KR101839855B1 - 파랑 정보 추출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

파랑 정보 추출 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 파랑 정보 추출 장치는, 레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신하는 레이더 이미지 수신부, 수신된 상기 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환하는 디지털 변환부, 상기 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행하는 분석 준비부, 누적된 상기 분석 구간에 대한 시공간적 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하여, 3차원 주파수 영역의 3차원 스펙트럼으로 변환하는 3차원 스펙트럼 변환부, 그리고 상기 3차원 스펙트럼 기반으로 파랑 정보를 추출하는 파랑 정보 추출부를 포함한다.

Description

파랑 정보 추출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING OCEAN WAVE INFORMATION}
본 발명은 안정적이고 정확하게 파랑 정보를 추출하는 기술에 관한 것으로, 특히 해안에 고정형으로 설치된 레이더로부터 입력받은 레이더 이미지를 이용하여, 통계적으로 파랑 정보를 추출하는 기술에 관한 것이다.
해상 교통량이 증가하고, 다양한 종류의 사고가 발생함에 따라, 해상교통관제 영역 내에서 선박의 안전하고 효율적인 움직임을 위한 해상교통관제(Vessel Traffic Service, VTS) 시스템의 중요성이 대두되고 있다.
해상교통관제(VTS) 시스템이란, 해상 교통상황을 실시간으로 감시하고, 항해하는 선박에 안전 정보를 제공하는 등 선박 사고를 예방하기 위한 정보교환체제를 의미한다. 해상교통관제 시스템은 해상의 파랑 정보를 정확하게 추출하여 통보함으로써 해상교통관제 영역에서의 안전사고를 미연에 방지하거나 발생 빈도를 줄일 수 있다.
해상교통관제(VTS) 시스템에서, 파랑을 실시간으로 정확하게 계측 및 모니터링하는 기술이 매우 중요하다. 이때, 해상교통관제(VTS) 시스템은 해양관측부이를 이용하여 직접 파랑을 계측하거나, 인공위성을 이용하여 파랑을 계측할 수 있다.
그러나, 종래의 파랑을 계측하는 기술들은 객관적이지 않거나, 실시간적으로 파랑 정보를 계측할 수 없다. 또한, 종래의 파랑 계측에 사용되는 장치가 분실되거나 파손될 위험이 높고, 해상 상태에 대한 정보를 얻기 위해 많은 비용이 발생한다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 레이더를 이용한 파랑 모니터링 시스템이 개발되었다. 레이더를 이용한 파랑 모니터링 시스템은 해상교통관제(VTS) 시스템을 위해 필수적인 기술이며, 파랑 탐지 알고리즘 성능을 비교 분석하여 최적의 알고리즘을 탐색하는 것이 관건이다.
파랑 탐지 알고리즘으로 다양한 방법들이 고안되었으나, 기존의 파랑 예측 방식들은 정확성 및 신뢰성이 낮아 실효성이 떨어진다. 따라서, 정확하고 안정적으로 파랑 정보를 추출할 수 있도록 하는 기술의 개발이 필요하다.
한국 공개 특허 제10-0795497호, 2008년 01월 17일 공고(명칭: 레이더를 이용한 파랑 계측 시스템 및 방법)
본 발명의 목적은 해안 고정용 레이더를 이용함으로써, 선박용 레이더를 이용하는 경우보다 간단한 방법으로 파랑 정보를 추출할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 파랑 정보를 통계적으로 누적하여 추출함으로써, 보다 정확한 파랑 정보를 추출할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 실시간으로 파랑 정보를 추출하여 해상교통관제(VTS) 시스템으로 전송함으로써, 해양 관제시 의사 결정을 지원할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파랑 정보 추출 장치는 레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신하는 레이더 이미지 수신부, 수신된 상기 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환하는 디지털 변환부, 상기 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행하는 분석 준비부, 누적된 상기 분석 구간에 대한 시공간적 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하여, 3차원 주파수 영역의 3차원 스펙트럼으로 변환하는 3차원 스펙트럼 변환부, 그리고 상기 3차원 스펙트럼 기반으로 파랑 정보를 추출하는 파랑 정보 추출부를 포함한다.
이때, 상기 파랑 정보 추출부는, 해류 속도를 연산하고, 고주파 영역의 잡음을 제거하는 필터링을 수행하며, 각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 파향 정보 및 파고 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파랑 정보를 추출할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보 추출부는, 제1 비용 함수를 설정하고, 상기 제1 비용 함수에 상응하도록 제1 해류 속도를 계산하며, 계산된 상기 제1 해류 속도를 이용하여, 고조파 성분을 고려한 분산성 관계식을 정의하고, 정의된 상기 분산성 관계식을 이용하여 제2 비용 함수를 재설정하며, 상기 제2 비용 함수에 상응하도록 제2 해류 속도를 재계산할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 임계값 미만인 경우, 상기 제2 해류 속도를 상기 해류 속도로 설정할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 분산성 관계식을 재정의 할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보 추출부는, 기 설정된 시간동안 누적된 상기 공간 스펙트럼 및 상기 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 기반으로, 통계적으로 상기 파랑 정보를 추출할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 공간 스펙트럼에 상응하는 상기 각주파수의 빈도수를 기반으로, 상기 파향 정보를 추출할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보 추출부는, 상기 파수 스펙트럼을 기반으로 파고를 계산하고, 상기 기 설정된 시간 동안의 평균 파고를 이용하여 상기 파고 정보로 추출할 수 있다.
이때, 추출된 상기 파랑 정보를, 상기 분석 구간별로 표시하거나 상기 파랑 정보를 기반으로 예측된 위험 내용별로 표시하는 파랑 정보 출력부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 레이더 안테나는, 해안 고정형 레이더 안테나일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치에 의해 수행되는 파랑 정보 추출 방법은 레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신하는 단계, 수신된 상기 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환하는 단계, 상기 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행하는 단계, 누적된 상기 분석 구간에 대한 시공간적 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하여, 3차원 주파수 영역의 3차원 스펙트럼으로 변환하는 단계, 그리고 상기 3차원 스펙트럼 기반으로 파랑 정보를 추출하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 파랑 정보를 추출하는 단계는, 해류 속도를 연산하는 단계, 고주파 영역의 잡음을 제거하는 필터링을 수행하는 단계, 각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 추출하는 단계, 그리고 추출된 상기 공간 스펙트럼 및 상기 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 파향 정보 및 파고 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파랑 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 해류 속도를 연산하는 단계는, 제1 비용 함수를 설정하는 단계, 상기 제1 비용 함수에 상응하도록 제1 해류 속도를 계산하는 단계, 계산된 상기 제1 해류 속도를 이용하여, 고조파 성분을 고려한 분산성 관계식을 정의하는 단계, 정의된 상기 분산성 관계식을 이용하여 제2 비용 함수를 재설정하는 단계, 그리고 상기 제2 비용 함수에 상응하도록 제2 해류 속도를 재계산하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 임계값 미만인 경우, 상기 제2 해류 속도를 상기 해류 속도로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 분산성 관계식을 정의하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보를 추출하는 단계는, 기 설정된 시간동안 누적된 상기 공간 스펙트럼 및 상기 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 기반으로, 통계적으로 상기 파랑 정보를 추출할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보를 추출하는 단계는, 상기 공간 스펙트럼에 상응하는 상기 각주파수의 빈도수를 기반으로, 선택된 각주파수를 이용하여, 상기 파향 정보를 추출할 수 있다.
이때, 상기 파랑 정보를 추출하는 단계는, 상기 파수 스펙트럼을 기반으로 파고를 계산하고, 상기 기 설정된 시간 동안의 평균 파고를 이용하여 상기 파고 정보로 추출할 수 있다.
이때, 추출된 상기 파랑 정보를 상기 분석 구간별로 표시하거나, 상기 파랑 정보를 기반으로 예측된 위험 내용별로 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 레이더 안테나는, 해안 고정형 레이더 안테나일 수 있다.
본 발명에 따르면, 해안 고정용 레이더를 이용함으로써, 선박용 레이더를 이용하는 경우보다 간단한 방법으로 파랑 정보를 추출할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 파랑 정보를 통계적으로 누적하여 추출함으로써, 보다 정확한 파랑 정보를 추출할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 실시간으로 파랑 정보를 추출하여 해상교통관제(VTS) 시스템으로 전송함으로써, 해양 관제시 의사 결정을 지원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치가 적용되는 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 3의 S350 단계에서 파랑 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 4의 S410 단계에서 해류 속도를 연산하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치가 적용되는 VTS 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 시스템을 나타낸 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치가 적용되는 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 레이더 안테나(100)는 파랑 정보 추출 장치(200)로 레이더 이미지를 전송하고, 파랑 정보 추출 장치(200)는 입력받은 레이더 이미지를 이용하여 통계적으로 파랑 정보를 추출한다. 그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 추출된 파랑 정보를 파랑 정보 출력 장치(300)로 전송하여 출력한다.
먼저, 레이더 안테나(100)는 X-Band 레이더 안테나일 수 있다. 그리고 레이더 안테나(100)는 9.41 내지 10.5Ghz의 대역 주파수와 2.8 내지 3.2cm의 파장으로 해상을 관측할 수 있다. 설명의 편의상 레이더 안테나(100)의 대역 주파수 및 파장을 예시하였으나, 레이더 안테나(100)의 대역 주파수 범위 및 파장은 이에 한정되지 않는다.
일반적으로 레이더 안테나(100)의 길이가 길수록 레이더 안테나(100)가 관측한 레이더 이미지의 공간 해상도가 높아지고, 레이더 안테나(100)의 회전 속도가 빠를수록 시간축 해상도가 높아질 수 있다. 따라서, 레이더 안테나(100)의 길이 및 회전 속도는 필요에 따라 설계 변경하여 구현될 수 있다.
그리고 레이더 안테나(100)는 해안가에 설치된 고정형 레이더일 수 있으며, 파랑 정보 추출 장치(200)는 고정형 레이더인 레이더 안테나(100)로부터 레이더 이미지를 수신함으로써, 움직이는 선박에 설치된 레이더 안테나를 활용하는 경우보다 더 정확하게 파랑 정보를 추출할 수 있다.
종래 기술에 따르면 주로 항해용 레이더를 활용함으로써, 조류, 해류, 선속 등 다양한 영향을 고려하여 파랑 정보를 추출하였다. 종래 기술과 같이 선박에 설치된 레이더 안테나를 이용할 경우, 선박의 움직임으로 인하여 발산파가 발생하거나, 선박에 의해 입사파가 반사되는 문제가 발생할 수 있다. 그리고 이러한 문제들로 인하여 실제 정확하고 신뢰성 높은 파랑 정보를 추출하기 어렵다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치(200)는 해안에 고정형으로 설치된 레이더 안테나(100)로부터 레이더 이미지를 수신하여 처리함으로써, 정확하게 파랑 정보를 추출할 수 있다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 레이더 안테나(100)로부터 수신된 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행한다. 또한, 파랑 정보 추출 장치(200)는 설정된 분석 구간에 대한 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하여 3차원 스펙트럼으로 변환하고, 변환된 3차원 스펙트럼을 기반으로 파랑 정보를 추출한다.
이때, 파랑 정보는 파향 및 파고 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 해류 속도를 연산하고, 필터링을 수행하며, 연산된 해류 속도를 기반으로 추출될 수 있다.
또한, 파랑 정보 추출 장치(200)는 일정 시간동안 누적된 통계 특성을 분석하여 파랑 정보를 추출함으로써, 보다 정확하고 안정된 파랑 정보를 추출할 수 있다. 그리고 추출된 파랑 정보를 파랑 정보 출력 장치(300)로 전송할 수 있다.
설명의 편의상, 파랑 정보 추출 장치(200)가 추출된 파랑 정보를 파랑 정보 출력 장치(300)로 전송하는 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않고, 파랑 정보 추출 장치(200)는 VTS 시스템, 위험 판단 의사 결정 지원 시스템 및 운용 시스템 등 외부의 시스템으로 파랑 정보를 전송할 수도 있다.
마지막으로 파랑 정보 출력 장치(300)는 파랑 정보 추출 장치(200)로부터 추출된 파랑 정보를 수신하고, 수신된 파랑 정보를 출력한다. 이때, 파랑 정보 출력 장치(300)는 기본 관제 화면 상에 해당 구역의 파랑 정보를 레이어별로 출력하여, 관제사가 통합적으로 해상 상황을 판단할 수 있도록 지원할 수 있다.
이하에서는 도 2를 통하여 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치의 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 파랑 정보 추출 장치(200)는 레이더 이미지 수신부(210), 디지털 변환부(220), 분석 준비부(230), 3차원 스펙트럼 변환부(240) 파랑 정보 추출부(250) 및 파랑 정보 출력부(250)를 포함한다.
먼저, 레이더 이미지 수신부(210)는 레이더 안테나로부터 레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신한다. 이때, 레이더 이미지 수신부(210)는 해안에 고정형으로 설치된 레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신할 수 있다.
일반적으로 레이더 이미지 상에서, 레이더 안테나로부터 5km 떨어진 거리에는 배경의 백색 잡음보다 바다 클러터 노이즈(sea clutter noise)가 더욱 크게 나타나는 경향이 있다. 이로 인하여 할 필요가 있다.
그리고 디지털 변환부(220)는 레이더 이미지로부터 파랑 정보를 추출하기 위하여, 수신된 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환한다. 이때, 디지털 변환부(220)는 레이더 이미지를 8비트 그레이 스케일의 값으로 변환할 수 있다.
또한, 디지털 변환부(220)는 A/D 변환기(ADC, Analog-to-Digital Converter) 형태로 구현될 수 있다. A/D 변환기의 ADC율에 의해 측정될 수 있는 공간 해상도가 높을수록 파랑 정보의 정확성이 높아진다.
ADC율이 빠를수록 레이더 이미지를 고해상도의 이미지 정보로 변환할 수 있으나, 나이퀴스트 샘플링율보다 ADC율이 매우 높을 경우 중복적인 정보들로 인하여 처리할 정보량이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 디지털 변환부(220)의 ADC율은 파랑 정보 추출 장치(200)가 적용되는 환경에 따라 설정될 수 있다.
다음으로 분석 준비부(230)는 디지털 형태로 변환된 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행한다.
종래 기술과 같이 디지털 변환부(220)에 의해 변환된 레이더 이미지로부터 파랑 정보를 추출할 경우, 파향 및 파고 값은 순간적으로 왜곡될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치(200)는 일정 시간동안 누적된 통계 특성을 분석하여 파랑 정보를 추출한다. 그리고 일정 시간동안 누적된 통계 특성을 분석하기 위하여 분석 준비부(230)는 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고 시간적 누적을 수행한다.
파랑 정보 추출 장치(200)가 고해상도 이미지 영역인 전체 영역에 대한 분석을 동시에 수행할 수 없으므로, 분석 준비부(230)는 일정한 분석 구간을 시간적으로 누적한다. 예를 들어, 분석 준비부(230)는 128x128 해상도의 영상을 32 프레임 또는 64 프레임으로 누적함으로써, 시공간 분석을 가능하게 할 수 있다.
또한, 3차원 스펙트럼 변환부(240)는 누적된 분석 구간에 대한 시공간적 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하여, 3차원 주파수 영역의 3차원 스펙트럼으로 변환한다.
그리고 파랑 정보 추출부(250)는 변환된 3차원 스펙트럼을 기반으로 파랑 정보를 추출한다. 이때, 파랑 정보 추출부(250)는 변환된 3차원 스펙트럼에 포함된 잡음을 제거하고, 해류 속도를 연산하며, 고주파 영역의 잡음을 제거하는 필터링을 수행하고, 각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여 파랑 정보를 추출할 수 있다.
해류 속도를 연산할 때, 파랑 정보 추출부(250)는 제1 비용 함수를 설정하고, 제1 비용 함수에 상응하도록 제1 해류 속도를 계산한다. 그리고 파랑 정보 추출부(250)는 제1 해류 속도를 이용하여 고조파 성분을 고려한 분산성 관계식을 정의하고, 정의된 분산성 관계식을 이용하여 제2 비용 함수를 재설정할 수 있다.
또한, 파랑 정보 추출부(250)는 제2 비용 함수에 상응하도록 제2 해류 속도를 재계산하고, 제1 해류 속도와 제2 해류 속도간 차이값과 임계값을 비교하여, 최종적으로 해류 속도를 설정할 수 있다. 이때, 제1 해류 속도와 제2 해류 속도간 차이의 절대값이 임계값 미만인 경우, 파랑 정보 추출부(250)는 제2 해류 속도를 해류 속도로 설정할 수 있다.
반면, 제1 해류 속도와 제2 해류 속도간 차이의 절대값이 임계값 이상인 경우, 파랑 정보 추출부(250)는 분산성 관계식을 재정의하고, 재 정의된 분산성 관계식을 이용하여 제2 비용 함수를 다시 설정할 수 있다.
그리고 파랑 정보 추출부(250)는 기 설정된 시간동안 누적된 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여 통계적으로 파랑 정보를 추출할 수 있다.
특히, 파랑 정보 추출부(250)는 공간 스펙트럼에 상응하는 각주파수의 빈도수를 기반으로 파향 정보를 추출할 수 있다. 그리고 파랑 정보 추출부(250)는 파수 스펙트럼을 기반으로 파고를 계산하고, 기 설정된 시간 동안의 평균 파고를 이용하여 파고 정보를 추출할 수 있다.
종래 기술에 따르면, 잡음이 포함되지 않은 해수면 레이더 영상에 대하여 3차원 FFT를 수행하고, 주파수 모호성을 고려하여 각 주파수 구간에 대해 적분을 수행함으로써 2차원 평면에 대응시켰다.
이와 같이 종래 기술은
Figure 112016084019317-pat00001
에서 기저 주파수와 고조파 주파수가 서로 중첩되는 현상이 발생하며, 이로 인하여 잡음이 있는 환경에서 왜곡이 발생하여 실제 최대값이 아닌 다른 값을 추출하는 경우가 많아 파랑 정보 추출시 정확성이 낮았다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 파랑 정보 추출부(250)는 해류 속도를 연산하고, 필터링을 수행하며, 각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 추출하고, 추출된 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여 통계기반으로 파랑 정보를 추출함으로써, 정확한 파랑 정보를 추출할 수 있다.
마지막으로 파랑 정보 출력부(260)는 추출된 파랑 정보를 분석 구간별로 표시하거나, 파랑 정보를 기반으로 예측된 위험 내용별로 표시할 수 있다.
설명의 편의상, 파랑 정보 출력부(260)가 파랑 정보를 출력하는 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않고, 파랑 정보 추출 장치(200)는 외부의 출력 장치로 파랑 정보를 전송하여, 외부의 출력 장치가 파랑 정보를 추출하도록 구현될 수 있다.
또한, 파랑 정보 추출 장치(200)는 외부의 시스템으로 파랑 정보를 전송하여, 외부의 시스템이 추출된 파랑 정보를 기반으로, 해상 관제를 수행하거나, 위험 판단 의사 결정을 지원하도록 구현될 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 통하여 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치에 의해 수행되는 파랑 정보 추출 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 파랑 정보 추출 장치(200)는 레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신한다(S310).
파랑 정보 추출 장치(200)는 X-Band 레이더 안테나로부터 주기적으로 관측 대상 영역에 상응하는 고해상도 레이더 이미지 시퀀스를 입력받을 수 있다. 이때, X-Band 레이더 안테나는 해안에 고정형으로 설치된 레이더 안테나일 수 있으며, 파랑 정보 추출 장치(200)는 수신된 레이더 이미지를 표시하여 사용자에게 제공하거나, 레이더 이미지를 저장할 수 있다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 수신된 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환한다(S320).
파랑 정보 추출 장치(200)는 레이더 이미지로부터 파랑 정보를 추출하기 위하여, 아날로그 형태의 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환한다. 이때, 파랑 정보 추출 장치(200)는 8비트 그레이 스케일 이미지 형태로 레이더 이미지를 변환할 수 있다.
다음으로 파랑 정보 추출 장치(200)는 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행한다(S330).
파랑 정보 추출 장치(200)는 파랑 분석을 수행하기 위한 분석 구간을 설정하고, 통계적 특성을 분석하기 위한 시간적 누적을 수행한다. 파랑 정보 추출 장치(200)는 순간적으로 왜곡된 파랑 정보가 추출되는 문제를 해결하기 위하여, 분석 구간을 일정 시간동안 누적한다. 그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 후술할 S350 단계에서, 일정 시간동안 누적된 통계 특성을 분석하여 파랑 정보를 추출함으로써, 안정적이고 정확한 파랑 정보를 추출할 수 있다.
시간적 누적을 수행한 후, 파랑 정보 추출 장치(200)는 시공간적 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행한다(S340).
파랑 정보 추출 장치(200)는 다음의 수학식 1과 같이, 공간좌표 x, y와 시간좌표 t에 대하여 3차원 적분을 수행함으로써, 3차원 주파수 영역으로 변환하는 3D 고속 푸리에 변환을 수행한다.
Figure 112016084019317-pat00002
여기서,
Figure 112016084019317-pat00003
는 연속적인 레이더 이미지를 의미하고,
Figure 112016084019317-pat00004
와
Figure 112016084019317-pat00005
는 파수를 의미하며,
Figure 112016084019317-pat00006
는 각 주파수를 의미한다.
수학식 1에 의해 계산된 3차원 스펙트럼은 파랑 정보와 관련된 성분뿐 아니라, 다양한 잡음을 포함한다. 따라서, 파랑 정보 추출 장치(200)는 다음의 수학식 2를 통하여 분산성 관계에 의해 잡음을 제거할 수 있다.
Figure 112016084019317-pat00007
여기서,
Figure 112016084019317-pat00008
는
Figure 112016084019317-pat00009
와
Figure 112016084019317-pat00010
로 구성되는 파수 벡터를 의미하고,
Figure 112016084019317-pat00011
는 중력가속도를 의미하며,
Figure 112016084019317-pat00012
는 관측 영역의 수심을 의미하고,
Figure 112016084019317-pat00013
는 해류 속도를 의미한다.
이때, 해류 속도는 바람, 해류, 조류 등에 의한 해수면의 속도 등과 같이, 파도 자체의 이동 속도 외에 발생되는 속도 성분의 총합을 포함할 수 있다.
마지막으로 파랑 정보 추출 장치(200)는 파랑 정보를 추출한다(S350).
파랑 정보 추출 장치(200)는 바람, 해류 및 조류에 의한 속도 성분의 총합인 해류 속도를 연산하고, 잡음을 제거하는 필터링을 수행한다.
파랑 정보 추출 장치(200)가 S340 단계에서 수학식 1 및 수학식 2를 통하여 분산성 관계에 대한 잡음을 제거하더라도, 고주파 영역에 다양한 잡음이 포함되어 있을 수 있다. 따라서, 고주파 영역에 포함된 잡음을 제거하기 위하여, 파랑 정보 추출 장치(200)는 필터링을 수행할 수 있다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 필터링을 수행한 후, 각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 추출하고, 추출된 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여 파랑 정보를 추출할 수 있다.
파랑 정보 추출 장치(200)가 파랑 정보를 추출하는 과정은 후술할 도 4를 통하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 도 3의 S350 단계에서 파랑 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
파랑 정보 추출 장치(200)는 해류 속도를 연산한다(S410).
이때, 파랑 정보 추출 장치(200)는 제1 비용 함수를 기반으로 연산된 제1 해류 속도와 제2 비용 함수를 기반으로 연산된 제2 해류 속도의 차를 임계값과 비교하여, 최종적으로 해류 속도를 연산할 수 있다.
파랑 정보 추출 장치(200)가 해류 속도를 연산하는 과정은 후술할 도 5를 통하여 더욱 상세하게 설명한다.
다음으로 파랑 정보 추출 장치(200)는 필터링을 수행한다(S420).
파랑 정보 추출 장치(200)가 도 3의 S340 단계에서 수학식 1 및 수학식 2를 통하여 분산성 관계에 대한 잡음을 제거하더라도, 고주파 영역의 잡음은 제거되지 않고 남아 있을 수 있다. 따라서 파랑 정보 추출 장치(200)는 다음의 수학식 3을 기반으로 고주파 영역의 잡음을 제거하는 필터링을 수행할 수 있다.
Figure 112016084019317-pat00014
파랑 정보 추출 장치(200)는 수학식 3과 같이 3차원 시공간 스펙트럼에서,
Figure 112016084019317-pat00015
,
Figure 112016084019317-pat00016
,
Figure 112016084019317-pat00017
의 값들의 최대값을 기반으로 기저 파형(fundamental waveform)을 검출한다. 또한, 파랑 정보 추출 장치(200)는
Figure 112016084019317-pat00018
,
Figure 112016084019317-pat00019
,
Figure 112016084019317-pat00020
의 값을 이용하여 파수(공간 주파수) 및 각주파수(시간 주파수) 성분을 추출할 수도 있다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 추출한다(S430).
S420 단계에서 수학식 3을 이용하여 기저 파형을 검출할 경우, 부정확하거나 불안정한 값을 검출할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치(200)는 다음의 수학식 4를 통하여, 해당 각주파수에서의 공간 스펙트럼을 추출할 수 있다.
Figure 112016084019317-pat00021
여기서,
Figure 112016084019317-pat00022
는 적분을 수행하는 일정 영역의 크기를 의미한다.
파랑 정보 추출 장치(200)는 수학식 4를 통하여, 수학식 2의 각주파수에 대해 일정 영역의 크기(
Figure 112016084019317-pat00023
)만큼 적분함으로써, 해당 각주파수에서의 공간 스펙트럼을 추출할 수 있다.
파랑 정보 추출 장치(200)가 도 3의 S340 단계에서 64장의 시간 프레임을 구성하여 3차원 스펙트럼으로 변환한 경우, 각주파수는 64장이고, (-32, 1) 및 (0, 31)과 같이 대칭적인 구조를 갖는다. 이때, 파랑 정보 추출 장치(200)는 양의 주파수 성분만을 취하고 음영 효과나 고주파 잡음 등에 의한 영향을 최소화하기 위하여, 대역 통과 필터링을 수행할 수 있다.
파랑 정보 추출 장치(200)는 음영 효과에 의한 잡음의 영향을 최소화하기 위하여 (0, 3) 프레임의 저주파 대역을 배제하고, 고주파 잡음에 의한 영향을 최소화하기 위하여 (29, 31)의 고주파 대역을 배제할 수 있다. 이때, 파랑 정보 추출 장치(200)는 실험적 데이터에 기반하여 (0, 3) 및 (29, 31)과 같은 주파수 대역을 설정할 수 있으며, 대역 통과 필터의 주파수 대역은 이에 한정되지 않는다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 대역 통과 필터링 결과인 (4, 28) 주파수 대역에 대하여, 각각의 각주파수 값에서 |
Figure 112016084019317-pat00024
| 값이 최대인 파수와 해당 파수에서 |
Figure 112016084019317-pat00025
| 값을 추출한다. 또한 파랑 정보 추출 장치(200)는 추출된 각주파수별 |
Figure 112016084019317-pat00026
| 값 중에서 크기가 큰 값을 기 설정된 개수만큼 선택하고, 선택된 |
Figure 112016084019317-pat00027
| 값에 상응하는 각주파수(
Figure 112016084019317-pat00028
)를 저장한다.
이때, 파랑 정보 추출 장치(200)가 매번 3D 고속 푸리에 변환을 수행할 때 마다, 저장된 각주파수(
Figure 112016084019317-pat00029
) 값을 출력할 경우, 레이더 이미지의 잡음과 고조파 성분 등으로 인하여 불안정한 값이 출력될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치(200)는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 기 설정된 시간 단위 동안 누적된 결과를 이용하여 각주파수(
Figure 112016084019317-pat00030
) 값을 추출하고, 추출된 각주파수(
Figure 112016084019317-pat00031
)에 상응하는 파수를 이용하여 파향 정보를 추출할 수 있다. 이때, 파랑 정보 추출 장치(200)는 기 설정된 시간 단위 동안의 각주파수(
Figure 112016084019317-pat00032
)들 중에서 빈도수가 가장 많은 각주파수(
Figure 112016084019317-pat00033
)를 추출할 수 있다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 파랑 정보를 추출한다(S440).
파랑 정보 추출 장치(200)는 다음의 수학식 5에 추출된 각주파수(
Figure 112016084019317-pat00034
)에 상응하는 파수를 적용하여 파향 정보를 추출할 수 있다.
Figure 112016084019317-pat00035
여기서,
Figure 112016084019317-pat00036
는 파향 정보를 의미한다.
또한, 파랑 정보 추출 장치(200)는 파고 정보를 추출한다. 여기서 파고 정보는 유의파고(significant wave height)를 의미할 수 있다. 유의파고는 어느 한 점을 연속 통과하는 n개의 파를 관측하였을 때, 파고가 가장 높은 쪽에서 n/3개의 파를 선택하고, 선택된 파들의 파고 값을 평균한 것을 의미한다.
파랑 정보 추출 장치(200)는 다음의 수학식 6 및 수학식 7을 통하여 파수 스펙트럼을 추출한다.
Figure 112016084019317-pat00037
Figure 112016084019317-pat00038
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 추출된 파수 스펙트럼을 수학식 8에 적용하여 파고 정보를 추출할 수 있다.
Figure 112016084019317-pat00039
단기적인 구간에서 수학식 8을 통하여 추출한 파고 정보는 다양한 잡음에 의해 불안정하고 변동이 발생할 수 있다. 따라서, 파랑 정보 추출 장치(200)는 기 설정된 시간 단위 동안 추출된 파고 값들의 평균값을 연산하고, 최종적으로 연산된 파고값들의 평균값을 파고 정보로 추출한다.
이하에서는 도 5를 통하여 해류 속도를 연산하는 과정에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
파랑 정보 추출 장치(200)는 실제 해수면의 해류 속도를 정확하게 계산할수록, 정확한 파향 정보 및 파고 정보를 추출할 수 있다. 종래에는 최소 제곱 오차를 최소화하도록 하여 해류 속도를 계산하는 방법이 주로 사용되었다. 그러나 종래의 의 방법은 최대 에너지를 갖는 위치만 탐색하는 알고리즘에 기반을 둔 것으로, 성능이 매우 낮은 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치(200)는 반복적인 최소 제곱 오차를 최소화하는 방법에 기초하여 적응적인 종료 기준을 도입하는 방법과, 3차원 FFT 결과를 가중치로 부여한 결과에 대해 최소 제곱 오차를 최소화하도록 하는 방법을 사용하여 해류 속도를 연산한다.
도 5는 도 4의 S410 단계에서 해류 속도를 연산하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 파랑 정보 추출 장치(200)는 제1 비용 함수를 설정한다(S510).
파랑 정보 추출 장치(200)는 수학식 3의 결과인
Figure 112016084019317-pat00040
를 활용하여 제1 비용 함수를 설정한다. 이때, 제1 비용 함수는 다음의 수학식 9와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112016084019317-pat00041
여기서,
Figure 112016084019317-pat00042
는
Figure 112016084019317-pat00043
이다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 제1 해류 속도를 계산한다(S520).
파랑 정보 추출 장치(200)는 수학식 9의
Figure 112016084019317-pat00044
의 값을 최소화하기 위하여 각 주파수 성분에 대해 미분하여, 다음의 수학식 10과 같이 해류 속도를 연산할 수 있다.
Figure 112016084019317-pat00045
이때, 파랑 정보 추출 장치(200)가 수학식 10을 통하여 연산한 제1 해류 속도를
Figure 112016084019317-pat00046
,
Figure 112016084019317-pat00047
이라 한다.
다음으로 파랑 정보 추출 장치(200)는 분산성 관계식을 정의한다(S530).
파랑 정보 추출 장치(200)는 다음의 수학식 11과 같이, p=0,1,2… 과 같은 분산성 관계를 포함하는 방정식을 정의한다
Figure 112016084019317-pat00048
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 제2 비용 함수를 설정한다(S540).
파랑 정보 추출 장치(200)는 수학식 11의 분산성 관계식에 따라, 아래의 수학식 12를 통하여 새로운 비용 함수인 제2 비용 함수를 설정한다.
Figure 112016084019317-pat00049
여기서,
Figure 112016084019317-pat00050
및
Figure 112016084019317-pat00051
i번째 반복 구간에서의 파수를 의미하고,
Figure 112016084019317-pat00052
는 공간 스펙트럼을 의미하며,
Figure 112016084019317-pat00053
는 분산성 관계식에 따라 결정된 각주파수에 대해 i번째 반복 구간에서의 파수에 대응되는 수학식 3의 결과를 의미한다.
다음으로 파랑 정보 추출 장치(200)는 제2 해류 속도를 재계산한다(S550).
파랑 정보 추출 장치(200)는 수학식 12에 의해 새로 정의된 제2 비용함수를 최소화하기 위하여, 제2 해류 속도를 재계산한다. 설명의 편의상, 파랑 정보 추출 장치(200)가 S550 단계에서 재계산한 제2 해류 속도를
Figure 112016084019317-pat00054
,
Figure 112016084019317-pat00055
라 한다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 제1 해류 속도와 제2 해류 속도 값 차이의 절대값과 임계값을 비교한다(S560).
파랑 정보 추출 장치(200)는 S520 단계에서 계산된 제1 해류 속도(
Figure 112016084019317-pat00056
,
Figure 112016084019317-pat00057
)와 S550 단계에서 계산된 제2 해류 속도(
Figure 112016084019317-pat00058
,
Figure 112016084019317-pat00059
)의 차이의 절대값을 계산한다. 그리고 계산된 절대값과 임계값을 비교하여, 계산된 절대값이 임계값 미만인지 여부를 판단한다.
예를 들어, 임계값이 0.005인 경우 파랑 정보 추출 장치(200)는
Figure 112016084019317-pat00060
이고,
Figure 112016084019317-pat00061
인지 여부를 판단한다.
비교 결과, 제1 해류 속도와 제2 해류 속도 값 차이의 절대값이 임계값 미만인 경우, 파랑 정보 추출 장치(200)는 제2 해류 속도를 최종적인 해류 속도로 설정한다(S570).
반면, 제1 해류 속도와 제2 해류 속도 값 차이의 절대값이 임계값 이상인 경우, 파랑 정보 추출 장치(200)는 S530 단계를 수행하여 분산성 관계식을 재정의한다. 그리고 재정의된 분산성 관계식을 기반으로 S540 단계 내지 S570 단계를 수행한다.
이하에서는 도 6을 통하여 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치가 적용되는 VTS 시스템에 대하여 더욱 자세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치가 적용되는 VTS 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 레이더 안테나(100)는 하나 이상의 선박(10)을 감지한 레이더 이미지를 파랑 정보 추출 장치(200) 및 선박 추적 시스템(400)으로 전송할 수 있다.
그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 추출된 파랑 정보를 빅데이터 분석 처리에 의한 위험판단 의사결정지원 시스템(500)으로 전송하여, 추출된 파랑 정보를 기반으로 위험 상황을 판단하고, 위험 상황에서 의사 결정을 지원할 수 있다. 이때, 위험판단 의사결정지원 시스템(500)은 선박 추적 시스템(400)으로부터 선박 추적 정보를 수신하여 위험 상황을 판단하고, 의사 결정을 지원할 수도 있다.
운용 시스템(600)은 파랑 정보 추출 장치(200), 선박 추적 시스템(400) 및 위험판단 의사결정지원 시스템(500) 중 적어도 어느 하나로부터 해상 교통 관제(VTS)를 위한 정보를 수신한다.
그리고 해상 교통 관제 출력 장치(650)는 운용 시스템(600)으로부터 해상 교통 관제(VTS)를 위한 정보를 수신하여, 출력한다. 이때, 해상 교통 관제 출력 장치(650)는 기본적 추적 결과를 전시하거나, 위험시 위험 내용을 전시할 수 있으며, 필요시 파랑 정보를 전시할 수도 있다. 또한, 해상 교통 관제 출력 장치(650)는 기본 관제 화면에서 해당 지역의 파랑 정보를 레이어별로 전시하여 통합적으로 판단 가능하도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 파랑 정보 추출 장치(200)는 해안가에 설치된 고정형 레이더로부터 레이더 이미지를 수신함으로써, 움직이는 선박에 설치된 레이더로부터 레이더 이미지를 수신하여 사용할 경우 발생할 수 있는 문제들을 근복적으로 제거할 수 있다.
또한, 파랑 정보 추출 장치(200)는 문제를 단순화하고, 보정된 해류 속도를 계산하며, 잡음 제거를 수행하고, 파랑 정보를 통계적으로 누적하여 최종적으로 파랑 정보를 추출함으로써, 안정되고 정확한 파랑 정보를 추출할 수 있다. 그리고 파랑 정보 추출 장치(200)는 종래의 해류 속도 예측 알고리즘들 보다 정확하게 해류 속도를 추출함으로써, 보다 정확한 파랑 정보를 추출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체와 같은 컴퓨터 시스템(700)에서 구현될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(700)은 버스(720)를 통하여 서로 통신하는 하나 이상의 프로세서(710), 메모리(730), 사용자 입력 장치(740), 사용자 출력 장치(750) 및 스토리지(760)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(700)은 네트워크(780)에 연결되는 네트워크 인터페이스(770)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(710)는 중앙 처리 장치 또는 메모리(730)나 스토리지(760)에 저장된 프로세싱 인스트럭션들을 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(730) 및 스토리지(760)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체일 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(731)이나 RAM(732)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 컴퓨터로 구현된 방법이나 컴퓨터에서 실행 가능한 명령어들이 기록된 비일시적인 컴퓨터에서 읽을 수 있는 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터에서 읽을 수 있는 명령어들이 프로세서에 의해서 수행될 때, 컴퓨터에서 읽을 수 있는 명령어들은 본 발명의 적어도 한 가지 태양에 따른 방법을 수행할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 파랑 정보 추출 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10: 선박 100: 레이더 안테나
200: 파랑 정보 추출 장치 210: 레이더 이미지 수신부
220: 디지털 변환부 230: 분석 준비부
240: 3차원 스펙트럼 변환부 250: 파랑 정보 추출부
260: 파랑 정보 출력부 300: 파랑 정보 출력 장치
400: 선박 추적 시스템 500: 위험판단 의사결정지원 시스템
600: 운용 시스템 650: 해상 교통 관제 출력 장치
700: 컴퓨터 시스템 710: 프로세서
720: 버스 730: 메모리
731: 롬 732: 램
740: 사용자 입력 장치 750: 사용자 출력 장치
760: 스토리지 770: 네트워크 인터페이스
780: 네트워크

Claims (20)

  1. 레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신하는 레이더 이미지 수신부,
    수신된 상기 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환하는 디지털 변환부,
    상기 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행하는 분석 준비부,
    누적된 상기 분석 구간에 대한 시공간적 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하여, 3차원 주파수 영역의 3차원 스펙트럼으로 변환하는 3차원 스펙트럼 변환부, 그리고
    상기 3차원 스펙트럼을 기반으로, 해류 속도를 연산하고, 고주파 영역의 잡음을 제거하는 필터링을 수행하며, 각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 파향 정보 및 파고 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파랑 정보를 추출하는 파랑 정보 추출부를 포함하는 파랑 정보 추출 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파랑 정보 추출부는,
    제1 비용 함수를 설정하고, 상기 제1 비용 함수에 상응하도록 제1 해류 속도를 계산하며, 계산된 상기 제1 해류 속도를 이용하여, 고조파 성분을 고려한 분산성 관계식을 정의하고, 정의된 상기 분산성 관계식을 이용하여 제2 비용 함수를 재설정하며, 상기 제2 비용 함수에 상응하도록 제2 해류 속도를 재계산하는 파랑 정보 추출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파랑 정보 추출부는,
    상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 임계값 미만인 경우, 상기 제2 해류 속도를 상기 해류 속도로 설정하는 파랑 정보 추출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파랑 정보 추출부는,
    상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 분산성 관계식을 재정의하는 파랑 정보 추출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파랑 정보 추출부는,
    기 설정된 시간동안 누적된 상기 공간 스펙트럼 및 상기 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 기반으로, 통계적으로 상기 파랑 정보를 추출하는 파랑 정보 추출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파랑 정보 추출부는,
    상기 공간 스펙트럼에 상응하는 상기 각주파수의 빈도수를 기반으로, 상기 파향 정보를 추출하는 파랑 정보 추출 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 파랑 정보 추출부는,
    상기 파수 스펙트럼을 기반으로 파고를 계산하고, 상기 기 설정된 시간 동안의 평균 파고를 이용하여 상기 파고 정보로 추출하는 파랑 정보 추출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    추출된 상기 파랑 정보를, 상기 분석 구간별로 표시하거나 상기 파랑 정보를 기반으로 예측된 위험 내용별로 표시하는 파랑 정보 출력부를 더 포함하는 파랑 정보 추출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 안테나는,
    해안 고정형 레이더 안테나인 것을 특징으로 하는 파랑 정보 추출 장치.
  11. 파랑 정보 추출 장치에 의해 수행되는 파랑 정보 추출 방법에 있어서,
    레이더 안테나로부터 레이더 이미지를 수신하는 단계,
    수신된 상기 레이더 이미지를 디지털 형태로 변환하는 단계,
    상기 레이더 이미지의 분석 구간을 설정하고, 시간적 누적을 수행하는 단계,
    누적된 상기 분석 구간에 대한 시공간적 3D 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하여, 3차원 주파수 영역의 3차원 스펙트럼으로 변환하는 단계, 그리고
    상기 3차원 스펙트럼 기반으로 파랑 정보를 추출하는 단계
    를 포함하며,
    상기 파랑 정보를 추출하는 단계는,
    해류 속도를 연산하는 단계,
    고주파 영역의 잡음을 제거하는 필터링을 수행하는 단계,
    각주파수에서의 공간 스펙트럼 및 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 추출하는 단계, 그리고
    추출된 상기 공간 스펙트럼 및 상기 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 파향 정보 및 파고 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상기 파랑 정보를 추출하는 단계를 포함하는 파랑 정보 추출 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    해류 속도를 연산하는 단계는,
    제1 비용 함수를 설정하는 단계,
    상기 제1 비용 함수에 상응하도록 제1 해류 속도를 계산하는 단계,
    계산된 상기 제1 해류 속도를 이용하여, 고조파 성분을 고려한 분산성 관계식을 정의하는 단계,
    정의된 상기 분산성 관계식을 이용하여 제2 비용 함수를 재설정하는 단계, 그리고
    상기 제2 비용 함수에 상응하도록 제2 해류 속도를 재계산하는 단계
    를 포함하는 파랑 정보 추출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 임계값 미만인 경우, 상기 제2 해류 속도를 상기 해류 속도로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 정보 추출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 해류 속도와 상기 제2 해류 속도 간 차이가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 분산성 관계식을 정의하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 정보 추출 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 파랑 정보를 추출하는 단계는,
    기 설정된 시간동안 누적된 상기 공간 스펙트럼 및 상기 파수 스펙트럼 중 적어도 어느 하나를 기반으로, 통계적으로 상기 파랑 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 파랑 정보 추출 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 파랑 정보를 추출하는 단계는,
    상기 공간 스펙트럼에 상응하는 상기 각주파수의 빈도수를 기반으로, 선택된 각주파수를 이용하여, 상기 파향 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 파랑 정보 추출 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 파랑 정보를 추출하는 단계는,
    상기 파수 스펙트럼을 기반으로 파고를 계산하고, 상기 기 설정된 시간 동안의 평균 파고를 이용하여 상기 파고 정보로 추출하는 것을 특징으로 하는 파랑 정보 추출 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    추출된 상기 파랑 정보를 상기 분석 구간별로 표시하거나, 상기 파랑 정보를 기반으로 예측된 위험 내용별로 표시하는 단계를 더 포함하는 파랑 정보 추출 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 레이더 안테나는,
    해안 고정형 레이더 안테나인 것을 특징으로 하는 파랑 정보 추출 방법.
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