KR101958547B1 - 단일 경로와 단일 안테나를 이용한 영상 레이다의 고도 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

단일 경로와 단일 안테나를 이용한 영상 레이다의 고도 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 안테나와 하나의 경로를 이용하여 고도 정보를 추출하기 위한 것으로서, 일실시예에 따른 고도 추정 시스템은 영상 레이다의 이동에 따른 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집하는 원시 데이터 수집부, 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축하여 포커싱 처리하는 포커싱 처리부, 상기 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적하는 포커싱 처리부, 및 상기 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 높이를 추정하는 추정부를 포함할 수 있다.

Description

단일 경로와 단일 안테나를 이용한 영상 레이다의 고도 측정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALTITUDE ESTIMATION OF SYNTHETIC APERTURE RADAR USING SINGLE PATH AND SINGLE ANTENNA}
본 발명은 하나의 안테나와 하나의 경로를 이용하여 고도 정보를 추출하기 위한 것으로서, 오랜 시간의 관측시간(노출시간)에 기초하여 고해상도의 방위각 방향(azimuth direction)의 데이터를 획득하는 기술적 사상에 관한 것이다.
레이다 영상은 합성방법에 따라 RAR(Real Aperture Radar)과 SAR(Synthetic Aperture Radar)로 나뉠 수 있다.
RAR(Real Aperture Radar)은 비행방향의 오른편에 거리 방향(range direction)으로 좁은 각의 빔을 송신(transmit)하고 반사신호를 레이다 영상으로 변환하는 합성기술로서, 대부분의 항공기 탑재 측면관측 레이다(side looking airborne radar, SLAR)가 이에 속하며, 안테나 위치의 변화에 따른 위상 보상(phase compensation) 없이 합성함으로써 거리에 따라 횡거리 분해능이 다른 특징이 있다.
SAR(Synthetic Aperture Radar)은 움직이는 레이다에서 수집된 신호들의 펄스간 비교(pulse-to-pulse comparison) 방법을 이용하여 실제 안테나 빔폭이 제공하는 것보다 높은 방위 방향의 해상도를 얻는데 특징이 있다.
이러한 특징을 갖는 레이다 영상을 이용하는 경우, 마이크로웨이브를 이용할 때 보다 구름, 눈, 연기, 안개 등을 투과하는 성질이 있어 기상조건의 영향을 받지 않고 영상 취득이 가능하다. 또한, 반송파(carrier wave)를 발생하여 대상물체로부터 반사 및 산란되는 파를 수신하는 운동센서이므로 낮과 밤 모두 관측이 가능하다.
레이다 영상을 이용하는 경우 관측점에 대한 고도를 정확하게 알 필요가 있다.
근래, 레이다 영상을 이용하여 고도 정보를 얻는 기술은 크게 알티미터 레이다(altimeter radar)를 이용하는 방법과, 간섭계(interferometric) SAR(Synthetic Aperture Radar)를 이용하는 방법이 있다.
먼저, 알티미터 레이다(altimeter radar)를 이용하는 방법에서는, 알티미터 레이다(altimeter radar)를 이용하되 지표 직하 지점을 관측하여 지표를 맞고 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산할 수 있다. 이때, 방사된 전자기파는 레이더 빔에 포함된 지표면 중 가장 가까운 곳의 표면을 맞고 돌아오게 된다. 빔 폭을 줄일 수는 있지만 안테나 특성의 한계가 존재하므로 특정위치의 고도를 알기 어렵다.
또한, 간섭계(interferometric) SAR(Synthetic Aperture Radar)을 이용하는 방법은 일반적으로 2차원의 레이다 영상을 합성하는 기술로서, 두 개 이상의 레이다가 하나의 경로를 지나거나 하나의 레이다가 다른 경로로 두 번 이상 지나면서 어떠한 지점을 관측하는 두 안테나의 위상차를 이용하여 고도를 계산하게 된다. 최근에는 딜레이-드랍 레이다(delay-doppler radar) 또는 간섭계 알티미터 레이다(interferometric altimeter radar)의 기술로서 두 개 이상의 알티미터 레이다(altimeter radar)를 이용하여 3차원 지형정보를 획득하는 방법이 개발되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 특정위치의 고도를 알기 어려운 문제를 해결할 수는 있지만, 두 개 이상의 안테나가 필요하다는 문제가 있다.
한국특허출원 제10-2013-0032083호 "전파고도계 성능분석장치 및 이의 운영알고리즘" 한국특허특허 제10-2011-0117370호 "기압고도계 및 위성항법시스템을 이용한 고도 추정 장치 및 방법"
본 발명은 하나의 안테나와 하나의 경로를 이용하여 고도 정보를 추출하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고도 정보를 측정하기 위해 같은 지역을 여러 번 지나는데 필요한 시간 및 비용을 줄이는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 탄도 미사일에서의 고도 정보로 활용함으로써, 네비게이션 정보로 활용하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 새로운 방법의 3차원 지형 정보를 획득하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 관측점에 대한 고도를 추정하여 영상 관측의 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 고도 추정 시스템은 영상 레이다의 이동에 따른 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집하는 원시 데이터 수집부, 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축하여 포커싱 처리하는 포커싱 처리부, 상기 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적하는 포커싱 처리부, 및 상기 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 높이를 추정하는 추정부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 포커싱 처리부는, 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 궤적(locus)에 따른 신호로 모델링하고, 상기 모델링된 신호에 기초하여 레인지 방향(range direction)으로 압축을 진행한 이후 방위각 압축(azimuth compression)을 수행하거나, 상기 레인지 방향(range direction)의 압축과 상기 방위각 압축(azimuth compression)을 함께 수행할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 포커싱 처리부 및 상기 포커싱 처리부 중에서 적어도 하나는, 레인지 마이그레이션 알고리즘(range migration algorithm), 확장 첩 스케일링(Extended chirp scaling), 프리퀀시 스케일링 알고리즘(Frequency Scaling algorithm), 레인지 도플러 알고리즘(range doppler algorithm), 백 프로젝션(back projection), 및 레인지 마이그레이션 알고리즘(range migration algorithm) 중에서 적어도 하나를 이용해서 상기 방위각 압축(azimuth compression)을 수행할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 포커싱 처리부는, 고도와 레인지에 따른 방위각 압축에 사용될 모델과 레인지 압축된 신호 사이에서 가장 큰 상관 값을 찾고, 상기 찾아낸 상관 값에 기초하여 고도를 결정함으로써, 상기 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 포커싱 처리부는 상기 복수의 신호들 각각의 크기를 2차원 이상의 다항식으로 피팅(fitting)하고, 궤적에 대한 신호를 상기 피팅(fitting)된 값을 기반으로 제거하되, 상기 결정된 고도를 레인지 압축된 신호에서 제거하며, 결과값이 임계값 이하가 되도록 상기 피팅 및 제거 과정을 반복할 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 방법은 원시 데이터 수집부에서, 이동에 따른 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집하는 단계, 포커싱 처리부에서, 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축하여 포커싱 처리하는 단계, 포커싱 처리부에서, 상기 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적하는 단계, 및 추정부에서, 상기 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 높이를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 포커싱 처리하는 단계는, 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 궤적(locus)에 따른 신호로 모델링하는 단계, 및 상기 모델링된 신호에 기초하여 레인지 압축(range compression) 및 방위각 압축(azimuth compression)을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 매칭 추적하는 단계는, 하나의 지역에서 고도에 따른 복수의 신호들을 매칭하여 가장 큰 상관값을 갖는 고도를 결정함으로써, 상기 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 매칭 추적하는 단계는, 상기 복수의 신호들 각각의 크기를 2차원 이상의 다항식으로 피팅(fitting)하는 단계, 및 궤적에 대한 신호를 상기 피팅(fitting)된 값을 기반으로 제거하되, 결과값이 임계값 이하가 되도록 상기 피팅 및 제거 과정을 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 방법은 펄스형태의 레이다 시그널(Pulsed radar signal), 주파수변조연속파(FMCW), 버스트 펄스들(burst pulses), 및 임펄스 신호 중에서 적어도 하나의 형태를 포함하는 레이다 신호를 송신하는 단계, 상기 송신된 신호에 상응하여 디지털 변환 및 샘플링된 신호와 디첩(dechirp) 또는 디랩핑(deramping)된 신호를 수신하는 단계, 및 상기 신호들이 수신되는 동안 기계적 또는 전기적으로 빔 주향(beam)방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 방법은 상기 주향 방향의 스티어링(steering)에 상응하도록 자세 기동(attitude maneuver)을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 자세 기동(attitude maneuver)을 수행하는 단계는, 전자적인 페이즈드 어레이(phased array) 안테나의 빔포밍에 기반하여 상기 자세 기동(attitude maneuver)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 하나의 안테나와 하나의 경로를 이용하여 고도 정보를 추출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고도 정보를 측정하기 위해 같은 지역을 여러 번 지나는데 필요한 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄도 미사일에서의 고도 정보로 활용함으로써, 네비게이션 정보로 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 새로운 방법의 3차원 지형 정보를 획득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 관측점에 대한 고도를 추정하여 영상 관측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 고도 추정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 고도 추정을 위한 영상 레이다를 설명하는 도면이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 고도 추정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 4c는 신호처리 방법 중 따로 생성된 두 개의 영상을 서로 곱해서 3D의 영상을 만드는 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명 하는 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 고도 추정 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 고해상도 2차원 영상 획득을 설명하는 도면이다.
도 7은 고도 추정 시스템에서의 관측을 위한 스포트라이트(spotlight) 모드를 보다 구체적으로 설명하는 도면이다.
도 8은 고도 추정 시스템에서의 관측을 위한 ScanSAR 모드를 보다 구체적으로 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 단일 경로와 단일 안테나를 이용한 영상 레이다의 고도를 측정하는 기술로서, 두 가지의 관측 방법과, 두 가지의 신호 처리 방법을 이용할 수 있다.
먼저, 관측 방법은 스포트라이트(spotlight) 모드, ScanSAR 모드를 각각 이용하여 관측의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 신호처리 방법으로 사용할 수 있는 두 가지 방법으로, 매칭 추적을 이용해서 영상을 만드는 방법과, 따로 생성된 두 개의 영상을 서로 곱해서 3D의 영상을 만들 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3에서는 신호처리 방법 중 매칭 추적을 이용해서 영상을 만드는 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.도 1은 일실시예에 따른 고도 추정 시스템(100)을 설명하는 도면이다.
고도 추정 시스템(100)은 하나의 안테나와 하나의 경로를 이용하여 고도 정보를 추출할 수 있다. 따라서, 고도 정보를 측정하기 위해 같은 지역을 여러 번 지나는데 필요한 시간 및 비용을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 탄도 미사일에서의 고도 정보로 활용함으로써, 네비게이션 정보로 활용할 수 있어 새로운 방법의 3차원 지형 정보를 획득할 수 있다.
구체적으로, 고도 추정 시스템(100)은 단일 안테나 단일 경로의 레이다를 이용하여 특정한 위치의 지형 고도를 계산하기 위해서 고해상도의 방위각 방향(azimuth)의 데이터를 획득해야 한다. 이는, 오랜 시간의 관측시간(노출시간)이 필요하다.
고도 추정 시스템(100)은 관측을 위해 스포트라이트(spotlight) 모드, ScanSAR 모드를 이용할 수 있는데, 각각의 모드는 서로 다른 시간에 각각 다른 관측을 위해 사용될 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 시스템(100)은 원시 데이터 수집부(110), 포커싱 처리부(120), 및 추정부(130)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 원시 데이터 수집부(110)는 고해상도의 방위각(azimuth) 방향의 데이터를 획득할 수 있다.
일례로, 원시 데이터 수집부(110)는 직접 아날로그/디지털 변환기(analog to digital convertor, ADC)를 이용한 샘플링을 한 신호와 디첩(dechirp) 또는 디랩핑(deramping)된 신호를 수신할 수 있다. 이를 위해, 영상 레이다는 펄스형태의 레이다 신호(Pulsed radar signal), FMCW, 버스트 펄스(burst pulses), 임펄스 신호를 송신할 수 있다.
원시 데이터 수집부(110)는 신호가 수신되는 동안, 기계적 또는 전기적으로 빔 주향(beam) 방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 원시 데이터 수집부(110)는 영상 레이다의 이동에 따른 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집할 수 있다.
고해상도 2차원 영상을 얻기 위해서는 진행 방향으로 빔을 스퀸트(squint)함으로써, 전방 또는 후방 방향을 스티어링(steering)하여 일정 시간 지향하여 지속적으로 관측하는 방법을 포함한다.
기계적 스퀸트(squint) 또는 전기적 스퀸트(squint)에는 안테나 빔패턴이 일정하지 않음에 따른 방사보정(radiometric calibration)이 수행되어야 한다. 즉, 고해상도 2차원 영상을 얻기 위해서는 방위각 시야 각(Azimuth look angle)에 따른 안테나 이득을 보상하는 과정을 포함할 수 있다.
고해상도를 위해서는, 영상 레이다가 관측점에 대해 더 오랜 기간 지향을 해야만 하는데, 오랜 기간 지향하기 위해서는 큰 자세 기동(attitude maneuver)이 필요하다. 또한 기동을 줄이기 위해서는 전자적인 페이즈드 어레이(phased array) 안테나의 빔포밍이 사용될 수 있고, 이 경우에는 방사 보정이 필요하다.
한편, 고도 추정 시스템(100)은 ScanSAR 모드를 이용하여 지형을 관측할 수도 있다.
일반적으로, ScanSAR모드라는 SAR 관측 기법을 사용하는 경우, 큰 기동을 통해 보다 넓은 지역의 관측이 가능하지만, 본 발명에서는 넓은 지역을 관측하는 대신에 같은 지역을 반복 관측하여 단일 경로 및 단일 안테나를 통해 고도 측정이 가능하다. 특히, 거리 방향으로 더 멀리 떨어질수록 방사보정이 들어가야겠지만 같은 시간의 노출에 더 높은 해상도를 얻을 수 있다.
또한, 신호처리 방법으로 사용할 수 있는 두 가지 방법으로, 매칭 추적을 이용해서 영상을 만드는 방법과, 따로 생성된 두 개의 영상을 서로 곱해서 3D의 영상을 만들 수 있다.
일실시예에 따른 포커싱 처리부(120)는 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축하여 포커싱 처리할 수 있다.
포커싱 처리부(120)는 고도에 따라서 많은 수의 신호 모델링이 필요하다.
즉, 레인지 방향(N)개 방위각 방향 (M)개 고도 방향 (L)개의 3차원 영상을 얻기 위해서는 신호모델이 N*M*L개 필요하다.
포커싱 처리부(120)는 레인지 방향(range direction)으로 압축을 진행하기 위해서, 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 궤적(locus)에 따른 신호로 모델링할 수 있다. 또한, 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 고도에 따른 모델링을 수행할 수 있다. 또한, 모델링된 신호에 기초하여 방위각 압축(azimuth compression)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 포커싱 처리부(120)는 레인지 마이그레이션 알고리즘(range migration algorihtm), 확장 첩 스케일링(Extended chirp scaling), 프리퀀시 스케일링 알고리즘(Frequency Scaling algorithm), 레인지 도플러 알고리즘(range doppler algorithm), 백 프로젝션(back projection), 및 레인지 마이그레이션 알고리즘(range migration algorithm) 중에서 적어도 하나를 이용해서 방위각 압축(azimuth compression)을 수행할 수 있다. 일례로, 포커싱 처리부(120)는 모델링된 신호에 기초하여 레인지 방향(range direction)으로 압축을 진행한 이후 방위각 압축(azimuth compression)을 수행하거나, 레인지 방향(range direction)의 압축과 방위각 압축(azimuth compression)을 함께 수행할 수도 있다.
일실시예에 따른 포커싱 처리부(120)는 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적할 수 있다. 특히, 포커싱 처리부(120)는 하나의 지역에서 고도에 따른 복수의 신호들을 매칭하여 가장 큰 상관값을 갖는 고도를 결정함으로써, 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적할 수 있다.
레인지 방향(N)개 방위각 방향 (M)개 고도 방향 (L)개의 3차원 영상을 얻기 위해서는 신호모델이 N*M*L개 필요하다. 따라서, 포커싱 처리부(120)가 구현하는 포커싱 알고리즘에서는 신호 모델링 중 하나의 매칭을 수행했을 때 얻어지는 상수 값을 이용할 수 있고, 이 과정이 N*M*L번 반복되어야 한다. 또한, 포커싱 처리부(120)는 상수 값이 임계값 이하가 되면 반복과정을 멈출 수 있다.
포커싱 처리부(120)는 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 높이를 추정할 수 있다. 또한, 추정부(130)는 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 높이를 추정할 수 있다.
예를 들어, 포커싱 처리부(120)는 복수의 신호들 각각의 크기를 2차원 이상의 다항식으로 피팅(fitting)하고, 궤적에 대한 신호를 상기 피팅(fitting)된 값을 기반으로 제거하되, 결과값이 임계값 이하가 되도록 피팅 및 제거 과정을 반복할 수 있다.
기존에 일반적인 2차원 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)에서는 영상 레이다의 고도(H)나 관측점의 고도(h)에 대한 항은 고려되지 않았다.
스포트라이트(spotlight) 모드와 같은 관측에서는 연속적인 신호를 얻을 수 있게 된다. 포커싱 처리부(120)는 고도에 따른 모델링된 신호를 이용하여 레인지 셀 마이그레이션(range cell migration) 등의 기법이 포함되는 방위각 압축(azimuth compression)을 수행할 수 있다. 이 과정은 기존의 확장된 첩 스케일링(Extended chirp scaling), 주파수 스케일링 알고리즘(Frequency Scaling algorithm), 레인지 도플러 알고리즘(range doppler algorithm), 백 프로젝션(back projection), 레인지 마이그레이션 알고리즘(range migration algorithm)등의 방법이 사용될 수 있다.
일실시예에 따른 포커싱 처리부(120)는 고도와 레인지에 따른 방위각 압축에 사용될 모델과 레인지 압축된 신호 사이에서 가장 큰 상관 값을 찾고, 찾아낸 상관 값에 기초하여 고도를 결정함으로써, 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적할 수 있다. 즉, 포커싱 처리부(120)는 하나의 지역에 고도에 따른 여러 신호들을 매칭하여 가장 큰 매칭 또는 코럴레이션(correlation)을 가지는 고도를 결정하고 그 지역의 고도를 획득할 수 있다.
일실시예에 따른 포커싱 처리부(120)는 방위각 방향(Azimuth Direction)에 따라 반사도가 일정하지 않으므로 신호의 크기는 2차원 이상의 다항식(polynomial)으로 피팅(fitting)할 수 있다. 일실시예에 따른 포커싱 처리부(120)는 궤적에 대한 신호를 피팅(fitting)된 값을 기반으로 제거하되, 결과값이 임계값 이하가 되도록 피팅 및 제거 과정을 반복할 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 시스템(100)은 속도를 고려하여 궤도를 결정할 수 있다.
고도 추정 시스템(100)은 수신 데이터에서 사전에 정의된 레인지를 따르는 궤적(locus)을 고려하여 신호를 모델링할 수도 있다.
도 2는 일실시예에 따른 고도 추정을 위한 영상 레이다(210)를 설명하는 도면이다.
영상 레이다(210)는 v방향의 속도로 이동할 수 있다. 이때, 지표면에 프로젝션한 방향에서 생기는 지표면과 영상 레이다(210)간 거리를 고도(H)로 해석할 수 있다. 또한, 영상 레이다(210)는 기상조건이나 주야에 관계없이 전천후로 광범위한 지역의 영상을 고해상도로 얻을 수 있는 능동형 전자파 레이다 센서로서, 관측하는 부분이 관측점에 해당하며, 도면부호 220의 관측점에서 일정 크기를 갖는 면적을 관측할 수 있다. 이때, 2차원 평면상에서의 관측점(220)은 지표면과 동일한 높이지만, 일반적인 3차원 공간상에서의 관측점(220)은 지표면과 동일한 높이를 갖지 않는다.
따라서, 관측점(220)에 대한 고도 추정이 필요하며, 일실시예에 따른 고도 추정 시스템은 관측점(220)에 대한 고도를 추정할 수 있다.
관측점(220)에 대한 고도를 추정하기 위해서는 [수학식 1]을 활용할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017036652914-pat00001
[수학식 1]에서
Figure 112017036652914-pat00002
는
Figure 112017036652914-pat00003
는 영상 레이다의 속도로 해석될 수 있고,
Figure 112017036652914-pat00004
는 영상 레이다의 고도,
Figure 112017036652914-pat00005
는 관측점의 고도로 해석될 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 시스템은 얼롱 방향(Along Direction)에 따라 반사도가 일정하지 않으므로 신호의 크기는 2차원 이상의 다항식(polynomial)으로 피팅(fitting)할 수 있다. 또한, 고도 추정 시스템은 궤적에 대한 신호를 상기 피팅(fitting)된 값을 기반으로 제거하되, 상기 결정된 고도를 레인지 압축된 신호에서 제거하며, 결과값이 임계값 이하가 되도록 상기 피팅 및 제거 과정을 반복할 수 있다.
이러한 과정을 어떠한 임계값(threshold)를 기준 이하가 될 때까지 반복할 수 있다. 이렇게 획득된 고도 정보를 수집하여 3차원으로 출력할 수도 있다. 출력된 3차원 지형은 관측 방향으로 프로젝션된 값이므로 이를 지형을 기준으로 바꿔줄 수 있다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 고도 추정 시스템을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 고도 추정 시스템(300)은 원시 데이터 수집부(310) 및 추정부(320)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 원시 데이터 수집부(310)는 제1 지점에서 지표를 관측하여 생성된 제1 지표정보 및 제1 지점과 다른 제2 지점에서 지표를 관측하여 생성된 제2 지표정보를 수집할 수 있다.
한편, 일실시예에 따른 추정부(320)는 수집된 제1 지표정보 및 제2 지표정보에 대한 기하학적 관계를 고려하여 지표에 대한 고도를 추정할 수 있다.
예를 들어, 추정부(320)는 제1 지점 및 상기 제2 지점에서 발생하는 위상 차이(phase difference), 플랫폼의 위치, 관측점, 및 경로 중에서 적어도 하나를 고려하여 고도를 추정할 수 있다.
이하, 도 4a 내지 4c는 신호처리 방법 중 따로 생성된 두 개의 영상을 서로 곱해서 3D의 영상을 만드는 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.긴 노출 시간과 획득된 레이다 신호를 고려하고, 각각의 2차원 영상을 2개 생성하여 영상의 위상 차이(phase difference)를 이용함으로써 3D의 영상을 생성하고 이를 통해 고도를 측정할 수 있다.
서로 다른 위치에서 관측점을 향하는 경우, 서로 다른 고도로 인해 관측 지점이 다르게 되므로 베이스라인(baseline)이 생기게 되고 이후에는 3차원 추출을 위한 간섭계 합성 개구 레이더(Interferometric Synthetic Arerture Radar, InSAR)의 기법과 같게 된다.
먼저, 도 4a를 살펴보면, 도면부호 410은 영상 레이다가 A1의 위치에서 지표(관측점)를 관측하고 A2의 위치에서 지표(관측점)를 관측하는 경우 기하하적 관계를 이용하여 지표 지점의 고도 z를 계산할 수 있다.
영상 레이다는 A1의 위치에서 A2의 위치로 이동하지만, 지표면으로부터의 고도는 H로 일정하다. 마찬가지로, 지표(관측점)의 위치 역시 영상 레이다의 이동에 관계없이 일정하게 유지될 수 있다. 한편, 영상 레이다로부터 관측점까지의 거리는 앞선 [수학식 1]로 표현될 수 있는데, 도 4b 및 도 4c에서는 또 다른 관점에서 영상 레이다로부터 관측점까지의 거리를 산출할 수 있다.
다음으로, 도 4b를 살펴보면, A1의 지점, A3의 지점과 관측점 간 관계가 명확하게 표현될 수 있는 각도에서 본 발명을 설명한다.
도면부호 420에서 보는 바와 같이, A1에서 A3까지의 직선 거리인
Figure 112017036652914-pat00006
, A1에서 관측점 간의 중점까지의 거리
Figure 112017036652914-pat00007
, A3에서 A1과 관측점까지의 길이인
Figure 112017036652914-pat00008
, A3에서 관측점까지의 거리인
Figure 112017036652914-pat00009
을 이용하면, A1 지점에서 관측점까지의 거리 R1을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4c에서는 A1지점 및 A2지점에서 관측점까지의 거리를 계산하는 구체적인 실시예를 설명한다.
도면부호 430에서 보는 바와 같이, R1은 지표까지의 거리에 관측점의 고도가 반영된 높이를 고려하여 [수학식 2]를 통해 산출될 수 있다. 즉, 영상 레이다가 y방향으로 진행하는 경우 x-z평면에서볼 때 도 4c와 같이 나타낼 수 있으며, 이때의 고도 z는 위의 [수학식 2]와 같이 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017036652914-pat00010
[수학식 2]에서,
Figure 112017036652914-pat00011
는 관측점의 고도,
Figure 112017036652914-pat00012
는 영상 레이다의 고도,
Figure 112017036652914-pat00013
은 영상 레이다로부터 관측점까지의 직선 거리로 해석될 수 있다.
결국, 관측점의 고도는 코사인 법칙을 활용하여, 다음 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017036652914-pat00014
[수학식 3]에서,
Figure 112017036652914-pat00015
는 관측점의 고도,
Figure 112017036652914-pat00016
은 A1 지점의 영상 레이다에서 관측점까지의 직선 거리,
Figure 112017036652914-pat00017
는 A2 지점의 영상 레이다에서 관측점까지의 직선 거리,
Figure 112017036652914-pat00018
는 영상 레이다의 고도,
Figure 112017036652914-pat00019
는 영상 레이다에서 관측점까지의 각도,
Figure 112017036652914-pat00020
는 A1 지점에서 A2 지점까지의 거리,
Figure 112017036652914-pat00021
는 A1 지점에서 A2 지점에 이르는 가상의 선분과 A1 지점에서 A3 지점에 이르는 가상의 선분 간 이루는 각도로 해석될 수 있다. 또한,
Figure 112017036652914-pat00022
는 수신 신호의 위상차이로 해석될 수 있고,
Figure 112017036652914-pat00023
는 웨이브 번호(wave number)로 해석될 수 있다.
만약,
Figure 112017036652914-pat00024
로 치환하는 경우에
Figure 112017036652914-pat00025
는 안테나 A1 및 A3에서 관측점까지의 거리 차이로 해석될 수 있고,
Figure 112017036652914-pat00026
로 정리될 수 있다.
한편,
Figure 112017036652914-pat00027
는 [수학식 4]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017036652914-pat00028
[수학식 4]에서,
Figure 112017036652914-pat00029
는 수신 신호의 위상차이,
Figure 112017036652914-pat00030
는 안테나 A1 및 A3에서 관측점까지의 거리 차이,
Figure 112017036652914-pat00031
는 자연수로 해석될 수 있다.
본 발명에 따른 영상 레이다는 2 방향 프로퍼게이션(two way propagation)이기 때문에, [수학식 4]에서 k가 아니라 2배인 2k가 사용될 수 있다.
즉, 수신된 신호의 위상차(
Figure 112017036652914-pat00032
)는 위의 관계를 갖고 있으므로 플랫폼(platform)의 위치(R1, R2)를 알고, 관측점과 경로(
Figure 112017036652914-pat00033
)를 알면 A1지점과 A2지점의 위상차를 관측하여 관측 지점의 고도가 계산 가능하다.
[수학식 4]에서, 분모에
Figure 112017036652914-pat00034
가 들어가므로
Figure 112017036652914-pat00035
가 90도에 가깝거나 B가 0에 가까우면 계산이 부정확해질 수 있다. 따라서, A1과 A2지점이 멀수록
Figure 112017036652914-pat00036
가 작을수록 더 정밀한 고도값 계산이 가능하다.
결국, 본 발명을 이용하는 경우, 하나의 안테나와 하나의 경로를 이용하여 고도 정보를 추출할 수 있다. 뿐만 아니라, 고도 정보를 측정하기 위해 같은 지역을 여러 번 지나는데 필요한 시간 및 비용을 줄일 수 있고, 탄도 미사일에서의 고도 정보로 활용함으로써, 네비게이션 정보로 활용할 수 있다. 또한, 새로운 방법의 3차원 지형 정보를 획득할 수 있고, 관측점에 대한 고도를 추정하여 영상 관측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 고도 추정 방법을 설명하는 도면이다.
본 고도 추정 방법은 단일 경로와 단일 안테나를 이용한 영상 레이다의 고도를 측정하는 기술로서, 두 가지의 관측 방법과, 두 가지의 신호 처리 방법을 이용할 수 있다.
먼저, 관측 방법은 스포트라이트(spotlight) 모드, ScanSAR 모드를 각각 이용하여 관측의 정확도를 높일 수 있다. 관측을 위한 스포트라이트(spotlight) 모드, ScanSAR 모드는 서로 다른 시간에 각각 다른 관측을 위해 사용될 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 방법은 이동에 따른 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집할 수 있다(단계 510).
고도 추정 방법은 직접 아날로그/디지털 변환기(analog to digital convertor, ADC)를 이용한 샘플링을 한 신호와 디첩(dechirp) 또는 디랩핑(deramping)된 신호를 수신할 수 있다. 이를 위해, 영상 레이다는 펄스형태의 레이다 신호(Pulsed radar signal), FMCW, 버스트 펄스(burst pulses), 임펄스 신호를 송신할 수 있다.
고도 추정 방법은 신호가 수신되는 동안, 기계적 또는 전기적으로 빔 주향(beam) 방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가시킬 수 있다. 즉, 고도 추정 방법은 영상 레이다의 이동에 따른 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집할 수 있다.
다음으로, 일실시예에 따른 고도 추정 방법은 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축하여 포커싱 처리를 시작할 수 있다(단계 520). 일례로, 고도 추정 방법은 포커싱 처리를 위해, 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 궤적(locus)에 따른 신호로 모델링하고, 모델링된 신호에 기초하여 레인지 방향(range direction) 및 방위각 압축(azimuth compression)을 진행할 수 있다. 또한, 일실시예에 따른 고도 추정 방법은 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 고도에 따른 모델링을 수행할 수도 있다.
또한, 고도 추정 방법은 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적할 수 있다(단계 530). 예를 들어, 고도 추정 방법은 하나의 지역에서 고도에 따른 복수의 신호들을 매칭하여 가장 큰 상관값을 갖는 고도를 결정함으로써, 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적할 수 있다. 특히, 고도 추정 방법은 매칭 추적을 위해 복수의 신호들 각각의 크기를 2차원 이상의 다항식으로 피팅(fitting)하고, 궤적에 대한 신호를 상기 피팅(fitting)된 값을 기반으로 제거하되, 결과값이 임계값 이하가 되도록 피팅 및 제거 과정을 반복할 수 있다.
구체적으로, 고도 추정 방법은 단계 530의 매칭 결과가 임계값 이상인지를 판단할 수 잇다(단계 540).
즉, 포커싱 알고리즘에서는 신호 모델링 중 하나의 매칭을 수행했을 때 얻어지는 상수 값을 이용할 수 있고, 이 과정이 N*M*L번 반복되어야 한다. 또한, 고도 추정 방법은 상수 값이 임계값 이하가 되면 반복과정을 멈출 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 방법은 매칭 결과가 임계값 이하인 경우, 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 높이를 추정할 수 있다(단계 550).
도 6은 다른 일실시예에 따른 고해상도 2차원 영상 획득을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 고도 추정 방법은 레이다 신호를 송신하고(단계 610), 이에 상응하는 신호를 수신할 수 있다(단계 620). 또한, 신호가 수신되는 동안에 노출 시간을 증가시키기 위한 빔 주향(beam)방향의 스티어링(steering)을 수행할 수 있다(단계 630).
구체적으로, 일실시예에 따른 고도 추정 방법은 레이다 신호를 송신하되, 펄스형태의 레이다 시그널(Pulsed radar signal), 주파수변조연속파(FMCW), 버스트 펄스들(burst pulses), 및 임펄스 신호 중에서 적어도 하나의 형태를 포함하는 레이다 신호를 송신할 수 있다. 또한, 일실시예에 따른 고도 추정 방법은 송신된 신호에 상응하여 디지털 변환 및 샘플링된 신호와 디첩(dechirp) 또는 디랩핑(deramping)된 신호를 수신할 수 있다. 이때, 일실시예에 따른 고도 추정 방법은 신호들이 수신되는 동안 기계적 또는 전기적으로 빔 주향(beam)방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가시킬 수 있다.
일실시예에 따른 고도 추정 방법은 고해상도 2차원 영상을 얻기 위해 빔 주향(beam)방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가시키지만, 이 경우 1~2도 가량의 지향을 한다. 또한, 더 오랜 기간 지향을 하기 위해서는 큰 자세 기동(attitude maneuver)이 필요하고, 기동을 줄이기 위해 일실시예에 따른 고도 추정 방법은 전자적인 페이즈드 어레이(phased array) 안테나의 빔포밍에 기반하여 상기 자세 기동(attitude maneuver)을 수행할 수 있다.
도 7은 고도 추정 시스템에서의 관측을 위한 스포트라이트(spotlight) 모드를 보다 구체적으로 설명하는 도면이다.
도면부호 700에서 보는 바와 같이, 방위각 평면(azimuth plane)에서 안테나는 어느 하나의 표준 스트립 측면의 뷰(standard strip side view) 보다 긴 시간 동안 필요한 장면을 조명하기 위해 전반적인 획득 시간 동안 조정될 수 있다.
이를 통해 합성 안테나(synthetic antenna)의 길이를 증가시켜 방위각 해상도를 증가시킬 수 있고, 이러한 레이더 성능의 개선은 방위각 범위의 손실에 의해 보상될 수 있다.
스포트라이트(spotlight) 모드를 위해서는, 방위각과 비슷한 범위 분해능을 얻으려면 240 MHz 이하의 첩(chirp) 고 대역폭이 요구되므로 다운 링크 데이터 속도를 줄이기 위해 수신된 에코의 디-처프(de-chirping)가 필요하다.
따라서, 뷰의 획득은 방위각 안테나 포인팅으로부터 도출되는 기술적 제약 때문에 방위각 방향으로 제한될 수 있다.
고해상도 모드에서 스포트 확장은 스티어링 구성표에 의해 이루어 지므로 빔 스티어링 센터가 이미징 된 지점의 중심을 벗어나 위치해야만 한다. 전자 조향 체계는 각 타겟에 대해 관측 된 도플러 대역폭을 증가 시키지만 순간적인 풋프린트(instantaneous footprint)는 방위각 방향으로 슬라이딩 효과에 영향을 받을 수 있다.
고도 추정 시스템은 스포트라이트(spotlight) 모드를 이용하여 뷰를 관측하는 경우, 전체 액세스 영역에서 5 Km의 폭에 해당하는 뷰를 얻을 수 있고, 범위 방향에서 가능한 한 균일 한 해상도를 얻을 수 있으며, 보다 우수한 범위 분해능을 달성 할 수 있다.
도 8은 고도 추정 시스템에서의 관측을 위한 ScanSAR 모드를 보다 구체적으로 설명하는 도면이다.
도면부호 800에서 보는 바와 같이, 고도 추정 시스템은 ScanSAR 모드를 이용함으로써, 공간 해상도는 낮지만 표준 이미지에 비해 넓은 범위의 관측이 가능하다.
즉, 고도 추정 시스템은 안테나 빔을 인접한 서브 스와스(sub-swath)에 주기적으로 스테핑하여 더 넓은 범위의 swath를 얻을 수 있다. 다만, 이 모드에서는 합성 안테나 길이의 일부만 방위각에서 사용 가능하므로 방위각 해상도가 감소할 수 있다. 이러한 구성에서 획득은 인접한 스트립 모드에서 수행되기 때문에 방위각 방향에서는 사실상 무제한이다.
각 구성은 적절하게 결합 된 sub-swath 중 하나를 나타내며 필요한 총 지대를 커버할 수 있다.
고도 추정 시스템은 ScanSAR 모드를 이용하여 뷰를 관측하는 경우, 공칭 접근 지역에서 90 ~ 120 Km의 폭과 20 미터에서 1의 지상 샘플 거리를 달성 할 수 있고, 멀티 룩 기술을 적용하기 위해 범위 해상도를 증가시킴으로써 방사 분석 해상도를 향상시킬 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면 하나의 안테나와 하나의 경로를 이용하여 고도 정보를 추출할 수 있다. 또한, 고도 정보를 측정하기 위해 같은 지역을 여러 번 지나는데 필요한 시간 및 비용을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 탄도 미사일에서의 고도 정보로 활용함으로써, 네비게이션 정보로 활용할 수 있고, 새로운 방법의 3차원 지형 정보를 획득할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 관측점에 대한 고도를 추정하여 영상 관측의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 고도 추정 시스템 110: 원시 데이터 수집부
120: 포커싱 처리부 130: 추정부

Claims (12)

  1. 하나의 경로를 이동하면서 하나의 안테나를 통해 고도를 추정하는 시스템에 있어서,
    영상 레이다의 이동에 따른 상기 영상 레이다의 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집하는 원시 데이터 수집부;
    상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축하여 포커싱 처리하고, 상기 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 포커싱 처리부; 및
    상기 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 관측점의 고도를 추정하는 추정부
    를 포함하는 고도 추정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포커싱 처리부는,
    상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 궤적(locus)에 따른 신호로 모델링하고, 상기 모델링된 신호에 기초하여 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축을 진행하고, 상기 레인지 방향(range direction)으로 압축된 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 방위각 압축(azimuth compression)을 수행하는 고도 추정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포커싱 처리부는,
    레인지 마이그레이션 알고리즘(range migration algorithm), 확장 첩 스케일링(Extended chirp scaling), 프리퀀시 스케일링 알고리즘(Frequency Scaling algorithm), 레인지 도플러 알고리즘(range doppler algorithm), 백 프로젝션(back projection), 및 레인지 마이그레이션 알고리즘(range migration algorithm) 중에서 적어도 하나를 이용해서 상기 방위각 압축(azimuth compression)을 수행하는 고도 추정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포커싱 처리부는,
    상기 방위각 압축에 사용될 모델링된 신호와 상기 레인지 방향으로 압축된 신호 사이에서 가장 큰 상관 값을 찾고, 상기 찾아낸 상관 값에 기초하여 상기 관측점의 고도를 결정하는 고도 추정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포커싱 처리부는
    상기 방위각 압축에 사용될 모델링된 신호와 상기 레인지 방향으로 압축된 신호 각각의 크기를 2차원 이상의 다항식으로 피팅(fitting)하는 고도 추정 시스템.
  6. 하나의 경로를 이동하면서 하나의 안테나를 통해 고도를 추정하는 방법에 있어서,
    원시 데이터 수집부에서, 영상 레이다의 이동에 따른 상기 영상 레이다의 궤도정보 및 자세정보 중에서 적어도 하나가 포함된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 수집하는 단계;
    포커싱 처리부에서, 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축하여 포커싱 처리하는 단계;
    포커싱 처리부에서, 상기 포커싱 처리된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계; 및
    추정부에서, 상기 매칭 추적된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 이용해서 관측점의 고도를 추정하는 단계
    를 포함하는 고도 추정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포커싱 처리하는 단계는,
    상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 궤적(locus)에 따른 신호로 모델링하는 단계; 및
    상기 모델링된 신호에 기초하여 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 레인지 방향(range direction)으로 압축을 진행하고, 상기 레인지 방향으로 압축된 상기 수집된 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 원시 데이터를 방위각 압축(azimuth compression)을 진행하는 단계
    를 포함하는 고도 추정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 매칭 추적하는 단계는,
    상기 방위각 압축에 사용될 모델링된 신호와 상기 레인지 방향으로 압축된 신호 사이에서 가장 큰 상관값을 갖는 고도를 결정하는 단계
    를 포함하는 고도 추정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 매칭 추적하는 단계는,
    상기 방위각 압축에 사용될 모델링된 신호와 상기 레인지 방향으로 압축된 신호 각각의 크기를 2차원 이상의 다항식으로 피팅(fitting)하는 단계
    를 포함하는 고도 추정 방법.
  10. 펄스형태의 레이다 시그널(Pulsed radar signal), 주파수변조연속파(FMCW), 버스트 펄스들(burst pulses), 및 임펄스 신호 중에서 적어도 하나의 형태를 포함하는 레이다 신호를 송신하는 단계;
    상기 송신된 신호에 상응하여 디지털 변환 및 샘플링된 신호와 디첩(dechirp) 또는 디랩핑(deramping)된 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 신호들이 수신되는 동안 기계적 또는 전기적으로 빔 주향(beam)방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가하는 단계
    를 포함하는 고도 추정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노출 시간을 증가하는 단계 이후, 상기 빔 주향 방향의 스티어링(steering)에 상응하도록 자세 기동(attitude maneuver)을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 고도 추정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자세 기동(attitude maneuver)을 수행하는 단계는,
    전자적인 페이즈드 어레이(phased array) 안테나의 빔포밍에 기반하여 상기 자세 기동(attitude maneuver)을 수행하는 단계
    를 포함하는 고도 추정 방법.
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