KR101760614B1 - 수직 거리 해상도를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 및 그 방법 - Google Patents

수직 거리 해상도를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 및 그 방법 Download PDF

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이승재
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Abstract

본 발명은 수직 거리 해상도를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치를 이용한 영상 재구성 방법에 있어서, 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 신호를 입력받는 단계, 상기 역합성 개구면 레이더 신호로부터 생성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정하는 단계, 상기 추정된 수직 거리 해상도와 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 비교하는 단계, 비교 결과 상기 추정된 수직 거리 해상도와 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 상이하면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계, 그리고 버스트 수가 감소 또는 증가된 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 재구성하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 변경함으로써 재구성한 영상을 표적 식별에 이용하는 경우 종래의 표적 식별 방법에 비해 월등히 향상된 성능을 제공할 수 있다.

Description

수직 거리 해상도를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 및 그 방법{INVERSE SYNTHETIC APERTURE RADAR IMAGE RESTRUCTION APPARATUS FOR IMAGE USING CROSS-RANGE RESOLUTION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 수직 거리 해상도를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 역합성 개구면 레이더 영상의 표적 식별 능력을 향상시키기 위한 수직 거리 해상도를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
역합성 개구면 레이더(inverse synthetic aperture radar, ISAR) 영상은 표적의 전자기적 산란 분포를 표시하는 2차원 레이다 영상을 말한다. 이러한 역합성 개구면 레이더 영상은 영상 내 거리와 수직 거리의 2차원 축으로 하여 영상을 생성하는데, 거리 해상도와 수직 거리 해상도는 각각 레이더 시스템의 주파수 대역폭과 표적의 효과 회전각도(effectvie rotation angle)에 의해 결정된다.
일반적으로 레이더 시스템의 주파수 대역폭은 사용자가 지정하기 때문에, 역합성 개구면 레이더 영상의 거리 해상도는 쉽게 알 수 있다. 하지만, 표적의 효과 회전각도는 실제 상황에서 추정하기 어려우므로, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도 또한 획득하기 어렵다.
그러므로, 역합성 개구면 레이더 영상은 주로 거리
Figure 112016064475333-pat00001
수직 거리(range
Figure 112016064475333-pat00002
cross range) 도메인이 아닌 거리
Figure 112016064475333-pat00003
도플러(range
Figure 112016064475333-pat00004
Doppler) 도메인에서 생성된다. 역합성 개구면 레이더 영상은 고해상도 거리측면도(high resolution range profile, HRRP)나 미세-도플러 특징(micro-Doppler signature)에 비하여 풍부한 표적의 정보를 포함하고 있기 때문에 레이더 표적식별 분야에서 널리 활용되고 있다.
이에 따라, 표적의 효과 회전각도 및 역합성 개구면 레이더 영상의 수직-거리 해상도를 정확히 추정하기 위해 많은 수직-거리 스케일링(cross-range scaling, CRS) 알고리즘들이 개발되어 왔다.
하지만, 수직-거리 스케일링 알고리즘을 통해 추정한 수직 거리 정보를 역합성 개구면 레이더 영상 표적식별에 어떻게 활용할 것인가에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서, 역합성 개구면 레이더 영상의 표적 식별 성능을 향상시키기 위한 새로운 방법이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2014-0008219호(2014.07.03.공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 역합성 개구면 레이더 영상의 표적 식별 능력을 향상시키기 위한 수직 거리 해상도를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치를 이용한 영상 재구성 방법에 있어서, 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 신호를 입력받는 단계, 상기 역합성 개구면 레이더 신호로부터 생성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정하는 단계, 상기 추정된 수직 거리 해상도와 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 비교하는 단계, 비교 결과 상기 추정된 수직 거리 해상도와 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 상이하면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계, 그리고 버스트 수가 감소 또는 증가된 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 재구성하는 단계를 포함한다.
상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는, 상기 추정된 수직 거리 해상도가 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 작으면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 감소시킬 수 있다.
상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제1 설정값만큼 감소시킬 수 있다.
상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는, 아래의 수학식을 통해 상기 제1 설정값(H)을 연산할 수 있다.
Figure 112016064475333-pat00005
여기서, M은 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 상기 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는, 상기 추정된 수직 거리 해상도가 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 크면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 증가시킬 수 있다.
상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제2 설정값만큼 증가시킬 수 있다.
상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는, 아래의 수학식을 이용하여 상기 제2 설정값(K)을 연산할 수 있다.
Figure 112016064475333-pat00006
여기서, M은 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 상기 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는, 외삽법(extrapolation)을 이용하여 버스트 증가 신호를 생성할 수 있다.
상기 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상과 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 매칭하여 표적을 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치는 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 신호를 입력받는 입력부, 상기 역합성 개구면 레이더 신호로부터 생성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정하는 추정부, 상기 추정된 수직 거리 해상도와 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 비교하는 비교부, 비교 결과, 상기 추정된 수직 거리 해상도와 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 상이하면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 변경부, 그리고 버스트 수가 감소 또는 증가된 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 재구성하는 재구성부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 변경함으로써 재구성한 영상을 표적 식별에 이용하는 경우 종래의 표적 식별 방법에 비해 월등히 향상된 성능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 도 2의 S240 단계를 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3의 S241 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 S242 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션에 이용된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
우선, 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치에 대하여 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치(100)는 입력부(110), 추정부(120), 비교부(130), 변경부(140) 및 재구성부(150)를 포함하며, 표적식별부(160)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 입력부(110)는 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 신호를 입력받는다.
여기서, 역합성 개구면 레이더 신호(inverse synthetic aperture radar signal)란 표적의 산란점으로부터 반사되는 레이더 신호를 말한다. 역합성 개구면 레이더 신호는 표적의 산란점으로부터 반사되는 전자기파의 합으로 나타날 수 있다.
다음으로, 추정부(120)는 역합성 개구면 레이더 신호로부터 생성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정한다. 이때, 수직 거리 해상도는 기 저장된 수직 거리 스케일링 알고리즘을 통해 추정될 수 있다.
다음으로, 비교부(130)는 추정된 수직 거리 해상도와 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 비교한다. 이때, 훈련 역합성 개구면 레이더 영상은 복수개의 영상으로 구성된 데이터베이스의 형태로 기 저장될 수 있다.
다음으로, 변경부(140)는 추정된 수직 거리 해상도와 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 상이하면, 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시킨다.
먼저, 변경부(140)는 추정된 수직 거리 해상도가 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 작으면, 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 감소시킨다.
구체적으로, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제1 설정값만큼 감소시킨다.
반면, 변경부(140)는 추정된 수직 거리 해상도가 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 크면, 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 증가시킨다.
구체적으로, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제2 설정값만큼 증가시킨다. 이때, 변경부(140)는 외삽법(extrapolation)을 이용하여 버스트 증가 신호를 생성할 수 있다.
한편, 변경부(140)는 제1 설정값 또는 제2 설정값을 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 수와 역합성 개구면 영상 및 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 이용하여 연산할 수 있다.
다음으로, 재구성부(150)는 버스트 수가 감소 또는 증가된 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 재구성한다. 구체적으로, 재구성부(150)는 버스트를 증가 또는 감소시킨 역합성 개구면 레이더 신호를 수직 거리 방향으로 1차원 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform, IFT)하여 수직 거리 해상도가 변경된 역합성 개구면 레이더 영상을 생성한다.
그리고, 표적식별부(160)는 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상과 기 저장된 복수의 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 매칭하여 표적을 식별한다.
구체적으로, 표적식별부(160)는 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상과 기 저장된 복수의 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 매칭하여 유사도가 가장 높은 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 선택함으로써 표적을 식별할 수 있다.
이때, 표적식별부(160)는 주성분 분석을 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상의 차원을 고차원에서 저차원으로 감소시킨 후, 최근린 구분법(nearest neighbor classification)을 통해 표적을 식별할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 통해 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 재구성 방법에 대하여 살펴보도록 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법에 대한 순서도이다.
우선, 입력부(110)는 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 신호를 입력받는다(S210).
그러면, 추정부(120)는 역합성 개구면 레이더 신호로부터 생성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정한다(S220). 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치(100)는 입력받은 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 생성할 수 있다.
구체적으로, 추정부(120)는 수직 거리 스케일링(Cross range scaling, CRS) 알고리즘을 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정한다. 이때, 수직 거리 스케일링 알고리즘은 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치(100)에 기 저장될 수 있다.
다음으로, 비교부(130)는 추정된 수직 거리 해상도와 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 비교한다(S230). 구체적으로, 비교부(130)는 추정된 수직 거리 해상도(CRRtest)와 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도(CRRtrain)의 동일여부를 판단한다. 이때, 훈련 역합성 개구면 레이더 영상은 서로 다른 복수개의 영상일 수 있다. 그리고 복수개의 훈련 역합성 개구면 레이더 영상들은 수직 거리 해상도가 동일할 수 있다.
S230 단계에서의 비교 결과, 추정된 수직 거리 해상도와 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 동일하면 S240 및 S250 단계를 수행하지 않는다.
반대로, 추정된 수직 거리 해상도와 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 상이하면, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시킨다(S240). 도 3은 도 2의 S240 단계를 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 추정된 수직 거리 해상도가 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 작으면, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 감소시킨다(S241).
구체적으로, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제1 설정값만큼 감소시킨다.
도 4는 도 3의 S241 단계를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 수가 M이고 제1 설정값이 H라고 가정한다. 그러면, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호에서 시작 지점인 1번째 버스트부터 H번째 버스트까지 H개의 버스트를 삭제하고, 종료 지점인 M번째 버스트부터 M-H+1번째 버스트까지 H개의 버스트를 삭제한다. 그러면, 총 버스트 수는 M-2H 개가 된다.
이때, 변경부(140)는 아래의 수학식 1을 통해 제1 설정값(H)을 연산할 수 있다.
Figure 112016064475333-pat00007
여기서, M은 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
반면, 추정된 수직 거리 해상도가 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 크면, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 영상의 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 증가시킨다(S242).
구체적으로, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제2 설정값만큼 증가시킨다.
도 5는 도 3의 S242 단계를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 수가 M이고 제2 설정값이 K라고 가정한다. 그러면, 변경부(140)는 역합성 개구면 레이더 신호에서 시작 지점인 1번째 버스트 옆에 K개의 버스트를 삽입하고, 종료 지점인 M번째 버스트 옆에 K개의 버스트를 삽입한다. 그러면, 총 버스트 수는 M+2K 개가 된다.
이때, 변경부(140)는 아래의 수학식 2를 이용하여 제2 설정값(K)을 연산할 수 있다.
Figure 112016064475333-pat00008
여기서, M은 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
한편, 변경부(140)는 외삽법을 이용하여 버스트 증가 신호를 생성할 수 있다. 외삽법(extrapolation)이란, 주어진 데이터의 영역에서 벗어난 값을 추정하는 방법으로, 보외법이라고도 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 변경부(140)는 외삽법을 통해 역합성 개구면 레이더 신호를 분석하여 시작 지점 및 종료 지점 옆에 삽입되는 버스트 증가 신호를 생성할 수 있다. 이때, 외삽법은 리처드슨 외삽법(Richardson extrapolation), 타펠 외삽법(Tafel extrapolation)을 포함하며, 이외에 외삽법을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 재구성부(150)는 버스트 수가 감소 또는 증가된 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 재구성한다(S250). 이때, 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도는 비교 대상이 된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도와 동일하다.
다음으로, 표적식별부(160)는 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상과 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상을 매칭하여 표적을 식별한다(S260).
구체적으로, 표적식별부(160)는 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상과 기 저장된 복수의 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 매칭하여 유사도가 가장 높은 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 선택함으로써 표적을 식별한다.
이때, 표적식별부(160)는 주성분 분석(principal component analysis, PCA)을 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상 및 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 차원을 고차원에서 저차원으로 감소시킨 후, 최근린 구분법(nearest neighbor classification)을 통해 표적을 식별할 수 있다.
여기서, 최근린 구분법이란, 각 샘플에 대한 확률 인수들을 구하지 않고 샘플의 값을 그대로 좌표에 표시하여 참조집합에서 가장 유사하거나 거리 상으로 가까운 클래스에 속하는 것으로 분류하는 방법을 말한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 표적식별부(160)는 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상에서 표적의 산란점에 대한 좌표값과 훈련 역합성 개구면 레이더 영상들의 표적 산란점에 대한 좌표값을 비교하여 복수의 훈련 역합성 개구면 레이더 영상 중 가장 유사한 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 선택함으로써 표적을 식별할 수 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 통해 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과에 대해 살펴보도록 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션에 이용된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치(100)의 성능을 시뮬레이션 하기 위해 도 6에 도시된 4 종의 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 이용하였다. 아래의 표 1은 4 종의 훈련 역합성 개구면 레이더 영상들 및 역합성 개구면 레이더 영상들의 거리 해상도 및 수직-거리 해상도의 정보를 나타낸다.
훈련 ISAR 영상 ISAR 영상
(SET-1)		 ISAR 영상
(SET-2)
중심 주파수 10 GHz
주파수 대역폭 500 MHz
거리 해상도 0.3 m
수직-거리 해상도 0.3 m 0.15 m 0.6 m
표 1에서, 입력받은 역합성 개구면 레이더 신호에 따른 역합성 개구면 레이더 영상들은 수직 거리 해상도에 따른 표적 식별 능력을 확인하기 위하여 수직 거리 해상도가 다른 ISAR 영상(SET-1)과 ISAR 영상(SET-2)로 구분하였다.
구체적으로, 훈련 역합성 개구면 레이더 영상 및 역합성 개구면 레이더 영상들의 중심 주파수, 주파수 대역폭, 거리 해상도는 동일하고 설정하였으며, 역합성 개구면 레이더 영상들의 수직-거리 해상도는 훈련 ISAR 영상의 1/2배(SET-1), 2배(SET-2)로 각각 설정하였다.
또한, 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 관측각(observation angle)은 표적의 머리(head) 기준으로 0
Figure 112016064475333-pat00009
180
Figure 112016064475333-pat00010
범위 내 1
Figure 112016064475333-pat00011
간격의 각도들 중에서 5
Figure 112016064475333-pat00012
간격의 각도에서만 샘플링(sampling)하였고, 역합성 개구면 레이더 영상의 관측각은 0
Figure 112016064475333-pat00013
180
Figure 112016064475333-pat00014
범위 내 1
Figure 112016064475333-pat00015
간격의 각도들 중에서 훈련 역합성 개구면 레이더 영상들을 형성하기 위한 각도를 제외한 모든 각도로 정하였다.
훈련 역합성 개구면 레이더 영상들 및 역합성 개구면 레이더 영상들을 형성하기 위한 레이다 신호는 전자기적 수치해석 기법인 물리 광학법(physical optics, PO) 및 물리 광학 회절기법(physical theory of diffraction, PTD)을 이용하여 획득하였다.
그리고, 잡음에 대한 식별 성능의 변화를 확인하기 위해 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)가 0 dB에서 30 dB까지 5 dB 간격으로 변화하도록 부가 백색 가우시간 잡음(additivie white gaussian noise, AWGN)을 레이다 수신신호에 더하여 시뮬레이션을 수행하였다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 7의 (a)는 ISAR 영상(SET-1)의 시뮬레이션 결과이고 (b)는 ISAR 영상(SET-2)의 시뮬레이션 결과이다. 도 7에서 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 변화시키지 않은 경우를 Conventional, 본 발명의 실시예에 따라 수직 거리 해상도를 변화시킨 경우를 Proposed이라고 도시하였다.
도 7에서 나타난 바와 같이, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 변화시키지 않은 경우, 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도의 1/2배인 역합성 개구면 레이더 영상은 35% 정도의 표적 식별 능력을 보여주며, 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도의 2배인 역합성 개구면 레이더 영상은 50% 정도의 표적 식별 능력을 보여주는 것을 알 수 있다.
반면, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 변화시킨 경우 잡음에 무관하게 80%이상의 표적 식별 정확도를 보여주고 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 변경함으로써 재구성한 영상을 표적 식별에 이용하는 경우 종래의 표적 식별 방법에 비해 월등히 향상된 성능을 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치 110 : 입력부
120 : 추정부 130 : 비교부
140 : 변경부 150 : 재구성부
160 : 표적식별부

Claims (18)

  1. 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치를 이용한 영상 재구성 방법에 있어서,
    표적에 대한 역합성 개구면 레이더 신호를 입력받는 단계,
    상기 역합성 개구면 레이더 신호로부터 생성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정하는 단계,
    상기 추정된 수직 거리 해상도와 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 비교하는 단계,
    비교 결과 상기 추정된 수직 거리 해상도와 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 상이하면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계, 그리고
    버스트 수가 감소 또는 증가된 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 재구성하는 단계를 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는,
    상기 추정된 수직 거리 해상도가 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 작으면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 감소시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는,
    상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제1 설정값만큼 감소시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는,
    아래의 수학식을 통해 상기 제1 설정값(H)을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법:
    Figure 112016064475333-pat00016

    여기서, M은 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 상기 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는,
    상기 추정된 수직 거리 해상도가 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 크면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 증가시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는,
    상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제2 설정값만큼 증가시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는,
    아래의 수학식을 이용하여 상기 제2 설정값(K)을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법:
    Figure 112016064475333-pat00017

    여기서, M은 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 상기 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 단계는,
    외삽법(extrapolation)을 이용하여 버스트 증가 신호를 생성하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상과 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 매칭하여 표적을 식별하는 단계를 더 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 방법.
  10. 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 신호를 입력받는 입력부,
    상기 역합성 개구면 레이더 신호로부터 생성된 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 추정하는 추정부,
    상기 추정된 수직 거리 해상도와 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 비교하는 비교부,
    비교 결과, 상기 추정된 수직 거리 해상도와 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도가 상이하면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트(burst) 수를 감소 또는 증가시키는 변경하는 변경부, 그리고
    버스트 수가 감소 또는 증가된 역합성 개구면 레이더 신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 재구성하는 재구성부를 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변경부는,
    상기 추정된 수직 거리 해상도가 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 작으면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 감소시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 변경부는,
    상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제1 설정값만큼 감소시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변경부는,
    아래의 수학식을 통해 상기 제1 설정값(H)을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치:
    Figure 112016064475333-pat00018

    여기서, M은 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 상기 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 변경부는,
    상기 추정된 수직 거리 해상도가 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도보다 크면, 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트(burst) 수를 증가시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 변경부는,
    상기 역합성 개구면 레이더 신호의 시작 지점 및 종료 지점의 버스트 수를 각각 제2 설정값만큼 증가시키는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 변경부는,
    아래의 수학식을 이용하여 상기 제2 설정값(K)을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치:
    Figure 112016064475333-pat00019

    여기서, M은 상기 역합성 개구면 레이더 신호의 버스트 개수를 의미하고, CRRtest는 상기 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미하고, CRRtrain은 상기 훈련 역합성 개구면 레이더 영상의 수직 거리 해상도를 의미한다.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 변경부는,
    외삽법(extrapolation)을 이용하여 버스트 중가 신호를 생성하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 재구성된 역합성 개구면 레이더 영상과 기 저장된 훈련 역합성 개구면 레이더 영상을 매칭하여 표적을 식별하는 표적식별부를 더 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상 재구성 장치.
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