KR101834063B1 - Apparatus of cross-range scaling for inverse synthetic aperture radar image using principal component analysis and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주성분 분석 기법을 이용한 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향 스케일링 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법은 제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득하는 단계, 상기 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제2 역합성 개구면 레이더 영상으로부터 대상체의 형상을 나타내는 산란점들을 추출하는 단계, 상기 추출된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 이용한 주성분 분석을 통해 산란점들에 대한 최대 분산을 갖는 각 영상의 주축을 연산하는 단계, 상기 추출된 각 영상의 주축을 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계, 그리고 상기 추정된 회전 속도를 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 대상체의 회전 중심에 대한 정보가 없어도 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 헤르츠 단위에서 미터 단위로 스케일링이 가능하며, 이를 통해 종래의 스케일링 기술에 비해 연산 속도와 스케일링의 정확도를 향상시킬 수 있다.The present invention relates to an apparatus and method for scaling an inverse synthetic aperture radar image using a principal component analysis technique. According to the present invention, a method for scaling the transverse distance direction of an inverse synthesized opening surface radar image includes a first de-compositing opening surface radar image at a first time point and a second inverse composite point at a second time point later than the first time point Extracting scattered points representing the shape of the object from the first inverse synthetic aperture surface radar image and the second inverse synthetic aperture surface radar image, Calculating principal axes of respective images having maximum dispersion with respect to scattering points through principal component analysis using scattering points of spherical radar images, estimating a rotation speed of the object using the extracted principal axes, And changing the scale in the transverse distance direction of the first and second inverse synthesized opening surface radar images by length units using the estimated rotation speed It includes.
As described above, according to the present invention, even if there is no information about the center of rotation of the object, it is possible to scale the traverse direction of the inverse synthetic aperture surface radar image in units of Hertz in metric units. Can be improved.

Description

주성분 분석 기법을 이용한 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치 및 그 방법{APPARATUS OF CROSS-RANGE SCALING FOR INVERSE SYNTHETIC APERTURE RADAR IMAGE USING PRINCIPAL COMPONENT ANALYSIS AND METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for scaling an inverse composite aperture radar image using a principal component analysis technique,

본 발명은 주성분 분석 기법을 이용한 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향 스케일링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대상체의 회전 중심에 대한 추정없이 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 거리 단위로 스케일링하는 주성분 분석 기법을 이용한 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향 스케일링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for scaling an inverse synthetic aperture radar image using a principal component analysis technique and more particularly to an apparatus and method for scaling an inverse synthetic aperture radar image using a principal component analysis technique, The present invention relates to a device for scaling a transverse distance direction of an inverse synthesized opening surface radar image using a principal component analysis technique for scaling in a distance unit and a method thereof.

레이더 기술은 제2차 세계대전 이후 급격한 발전을 이루어, 최근에는 레이더를 이용하여 대상체의 영상을 제작하는 단계에까지 이르고 있다. 레이더 영상의 가장 큰 장점은 밤낮이나 날씨와 무관하게 대상체에 대한 영상을 획득할 수 있다는 점이다.Radar technology has made rapid progress since the Second World War, and recently it has reached the stage of producing images of objects using radar. The biggest advantage of radar images is that they can acquire images of objects regardless of day or night.

이러한 레이더 영상 중 대표적인 것이 역합성 개구면 레이더 영상이다. 역합성 개구면 레이더는 고정된 레이더를 사용하여 움직이는 표적에 대한 영상을 획득하는데 사용된다. A typical example of such radar images is a reverse synthetic aperture radar image. The inverse synthetic aperture radar is used to acquire images of moving targets using fixed radar.

레인지-도플러 기법에 의해 형성되는 역합성 개구면 레이더 영상은 대상체의 산란점들의 분포를 거리 방향과 횡단거리 방향의 2차원 형태로 표현되며, 역합성 개구면 레이더 영상의 거리 방향은 레이더 대역폭을 통해 미터(m) 단위로 나타내게 되며, 횡단거리 방향은 헤르츠(Hz) 단위로 나타나게 된다.The inverse composite aperture radar image formed by the range-Doppler technique is represented by the two-dimensional shape of the scattering points of the object in the distance direction and the transverse direction, and the distance direction of the inverse composite aperture radar image is represented by the radar bandwidth In meters (m), and the transverse distance in hertz (Hz).

이때, 가로축인 거리 방향과 세로축인 횡단거리 방향의 단위가 다르므로, 이를 영상으로 표시하기 위해서는 횡단거리 방향을 미터(m) 단위로 스케일링을 해야 하는데, 이를 횡단거리 스케일링(Cross-Range Scaling)이라고 한다.In this case, since the unit of distance in the horizontal direction is different from that in the direction of the horizontal distance in the vertical direction, it is necessary to scale the horizontal distance direction in units of meters (m) do.

한편, 횡단거리 스케일링은 대상체의 기동 정보를 알 수 없는 상태에서 진행되므로, 대상체의 회전 속도를 추정하여 횡단거리 스케일링을 하기 위해서는 대상체의 회전 중심을 추정하는 과정이 필수적이다. 그러므로, 회전 중심에 대한 추정이 부정확한 경우 스케일링에 큰 오차가 발생하게 된다.Since crossing distance scaling proceeds without knowing the start information of the object, it is essential to estimate the rotation center of the object in order to estimate the rotation speed of the object and to perform the crossing distance scaling. Therefore, if the estimation of the center of rotation is inaccurate, a large error occurs in the scaling.

하지만, 종래 기술에는 대상체의 회전 중심의 추정 정확도가 떨어지고 회전 중심을 추정해야하는 과정이 필요하므로 연산 속도 역시 떨어지는 문제점이 있다.However, in the prior art, there is a problem that the estimation accuracy of the rotation center of the object is lowered and the process of estimating the rotation center is required, so that the calculation speed also falls.

본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허 제10-2014-0008219호(2014.07.03공개)에 개시되어 있다.The technology underlying the present invention is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-2014-0008219 (published on Jul. 03, 2013).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대상체의 회전 중심에 대한 추정없이 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 거리 단위로 스케일링하는 주성분 분석 기법을 이용한 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to an apparatus and method for scaling a transverse distance direction of an inverse composite aperture radar image using a principal component analysis technique that scales the transverse distance direction of an inverse composite aperture radar image by distance units without estimating the rotational center of the object. And to provide such a method.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 스케일링하는 방법은 제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득하는 단계, 상기 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제2 역합성 개구면 레이더 영상으로부터 대상체의 형상을 나타내는 산란점들을 추출하는 단계, 상기 추출된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 이용한 주성분 분석을 통해 산란점들에 대한 최대 분산을 갖는 각 영상의 주축을 연산하는 단계, 상기 추출된 각 영상의 주축을 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계, 그리고 상기 추정된 회전 속도를 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of scaling a traverse direction of an inverse synthesized opening surface radar image, the method comprising: generating a first inverse synthetic aperture surface radar image at a first time point, Acquiring a second inverse synthetic aperture surface radar image at two points in time, extracting scattering points representing the shape of the object from the first inverse synthetic aperture surface radar image and the second inverse synthetic aperture surface radar image, Calculating a principal axis of each image having a maximum variance with respect to scattering points through principal component analysis using scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images, Estimating a rotation speed of the object, and estimating a rotation speed of the object based on the estimated rotation speed, And changing the scale of the direction in units of length.

상기 각 영상의 주축을 연산하는 단계는, 레인지 및 크로스-레인지(RC, Range and Cross-range) 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 평균 벡터를 연산하는 단계, 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들의 위치 벡터와 상기 평균 벡터의 차이값을 연산하는 단계, 상기 차이값을 이용하여 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 공분산 행렬들을 연산하는 단계, 그리고 상기 공분산 행렬들을 이용하여 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.The step of calculating the principal axes of the respective images may include calculating respective average vectors of scattering points of the first and second reverse synthesized opening surface radar images in a range and a cross-range (RC) domain Calculating a difference value between the position vector of the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the range and the cross-range domain and the average vector, - computing respective covariance matrices for scattering points of first and second inverse spreading aperture radar images in the range domain, and using the covariance matrices to determine the first and second ranges in the range and cross- And calculating a principal axis of the 2-ary composite aperture-based radar image.

상기 평균 벡터를 연산하는 단계는, 아래의 수학식을 통해 상기 평균 벡터(k1, k2)를 연산할 수 있다.The step of calculating the average vector may calculate the average vector (k 1 , k 2 ) through the following equation.

Figure 112016016138639-pat00001
Figure 112016016138639-pat00001

여기서, L은 산란점의 개수를 의미하고, ps 1,i 및 ps 2,i는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 i번째 산란점의 위치 벡터를 의미하고, [Mx1, Ny1]과 [Mx2, Ny2]는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점의 평균 벡터를 의미한다.Here, L means the number of scattering points, and p s 1, i And p s 2, i is a range and cross-representing a position vector of the first and second inverse-synthesis opening surface radar images i-th scattering points in the range domain, and [M x1, N y1] and [M x2, N y2 ] Means an average vector of the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the range and cross-range domains.

상기 공분산 행렬들을 연산하는 단계는, 아래의 수학식을 통해 상기 공분산 행렬들(Cp1, Cp2)을 연산할 수 있다.The calculating of the covariance matrices may calculate the covariance matrices C p1 and C p2 using the following equations.

Figure 112016016138639-pat00002
Figure 112016016138639-pat00002

여기서, S는 스케일링 행렬을 의미하고, Q는 내림차순으로 정렬된 행렬 A의 고유 벡터로 이루어진 직교 행렬을 의미하고, Λ는 두개의 고유값을 가지는 대각 행렬을 의미하고, R은 회전 행렬을 의미하고,

Figure 112016016138639-pat00003
이고,
Figure 112016016138639-pat00004
는 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점의 데이터 집합을 의미하고, L은 산란점의 개수를 의미한다.Here, S denotes a scaling matrix, Q denotes an orthogonal matrix composed of eigenvectors of a matrix A arranged in descending order, A denotes a diagonal matrix having two eigenvalues, R denotes a rotation matrix ,
Figure 112016016138639-pat00003
ego,
Figure 112016016138639-pat00004
Denotes a data set of scattering points of the first inverse synthetic aperture surface radar image, and L denotes the number of scattering points.

상기 주축을 연산하는 단계는, 아래의 수학식을 통해 상기 주축을 연산할 수 있다.The step of calculating the principal axis may calculate the principal axis through the following equation.

Figure 112016016138639-pat00005
Figure 112016016138639-pat00005

여기서, e1은 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, e2는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, (

Figure 112016016138639-pat00006
)1은 최대 고유 값에 대응하는 고유 벡터를 의미한다.E 1 is the principal axis vector of the first inverse composite aperture radar image in the range and cross-range domain, and e 2 is the principal axis vector of the second inverse composite aperture surface radar image in the range and cross- and, (
Figure 112016016138639-pat00006
) 1 denotes an eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue.

상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계는, 상기 각 영상의 주축들에 대한 고유 벡터를 내적 연산하여 상기 대상체의 회전 각도를 추정하는 단계, 그리고 상기 추정된 회전 각도를 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of estimating the rotational speed of the target object includes the steps of: estimating a rotational angle of the target object by performing an inner product calculation of an eigenvector for the principal axes of the respective images; and estimating a rotational speed of the target object using the estimated rotational angle And a step of estimating.

상기 추정된 회전 각도를 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계는, 아래의 수학식을 통해 상기 대상체의 회전 각도를 추정할 수 있다.The step of estimating the rotational speed of the target object using the estimated rotational angle may estimate the rotational angle of the target object through the following equation.

Figure 112016016138639-pat00007
Figure 112016016138639-pat00007

여기서,

Figure 112016016138639-pat00008
는 추정된 회전 각도를 의미하고, Tm은 연접 처리 시간 간격의 총합을 의미하고, fc는 레이더 송신 신호의 캐리어 주파수를 의미하고, w는 대상체의 실제 회전 속도를 의미하고, ex1 및 ey1은 레인지-도플러(range-doppler, RD) 도메인에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 주축에 대한 고유 벡터의 거리 및 횡단 거리에 대한 값을 의미하고, 레인지-도플러 도메인에서의 ex2 및 ey2은 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축에 대한 고유 벡터의 거리 및 횡단 거리에 대한 값을 의미하고, B는 레이더의 송신 신호의 대역폭을 의미한다.here,
Figure 112016016138639-pat00008
Refers to the estimated angle of rotation, and Tm refers to the sum total of concatenation processing time interval, and f c denotes the carrier frequency of the radar transmitted signal, and w means the actual rotational speed of the target object, and e x1 and e y1 Denotes the distance and transversal distance of the eigenvector with respect to the principal axis of the first de-interrogating aperture radar image in the range-doppler (RD) domain, and e x2 and e y2 denotes a distance and a transverse distance of the eigenvector with respect to the main axis of the second inverse synthetic aperture surface radar image, and B denotes a bandwidth of the transmission signal of the radar.

상기 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 단계는, 상기 추정된 회전 속도를 이용하여 회전 속도에 대한 비용 함수를 생성하는 단계, 후보 회전 속도를 입력받는 단계, 상기 후보 회전 속도와 상기 비용 함수, 그리고 이분법(bisection algorithm)을 이용하여 상기 비용 함수의 값이 0이 되는 회전 속도 값을 검출하는 단계, 그리고 상기 검출된 회전 속도 값을 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of changing the scale in the transverse distance direction in units of length comprises the steps of generating a cost function for the rotation speed using the estimated rotation speed, receiving a candidate rotation speed, Detecting a rotational speed value at which the value of the cost function becomes zero using a bisection algorithm, and detecting a rotational speed value of the first and second reverse synthesized opening and closing radar images And changing the scale in the transverse distance direction in units of length.

상기 비용 함수를 생성하는 단계는, 아래의 수학식을 통해 상기 비용 함수(E(w))를 생성할 수 있다.The step of generating the cost function may generate the cost function E (w) through the following equation.

Figure 112016016138639-pat00009
Figure 112016016138639-pat00009

여기서, w는 회전 속도를 의미하고,

Figure 112016016138639-pat00010
Figure 112016016138639-pat00011
는 추정된 회전 속도를 의미한다.Here, w denotes a rotation speed,
Figure 112016016138639-pat00010
Figure 112016016138639-pat00011
Means the estimated rotational speed.

본 발명의 다른 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치는 제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득하는 영상획득부, 상기 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제2 역합성 개구면 레이더 영상으로부터 대상체의 형상을 나타내는 산란점들을 추출하는 추출부, 상기 추출된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 이용한 주성분 분석을 통해 산란점들에 대한 최대 분산을 갖는 각 영상의 주축을 연산하는 연산부, 상기 추출된 각 영상의 주축을 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 추정부, 그리고 상기 추정된 회전 속도를 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 스케일부를 포함한다.The apparatus for scaling a transverse distance direction of an inverse synthesized opening surface radar image according to another embodiment of the present invention includes a first inverse synthesized opening surface radar image at a first time point and a second inverse composite at a second time point later than the first time point, An extracting unit for extracting scattering points representing the shape of the object from the first inverse synthesized opening surface radar image and the second inverse synthetic aperture surface radar image, An arithmetic unit operable to calculate a main axis of each image having a maximum variance with respect to scattering points through analysis of principal components using scattering points of a two-arcs synthetic aperture radar image, a rotation speed of the object using the main axis of each extracted image, And a scale in the transverse direction of the first and second inverse synthesized opening surface radar images using the estimated rotational speed, Scale includes unit for changing a.

이와 같이 본 발명에 따르면, 대상체의 회전 중심에 대한 정보가 없어도 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 헤르츠 단위에서 미터 단위로 스케일링이 가능하며, 이를 통해 종래의 스케일링 기술에 비해 연산 속도와 스케일링의 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, even if there is no information about the center of rotation of the object, it is possible to scale the traverse direction of the inverse synthetic aperture surface radar image in units of Hertz in metric units. Can be improved.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 스케일링하는 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 S230 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 S230 단계의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 S240 단계의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 S250 단계의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 비용함수를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이분법을 이용한 회전 속도 값 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 1A is a view for explaining an inverse synthesized opening surface radar system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1B is a view for explaining a transverse distance direction scaling apparatus for an inverse synthesized opening surface radar image according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for scaling the traverse direction of an inverse synthesized opening surface radar image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining the step S230 according to the embodiment of the present invention.
4 is a flow chart of step S230 according to an embodiment of the present invention.
5 is a flow chart of step S240 according to an embodiment of the present invention.
6 is a flow chart of step S250 according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a cost function according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining a process of calculating a rotational speed value using a dichotomy according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a simulation result according to an embodiment of the present invention.

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.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. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

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.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

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 1a는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 시스템을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1A is a view for explaining an inverse synthesized opening surface radar system according to an embodiment of the present invention.

도 1a에서 보는 바와 같이, 역합성 개구면 레이더 시스템은 고정된 레이더를 사용하여 움직이는 대상체에 대한 영상을 획득한다. 구체적으로 레이더(200)는 전파를 송출하여 대상체에 맞고 반사되어 돌아오는 신호를 분석하여 역합성 개구면 레이더 영상을 획득한다. As shown in FIG. 1A, an inverse synthetic aperture radar system acquires an image of a moving object using a fixed radar. Specifically, the radar 200 transmits a radio wave, analyzes the signal reflected and reflected by the target object, and obtains an inverse synthesized opening and closing radar image.

그리고, 레이더(200)는 획득한 역합성 개구면 레이더 영상을 횡단거리방향 스케일링 장치(100)로 전달한다. Then, the radar 200 transmits the acquired inverse synthesized opening surface radar image to the transverse direction direction scaling device 100.

먼저, 레이더(200)로부터 (x,y)에 위치한 대상체의 산란점까지의 거리는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.First, the distance from the radar 200 to the scattering point of the object located at (x, y) can be expressed by Equation (1) below.

Figure 112016016138639-pat00012
Figure 112016016138639-pat00012

여기서, θ(tm)는 시간 tm에서의 대상체의 회전 각도로서 θ(tm)=tmw으로 나타낼 수 있으며, w는 대상체의 회전 속도를 의미한다. 그리고, r0는 레이더로부터 대상체의 회전 중심까지의 거리를 의미한다. Here, θ (t m ) can be expressed as θ (t m ) = t m w as the rotation angle of the object at time t m , and w means the rotation speed of the object. And r 0 is the distance from the radar to the center of rotation of the object.

이때, 연접 처리 간격(CPI, coherent processing interval)은 일정한 회전 속도를 유지할 만큼 충분히 작다고 가정할 수 있으므로, 레이더(200)로부터 산란점(x,y)까지의 거리는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.At this time, since it can be assumed that the coherent processing interval (CPI) is sufficiently small to maintain a constant rotation speed, the distance from the radar 200 to the scattering point (x, y) have.

Figure 112016016138639-pat00013
Figure 112016016138639-pat00013

따라서, 대상체의 각 산란점(xi,yi)에 맞고 반사되어 돌아오는 후방산란신호는 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the backscattering signal reflected and reflected by each scattering point (x i , y i ) of the object can be expressed by the following Equation (3).

Figure 112016016138639-pat00014
Figure 112016016138639-pat00014

여기서, f는 레이더 송신 신호의 주파수를 의미하고, L은 산란점의 수를 의미하고, Ai는 i번째 산란점의 크기 값을 의미하고, fc는 레이더 송신 신호의 캐리어 주파수를 의미하고, B는 레이더의 송신 신호의 대역폭을 의미하고, Tm은 연접 처리 시간 간격의 총합을 의미하고, c는 빛의 속도를 의미한다.Here, f denotes the frequency of the radar transmission signal, L denotes the number of scattering points, A i denotes the magnitude of the i-th scattering point, f c denotes the carrier frequency of the radar transmission signal, B denotes the bandwidth of the transmission signal of the radar, Tm denotes the total of the joint processing time intervals, and c denotes the speed of light.

그러면, 후방산란신호를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상(I(r,fd))을 생성할 수 있는데, 이는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Then, an inverse synthesized opening surface radar image I (r, f d ) can be generated using a backscattering signal, which can be expressed by Equation (4).

Figure 112016016138639-pat00015
Figure 112016016138639-pat00015

여기서, FT는 푸리에 변환을 의미하고, r은 거리방향에서의 거리를 의미하고, fd는 횡단거리방향에서의 도플러 주파수를 의미한다.Here, FT means Fourier transform, and, r means a distance in the distance direction f d denotes the Doppler frequency in the transverse direction of distances.

한편, 시간 t1에 생성된 역합성 개구면 레이더 영상을 I1, 시간 t2에 생성된 역합성 개구면 레이더 영상을 I2라고 한다면, 거리-도플러 도메인에서 I1과 I2에서의 산란점의 데이터 집합(P1, P2)은 수학식 5와 같이 거리방향-횡단거리방향의 빈(m,n)으로 나타낼 수 있다.On the other hand, if the inverse composite aperture radar image generated at time t 1 is I 1 and the inverse composite aperture surface radar image generated at time t 2 is I 2 , then the scattering point at I 1 and I 2 in the distance-Doppler domain of the data set (P 1, P 2) is the distance direction as shown in equation 5 it can be expressed as empty (m, n) of the cross-sectional direction distance.

Figure 112016016138639-pat00016
Figure 112016016138639-pat00016

여기서, p1,i 및 p2,i는 각각 I1과 I2에서 i번째 산란점의 위치를 의미하고, p1,i=[m1i, n1i]T 및 p2,i=[m2i, n2i]T와 같이 표현할 수 있다.Here, p 1, i and p 2, i mean the positions of the i-th scattering points in I 1 and I 2 , respectively, and p 1, i = [m 1i , n 1i ] T and p 2, 2i , n 2i ] T.

도 1a에서 실선으로 도시된 비행기는 시간 t1에서의 대상체를 의미하고, 점선으로 도시된 비행기는 시간 t2에서의 대상체를 의미하므로, 대상체가 도 1a와 같이 비행기라고 한다면, P1은 실선으로 도시된 비행기의 산란점의 데이터 집합을 의미하고, P2는 점선으로 도시된 비행기의 산란점의 데이터 집합을 의미하게 된다.1A, the airplane shown by the solid line means the object at time t1, and the airplane shown by the dotted line indicates the object at time t2. Therefore, if the object is an airplane as shown in FIG. 1A, P1 is an airplane And P2 represents the data set of the scattering point of the airplane shown by the dotted line.

그리고, I1과 I2에서의 산란점의 데이터 집합(P1, P2)을 거리-도플러(RD, Range-Doppler) 도메인(meter-by-hertz로 표현되며, 이하 RD 도메인이라 한다)에서 레인지 및 크로스-레인지(RC, Range and Cross-range) 도메인(meter-by-meter로 표현되며, 이하 RC 도메인이라 한다)으로 횡단거리 스케일링한 산란점의 데이터 집합(P1 S, P2 S)을 아래의 수학식 6과 같이 나타날 수 있다.Then, the data set (P 1 , P 2 ) of the scattering points at I 1 and I 2 is stored in the distance-Doppler domain (expressed as meter-by-hertz, hereinafter referred to as RD domain) (P 1 S , P 2 S ) of a scattering point scaled by a range and a cross-range (RC) domain (represented by a meter-by-meter, Can be expressed by Equation (6) below.

Figure 112016016138639-pat00017
Figure 112016016138639-pat00017

여기서, S는 스케일링 행렬을 의미하며, S=diag[ηr, ηc]로 나타난다.Here, S means a scaling matrix and is expressed as S = diag [eta r , eta c ].

이때, ηr 은 거리방향 스케일링 계수, ηc는 횡단거리방향의 스케일링 계수를 의미하며, 이는 아래의 수학식 7과 같다.Here, η r denotes a distance direction scaling coefficient, and η c denotes a scaling coefficient in the transverse direction, which is expressed by Equation (7) below.

Figure 112016016138639-pat00018
Figure 112016016138639-pat00018

여기서, Tm은 t1 과 t2 사이의 시간차(t2-t1)가 된다.Here, T m is a time difference (t 2 -t 1 ) between t 1 and t 2 .

한편, 스케일링된 산란점의 데이터 집합(P1 S, P2 S)은 아래의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다On the other hand, the data set (P 1 S , P 2 S ) of the scaled scattering point can be expressed as Equation 8 below

Figure 112016016138639-pat00019
Figure 112016016138639-pat00019

여기서, R은 회전 행렬을 의미하고, 시간 간격 Tm에서의 회전 행렬은 아래의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.Here, R denotes a rotation matrix, and a rotation matrix at a time interval T m can be expressed by Equation (9) below.

Figure 112016016138639-pat00020
Figure 112016016138639-pat00020

그러므로, 정확한 회전 각도(w)를 연산할 수 있다면, 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 헤르츠-도메인에서 거리-도메인으로 스케일링 할 수 있다. Therefore, if the correct rotation angle w can be computed, the cross-directional direction of the inverse composite aperture radar image can be scaled to a distance-domain in the Hertz-domain.

다음으로, 도 1b를 통해 본 발명이 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치(100)의 구성에 대하여 살펴보도록 한다. 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치를 설명하기 위한 도면이다.Next, a description will be made of a configuration of an apparatus 100 for scrolling a transverse distance direction of an inverse synthesized opening surface radar image according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. FIG. 1B is a view for explaining a transverse distance direction scaling apparatus for an inverse synthesized opening surface radar image according to an embodiment of the present invention.

도 1b에서 나타난 바와 같이, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 영상획득부(110), 추출부(120), 연산부(130), 추정부(140) 및 스케일부(150)를 포함한다.1B, the transverse direction direction scaling apparatus 100 includes an image acquisition unit 110, an extraction unit 120, an operation unit 130, an estimation unit 140, and a schedule unit 150.

먼저, 영상획득부(110)는 제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득한다.First, the image acquiring unit 110 acquires a first de-interlacing opening surface radar image at a first time point and a second de-composition opening surface surface radar image at a second time point later than the first time point.

여기서, 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상은 RD 도메인에서 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득되며, 거리-도플러 도메인은 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 가로축인 거리(down-range) 방향은 길이 단위로 나타나고, 세로축인 횡단거리(cross-range) 방향은 주파수 단위로 나타난다.Here, the first and second deinterlaced aperture radar images are obtained by first and second deinterlaced aperture radar images in the RD domain, and the distance-Doppler domain is obtained from the first and second deinterlaced aperture radar images The down-range direction is expressed in length units, and the vertical axis, cross-range direction, is expressed in frequency units.

다음으로, 추출부(120)는 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제2 역합성 개구면 레이더 영상으로부터 대상체의 형상을 나타내는 산란점들을 추출한다. 여기서 산란점들은 변화에 강한 산란점들을 의미하고, FAST 알고리즘을 이용하여 추출할 수 있다.Next, the extracting unit 120 extracts scattering points representing the shape of the object from the first inverse synthesized opening surface radar image and the second inverse synthesized opening surface radar image. Here, scattering points indicate scattering points that are strong to change and can be extracted using FAST algorithm.

그리고, 연산부(130)는 추출된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 이용한 주성분 분석을 통해 산란점들에 대한 최대 분산을 갖는 각 영상의 주축을 연산한다.The arithmetic unit 130 calculates principal axes of each image having the maximum variance with respect to the scattering points through principal component analysis using the extracted scattering points of the first and second reverse synthesized aperture surface radar images.

구체적으로, 연산부(130)는 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 평균 벡터를 연산하고, 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들의 위치 벡터와 상기 평균 벡터의 차이값을 연산한다. Specifically, the calculation unit 130 calculates the respective average vectors of the scattering points of the first and second de-interlacing opening surface radar images in the RC domain, and calculates the average of the first and second scattering points in the range and cross- The position vector of the scattering points of the inverse synthesized opening surface radar image and the difference value of the average vector are calculated.

그리고, 연산부(130)는 상기 차이값을 이용하여 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 공분산 행렬들을 연산하고, 공분산 행렬들을 이용하여 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축을 연산한다.The arithmetic unit 130 computes respective covariance matrices for the scattering points of the first and second uncompensated opening surface radar images in the RC domain using the difference value, Of the first and second inverse synthesized aperture radar images.

그러면, 추정부(140)는 추출된 각 영상의 주축을 이용하여 대상체의 회전 속도를 추정한다.Then, the estimator 140 estimates the rotation speed of the object using the main axis of each extracted image.

구체적으로, 추정부(140)는 각 영상의 주축들에 대한 고유 벡터를 내적 연산하여 대상체의 회전 각도를 추정하고, 추정된 회전 각도를 이용하여 대상체의 회전 속도를 추정한다.Specifically, the estimator 140 internally computes an eigenvector for the major axes of each image to estimate the rotation angle of the target object, and estimates the rotation velocity of the target object using the estimated rotation angle.

그리고, 스케일부(150)는 추정된 회전 속도를 이용하여 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경한다.Then, the scale unit 150 changes the scale of the first and second inverse synthesized opening and closing radar images in the transverse direction in units of length by using the estimated rotation speed.

구체적으로, 스케일부(150)는 추정된 회전 속도를 이용하여 회전 속도에 대한 비용 함수를 생성하고, 후보 회전 속도를 입력받고, 후보 회전 속도와 비용 함수, 이분법(bisection algorithm)을 이용하여 비용 함수의 값이 0이 되는 회전 속도 값을 검출한다.Specifically, the scheduling unit 150 generates a cost function for the rotation speed using the estimated rotation speed, receives the candidate rotation speed, and calculates a cost function using the candidate rotation speed, the cost function, and the bisection algorithm, Is detected as a rotation speed value.

그리고, 스케일부(150)는 검출된 회전 속도 값을 이용하여 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경한다.The scale part 150 changes the scale of the first and second reverse synthesized opening and closing radar images in the transverse distance direction by length unit using the detected rotation speed value.

그러면, 도 2 내지 도 8을 통해 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 스케일링하는 방법에 대하여 살펴본다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 스케일링하는 방법에 대한 순서도이다.A method of scaling the traverse direction of the inverse synthesized opening surface radar image according to an embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 2 to 8. FIG. 2 is a flowchart of a method for scaling the traverse direction of an inverse synthesized opening surface radar image according to an embodiment of the present invention.

먼저, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득한다(S210).First, the transverse direction direction scaling apparatus 100 acquires a first de-interlaced opening surface radar image at a first point of time and a second de-interlaced opening surface radar image at a second point later than the first point in step S210.

예를 들어, 제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상은 도 1a에서 실선으로 도시한 P1 영상을 나타내고, 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상은 도 1a에서 점선으로 도시한 P2 영상을 나타낸다. For example, the first reverse synthesized opening surface radar image at the first time point represents the P1 image shown by the solid line in FIG. 1A, and the second reverse synthesized opening surface radar image at the second time point is shown by the dotted line in FIG. It represents one P2 image.

이때, 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상은 RD 도메인 상에서 획득되며, 가로축인 x축 방향은 거리방향(down-range)으로 길이 단위(미터 단위)로 나타나고, 세로축인 y축 방향은 횡단거리방향(cross-range)으로 주파수 단위(헤르츠 단위)로 나타난다.At this time, the first and second deinterlaced opening surface radar images are acquired on the RD domain, the x-axis direction as the horizontal axis is represented by a length unit (in meters) in the down-range, The cross-range is expressed in frequency units (in hertz).

그러면, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제2 역합성 개구면 레이더 영상으로부터 대상체의 형상을 나타내는 산란점들을 추출한다(S220).Then, the transverse direction direction scaling apparatus 100 extracts scattering points representing the shape of the object from the first de-interlacing opening surface radar image and the second de-interlacing opening surface radar image (S220).

이때, 산란점들은 다수가 추출될 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따르면, 추출되는 산란점들은 관측 각도의 변화 등에 민감하지 않은 산란점, 즉 변화에 강한(robust) 산란점들을 의미한다.At this time, a large number of scattering points can be extracted. However, according to the embodiment of the present invention, the scattering points extracted are scattering points that are not sensitive to a change in observation angle, that is, robust scattering points.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 추출하기 위하여 FAST 알고리즘을 이용할 수 있다.Meanwhile, according to the embodiment of the present invention, the transverse direction direction scaling apparatus 100 can use the FAST algorithm to extract scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images.

여기서, FAST(Features from Accelerated Segment Test) 알고리즘이란, 영상의 특징점을 추출하가 위한 알고리즘으로, 영상의 코너점을 추출하는 알고리즘이다. 구체적으로 FAST 알고리즘은 어떤 점(p)를 중심으로 일정 반지름을 가지는 원 상의 픽셀 중 어떤 점(p)보다 일정값(p+t) 이상 밝거나 일정값(p-t) 이하 어두운 픽셀이 n개 이상 연속되는 경우 어떤 점(p)을 코너로 판단한다. 그러므로, FAST 알고리즘은 픽셀의 수(N)가 어떻게 선택되느냐에 따라 다양한 버전으로 이용된다. Here, the FAST (Features from Accelerated Segment Test) algorithm is an algorithm for extracting feature points of an image, and is an algorithm for extracting corner points of an image. Specifically, the FAST algorithm calculates the number of pixels that are darker than a certain value (p + t) or less than a certain value (pt) than a certain point (p) (P) is determined as a corner. Therefore, the FAST algorithm is used in various versions depending on how the number of pixels (N) is selected.

본 발명의 실시예에 따르면 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 변화에 강한 산란점을 추출하기 위해 N = 10 (FAST-10) 및 t = 3.5을 선택할 수 있으며, 이를 통해 산란체 추출의 정확성과 연산 효율을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the transverse direction direction scaling apparatus 100 may select N = 10 (FAST-10) and t = 3.5 to extract the scattering point stronger to the change, The computation efficiency can be increased.

또한, FAST 알고리즘을 사용하여 변화에 강한 산란점을 추출하기 전에 전처리 단계로서, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 역합성 개구면 레이더 영상의 점 확산 함수(PSF, Point Spread Functions)의 측대파(sidelove)를 억제하기 위한 윈도잉 작업을 할 수 있다.Also, as a preprocessing step before extracting a strong scattering point by using the FAST algorithm, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates the side scattering function (Point Spread Functions) of the inverse synthetic aperture surface radar image sidelove) in a windowing operation.

다음으로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 추출된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 이용한 주성분 분석을 통해 산란점들에 대한 최대 분산을 갖는 각 영상의 주축을 연산한다(S230). Next, the traverse direction direction scaling apparatus 100 calculates a principal axis of each image having maximum dispersion with respect to scattering points through principal component analysis using scattering points of the extracted first and second inverse synthesized opening surface radar images (S230).

여기서, 주성분 분석(PCA, Principal Component Analysis)이란, 많은 변수의 분산방식의 패턴을 간결하게 표현하는 주성분을 원래 변수의 선형결합(무게에 대한 평균점)으로서 추출하는 통계기법을 말한다. 본 발명에서는 영상의 산란점들이 최대 분산을 갖는 특정 방향을 가진다는 점에 기반하여 주성분 분석을 통해 각 영상의 주축을 연산한다. Here, Principal Component Analysis (PCA) is a statistical technique for extracting a principal component that concisely expresses a pattern of a dispersion method of many variables as a linear combination (average point to weight) of an original variable. In the present invention, the main axis of each image is calculated through principal component analysis based on the fact that scattering points of an image have a specific direction having maximum dispersion.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 S230 단계를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3에서 보는 바와 같이, 대상체의 산란점 집합은 최대 분산을 가지는 방향, 즉 주축(도 3에서 긴 화살표)을 가지고 있으며, 대상체가 회전하게 되면 주축 또한 회전하게 된다. FIG. 3 is a view for explaining the step S230 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the scattering point set of the object has a direction having maximum dispersion, that is, a main axis (long arrow in FIG. 3) When the object rotates, the main axis also rotates.

그러므로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 두 영상의 주축을 비교함으로써 대상체의 회전 각도를 알 수 있다. 즉, 본 발명은 대상체의 회전 각도를 연산하기 위하여 주성분 분석을 통해 대상체의 산란점 집합의 최대 분산을 가지는 주축을 연산한다.Therefore, the transverse direction direction scaling apparatus 100 can know the rotation angle of the object by comparing the principal axes of the two images. That is, in order to calculate the rotation angle of the object, the present invention computes the principal axis having the maximum variance of the scattering point set of the object through principal component analysis.

한편, 도 3에서 짧은 화살표는 두번째로 큰 분산 값을 가지는 방향을 의미한다.In FIG. 3, the short arrow indicates the direction having the second largest variance value.

그러면, 도 4를 통해 S230 단계에 대하여 구체적으로 살펴본다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 S230 단계의 순서도이다.Then, step S230 will be described in detail with reference to FIG. 4 is a flow chart of step S230 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 평균 벡터를 연산한다(S231). First, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates respective average vectors of scattering points of the first and second uncovered opening surface radar images in the RC domain (S231).

구체적으로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 RC 도메인에서의 산란점의 데이터 집합(P1 S, P2 S)의 평균 벡터(k1, k2)를 아래의 수학식 10을 통해 연산할 수 있다.Specifically, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates the mean vector (k 1 , k 2 ) of the data set (P 1 S , P 2 S ) of the scattering points in the RC domain through Equation .

Figure 112016016138639-pat00021
Figure 112016016138639-pat00021

여기서, [Mx1, Ny1]과 [Mx2, Ny2]는 각각 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점 위치의 평균 벡터를 의미한다.Here, [M x1 , N y1 ] and [M x2 , N y2 ] are the average vectors of the scattering point positions of the first and second reverse synthesized opening surface radar images in the RC domain, respectively.

다음으로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들의 위치값과 평균값의 차이값을 연산한다(S232).Next, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates the difference value between the position value and the average value of the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the RC domain (S232).

우선, 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점 집합은 회전 관계에 있으므로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 RC 도메인에서의 산란점의 데이터 집합(P1 S, P2 S)의 평균 벡터(k1, k2)를 행렬 K1 및 K2로 나타낸다.First, since the scattering point sets of the first and second inverse synthesized opening surface radar images are in a rotation relationship, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates the data sets (P 1 S , P 2 S ) of the scattering points in the RC domain, (K 1 , k 2 ) are represented by matrices K 1 and K 2 .

Figure 112016016138639-pat00022
Figure 112016016138639-pat00022

여기서, K1(

Figure 112016016138639-pat00023
)은 K1=[k1, k1, ..., k1] 이고, K2(
Figure 112016016138639-pat00024
)는 K2=[k2, k2, ..., k2] 이다.Here, K 1 (
Figure 112016016138639-pat00023
) Is K 1 = [k 1 , k 1 , ..., k 1 ], and K 2
Figure 112016016138639-pat00024
) Is K 2 = [k 2 , k 2 , ..., k 2 ].

그리고, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 RC 도메인에서의 산란점의 데이터 집합(P1 S, P2 S)과 평균 벡터 행렬(K1, K2)의 차이 값(

Figure 112016016138639-pat00025
,
Figure 112016016138639-pat00026
)을 아래의 수학식 12를 통해 연산한다.The transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates the difference value (P 1 S , P 2 S ) of the scattering points (P 1 S , P 2 S ) and the mean vector matrix (K 1 , K 2 )
Figure 112016016138639-pat00025
,
Figure 112016016138639-pat00026
) By the following equation (12).

Figure 112016016138639-pat00027
Figure 112016016138639-pat00027

그리고, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 차이값을 이용하여 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 공분산 행렬들(CP1, CP2)을 연산한다(S233).Then, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates the respective covariance matrices C P1 and C P2 for the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the RC domain using the difference value (S233).

구체적으로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 아래의 수학식 13 및 수학식 14를 통해 RC 도메인에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 공분산 행렬(CP1)을 연산한다.Specifically, the transverse distance direction scaling apparatus 100 calculates a covariance matrix C P1 for scattering points of the first de-interleaved opening surface radar image in the RC domain through Equation (13) and Equation (14) below .

Figure 112016016138639-pat00028
Figure 112016016138639-pat00028

여기서, A는 공분산의 실대칭 행렬(symmetric matrix)을 의미한다.Where A denotes a symmetric matrix of covariances.

Figure 112016016138639-pat00029
Figure 112016016138639-pat00029

여기서, Λ는 두개의 고유값을 가지는 대각 행렬을 의미하고, Q는 내림차순으로 정렬된 행렬 A의 고유 벡터로 이루어진 직교 행렬을 의미한다.Here, A denotes a diagonal matrix having two eigenvalues, and Q denotes an orthogonal matrix composed of eigenvectors of a matrix A arranged in descending order.

그리고, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 아래의 수학식 15 및 수학식 16을 통해 RC 도메인에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 공분산 행렬(CP2)을 연산한다.The transverse distance direction scaling apparatus 100 computes a covariance matrix C P2 for the scattering points of the second de-interleaved opening surface radar image in the RC domain through the following equations (15) and (16).

Figure 112016016138639-pat00030
Figure 112016016138639-pat00030

Figure 112016016138639-pat00031
Figure 112016016138639-pat00031

그리고, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 공분산 행렬들을 이용하여 RC 도메인에서의 각 영상들의 주축들을 연산한다(S234). 구체적으로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 아래의 수학식 17을 통해 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축을 연산한다.Then, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates principal axes of respective images in the RC domain using the covariance matrices (S234). Specifically, the transverse direction direction scaling apparatus 100 calculates the principal axes of the first and second inverse synthesized opening surface radar images through Equation (17) below.

Figure 112016016138639-pat00032
Figure 112016016138639-pat00032

여기서, e1은 RC 도메인에서 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, e2는 RC 도메인에서 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, ()1은 최대 고유 값에 대응하는 고유 벡터를 의미한다.Where e 1 denotes the principal axis vector of the first de-composite aperture sidewall radar image in the RC domain, e 2 denotes the principal vector of the second de-composition aperture sidewall radar image in the RC domain, and ( 1 ) Quot; means an eigenvector corresponding to a value.

S230 단계에서 주축을 연산한 후, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 추출된 각 영상의 주축을 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정한다(S240). 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 S240 단계의 순서도이며, 도 5를 통해 S240 단계에 대해 구체적으로 살펴보도록 한다.After calculating the main axis in step S230, the transverse direction direction scaling apparatus 100 estimates the rotational speed of the target object by using the main axis of each extracted image (S240). FIG. 5 is a flow chart of step S240 according to an embodiment of the present invention, and step S240 will be described in detail with reference to FIG.

우선, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 각 영상의 주축들에 대한 고유 벡터를 내적 연산하여 상기 대상체의 회전 각도를 추정한다(S241).First, the traverse direction direction scaling apparatus 100 internally computes an eigenvector for principal axes of each image to estimate the rotation angle of the object (S241).

상기에 설명한 것처럼, 두 영상의 산란점들은 회전 관계를 가지고 있으므로, 주축들 사이의 회전 관계는 아래의 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.As described above, since the scattering points of the two images have a rotation relationship, the rotation relationship between the principal axes can be expressed by Equation (18) below.

Figure 112016016138639-pat00033
Figure 112016016138639-pat00033

그리고, RD 도메인에서 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축((Q)1, (RQ)1)은 아래의 수학식 19와 같이 연산될 수 있다.The principal axes ((Q) 1 , (RQ) 1 ) of the first and second reverse synthesized opening surface radar images in the RD domain can be calculated by the following equation (19).

Figure 112016016138639-pat00034
Figure 112016016138639-pat00034

여기서, [ex1, ey1]T 및 [ex2, ey2]T는 RD 도메인에서 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축의 고유 벡터를 의미한다. Here, [e x1 , e y1 ] T and [e x2 , e y2 ] T are the eigenvectors of the principal axes of the first and second de-interlaced opening surface radar images in the RD domain.

그러므로, 회전 속도(w)에 대한 RC 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축은 아래의 수학식 20과 같이 표현될 수 있다.Therefore, the main axes of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the RC domain with respect to the rotation speed w can be expressed as Equation (20) below.

Figure 112016016138639-pat00035
Figure 112016016138639-pat00035

따라서, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 횡단거리 스케일링된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축의 고유 벡터를 아래의 수학식 21을 통해 내적연산하여 대상체의 회전 각도를 연산한다.Accordingly, the transverse direction direction scaling apparatus 100 computes the rotation angle of the object by performing an inner product computation of the eigenvectors of the principal axes of the first and second inverse distance-scaled first and second synthesized opening surface radar images by the following expression (21).

Figure 112016016138639-pat00036
Figure 112016016138639-pat00036

여기서,

Figure 112016016138639-pat00037
는 추정된 회전 각도를 의미한다. here,
Figure 112016016138639-pat00037
Is an estimated rotation angle.

그러면, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 추정된 회전 각도를 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정한다(S242). Then, the transverse direction direction scaling apparatus 100 estimates the rotational speed of the object using the estimated rotational angle (S242).

상기에서 설명한 바와 같이,

Figure 112016016138639-pat00038
의 관계를 가지므로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 아래의 수학식 22를 이용하여 추정 회전 속도(
Figure 112016016138639-pat00039
)를 연산한다.As described above,
Figure 112016016138639-pat00038
The transverse direction direction scaling apparatus 100 can calculate the estimated rotation speed (< RTI ID = 0.0 >
Figure 112016016138639-pat00039
).

Figure 112016016138639-pat00040
Figure 112016016138639-pat00040

S240 단계에서 회전 속도를 추정한 다음, 추정된 회전 속도를 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경한다(S250).In step S240, the rotational speed is estimated and the scale of the first and second reverse synthesized opening and closing radar images in the transverse direction is changed in units of length by using the estimated rotational speed in step S250.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 S250 단계의 순서도이며, 도 6을 통해 S250 단계에 대해 구체적으로 살펴보도록 한다.FIG. 6 is a flow chart of step S250 according to an embodiment of the present invention, and step S250 will be described in detail with reference to FIG.

먼저, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 추정된 회전 속도를 이용하여 회전 속도에 대한 비용 함수를 생성한다(S251). 이때, 비용함수는 아래의 수학식 23와 같다.First, the transverse direction direction scaling apparatus 100 generates a cost function for the rotation speed using the estimated rotation speed (S251). At this time, the cost function is expressed by Equation 23 below.

Figure 112016016138639-pat00041
Figure 112016016138639-pat00041

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 비용함수를 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a cost function according to an embodiment of the present invention.

수학식 21에서 알 수 있듯이, 도 8의 (a)에서와 같이 임의의 회전 속도(w)<실제 회전 속도(wtrue)인 경우, 추정된 회전 속도(

Figure 112016016138639-pat00042
)는 실제 회전 속도(wtrue)보다 커지게 된다(wtrue<
Figure 112016016138639-pat00043
). 이는 임의의 회전 속도(w) 및 횡단거리 해상도(Δy=C/(2fcTmw)) 사이의 반비례 관계에 의해 유도되는 횡단거리 축의 확장 때문이다. As can be seen from the equation (21), when the arbitrary rotation speed w is smaller than the actual rotation speed (w true ) as shown in FIG. 8 (a)
Figure 112016016138639-pat00042
) Becomes larger than the actual rotation speed (w true ) (w true <
Figure 112016016138639-pat00043
). This is because the transverse distance axis expansion induced by the inverse relationship between any of the rotational speed (w) and the transverse distance resolution (Δy = C / (2f c T m w)).

마찬가지로 도 8의 (b)에서와 같이 실제 회전 속도(wtrue)가 임의의 회전 속도(w)보다 작은 경우(wtrue<w), 횡단거리 축의 감소로 인해, 추정된 회전 속도(

Figure 112016016138639-pat00044
)는 실제 회전 속도(wtrue)보다 작아지게 된다(
Figure 112016016138639-pat00045
<wtrue). Likewise, when the actual rotational speed w true is smaller than the arbitrary rotational speed w (w true <w), the estimated rotational speed (w true )
Figure 112016016138639-pat00044
) Becomes smaller than the actual rotation speed (w true ) (
Figure 112016016138639-pat00045
<w true ).

즉, 임의의 회전 속도(w)가 추정된 회전 속도(

Figure 112016016138639-pat00046
)와 같은 경우 추정된 회전 속도(
Figure 112016016138639-pat00047
)는 대상체의 실제 회전 속도(wtrue)가 된다. 따라서, 본 발명에서의 비용함수는 w와 w 사이의 오차를 이용하여 수학식 23과 같이 생성된다.That is, when the arbitrary rotation speed w is less than the estimated rotation speed
Figure 112016016138639-pat00046
), The estimated rotational speed (
Figure 112016016138639-pat00047
) Is the actual rotation speed of the object (w true ). Therefore, the cost function in the present invention is generated as shown in Equation (23) using the error between w and w.

그리고, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 후보 회전 속도를 입력받은 다음(S252), 후보 회전 속도와 비용 함수, 그리고 이분법(bisection algorithm)을 이용하여 비용 함수의 값이 0이 되는 회전 속도 값을 검출한다(S253). Then, the transverse direction direction scaling apparatus 100 receives the candidate rotation speed (S252), and then uses the candidate rotation speed, the cost function, and the bisection algorithm to calculate a rotation speed value at which the value of the cost function becomes zero (S253).

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 비용 함수가 0이 되는 경우 대상체의 실제 회전 속도가 검출된다. 그리고, 비용함수가 0이 되는 경우는 실제 회전 속도(wtrue)에서와 아래의 수학식 24에서와 같이 회전 속도(w)가 0인 경우가 있다.As described above, when the cost function of the present invention is 0, the actual rotational speed of the object is detected. When the cost function is zero, the rotational speed w may be zero at the actual rotational speed w true and in the following equation (24).

Figure 112016016138639-pat00048
Figure 112016016138639-pat00048

그리고, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 이분법을 이용하여 비용함수가 0이 되는 회전 속도 값을 검출하는데, 여기서 이분법이란 반복적으로 구간을 이등분하고 근이 추가 처리를 위해 있어야만 하는 하위 구간을 선택하여 근을 찾는 방법을 말한다.Then, the transverse direction direction scaling apparatus 100 detects a rotational speed value at which the cost function becomes zero by using the dichotomy, wherein the dichotomy is repeatedly performed to divide the section into two halves and select the sub- How to find a muscle.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이분법을 이용한 회전 속도 값 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에서 보는 바와 같이, 입력된 후보 회전 속도 a1 및 b1은 비용함수가 0이 되는 지점을 고려하여 입력될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 a=0.01°/Tm과 b=8.00°/Tm을 각각 선택하여 연산 성능을 높이도록 예시하였으며, 입력되는 후보 회전 속도는 당업자에 의해 설계변경이 가능하다.8 is a diagram for explaining a process of calculating a rotational speed value using a dichotomy according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the input candidate rotation speeds a 1 and b 1 can be input in consideration of a point where the cost function becomes zero. In the embodiment of the present invention, it is exemplified that a = 0.01 deg. / Tm and b = 8.00 deg. Tm are selected to increase the calculation performance, and the input candidate rotation speed can be changed by a person skilled in the art.

도 8에 나타난 곡선은 비용함수를 그래프로 도시한 것이며, S252단계에서 입력받은 두 입력값의 중간값인 w1에 대응하는 비용함수 값을 찾는다. 이때, w1의 비용함수 값은 음의 값을 가지므로 양의 값을 가지는 b1와 w1의 중간값인 w2에 대응하는 비용함수 값을 찾는다. The curve shown in FIG. 8 is a graph showing the cost function. In step S252, a cost function value corresponding to w 1 , which is an intermediate value between two input values, is sought. At this time, since the cost function value of w 1 has a negative value, a cost function value corresponding to w 2 , which is an intermediate value between b 1 and w 1 having a positive value, is found.

그리고 w2에 대응하는 비용함수 값은 양의 값이므로, 이 경우 이전 단계에서 음의 값을 가지는 w1과의 중간값인 w3에 대응하는 비용함수 값을 찾는다. 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 이러한 과정을 반복하여 비용함수가 0이 되는 회전 속도 값을 검출한다.Since the cost function value corresponding to w 2 is a positive value, in this case, the cost function value corresponding to w 3 , which is an intermediate value between w 1 having a negative value in the previous step, is found. The transverse direction direction scaling apparatus 100 repeats this process to detect a rotational speed value at which the cost function becomes zero.

이때, 연접 처리 간격(CPI)는 회전 속도가 균일할 정도로 짧게 설정되므로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 회전 속도를 빠르게 검출할 수 있다.At this time, since the synchro- nization processing interval CPI is set to be short enough such that the rotation speed is uniform, the transverse direction direction scaling apparatus 100 can detect the rotation speed quickly.

그러면, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 검출된 회전 속도 값을 이용하여 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경한다(S255).Then, the transverse direction direction scaling apparatus 100 changes the scale of the first and second reverse synthesized opening and closing radar images in the transverse distance direction in units of length by using the detected rotation speed values (S255).

구체적으로, 횡단거리방향 스케일링 장치(100)는 검출된 회전 속도 값과 상기의 수학식 7을 이용하여 횡단거리방향의 스케일링 계수(ηc)를 연산할 수 있으며, 이를 이용하여 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향의 스케일을 헤르츠 단위에서 길이 단위로 변경한다.Specifically, the transverse direction direction scaling apparatus 100 can calculate the scaling factor? C in the transverse direction using the detected rotational speed value and Equation (7) Change the scale in the transverse distance direction of the inverse composite aperture radar image from Hertz to length units.

이하에서는 도 9를 통해 종래 기술과 본 발명의 시뮬레이션 결과를 비교하여 설명한다. Hereinafter, the simulation results of the prior art and the present invention will be described with reference to FIG.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.9 is a diagram showing a simulation result according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (a)는 본 발명과 종래 기술의 실제 회전 속도와 검출된 회전 속도와의 오차 정도를 비교한 시뮬레이션 결과를 나타내며, 도 9의 (b)는 본 발명과 종래 기술의 연산 속도를 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.FIG. 9A shows a simulation result of comparing the actual rotation speed of the present invention and the conventional rotation speed with the detected rotation speed, and FIG. 9B shows the comparison between the present invention and the conventional calculation speed A simulation result is shown.

그리고, 도 9의 (a) 및 (b)에서 RCM(rotational correlation method)은 종래 회전 중심을 이용한 경우를 의미한다. 9 (a) and 9 (b), a rotational correlation method (RCM) means a case using a conventional rotation center.

도 9의 (a)에서 RMSE(root mean square errors)는 대상체가 실제 회전 속도와 검출된 회전 속도와의 오차 정도를 나타내는 지표로서, 신호대잡음비(SNR)에 따라 차이가 있으나 종래 회전 중심을 이용한 방법보다 본 발명의 오차 정도가 1.5*10-3정도 적으며, 대략 2배 이상의 오차 개선 효과가 있음을 보여준다.In FIG. 9 (a), root mean square errors (RMSE) is an index indicating the degree of error between the actual rotational speed and the detected rotational speed, and varies depending on the signal-to-noise ratio (SNR) The error level of the present invention is about 1.5 * 10 -3 , which is about twice the error improvement effect.

그리고 도 9의 (b)에 나타난 바와 같이 연산 시간은 종래 회전 중심을 이용한 방법에 비해 약 4초 정도 단축되고 있음을 보여주며, 대략 4배 이상의 속도 개선 효과가 있음을 나타내고 있다.As shown in FIG. 9 (b), the computation time is reduced by about 4 seconds compared with the conventional method using the center of rotation, which indicates that the speed improvement effect is about four times or more.

본 발명의 실시예에 따르면, 대상체의 회전 중심에 대한 정보가 없어도 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리 방향을 헤르츠 단위에서 미터 단위로 스케일링이 가능하며, 이를 통해 종래의 스케일링 기술에 비해 연산 속도와 스케일링의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, even if there is no information about the rotation center of the object, it is possible to scale the transverse distance direction of the inverse synthetic aperture surface radar image in units of Hertz in meters, The accuracy of scaling can be improved.

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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100 : 횡단거리방향 스케일링 장치 110 : 영상획득부
120 : 추출부 130 : 연산부
140 : 추정부 150 : 스케일부
200 : 레이더100: transverse direction direction scaling device 110:
120: Extracting unit 130:
140: Chuo government 150: Scale part
200: Radar

Claims (18)

제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득하는 단계,
상기 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제2 역합성 개구면 레이더 영상으로부터 대상체의 형상을 나타내는 산란점들을 추출하는 단계,
상기 추출된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 이용한 주성분 분석을 통해 산란점들에 대한 최대 분산을 갖는 각 영상의 주축을 연산하는 단계,
상기 추출된 각 영상의 주축을 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계, 그리고
상기 추정된 회전 속도를 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 단계를 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법.Acquiring a first de-composite aperture sidewall radar image at a first time point and a second de-composite aperture sidewall radar image at a second time point later than the first time point,
Extracting scattering points representing a shape of a target object from the first de-composition aperture grid radar image and the second de-composition aperture grid radar image,
Calculating a principal axis of each image having a maximum variance with respect to scattering points by performing principal component analysis using scattering points of the extracted first and second reverse synthesized opening surface radar images,
Estimating a rotation speed of the object using the main axis of each extracted image, and
And scaling the transverse distance direction of the inverse synthesized opening surface radar image including the step of changing the scale in the transverse distance direction of the first and second inverse synthesized opening surface radar images by length units using the estimated rotation speed . 제1항에 있어서,
상기 각 영상의 주축을 연산하는 단계는,
레인지 및 크로스-레인지(RC, Range and Cross-range) 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 평균 벡터를 연산하는 단계,
레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들의 위치 벡터와 상기 평균 벡터의 차이값을 연산하는 단계,
상기 차이값을 이용하여 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 공분산 행렬들을 연산하는 단계, 그리고
상기 공분산 행렬들을 이용하여 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축을 연산하는 단계를 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of calculating the main axis of each image comprises:
Calculating respective average vectors of scattering points of first and second reverse synthesized opening surface radar images in a range and a cross-range (RC) domain,
Calculating a difference value between the position vector of the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the range and the cross-range domain and the average vector,
Calculating respective covariance matrices for scattering points of the first and second reverse synthesized opening surface radar images in the range and the cross-range domain using the difference value, and
And computing a principal axis of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the range and cross-range domains using the covariance matrices. 제2항에 있어서,
상기 평균 벡터를 연산하는 단계는,
아래의 수학식을 통해 상기 평균 벡터(k1, k2)를 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법:
Figure 112016016138639-pat00049

여기서, L은 산란점의 개수를 의미하고, ps 1,i 및 ps 2,i는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 i번째 산란점의 위치 벡터를 의미하고, [Mx1, Ny1]과 [Mx2, Ny2]는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점의 평균 벡터를 의미한다.3. The method of claim 2,
Wherein the step of calculating the average vector comprises:
A method for scaling the traverse direction of an inverse composite aperture radar image for calculating the average vector (k 1 , k 2 ) using the following equation:
Figure 112016016138639-pat00049

Here, L means the number of scattering points, and p s 1, i And p s 2, i is a range and cross-representing a position vector of the first and second inverse-synthesis opening surface radar images i-th scattering points in the range domain, and [M x1, N y1] and [M x2, N y2 ] Means an average vector of the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the range and cross-range domains. 제2항에 있어서,
상기 공분산 행렬들을 연산하는 단계는,
아래의 수학식을 통해 상기 공분산 행렬들(Cp1, Cp2)을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법:
Figure 112016016138639-pat00050

여기서, S는 스케일링 행렬을 의미하고, Q는 내림차순으로 정렬된 행렬 A의 고유 벡터로 이루어진 직교 행렬을 의미하고, Λ는 두개의 고유값을 가지는 대각 행렬을 의미하고, R은 회전 행렬을 의미하고,
Figure 112016016138639-pat00051
이고,
Figure 112016016138639-pat00052
는 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점의 데이터 집합을 의미하고, L은 산란점의 개수를 의미한다.3. The method of claim 2,
Computing the covariance matrices comprises:
A method for scaling the transverse distance direction of an inverse synthesized opening surface radar image for computing the covariance matrices C p1 and C p2 using the following equation:
Figure 112016016138639-pat00050

Here, S denotes a scaling matrix, Q denotes an orthogonal matrix composed of eigenvectors of a matrix A arranged in descending order, A denotes a diagonal matrix having two eigenvalues, R denotes a rotation matrix ,
Figure 112016016138639-pat00051
ego,
Figure 112016016138639-pat00052
Denotes a data set of scattering points of the first inverse synthetic aperture surface radar image, and L denotes the number of scattering points. 제4항에 있어서,
상기 주축을 연산하는 단계는,
아래의 수학식을 통해 상기 주축을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법:
Figure 112016016138639-pat00053

여기서, e1은 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, e2는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, (
Figure 112016016138639-pat00054
)1은 최대 고유 값에 대응하는 고유 벡터를 의미한다.5. The method of claim 4,
Wherein the step of calculating the principal axis comprises:
A method for scaling the transverse distance direction of an inverse synthetic aperture surface radar image for calculating the principal axis through the following equation:
Figure 112016016138639-pat00053

E 1 is the principal axis vector of the first inverse composite aperture radar image in the range and cross-range domain, and e 2 is the principal axis vector of the second inverse composite aperture surface radar image in the range and cross- and, (
Figure 112016016138639-pat00054
) 1 denotes an eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue. 제1항에 있어서,
상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계는,
상기 각 영상의 주축들에 대한 고유 벡터를 내적 연산하여 상기 대상체의 회전 각도를 추정하는 단계, 그리고
상기 추정된 회전 각도를 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계를 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of estimating the rotational speed of the object comprises:
Estimating a rotation angle of the target object by performing an inner product operation on an eigenvector for the principal axes of the respective images,
Estimating a rotation speed of the object based on the estimated rotation angle; and scaling the traverse direction of the inverse composite aperture surface radar image. 제6항에 있어서,
상기 추정된 회전 각도를 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 단계는,
아래의 수학식을 통해 상기 대상체의 회전 각도를 추정하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법:
Figure 112016016138639-pat00055

여기서,
Figure 112016016138639-pat00056
는 추정된 회전 각도를 의미하고, Tm은 연접 처리 시간 간격의 총합을 의미하고, fc는 레이더 송신 신호의 캐리어 주파수를 의미하고, w는 대상체의 실제 회전 속도를 의미하고, ex1 및 ey1은 레인지-도플러(range-doppler, RD) 도메인에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 주축에 대한 고유 벡터의 거리 및 횡단 거리에 대한 값을 의미하고, 레인지-도플러 도메인에서의 ex2 및 ey2은 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축에 대한 고유 벡터의 거리 및 횡단 거리에 대한 값을 의미하고, B는 레이더의 송신 신호의 대역폭을 의미한다.The method according to claim 6,
Estimating a rotation speed of the object using the estimated rotation angle,
A method of scaling a transverse distance direction of an inverse synthesized opening surface radar image for estimating a rotation angle of the object through the following equation:
Figure 112016016138639-pat00055

here,
Figure 112016016138639-pat00056
Refers to the estimated angle of rotation, and Tm refers to the sum total of concatenation processing time interval, and f c denotes the carrier frequency of the radar transmitted signal, and w means the actual rotational speed of the target object, and e x1 and e y1 Denotes the distance and transversal distance of the eigenvector with respect to the principal axis of the first de-interrogating aperture radar image in the range-doppler (RD) domain, and e x2 and e y2 denotes a distance and a transverse distance of the eigenvector with respect to the main axis of the second inverse synthetic aperture surface radar image, and B denotes a bandwidth of the transmission signal of the radar. 제1항에 있어서,
상기 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 단계는,
상기 추정된 회전 속도를 이용하여 회전 속도에 대한 비용 함수를 생성하는 단계,
후보 회전 속도를 입력받는 단계,
상기 후보 회전 속도와 상기 비용 함수, 그리고 이분법(bisection algorithm)을 이용하여 상기 비용 함수의 값이 0이 되는 회전 속도 값을 검출하는 단계, 그리고
상기 검출된 회전 속도 값을 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 단계를 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of changing the scale in the transverse distance direction in units of length comprises:
Generating a cost function for the rotation speed using the estimated rotation speed,
Receiving the candidate rotation speed,
Detecting a rotational speed value at which the value of the cost function becomes zero using the candidate rotational speed, the cost function, and a bisection algorithm, and
And scaling the transverse distance direction of the inverse synthesized opening surface radar image including the step of changing the scale in the transverse distance direction of the first and second inverse synthesized opening surface radar images by length units using the detected rotation speed values Way. 제8항에 있어서,
상기 비용 함수를 생성하는 단계는,
아래의 수학식을 통해 상기 비용 함수(E(w))를 생성하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향을 스케일링하는 방법:
Figure 112016016138639-pat00057

여기서, w는 회전 속도를 의미하고,
Figure 112016016138639-pat00058
는 추정된 회전 속도를 의미한다.9. The method of claim 8,
Wherein generating the cost function comprises:
A method for scaling a transverse distance direction of an inverse synthesized opening surface radar image that generates the cost function (E (w)) through the following equation:
Figure 112016016138639-pat00057

Here, w denotes a rotation speed,
Figure 112016016138639-pat00058
Means the estimated rotational speed. 제1 시점에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서의 제2 역합성 개구면 레이더 영상을 획득하는 영상획득부,
상기 제1 역합성 개구면 레이더 영상과 제2 역합성 개구면 레이더 영상으로부터 대상체의 형상을 나타내는 산란점들을 추출하는 추출부,
상기 추출된 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들을 이용한 주성분 분석을 통해 산란점들에 대한 최대 분산을 갖는 각 영상의 주축을 연산하는 연산부,
상기 추출된 각 영상의 주축을 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 추정부, 그리고
상기 추정된 회전 속도를 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 스케일부를 포함하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치.An image acquiring unit acquiring a first de-interlaced opening surface radar image at a first point in time and a second de-composition aperture surface radar image at a second point later than the first point in time,
An extracting unit for extracting scattering points representing the shape of the object from the first de-composition aperture grid radar image and the second de-
A calculation unit for calculating a principal axis of each image having a maximum variance with respect to scattering points through principal component analysis using scattering points of the extracted first and second reverse synthesized opening surface radar images,
An estimator for estimating a rotation speed of the object using the extracted principal axes of the respective images, and
And a scale unit for changing, in units of length, a scale in a transverse distance direction of the first and second inverse synthesized opening surface radar images using the estimated rotation speed. 제10항에 있어서,
상기 연산부는,
레인지 및 크로스-레인지(RC, Range and Cross-range) 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 평균 벡터를 연산하고, 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들의 위치 벡터와 상기 평균 벡터의 차이값을 연산하며, 상기 차이값을 이용하여 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점들에 대한 각각의 공분산 행렬들을 연산하고, 상기 공분산 행렬들을 이용하여 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치.11. The method of claim 10,
The operation unit,
Range and cross-range (RC) domains of the first and second reverse synthesized opening surface radar images, and calculates the respective average vectors for the scattering points in the range and cross-range domain Calculating a difference value between the position vector of the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images and the average vector and calculating a difference between the first and second inverse combinations in the range and cross- An inverse synthesizing unit for computing respective covariance matrices for scattering points of the spherical radar image and calculating the principal axes of the first and second reverse synthesized opening surface radar images in the range and cross-range domains using the covariance matrices An apparatus for scaling a directional distance of a spherical radar image. 제11항에 있어서,
상기 연산부는,
아래의 수학식을 통해 상기 평균 벡터(k1, k2)를 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치:
Figure 112016016138639-pat00059

여기서, L은 산란점의 개수를 의미하고, ps 1,i 및 ps 2,i는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 i번째 산란점의 위치 벡터를 의미하고, [Mx1, Ny1]과 [Mx2, Ny2]는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서의 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점의 평균 벡터를 의미한다.12. The method of claim 11,
The operation unit,
A transverse distance direction scaling apparatus for an inverse synthesized opening surface radar image that computes the average vector (k 1 , k 2 ) using the following equation:
Figure 112016016138639-pat00059

Here, L means the number of scattering points, and p s 1, i And p s 2, i is a range and cross-representing a position vector of the first and second inverse-synthesis opening surface radar images i-th scattering points in the range domain, and [M x1, N y1] and [M x2, N y2 ] Means an average vector of the scattering points of the first and second inverse synthesized opening surface radar images in the range and cross-range domains. 제11항에 있어서,
상기 연산부는,
아래의 수학식을 통해 상기 공분산 행렬들(Cp1, Cp2)을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치:
Figure 112016016138639-pat00060

여기서, S는 스케일링 행렬을 의미하고, Q는 내림차순으로 정렬된 행렬 A의 고유 벡터로 이루어진 직교 행렬을 의미하고, Λ는 두개의 고유값을 가지는 대각 행렬을 의미하고, R은 회전 행렬을 의미하고,
Figure 112016016138639-pat00061
이고,
Figure 112016016138639-pat00062
는 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 산란점의 데이터 집합을 의미하고, L은 산란점의 개수를 의미한다.12. The method of claim 11,
The operation unit,
A transverse direction direction scaling apparatus for an inverse synthetic aperture surface radar image that computes the covariance matrixes ( Cp1 , Cp2 ) using the following equation:
Figure 112016016138639-pat00060

Here, S denotes a scaling matrix, Q denotes an orthogonal matrix composed of eigenvectors of a matrix A arranged in descending order, A denotes a diagonal matrix having two eigenvalues, R denotes a rotation matrix ,
Figure 112016016138639-pat00061
ego,
Figure 112016016138639-pat00062
Denotes a data set of scattering points of the first inverse synthetic aperture surface radar image, and L denotes the number of scattering points. 제13항에 있어서,
상기 연산부는,
아래의 수학식을 통해 상기 주축을 연산하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치:
Figure 112016016138639-pat00063

여기서, e1은 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, e2는 레인지 및 크로스-레인지 도메인에서 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축 벡터를 의미하고, (
Figure 112016016138639-pat00064
)1은 최대 고유 값에 대응하는 고유 벡터를 의미한다.14. The method of claim 13,
The operation unit,
An apparatus for scaling an intersection distance direction of an inverse composite aperture radar image for calculating the principal axis through the following equation:
Figure 112016016138639-pat00063

E 1 is the principal axis vector of the first inverse composite aperture radar image in the range and cross-range domain, and e 2 is the principal axis vector of the second inverse composite aperture surface radar image in the range and cross- and, (
Figure 112016016138639-pat00064
) 1 denotes an eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue. 제10항에 있어서,
상기 추정부는,
상기 각 영상의 주축들에 대한 고유 벡터를 내적 연산하여 상기 대상체의 회전 각도를 추정하고, 상기 추정된 회전 각도를 이용하여 상기 대상체의 회전 속도를 추정하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the estimating unit comprises:
A transverse distance directional scaling of an inverse synthetic aperture surface radar image for estimating a rotational angle of the object by internally calculating an eigenvector for principal axes of each image and estimating a rotational velocity of the object using the estimated rotational angle; Device. 제15항에 있어서,
상기 추정부는,
아래의 수학식을 통해 상기 대상체의 회전 각도를 추정하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치:
Figure 112016016138639-pat00065

여기서,
Figure 112016016138639-pat00066
는 추정된 회전 각도를 의미하고, Tm은 연접 처리 시간 간격의 총합을 의미하고, fc는 레이더 송신 신호의 캐리어 주파수를 의미하고, w는 대상체의 실제 회전 속도를 의미하고, ex1 및 ey1은 레인지-도플러(range-doppler, RD) 도메인에서의 제1 역합성 개구면 레이더 영상의 주축에 대한 고유 벡터의 거리 및 횡단 거리에 대한 값을 의미하고, 레인지-도플러 도메인에서의 ex2 및 ey2은 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 주축에 대한 고유 벡터의 거리 및 횡단 거리에 대한 값을 의미하고, B는 레이더의 송신 신호의 대역폭을 의미한다.16. The method of claim 15,
Wherein the estimating unit comprises:
A transverse distance direction scaling device for an inverse synthesized opening surface radar image for estimating a rotation angle of the object through the following equation:
Figure 112016016138639-pat00065

here,
Figure 112016016138639-pat00066
Refers to the estimated angle of rotation, and Tm refers to the sum total of concatenation processing time interval, and f c denotes the carrier frequency of the radar transmitted signal, and w means the actual rotational speed of the target object, and e x1 and e y1 Denotes the distance and transversal distance of the eigenvector with respect to the principal axis of the first de-interrogating aperture radar image in the range-doppler (RD) domain, and e x2 and e y2 denotes a distance and a transverse distance of the eigenvector with respect to the main axis of the second inverse synthetic aperture surface radar image, and B denotes a bandwidth of the transmission signal of the radar. 제10항에 있어서,
상기 스케일부는,
상기 추정된 회전 속도를 이용하여 회전 속도에 대한 비용 함수를 생성하고,후보 회전 속도를 입력받고, 상기 후보 회전 속도와 상기 비용 함수, 그리고 이분법(bisection algorithm)을 이용하여 상기 비용 함수의 값이 0이 되는 회전 속도 값을 검출하며, 상기 검출된 회전 속도 값을 이용하여 상기 제1 및 제2 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단 거리 방향의 스케일을 길이 단위로 변경하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치.11. The method of claim 10,
The scale unit includes:
Generating a cost function for the rotation speed using the estimated rotation speed, receiving a candidate rotation speed, calculating a cost function using the candidate rotation speed, the cost function, and a bisection algorithm, Of the first and second reverse synthesized opening and closing radar images is changed in units of length by using the detected rotational speed values, Distance direction scaling device. 제17항에 있어서,
상기 스케일부는,
아래의 수학식을 통해 상기 비용 함수(E(w))를 생성하는 역합성 개구면 레이더 영상의 횡단거리방향 스케일링 장치:
Figure 112016016138639-pat00067

여기서, w는 회전 속도를 의미하고,
Figure 112016016138639-pat00068
는 추정된 회전 속도를 의미한다.18. The method of claim 17,
The scale unit includes:
A transverse direction direction scaling apparatus of an inverse synthesized opening surface radar image generating the cost function (E (w)) by the following equation:
Figure 112016016138639-pat00067

Here, w denotes a rotation speed,
Figure 112016016138639-pat00068
Means the estimated rotational speed.
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