레이더로부터 수신 신호를 받아 처리하여 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상을 생성하는 신호 처리 장치를 포함하는 레이더 영상 획득 시스템에 있어서,
상기 신호 처리 장치는,
다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 입력받아, 상기 다중 표적 정보 및 레이더 시스템 사양 정보를 이용하여 탐색 레이더의 수신 신호를 생성하는 수신 신호 생성 모듈;
상기 다중 표적의 각 표적에 대한 상기 수신 신호를 분류하는 분류부; 및
산란점간 거리차를 이용한 영상 획득 기법 또는 산란점 정보를 이용한 데이터 생성 및 영상 획득 기법을 이용하여 각 표적에 대한 레이더 영상을 획득하는 생성부;를 포함하며,
상기 분류부는,
상기 수신 신호를 갖는 다중 표적의 원본 데이터를 획득하고, 상기 다중 표적의 데이터로부터 산람점들을 추출하여 고해상도 데이터로 변환하고, 휴-트랜스폼(Hough-transform) 기법을 이용하여 상기 고해상도 데이터로부터 각 표적의 움직임에 의해 생성되는 직선들의 특성들을 추출하여 저장하고, 상기 직선들의 특성들을 이용하여 상기 산란점들 모두에 대해 표적별로 분류하고, 상기 원본 데이터 내에 데이터를 표적별로 분류하는 것을 특징으로 하는 탐색 레이더를 이용한 레이더 영상 획득 시스템.
1. A radar image acquisition system comprising: a navigation radar that rotates 360 degrees and detects a target in all directions; and a signal processing device that receives and processes a received signal from the navigation radar to generate an ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar)
The signal processing apparatus includes:
A received signal generation module that receives multiple target information and radar system specification information and generates a received signal of the search radar using the multiple target information and the radar system specification information;
A classifier for classifying the received signal for each target of the multiple targets; And
And a generation unit for acquiring a radar image for each target using an image acquisition technique using a scattering point distance difference or a data generation and image acquisition technique using scattering point information,
Wherein,
Acquiring multi-target original data having the received signal, extracting mountain points from the multi-target data, converting the multi-target data into high-resolution data, and extracting high-resolution data from the high-resolution data using the Hough- Extracts and stores the characteristics of the straight lines generated by the movement of the search radar, classifies all the scattering points according to the target using the characteristics of the straight lines, and classifies the data in the original data according to the target. Radar image acquisition system using.
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