KR101920379B1 - Bistatic synthetic aperture radar system based on global navigation satellite system - Google Patents

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KR101920379B1
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Abstract

The present invention relates to a bistatic SAR system using a GNSS which can precisely track a target. The bistatic SAR system using a GNSS comprises: a GNSS satellite transmitting a first signal for tracking a target; and a receiver receiving a first signal directly transmitted from a GNSS satellite and a second signal generated when the first signal is a reflected signal reflected by the target.

Description

위성 항법 시스템 기반의 바이스태틱 합성 개구 레이더 시스템 {BISTATIC SYNTHETIC APERTURE RADAR SYSTEM BASED ON GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a bi-static synthetic aperture radar system based on a satellite navigation system,

본 발명은 바이스태틱 합성 개구 레이더 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지구 위성 항법 시스템 위성의 송신 신호와 상기 송신 신호가 표적에 의해 반사된 반사 신호를 수신하여 표적을 이미지로 형상화하고 추적할 수 있는 바이스태틱 합성 개구 레이더 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a bistatic synthetic aperture radar system, and more particularly, to a bistatic synthetic aperture radar system capable of receiving a transmitted signal of a global satellite navigation system satellite and a reflected signal reflected by a target, To a bistatic synthetic aperture radar system.

일반적으로 유도 비행체용 탐색기는 유도 비행체의 이용 목적에 따라 지상의 표적을 추적하도록 구성될 수 있다. 현재 대부분의 유도 비행체용 탐색기는 유도 비행 이동 방향에서 기설정된 각도 범위 이내로 초고주파 신호를 방사 및 수신하여 표적을 탐지하도록 구성되어 있으나, 빔 폭이 넓기 때문에 각도 해상도가 좋지 않다는 한계가 있다. Generally, the navigator for guidance vehicle can be configured to track the target on the ground according to the purpose of the guidance vehicle. Currently, most navigation systems for guided vehicles are designed to detect a target by emitting and receiving a very high frequency signal within a predetermined angle range in the direction of guided flight movement, but the angle resolution is not good because of wide beam width.

특히 연안 부근의 해상에 존재하는 함선과 같은 표적을 요격하기 위한 유도 비행체의 탐색기는 빔 폭 내에서 동일한 거리에 육지가 존재하는 경우, 육지에서 반사되는 지면 클러터의 영향으로 표적을 정확히 탐지하지 못하는 등의 문제가 있다. 그에 비해 적외선 또는 가시광 이미지를 획득하여 분석하는 이미지 탐색기는 비나 눈, 구름 및 안개 등과 같은 대기의 영향을 크게 받아 표적을 탐지하지 못하는 경우가 빈번하게 발생한다.Especially, the navigator of the guided vehicle to intercept the target such as the ship in the sea near the coast can not accurately detect the target due to the influence of the ground clutter reflected on the land when the land exists at the same distance within the beam width And the like. On the other hand, the image searcher that acquires and analyzes the infrared or visible light image frequently receives the influence of the atmosphere such as rain, snow, clouds, and mist, and often fails to detect the target.

또한 기존에 고주파수 신호를 방사하고, 표적에 반사되어 수신되는 신호를 분석하여 표적을 탐지하는 전자파 탐색기는 대기의 영향을 받지 않고 표적의 위치를 판별할 수 있으나, 단순히 표적의 존재 여부와 거리 및 이동 속도 등을 분석할 수 있을 뿐, 표적의 정확한 형상 등을 획득할 수 없다는 한계가 있다.In addition, an electromagnetic wave searcher that radiates a high frequency signal and analyzes the signal reflected from the target to detect the target can determine the position of the target without being influenced by the atmosphere. However, Speed, and so on, but can not acquire the accurate shape of the target.

이러한 한계를 극복하기 위해, 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar)(SAR)가 개발되었다. SAR은 일반적으로 비행기 또는 인공 위성 등에 탑재되어 이동하는 동안, 여러 차례 지표로 빔을 방사하고, 반사되어 수신된 신호에서 감지되는 도플러 주파수의 상대적 변화 특성을 이용하여 지표의 고분해능 정밀 이미지를 획득할 수 있는 레이더를 의미한다. SAR은 극초단파 영역의 초고주파를 활용하기 때문에 아지랑이, 가랑비, 눈, 구름, 연기 등의 기후 환경에 영향을 받지 않고, 육상 지형이나 바다를 관측할 수 있으며, 스스로 관측에 사용 하는 에너지원을 전파하는 능동시스템이기 때문에 밤과 낮에 상관없이 이미지를 얻을 수 있다.To overcome this limitation, Synthetic Aperture Radar (SAR) has been developed. SAR is typically loaded on airplanes or satellites and can be used to acquire a high-resolution, high-resolution image of the surface of the Earth's surface by radiating beams to the surface several times and using the relative changes in the Doppler frequency Means a radar. Since SAR utilizes microwave frequencies in the microwave range, it is able to observe land terrain and sea without being affected by the climatic conditions such as haze, snow, rain, snow, clouds and smoke, Because it is a system, images can be obtained regardless of night or day.

SAR은 이동하지 않는 지표에 대한 이미지를 획득하기 위한 기법으로, 도플러 주파수의 상대적 변화 특성이 잘 확인되도록, 지표의 변화가 가장 크게 감지되는 방향인 비행체의 진행 방향에서 수직 방향으로 빔을 조향하여 이미지를 획득하도록 구성된다. 그러나 비행체의 진행 방향에서 수직 방향으로 빔을 조향하여 이미지를 획득하면, 표적이 감지되는 시점에서 비행체의 위치가 이미 표적을 지나친 상태이므로, 표적을 추적해야 하는 유도 비행체 등에는 적용하기 어렵다. 이에 빔을 비행체의 진행 방향으로 조향하게 되면, 비행체의 진행 방향과 빔 사이의 각도가 줄어드는 만큼 각도 해상도가 저하되는 문제가 있다.SAR is a technique for obtaining an image of a non-moving indicator. The SAR is used to steer the beam in the vertical direction in the traveling direction of the flying object, which is the direction in which the change of the indicator is detected the greatest so that the relative change characteristic of the Doppler frequency is well- . However, if the image is obtained by steer- ing the beam in the vertical direction from the traveling direction of the flying object, since the position of the flying object has already passed the target at the time of detecting the target, it is difficult to apply it to the guided vehicle in which the target must be traced. If the beam is steered toward the traveling direction of the flying object, there is a problem that the angle resolution decreases as the traveling direction of the flying object and the angle between the beam are reduced.

이렇듯 기존의 레이더(Radar) 및 SAR 시스템은 송신기가 고출력 신호를 송신하고, 수신기가 표적에 의해 반사된 신호를 수신하는 방법으로 표적의 위치를 파악하였다. 하지만 레이더 신호는 상대방에게 쉽게 노출되기 때문에 이를 역 이용하여 잘못된 반사신호를 송신하여 오차를 유발하는 재밍(Jamming)장치도 등장하였다. 또한, 고출력 신호의 송신을 위하여 시스템이 커지고 비용이 매우 높다는 문제점이 있다. Thus, conventional radar and SAR systems have located targets by the way the transmitter transmits high-power signals and the receiver receives signals reflected by the target. However, since the radar signal is easily exposed to the other party, a jamming device has been introduced in which a wrong reflection signal is transmitted by using it to cause an error. Also, there is a problem that the system is large and the cost is very high for transmitting a high output signal.

따라서, 기존의 SAR 시스템 대비 소형 드론에 장착 가능하고, 자신의 위치를 노출시키지 않고, 은밀하게 표적이나 주변 지형을 이미지화할 수 있는 SAR 시스템이 개발될 필요가 있다. Therefore, there is a need to develop a SAR system that can be mounted on a small drones compared to existing SAR systems, and can image the target or surrounding terrain in a covert manner without exposing its own position.

도 1은 일반적인 SAR 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining a general SAR system.

도 1에서 비행체(100)에 탑재된 SAR 시스템은 비행체(100)가 진행방향(120) 상으로 비행하면서 지표면이나 표적(150)으로 단거리 이동 안테나(Short moving antenna)를 이용하여 일정한 시간 간격을 두고 레이더 신호를 방사하고, 그 표적(150)에 반사된 반사 신호들 수신하여 수신 신호들 간의 도플러 천이를 이용하여 실제 안테나의 빔 폭이 제공하는 것보다 높은 방위방향의 해상도를 얻을 수 있다. 이러한 SAR 시스템을 포함하는 레이더 시스템은 모노스태틱(monostatic) SAR 레이더 시스템 또는 바이스태틱(Bistatic) SAR 레이더 시스템으로 구현될 수 있다. 모노스태틱 SAR 레이더 시스템은 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)가 동일한 위치에 있는 시스템이며, 바이스태틱 SAR 레이더 시스템은 송신기와 수신기가 매우 큰 거리로 떨어진 서로 다른 위치에 있는 시스템이다. 바이스태틱 SAR 레이더 시스템은 모노스태틱 SAR 시스템보다 더 많은 정보를 제공할 수 있지만, 송신기와 수신기가 물리적으로 매우 떨어져 있는 관계로 동기를 맞추는 것이 매우 어렵다. 1, the SAR system mounted on the air vehicle 100 is configured such that the air vehicle 100 travels in the traveling direction 120 while a predetermined distance is maintained between the ground surface and the target 150 using a short moving antenna It can radiate a radar signal and receive the reflected signals reflected on the target 150 to obtain a higher azimuthal resolution than the beam width of the actual antenna provides by using Doppler transitions between the received signals. A radar system including such a SAR system may be implemented as a monostatic SAR radar system or a Bistatic SAR radar system. A monostatic SAR radar system is a system in which a transmitter and a receiver are in the same position, and a bistatic SAR radar system is a system in which a transmitter and a receiver are located at different distances from each other by a great distance. A bistatic SAR radar system can provide more information than a mono static SAR system, but it is very difficult to synchronize the transmitter and receiver because of their very physical separation.

상술한 바와 같이 송신기와 수신기간의 물리적 거리의 이격으로 인하여 시각 동기화가 어려움에도 불구하고 현재 고출력 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신하는 바이스태틱(Bistatic) SAR 시스템이 가장 보편적으로 사용되고 있으며, 최근에는 상용 라디오 및 DMB와 같은 FM 기지국 신호를 기준신호로 사용하고 반사파를 이용하는 PCL(Passive Coherent Location) 기술이 연구되고 있다. 이러한 PCL 기술은 위치의 노출 없이 대상 표적을 이미지화 또는 방향탐지 할 수 있다.As described above, a bistatic SAR system that transmits a high-power signal and receives a reflected signal at present is the most commonly used although the time synchronization is difficult due to the physical distance between the transmitter and the reception period. Passive Coherent Location (PCL) technology using FM base station signals such as commercial radio and DMB as reference signals and using reflected waves is being studied. This PCL technique can image or redirect target targets without exposure of the location.

이러한 기존 방식의 바이스태틱 SAR 시스템과 관련된 선행특허로는 대한민국등록특허 제10-1733035호가 있으나 본 발명과는 표적을 추적하기 위해 사용하는 신호원이 상이하다. Korean Patent No. 10-1733035 discloses a prior art patent related to this conventional bistatic SAR system, but the signal source used for tracking the target differs from the present invention.

그러나, 이러한 표적 추출 방법에서 성능에 가장 크게 영향을 주는 부분은 대상을 이미지화 하기 위한 픽셀의 고해상도와 주변과 특정대상을 정확하게 구분할 수 있는 능력이다. However, in this target extraction method, the part that has the greatest effect on the performance is the high resolution of the pixel to image the object and the ability to accurately distinguish the peripheral object from the specific object.

종래에는 기준(Reference) 신호가 지상에서 송신되고 지상의 수신기에서 반사된 신호를 수신하기 때문에 특정 대상과 주변 환경을 구분하는 기능이 매우 어려웠다. 그렇기 때문에 실제 바이스태틱 SAR 시스템을 구현할 시 신뢰성 있는 통계 정보를 획득할 수 없으며, 이미지화 된 영상에서 표적에 대한 추적의 신뢰성도 저하되었다.Conventionally, since a reference signal is transmitted on the ground and a signal reflected from a receiver on the ground is received, the function of distinguishing a specific object from the surrounding environment has been very difficult. Therefore, it is not possible to obtain reliable statistical information when realistic bistatic SAR system is implemented, and the reliability of the tracking of the target in the imaged image is degraded.

또한, 픽셀의 해상도를 높이기 위해서는 기준신호의 대역폭이 매우 넓어야 하지만 지상의 FM/DMB신호는 수백 KHz에 불과해서 수십미터 크기의 물체만 인식할 수 있었다. 이러한 문제점으로 인해서 PCL보다는 고출력을 사용하는 바이스태틱 레이더(Bistatic Radar)를 지금까지 사용하고 있는 것이 현실이다. In addition, in order to increase the resolution of the pixels, the bandwidth of the reference signal should be very wide, but the FM / DMB signals on the ground are only a few hundred kHz, so that only objects measuring tens of meters can be recognized. Due to such a problem, it is a reality that a bistatic radar which uses a high output rather than a PCL has been used up to now.

본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 GNSS 위성에서 직접 송신되는 기준 신호와 상기 기준 신호가 표적에 의해 반사된 반사 신호를 이용하여 SAR 이미지를 획득하여 정밀하게 표적을 추적할 수 있는 시스템을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for acquiring an SAR image using a reference signal transmitted directly from a GNSS satellite and a reflected signal, And to provide a system that can do this.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지구 위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System)(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar)(SAR) 시스템은, 지구 밖 궤도에서 제1 신호를 송신하는 GNSS 위성; 및 상기 GNSS 위성으로부터 직접 송신된 제1 신호와 지상, 비행체 또는 선박에 장착되어 상기 제1 신호가 표적에 의해 반사된 반사 신호인 제2 신호를 수신하는 수신기;를 포함하고, 상기 수신기는, 상기 수신된 제1 신호를 자기 상관 함수를 이용하여 자기 상관을 수행하는 자기 상관부, 상기 자기 상관된 신호의 주파수 변환된 신호를 윈도우 처리하는 윈도우 처리부, 상기 제2 신호의 주파수 변환된 신호와 상기 제1 신호의 주파수 변환된 신호를 마스킹하는 제1곱셈기, 상기 마스킹된 마스킹 신호와 상기 윈도우 처리된 자기 상관 신호를 곱하여 동기를 맞추는 제2 곱셈기, 상기 동기가 맞춰진 주파수 영역의 신호를 시간 영역으로 변환하는 역 고속 푸리에 변환부 및 상기 시간 영역으로 변환된 신호로 SAR 이미지를 생성하는 SAR 이미지생성부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a Bistatic Synthetic Aperture Radar (SAR) system using a Global Navigation Satellite System (GNSS) according to an embodiment of the present invention, A GNSS satellite for transmitting a first signal in an extraterrestrial orbit; And a receiver for receiving a first signal directly transmitted from the GNSS satellite and a second signal mounted on a ground, a vehicle or a ship, the second signal being a reflection signal that is reflected by the target, A window processing unit for performing window processing on the frequency-converted signal of the auto-correlated signal; a frequency-transformed signal of the second signal and a frequency- A second multiplier for multiplying the masked masking signal by the window-processed autocorrelation signal to synchronize the masked signal with the windowed autocorrelation signal, and a second multiplier for converting the synchronized frequency domain signal into a time domain An inverse fast Fourier transform unit and an SAR image generating unit for generating an SAR image from the signal converted into the time domain All.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르면 기존의 전자 지원(Electronic Support)의 장비 없이 전자 지원 기능을 제공할 수 있으며, 주변 표적의 움직임을 모니터링하고, 표적의 움직임에 따른 방향 탐지도 할 수 있다. According to the embodiment of the present invention described above, it is possible to provide an electronic support function without existing electronic support equipment, monitor movement of surrounding targets, and detect directions according to movement of a target.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기존의 SAR, PCL(Passive Coherent Location) 레이더를 대체할 수 있다. Also, according to the embodiment of the present invention, it is possible to replace the existing SAR and passive coherent location (PCL) radar.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, GNSS기반의 항법 신호를 사용하기 때문에 별도의 기준 신호가 필요 없어 수신기의 위치가 노출되지 않아 은밀하게 표적 감시를 수행할 수 있다. In addition, according to the embodiment of the present invention, since a GNSS-based navigation signal is used, a separate reference signal is not needed, and the location of the receiver is not exposed, so that target monitoring can be performed secretly.

또한, GNSS 신호에서 광대역인 50MHz 이상의 위성신호를 이용하여 최대 해상도 3x3m 의 SAR 이미지 픽셀을 식별할 수 있다.In addition, satellite signals of 50MHz or more, which are broadband in the GNSS signal, can be used to identify SAR image pixels with a maximum resolution of 3x3m.

또한, 지구 궤도로부터 수신되는 신호를 사용하기 때문에 지상의 모든 지형과 대상목표물을 이미지화 할 수 있으며 이기종간의 시각동기가 매우 쉽다.Also, since the signal received from the earth's orbit is used, it is possible to image all the terrain and the target object on the ground, and it is very easy to synchronize the different types of vision.

도 1은 일반적인 SAR 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 바이스태틱 SAR 시스템과 기존의 바이스태틱 SAR 시스템간의 동작 원리의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 수신기의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템의 수신기 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 SAR 영상에서 표적을 추출하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템과 DMB 신호를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템의 SAR 해상도를 비교하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 주변 지형에 대하여 SAR 이미지를 형성한 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 운용예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 FFT에서 표적의 이동에 따라서 발생하는 도플러 천이 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 적용 가능 예들을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram for explaining a general SAR system.
FIG. 2 is a view for explaining a difference in operation principle between a bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention and an existing bistatic SAR system.
3 is a block diagram of a receiver of a GNSS-based bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a receiver operation of a bistatic SAR system using a GNSS according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating extraction of a target from a SAR image according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for comparing SAR resolutions of a bistatic SAR system using a GNSS and a bistatic SAR system using a DMB signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing an example of forming an SAR image for a surrounding terrain according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining an operation example of a GNSS-based bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining a process of acquiring Doppler shift information generated according to movement of a target in an FFT according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining applicable examples of a GNSS-based bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.

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 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as " including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이해되어야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Should be understood. Various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 바이스태틱 SAR 시스템과 기존의 바이스태틱 SAR 시스템간의 동작 원리의 차이를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a view for explaining a difference in operation principle between a bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention and an existing bistatic SAR system.

도 2에서 참조번호 200은 종래의 바이스태틱 SAR 시스템의 동작 방식을, 참조번호 210은 종래의 PCL 방식의 바이스태틱 SAR 시스템의 동작 방식을, 참조번호 220은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 동작 방식을 나타낸다. Reference numeral 200 denotes an operation method of a conventional bistatic SAR system, reference numeral 210 denotes an operation method of a conventional PCL bistatic SAR system, reference numeral 220 denotes a GNSS-based It shows how the bistatic SAR system works.

먼저, 종래 바이스태틱 SAR 시스템의 동작 방식을 살펴보면, 200a단계에서 수신기와 물리적으로 떨어진 송신기가 고출력의 직접 신호(기준 신호)를 송신하면, 200b단계에서 상기 수신기는 상기 기준 신호가 표적으로부터 반사된 반사 신호를 수신한다. 그리고, 200c단계에서 상기 수신기는 상기 기준 신호와 상기 반사 신호로부터 스캐닝된 영역의 이미지를 추출하고, 200d단계에서 상기 이미지로부터 표적을 추출한다. First, in a conventional bistatic SAR system, when a transmitter physically separated from a receiver in step 200a transmits a high-output direct signal (reference signal), in step 200b, the receiver detects that the reference signal is reflected Signal. In step 200c, the receiver extracts an image of a region scanned from the reference signal and the reflected signal, and extracts a target from the image in step 200d.

반면, 종래의 PCL 방식의 바이스태틱 SAR 시스템의 동작 방식을 살펴보면, 210a단계에서 수신기는 FM(Frequency Modulation) 또는 DMB(Digital Mobile Broadcasting) 등과 같은 지상 방송국으로부터 직접 송신되는 신호(기준 신호)를 수신하고, 210b단계에서 상기 기준 신호가 표적으로부터 반사된 반사 신호를 수신한다. 210c단계에서 수신기는 상기 기준 신호와 상기 반사 신호를 이용하여 스캐닝된 영역의 이미지를 추출하고, 210d단계에서 상기 이미지로부터 표적을 추출한다. In operation 210a, the receiver receives a signal (reference signal) directly transmitted from a ground station such as FM (Frequency Modulation) or DMB (Digital Mobile Broadcasting) In step 210b, the reference signal receives the reflected signal reflected from the target. In step 210c, the receiver extracts an image of the scanned area using the reference signal and the reflection signal, and extracts a target from the image in step 210d.

마지막으로, 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 동작 방식을 살펴보면, 220a에서 수신기는 지구 밖의 GNSS 위성으로부터 직접 송신되는 신호(기준 신호)를 수신하고, 220b단계에서 상기 기준 신호가 표적으로부터 반사된 반사 신호를 수신한다. 220c단계에서 수신기는 상기 기준 신호와 상기 반사 신호를 이용하여 스캐닝된 영역의 이미지를 추출하고, 220d단계에서 상기 이미지로부터 표적을 추출한다.In operation 220a of the GNSS-based bistatic SAR system according to the embodiment of the present invention, the receiver receives a signal (reference signal) directly transmitted from the GNSS satellite outside the earth, and in step 220b, Receives a reflected signal reflected from the target. In step 220c, the receiver extracts an image of the scanned area using the reference signal and the reflection signal, and extracts the target from the image in step 220d.

참조번호 220은 참조번호 200과 210에서 설명한 방식과는 달리, GNSS 위성이 갖는 고유의 코드(PRN 코드) 특성을 갖는 GNSS 위성 신호를 바이스태틱 SAR 시스템의 기준 신호로 사용함으로써 상술한 다른 시스템 대비 저출력의 신호를 사용할 수 있다.Reference numeral 220 denotes a GNSS satellite signal having a unique code (PRN code) characteristic of the GNSS satellite, as a reference signal of the bistatic SAR system, unlike the system described in reference numerals 200 and 210, Can be used.

추가적으로, 도 2에서 참조번호 200a는 종래의 레이더(Radar) 시스템에서 사용하는 방법으로 특정 표적으로 고출력의 신호를 송신한 후 상기 특정 표적에서 반사되는 신호의 도플러 차이와 신호 세기를 이용하여 표적을 추적하고 이미지를 형성한다. 하지만 본 발명의 실시 예에서는 상기 참조번호 200a의 과정이 필요 없다. 왜냐하면, 본 발명의 실시 예에서는 바이스태틱 SAR 시스템에서의 송신기가 수신기로 송신하는 기준 신호로서, 지구 밖에 위치하고 있는 GNSS위성이 송신하는 신호를 이용하기 때문이다. In addition, reference numeral 200a in FIG. 2 is a method used in a conventional radar system. After transmitting a high-power signal to a specific target, a target is tracked using a Doppler difference and a signal intensity of a signal reflected from the specific target. And forms an image. However, the embodiment of the present invention does not require the process of the reference numeral 200a. This is because, in the embodiment of the present invention, the transmitter in the bistatic SAR system uses the signal transmitted by the GNSS satellite located outside the earth as a reference signal transmitted to the receiver.

이러한 방식은 참조번호 210에서 바이스태틱 SAR 레이더 시스템이 FM 또는 DMB 지방 방송국의 신호를 기준 신호로 수신하는 것과 유사한 개념으로 볼 수 있으나, FM 또는 DMB 방송국이 송신하는 신호는 그 신호의 특성 상 최대 수십 MHz의 대역폭을 갖는 GNSS 위성의 신호에 비해 협대역의 대역폭을 가짐에 따라 수십 미터(m)의 이미지 해상도를 얻을 수 밖에 없다. 그러나, 본 발명의 실시 예에서는 FM/DMB 신호에 비해 광대역인 GNSS 신호를 이용함에 따라 수 미터(m)의 이미지 해상도를 얻을 수 있어 수십배 이상 정밀한 이미지 해상도를 처리할 수 있다. Such a scheme may be viewed as a concept similar to the bistatic SAR radar system receiving a signal of an FM or DMB local station as a reference signal at 210, but the signal transmitted by an FM or DMB station may be up to tens The image resolution of tens of meters (m) can not be obtained due to the bandwidth of the narrow band as compared with the signal of the GNSS satellite having the bandwidth of MHz. However, according to the embodiment of the present invention, since a GNSS signal having a broader band than the FM / DMB signal is used, an image resolution of several meters (m) can be obtained, and the image resolution can be processed several tens of times or more.

또한 기존의 바이스태틱 SAR 시스템은 기준 신호에 대한 시각 동기를 위해서 별도의 장치를 필요로 하였으나, 본 발명의 실시 예에서는 GNSS에서 전송되는 UTC(Coordinated Universal Time) 정보를 이용하여 시각 동기를 수행하므로 별도의 시각 동기를 위한 장치가 필요하지 않다. 그리하여 참조번호 220과 같은 본 발명의 실시 예에 따라 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템을 이용하게 되면, 지상 및 항공, 해상에 위치한 바이스태틱 SAR 시스템의 플랫폼에 탑재된 어떤 수신기와도 쉽게 시각 동기를 수행하고 동일한 기준 신호를 시용하여 이미지 처리가 가능하다.In addition, although the conventional bi-static SAR system requires a separate device for time synchronization of the reference signal, in the embodiment of the present invention, since time synchronization is performed using UTC (Coordinated Universal Time) information transmitted from the GNSS, There is no need for a device for time synchronization. Thus, using the GNSS-based bistatic SAR system according to the embodiment of the present invention, such as reference numeral 220, it is possible to easily perform time synchronization with any receiver mounted on the platform of the bistatic SAR system located on the ground, And the same reference signal is used for image processing.

아래의 <표 1>은 도 2에서의 참조번호 210, 220, 230에서 설명한 각 SAR 시스템에 대한 비교표이다. Table 1 below is a comparison table for each SAR system described in reference numerals 210, 220, and 230 in FIG.

구 분division 기존 Bistatic SAROriginal Bistatic SAR PCL 시스템PCL system GNSS 기반의 Bistatic SARGNSS-based Bistatic SAR 유지 비용Maintenance cost 매우 높음Very high 최소at least 최소at least 시스템 크기System Size 거대Giant 작음littleness 작음littleness 운용 성능Operational performance 고 해상도High resolution 저 해상도Low resolution 중 해상도Medium resolution 작전 반경Operational radius 시스템 설치 지역System installation area 기준신호 인근
(FM 방송기지국)
Reference signal nearby
(FM broadcast base station)
제한 없음/감도범위
(항법신호 수신지역)
No limit / sensitivity range
(Navigation signal receiving area)
은폐 여부Whether it is concealed 불가Impossible 가능possible 가능possible 동기화 시스템Synchronization system 시각동기 시스템 필수Time Synchronization System Required 시각동기 시스템 필수Time Synchronization System Required 항법신호 사용Using navigation signals

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 수신기(300)의 블록 구성도이다. 본 발명에 따른 수신기(300)는 비행체 또는 선박 등의 바이스태틱 SAR 시스템의 플랫폼(Platform)에 장착되어 상기 제1 신호가 표적에 의해 반사된 반사 신호인 제2 신호를 수신할 수 있다. 3 is a block diagram of a receiver 300 of a GNSS-based bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention. The receiver 300 according to the present invention may be mounted on a platform of a bistatic SAR system such as a flight vehicle or a ship to receive a second signal, which is a reflection signal in which the first signal is reflected by the target.

먼저, 도 3에서 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(300)는 송신기인 GNSS 위성으로부터 송신된 제1신호(306)와 제2 신호(301)를 각각 수신하는데, 제1 신호(306)는 지구 밖 궤도 상에 위치한 송신기인 GNSS 위성으로부터 송신되는 직접 신호(Direct Signal)이며, 제2 신호(301)는 상기 제1 신호(306)가 표적에 의해 반사된 반사 신호(reflection signal)을 의미한다. 3, a receiver 300 according to an embodiment of the present invention receives a first signal 306 and a second signal 301 transmitted from a GNSS satellite, which is a transmitter, Is a direct signal transmitted from a GNSS satellite, which is a transmitter located on an outer orbit, and the second signal 301 means a reflection signal in which the first signal 306 is reflected by the target.

본 명세서에서는 송신기(Transmitter)인 GNSS 위성으로부터 수신기(receiver)로 송신되는 직접 신호는 바이스태틱 SAR 시스템에서 사용되는 기준 신호(Reference signal)과 동일한 의미로 사용될 것이다. In this specification, a direct signal transmitted from a GNSS satellite, which is a transmitter, to a receiver will be used in the same sense as a reference signal used in a bistatic SAR system.

수신기(300)의 RF 수신부(307)는 지구 밖 궤도 상의 GNSS 위성으로부터 안테나(ANT)를 통해 제1신호(306)를 수신하고, 복조부(308)는 상기 RF 수신부(307)가 수신한 신호를 기저대역(Baseband)으로 복조하여 자기 상관부(310)와 제2 고속 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform)(FFT)(309)로 출력한다. The RF receiver 307 of the receiver 300 receives the first signal 306 from the GNSS satellite on the extrasolar extras via the antenna ANT and the demodulator 308 demodulates the signal received by the RF receiver 307 Demodulates it into a baseband and outputs it to the autocorrelation unit 310 and the second Fast Fourier Transform (FFT) 309.

그러면 자기 상관부(310)는 상기 복조된 제1 신호를 자기 상관 함수(Auto correlation function)를 이용하여 자기 상관을 수행하고, 제3 고속 푸리에 변환부(FFT)(311)는 상기 자기 상관된 신호를 주파수 영역(Frequency domain)으로 변환하고, 윈도우 처리부(Window processing unit)(312)는 상기 제3 고속 푸리에 변환부(FFT)(311)에서 주파수 변환된 신호를 윈도우 처리하고, 윈도우 처리된 신호(313)를 제2곱셈기(315)로 전달한다. The autocorrelation unit 310 performs autocorrelation using the autocorrelation function of the demodulated first signal, and the third fast Fourier transform unit (FFT) 311 performs autocorrelation using the autocorrelation function And the window processing unit 312 processes the frequency-converted signal by the third fast Fourier transform unit 311 and outputs the window processed signal 313) to the second multiplier (315).

구체적으로, 자기 상관부(310)는 상기 수신된 제1 신호(306)의 PRN(Pseudo Random Noise) 코드와 미리 저장된 PRN 코드들 중 상기 GNSS 위성의 PRN 코드를 이용하여 자기 상관을 수행한다. Specifically, the autocorrelation unit 310 performs autocorrelation using a PRN (Pseudo Random Noise) code of the received first signal 306 and a PRN code of the GNSS satellite among previously stored PRN codes.

그리고, 동기 검출부(330)는 상기 주파수 영역으로 변환된 자기 상관된 신호를 이용하여 상기 제1 신호(306)의 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectrum Density)를 계산하여 상기 제1 신호(306)의 시각 동기(Time Synchronization)을 검출한다. The synchronization detector 330 calculates a power spectral density of the first signal 306 using the autocorrelated signal transformed into the frequency domain and outputs the power spectral density of the first signal 306 to the time synchronization (Time Synchronization).

반면, 상기 제2 신호(301)는 RF 수신부(302)에 의해 수신된 후, 복조부(303)에서 기저대역(Baseband)으로 복조하여 제1 고속 푸리에 변환부(FFT)(304)로 출력하고, 제1 고속 푸리에 변환부(FFT)(304)는 상기 복조된 신호를 주파수 영역으로 변환하여 제1 곱셈기(305)로 출력한다. Meanwhile, the second signal 301 is received by the RF receiver 302, demodulated by the demodulator 303 in a baseband, and output to the first fast Fourier transformer (FFT) 304 And a first fast Fourier transformer (FFT) 304 converts the demodulated signal into a frequency domain and outputs the result to the first multiplier 305.

제1 곱셈기(305)는 상기 제1 FFT(304)와 상기 제1 FFT(309)에서 각각 주파수 영역으로 변환된 신호를 마스킹(Masking)하고, 그 마스킹된 신호(314)를 제2 곱셈기(315)로 전달한다. The first multiplier 305 masks the signal converted into the frequency domain by the first FFT 304 and the first FFT 309 and outputs the masked signal 314 to the second multiplier 315 ).

상기 제2 곱셈기(315)는 상기 마스킹된 신호(314)와 상기 윈도우 처리된 자기 상관 신호(313)를 곱하여 동기를 맞추고, 동기가 맞춰진 신호(316)를 역고속 푸리에 변환부(Inverse Fast Fourier Transform)(IFFT)(317)로 출력한다. The second multiplier 315 multiplies the masked signal 314 by the window processed autocorrelation signal 313 and outputs the multiplied signal 316 to an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) 317, as shown in FIG.

상기 IFFT(317)에서 다시 시간 영역으로 변환된 신호는 SAR 이미지 생성부(318)로 입력되고, 상기 SAR 이미지 생성부(318)는 상기 IFFT(317)에서 시간 영역으로 변환된 신호를 이용하여 SAR 이미지(350)를 생성한다. 일반적으로, 상기 SAR 이미지 생성부(318)는 상기 표적에서 반사되는 신호의 도플러 차이와 신호 세기를 이용하여 상기 표적에 대한 이미지를 생성하는데, 이는 일반적인 SAR 이미지 처리 과정을 사용하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. The signal converted into the time domain again by the IFFT 317 is input to the SAR image generation unit 318. The SAR image generation unit 318 generates a SAR image using the signal converted into the time domain in the IFFT 317, Image 350 is generated. Generally, the SAR image generating unit 318 generates an image for the target using the Doppler difference and the signal intensity of the signal reflected from the target. Since this uses a general SAR image processing process, It will be omitted.

상기 SAR 이미지 생성부(318)에서 SAR 이미지(350)가 생성되면, 표적 식별부(319)는 상기 생성된 SAR 이미지로부터 이미지 특성이 변환하는 영역을 표적으로 식별하는 표적 식별 정보를 생성하고, 표적 거리 측정부(320)는 상기 생성된 SAR 이미지(350)의 도플러 천이(Doppler shift) 특성을 이용하여 표적의 거리를 측정한다. When the SAR image 350 is generated by the SAR image generation unit 318, the target identification unit 319 generates target identification information that identifies a target area transformed by the image characteristic from the generated SAR image, The distance measuring unit 320 measures the distance of the target using the Doppler shift characteristic of the generated SAR image 350.

구체적으로, 표적 식별부(319)는 입력 신호를 이용하여 지향방향의 영역을 추출하는 기능을 수행한다. 여기서, 추출된 영역 데이터는 의미 있는 정보를 포함하고 있는 부분이다. 예를 들어, 건물, 나무, 대상 표적 등이며, 주변 환경보다 신호를 반사시키는 성질이 더 큰 모든 물체들이 해당된다. 그러나, 대지와 같은 주변 환경은 전파를 산란시키거나 감쇠하여 반사하기 때문에 반사율이 약한 물체에 해당한다. 또한, 표적 식별부(319)는 표적 식별 기능도 수행하는데, 미리 정해진 알고리즘을 이용해서 고정 또는 움직임이 없는 이미지를 제외하고 이미지 특성이 변하는 영역에 대해서는 추정된 위치를 기초로 표적 식별을 수행한다. Specifically, the target identifying unit 319 performs a function of extracting a region in the direction of the target using the input signal. Here, the extracted region data is a portion including meaningful information. For example, a building, a tree, a target, and so on, all of which are more reflective than the surrounding environment. However, the surrounding environment such as the earth corresponds to an object having a low reflectance because it reflects by scattering or attenuating a radio wave. The target identifying unit 319 also performs a target identifying function. The target identifying unit 319 performs target identification based on an estimated position for an area in which an image characteristic is changed except a fixed or motionless image using a predetermined algorithm.

그리고, 통신 링크부(320)는 상기 수신기(300)가 장착된 다른 지상국(ground receiver), 비행체 또는 선박에 장착된 통신 링크부와 통신 링크를 형성하여, 다른 수신기에서 획득된 표적에 대한 시각 동기화(Time Synchronization)를 수행한다. The communication link unit 320 establishes a communication link with a communication link unit mounted on another ground station, a vehicle, or a ship equipped with the receiver 300 to synchronize the time synchronization (Time Synchronization).

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 표적 거리 측정부(320)는 수신기(300) 자체에서 수신한 제1 신호(306)와 제2 신호(301)를 이용한 표적의 거리를 측정하는 방식 외에도 다른 장치들에 설치된 수신기의 통신 링크부를 통해 수신된 상기 표적의 식별 정보를 이용하여 상기 표적의 위치를 산출할 수도 있다. 다른 장치들은 지상 및 항공, 해상에 설치될 수 있으며 각각의 반사파 지향방향에 따라서 영역 식별과 표적 식별이 다르게 나타난다. Therefore, the target distance measuring unit 320 according to the embodiment of the present invention may measure the distance between the target 301 and the first signal 306 received by the receiver 300, The location of the target may be calculated using the identification information of the target received through the communication link of the receiver installed in the devices. Other devices can be installed on the ground, air, or sea, and the area identification and the target identification are different depending on the direction of each reflected wave direction.

이동 속도가 빠른 물체의 경우, 정확도가 다르게 나타날 수 있지만, 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 SAR 시스템 플랫폼이 적용된 모든 장치들은 동일한 항법 신호를 이용하여 시각 동기를 수행하기 때문에 문제되지 않는다. In case of an object having a fast moving speed, accuracy may be different. However, all devices to which the GNSS-based SAR system platform according to the embodiment of the present invention is applied are not problematic because they perform time synchronization using the same navigation signal.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 수신기(300)는 2채널 이상을 갖는 광대역 SDR(Software Defined Radio) 기반의 GNSS 수신기일 수 있다. Also, the receiver 300 according to the embodiment of the present invention may be a broadband SDR (Software Defined Radio) based GNSS receiver having two or more channels.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템의 수신기(300) 동작 흐름도이다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 SDR 기반의 GNSS 기반의 수신기는 다양한 GNSS 시스템들 즉, 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 중국의 BeiDou, 유럽의 Galileo 시스템 등의 위성 신호를 수신하여 동일 시스템의 위성 신호를 본딩(Bonding)하여 신호를 처리할 수 있다. 4 is a flowchart illustrating an operation of a receiver 300 of a bistatic SAR system using a GNSS according to an embodiment of the present invention. In particular, an SDR-based GNSS-based receiver according to an embodiment of the present invention receives satellite signals of various GNSS systems, such as US GPS, GLONASS of Russia, BeiDou of China, Galileo system of Europe, The signal can be processed by bonding the signal.

아래의 <표 2>는 현재의 GNSS 시스템 및 DMB 신호의 대역폭 별로 식별 가능한 SAR 이미지 해상도를 비교한 표이다. Table 2 below compares the SAR image resolutions that can be identified by the bandwidth of the current GNSS system and DMB signals.

본 발명의 실시 예에서는 종래와는 달리 수십 MHz 이상의 광대역 신호를 사용하기 때문에 상관 관계와 주파수 분포 측면에서 이미지 해상도를 고해상도로 구별할 수 있다. 현재 상용화 이전이기는 하지만 유럽의 GNSS 시스템인 Galileo 시스템의 경우 가장 광대역의 대역폭을 사용하고 있으며, 위성 트랙킹(tracking)은 가능한 현실이다. 위성 트래킹이 가능하다고 하는 것은 PRN 코드 및 항법 메시지 수신이 가능하다는 의미이다. In the embodiment of the present invention, since a wideband signal of several tens of MHz or more is used, image resolution can be distinguished at high resolution in terms of correlation and frequency distribution. Although it is currently commercialized, the Galileo system, which is a European GNSS system, uses the broadest bandwidth, and satellite tracking is a reality. Being capable of satellite tracking means that it is possible to receive PRN codes and navigation messages.

GNSS대역GNSS band 대역폭Bandwidth 식별 해상도Identification resolution 비고Remarks 지상파 DMBTerrestrial DMB 6MHz6 MHz < 27m<27m LOS확보불가LOS not available GPS C/A-code GPS C / A-code 1MHz1MHz < 150m<150m Not usedNot used GLONASS P-CodeGLONASS P-Code 5MHz5MHz < 30m<30m Galileo E5a/E5bGalileo E5a / E5b 10MHz10MHz < 15m<15m Galileo full E5Galileo full E5 50MHz50MHz < 3m<3m

상기 <표 2>에서와 같이 현재 존재하는 GNSS 시스템들 중 가장 광대역인 유럽의 Galileo 시스템을 사용할 경우 그 해상도가 3m 이하로 가능하게 된다. As shown in <Table 2>, when the Galileo system of Europe, which is the broadest of the existing GNSS systems, is used, the resolution can be less than 3 m.

먼저, 401단계에서 수신기(300)는 제2 신호(301)가 수신되는지를 검사하고, 수신되었다면, 403단계에서 수신된 신호를 복조하고, 405단계에서 상기 복조된 신호를 FFT를 통해 주파수 영역으로 변환한다. In step 401, the receiver 300 determines whether the second signal 301 is received. If received, the receiver 300 demodulates the received signal in step 403. In step 405, the demodulated signal is frequency- Conversion.

또한, 수신기(300)는 409단계에서 제1신호(306)가 수신되는지를 검사하고, 수신되었다면, 411단계에서 수신된 신호를 복조한 후 413단계에서 상기 복조된 신호를 FFT를 통해 주파수 영역으로 변환하고, 415단계에서 자기 상관(Auto correlation)을 수행한다. The receiver 300 checks whether the first signal 306 is received in step 409. If received, the receiver 300 demodulates the signal received in step 411, and transmits the demodulated signal to the frequency domain through FFT In step 415, auto correlation is performed.

그리고, 수신기(300)는 상기 415단계에서 자기 상관 처리 후, 417단계에서 제1 신호의 동기를 검출하고, 419단계에서 FFT를 통해 주파수 영역으로 변환한 후, 421단계에서 윈도우 처리를 수행한다. After the autocorrelation processing in step 415, the receiver 300 detects the synchronization of the first signal in step 417, converts the signal to the frequency domain through the FFT in step 419, and then performs window processing in step 421. [

한편, 407단계에서 수신기(300)는 상기 405단계에서 FFT된 제2신호와 상기 413단계에서 FFT된 제1신호를 마스킹한 후, 423단계에서 상기 421단계에서 윈도우 처리된 신호와 상기 407단계에서 마스킹된 신호에 대해 시각 동기화를 수행하고, 425단계에서 IFFT를 수행하여 시간 영역의 신호로 변환한 후 SAR 이미지를 생성한다. In step 407, the receiver 300 masks the second signal FFTed in step 405 and the first signal FFTed in step 413, and then, in step 423, Time synchronization is performed on the masked signal, and IFFT is performed in step 425 to convert the signal into a time-domain signal, and then an SAR image is generated.

그리고, 427단계에서 수신기(300)는 상기 425단계에서 생성된 SAR 이미지로부터 표적을 식별하고, 429단계에서 다른 지상국, 비행체, 선박 등에 장착된 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS를 사용하는 SAR 시스템의 수신기와 통신 링크를 연결하여 시각 동기를 수행하고, 431단계에서 상기 표적에 대하여 각 수신기가 수신한 제1 신호를 이용하여 측정한 표적 거리를 획득하여 계산할 수도 있다. 이때 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS를 사용하는 SAR 시스템의 수신기들은 통신 링크부(321)를 통해 서로 통신이 연결되면, 동일한 표적에 대한 표적 식별 정보와 상기 GNSS로부터 수신된 제1신호를 이용하여 계산된 표적 거리를 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 왜냐하면, 서로 다른 운반체에 탑재된 수신기들은 지상, 항공 및 해상 등에 설치되므로 각각 제1 신호가 표적에 의해 반사된 반사 신호인 제2 신호의 지향 방향에 따라 스캐닝 대상 지역과 표적 식별이 다르게 나타날 수 있기 때문이다. In step 427, the receiver 300 identifies the target from the SAR image generated in step 425, and in step 429, the SAR system using the GNSS according to an embodiment of the present invention installed in another ground station, The time synchronization may be performed by connecting the receiver and the communication link, and in step 431, the target distance measured using the first signal received by each receiver with respect to the target may be obtained and calculated. At this time, the receivers of the SAR system using the GNSS according to the embodiment of the present invention, when communication is established with each other via the communication link unit 321, use the target identification information for the same target and the first signal received from the GNSS The calculated target distance can be measured more precisely. Because the receivers mounted on different carriers are installed on the ground, the air, and the sea, the target identification may be different from that of the scanning target region depending on the direction of the second signal, which is the reflection signal of the first signal reflected by the target Because.

하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(300)는 상기 통신 링크부(321)를 통한 다른 수신기들과의 통신 링크 없이도 GNSS 위성으로부터 직접 수신한 제1신호와 반사 신호인 제2 신호만을 이용하여 표적을 식별하고, 표적과의 거리를 계산할 수 있다. However, the receiver 300 according to the embodiment of the present invention uses only the first signal directly received from the GNSS satellite and the second signal, which is the reflected signal, without the communication link with other receivers through the communication link unit 321 You can identify the target and calculate the distance from the target.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 SAR 영상에서 표적을 추출하는 것을 보여주는 것으로, 도 5를 참조하면 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 SAR 이미지에서 식별된 표적(510)을 보여준다. FIG. 5 illustrates extracting a target from an SAR image according to an embodiment of the present invention, and with reference to FIG. 5, there is shown an identified target 510 in an SAR image generated in accordance with an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템과 DMB 신호를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템의 SAR 해상도를 비교하기 위한 도면이다. 6 is a diagram for comparing SAR resolutions of a bistatic SAR system using a GNSS and a bistatic SAR system using a DMB signal according to an embodiment of the present invention.

도 6에서 보는 바와 같이 동일 표적에 대하여 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템에서의 SAR 이미지(b)의 해상도가 DMB 신호를 사용하는 바이스태틱 SAR 시스템의 SAR 해상도(a)보다 높음을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, the SAR resolution (a) of the bistatic SAR system using the DMB signal of the SAR image (b) in the bistatic SAR system using the GNSS according to the embodiment of the present invention, Is higher.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 주변 지형에 대하여 SAR 이미지를 형성한 예를 보여주는 도면이다. FIG. 7 is a view showing an example of forming an SAR image for a surrounding terrain according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 운용예를 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining an operation example of a GNSS-based bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention.

도 8에서 GNSS 위성의 송신기(805)는 지상의 제1 표적(830)과 공중의 제2표적(840)으로 제1 내지 제 4 직접 신호들(801 내지 804)를 기준 신호로 송신하고, 본 발명의 실시 예에 따른 지상의 바이스태틱 SAR 시스템 플랫폼의 수신기(810)는 제3 직접 신호(803)와 제4 직접 신호(804)가 제1 표적(830)으로부터 반사된 제3 반사 신호(reflection)(811)과, 제2 직접 신호(802)가 제2 표적(840)으로부터 반사된 제2 반사 신호(812)를 수신하여 상술한 방법에 따라 SAR 이미지를 생성하고 표적을 식별한다. 8, the transmitter 805 of the GNSS satellite transmits the first to fourth direct signals 801 to 804 as a reference signal to the first target 830 on the ground and the second target 840 on the air, The receiver 810 of the terrestrial bistatic SAR system platform according to an embodiment of the present invention includes a receiver 810 for receiving a third direct signal 803 and a fourth direct signal 804 in response to a third reflected signal reflected by the first target 830 ) 811 and the second direct signal 802 receives the second reflected signal 812 reflected from the second target 840 to generate the SAR image and identify the target according to the method described above.

반면, 공중에 위치한 본 발명의 실시 예에 따른 바이스태틱 SAR 시스템의 플랫폼의 수신기(820)는 제1 직접 신호(801)와 제2 직접 신호(802)가 제2 표적(830)으로부터 반사된 제1 반사 신호(reflection)(813)을 수신하여 상술한 방법에 따라 SAR 이미지를 생성하고 표적을 식별한다. On the other hand, the receiver 820 of the platform of the bistatic SAR system according to the embodiment of the present invention located in the air is configured such that the first direct signal 801 and the second direct signal 802 are reflected from the second target 830 1 reflection signal 813 to generate a SAR image according to the method described above and identify the target.

또한, 본 발명의 실시 예에 따라 공중에 위치한 바이스태틱 SAR 시스템의 플랫폼의 수신기(820)와 지상에 위치한 바이스태틱 SAR 시스템의 플랫폼의 수신기(810)은 통신 링크(850)를 통해 서로 다른 수신기로부터 수신된 상기 표적(840)의 식별 정보를 이용하여 상기 표적(840)의 위치를 산출할 수 있다. Also, in accordance with an embodiment of the present invention, a receiver 820 of a platform of a bistatic SAR system located in the air and a receiver 810 of a platform of a bistatic SAR system located on the ground are connected to each other via a communication link 850 from different receivers The position of the target 840 can be calculated using the identification information of the target 840 received.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템은 전 세계 어디서나 동기화된 GNSS 신호를 이용하여 공중, 지상, 해상 등에 위치한 플랫폼에 탑재되더라도 서로 통신 링크를 통해 시각 동기화가 이루어질 수 있고, 이를 통합 사이트로 운용하는 것도 가능하다. As described above, the GNSS-based bistatic SAR system according to the embodiment of the present invention can be synchronized with each other over a communication link even if it is mounted on a platform located on the air, ground, or sea using GNSS signals synchronized everywhere in the world, It is also possible to operate it as an integrated site.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 FFT에서 표적의 이동에 따라서 발생하는 도플러 천이 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 9 is a diagram for explaining a process of acquiring Doppler shift information generated according to movement of a target in an FFT according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 표적(910, 920)의 이동에 따라 도플러 효과로 동일 주파수에서 다른 위상을 판별할 수 있고, 도플러 주파수만큼 변했을 때의 위상 변화도 구할 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that different phases can be discriminated at the same frequency by the Doppler effect according to the movement of the targets 910 and 920, and the phase change at the time of changing by the Doppler frequency can also be obtained.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템의 적용 가능 예들을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 10 is a diagram for explaining applicable examples of a GNSS-based bistatic SAR system according to an embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 실시 에에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템은 참조번호 1010, 1020과 같이 현재 가장 큰 이슈화가 되고 있는 자율주행차의 LiDAR 장비처럼 센싱된 주변 환경을 이미지화하여 형상하고 모니터링할 수 있다. The GNSS-based bistatic SAR system according to the embodiment of the present invention can image and shape the sensed surrounding environment like the LiDAR equipment of the autonomous vehicle, which is currently the largest issue, such as reference numerals 1010 and 1020 .

또한, 상술한 본 발명의 실시 에에 따른 GNSS 기반의 바이스태틱 SAR 시스템은 송신기가 없어 소형화가 가능하므로, 드론과 같은 소형 무인 비행체에도 탑재가 가능함에 따라 참조번호 1030과 같이 소형 드론용 감시를 위한 소형 레이더로서도 사용 가능하다.In addition, since the GNSS-based bistatic SAR system according to the embodiment of the present invention can be mounted on a small unmanned aerial vehicle such as a drone since it can be miniaturized because there is no transmitter, It can also be used as a radar.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and all elements constituting the embodiment of the present invention described above are described as being combined or operated in one operation. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer to implement an embodiment of the present invention. As the recording medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, or the like can be included.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (8)

위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System)(GNSS)을 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar)(SAR) 시스템에 있어서,
표적을 추적하기 위한 제1 신호를 송신하는 GNSS 위성; 및
상기 GNSS 위성으로부터 직접 송신된 제1 신호 및 상기 제1 신호가 표적에 의해 반사된 반사 신호인 제2 신호를 수신하는 수신기;를 포함하고,
상기 수신기는,
상기 수신된 제1 신호를 자기 상관 함수를 이용하여 자기 상관을 수행하는 자기 상관부;
상기 자기 상관된 신호의 주파수 변환된 신호를 윈도우 처리하는 윈도우 처리부;
상기 제2 신호의 주파수 변환된 신호와 상기 제1 신호의 주파수 변환된 신호를 마스킹하는 제1곱셈기;
상기 마스킹된 마스킹 신호와 상기 윈도우 처리된 자기 상관 신호를 곱하여 동기를 맞추는 제2 곱셈기;
상기 동기가 맞춰진 주파수 영역의 신호를 시간 영역으로 변환하는 역 고속 푸리에 변환부; 및
상기 시간 영역으로 변환된 신호로 SAR 이미지를 생성하는 SAR 이미지생성부;를 포함함을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
A Bistatic Synthetic Aperture Radar (SAR) system using a Global Navigation Satellite System (GNSS)
A GNSS satellite transmitting a first signal for tracking a target; And
And a receiver for receiving a first signal transmitted directly from the GNSS satellite and a second signal, the first signal being a reflected signal reflected by the target,
The receiver includes:
An autocorrelation unit for performing autocorrelation using the autocorrelation function of the received first signal;
A window processing unit for processing a frequency-converted signal of the autocorrelated signal;
A first multiplier for masking the frequency-converted signal of the second signal and the frequency-converted signal of the first signal;
A second multiplier for multiplying the masked masking signal by the windowed autocorrelation signal and synchronizing the multiplied signal;
An inverse fast Fourier transformer for converting the synchronized frequency domain signal into a time domain; And
And a SAR image generating unit for generating an SAR image from the signal converted into the time domain by using a satellite navigation system (GNSS).
제1항에 있어서,
상기 제1 신호는 상기 GNSS 위성을 식별하기 위한 PRN(Pseudo Random Noise) 코드를 포함함을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first signal comprises a Pseudo Random Noise (PRN) code for identifying the GNSS satellite. &Lt; Desc / Clms Page number 20 &gt;
제1항에 있어서,
상기 수신기는,
상기 생성된 SAR 이미지로부터 이미지 특성이 변환하는 영역을 상기 표적으로 식별하는 표적 식별 정보를 생성하는 표적 식별부를 더 포함함을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
The method according to claim 1,
The receiver includes:
Further comprising a target identifying unit for generating, from the generated SAR image, target identifying information that identifies, as the target, an area converted by the image characteristic from the generated SAR image. Radar (SAR) system.
제1항에 있어서,
상기 SAR 이미지생성부는,
상기 표적에서 반사되는 신호의 도플러 차이와 신호 세기를 이용하여 상기 표적에 대한 이미지를 생성함을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the SAR image generator comprises:
Wherein the image of the target is generated using a Doppler difference and a signal intensity of a signal reflected from the target, and a satellite navigation system (GNSS) using the satellite navigation system (GNSS).
제1항에 있어서,
상기 수신기는,
상기 생성된 SAR 이미지의 도플러 천이(Doppler shift) 특성을 이용하여 표적의 거리를 측정하는 표적 거리 측정부를 더 포함함을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
The method according to claim 1,
The receiver includes:
Further comprising a target distance measuring unit for measuring a distance of a target using the Doppler shift characteristic of the generated SAR image. (SAR) system.
제1항에 있어서,
상기 수신기는,
상기 자기 상관된 신호를 이용하여 상기 제1 신호의 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density)를 계산하여 상기 제1 신호의 시각 동기(Time Synchronization)을 검출하는 동기 검출부를 더 포함함을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
The method according to claim 1,
The receiver includes:
And a synchronization detector for detecting a time synchronization of the first signal by calculating a power spectral density of the first signal using the autocorrelated signal. System (GNSS) using a bistatic synthetic aperture radar (SAR) system.
제5항에 있어서,
상기 수신기는,
GNSS 기반의 SAR 시스템의 플랫폼에 장착된 다른 수신기와 시각 동기화(Time Synchronization)를 위한 통신 링크를 형성하는 통신 링크부를 더 포함하고,
상기 표적 거리 측정부는 상기 통신 링크부를 통해 상기 다른 수신기로부터 수신된 상기 표적의 식별 정보를 이용하여 상기 표적의 위치를 산출함을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
6. The method of claim 5,
The receiver includes:
Further comprising a communication link portion forming a communication link for time synchronization with another receiver mounted on a platform of the GNSS-based SAR system,
Wherein the target distance measuring unit calculates a position of the target using the identification information of the target received from the other receiver through the communication link unit. Aperture radar (SAR) system.
제1항에 있어서,
상기 수신기는,
2채널 이상을 갖는 광대역 SDR(Software Defined Radio) 기반의 GNSS 수신기임을 특징으로 하는 위성 항법 시스템(GNSS)를 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 합성 개구 레이더(SAR) 시스템.
The method according to claim 1,
The receiver includes:
A Bistatic Synthetic Aperture Radar (SAR) system using a Global Navigation Satellite System (GNSS) that is a broadband SDR (Software Defined Radio) based GNSS receiver with more than two channels.
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