KR101963895B1 - 해상 표적 탐지에 사용되는 sar 신호 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

해상 표적 탐지에 사용되는 sar 신호 처리 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명은 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 분할하여 분할 데이터를 생성하고, 생성된 분할 데이터로부터 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 해상 표적 영역을 결정하고, 분할 데이터로부터 결정된 해상 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 관심 영역을 추출하여 해상 표적 영상을 생성함으로써, 해상 표적의 탐지 확률을 증가시킬 수 있으며, 연산 효율 또한 증가시킬 수 있다.

Description

해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치 및 그 방법{SYNTHETIC APERTURE RADAR SIGNAL PROCESSING APPARATUS USED FOR MARITIME TARGET DETECTION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 원시 데이터를 분할한 분할 데이터를 이용하여 해상 표적을 탐지하는데 사용되는 SAR 신호를 처리하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
삼면이 바다인 지역적 특성으로 인해 수중 운동체 및 비행체 탐지와 해안선 감시에는 감시용 합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 센서 운용이 필수적이다.
합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)는 일반적인 레이더들과는 달리 레이더로부터 송신되는 탐지 신호가 지상에 위치하는 물체로부터 반사되는 것을 이용하여 지상의 물체에 대한 3차원 영상 정보를 생성하여 제공하는 레이더를 나타낸다. SAR의 주된 용도는 비행체에 탑재된 레이더를 이용하여 높은 크로스레인지(crossrange) 해상도의 긴 애퍼처(aperture)를 획득하기 위함으로, 이러한 SAR는 기상의 변화나 낮과 밤에 크게 영향을 받지 않는다. 따라서, SAR은 주 야간으로 해상의 감시 정찰을 위해 사용되고 있으며, 특히나 해상 SAR 영상의 경우 선박 모니터링과 Wake 탐지 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있다.
종래에 선박 탐지가 목적인 해상 SAR 영상의 경우 항공기 움직임 외에 선박의 이동이나 파도와 같은 해상 클러터의 영향에 추가적인 위상오차가 발생하므로 보다 정밀하게 SAR 영상에서 나타나는 위상 오차를 보상하기 위한 기술적 필요성이 대두되고 있다.
또한, 종래에는 전체 SAR 영상을 형성한 다음 필터링과 같은 특정 데이터 추출 기법으로 처리된 SAR 영상을 통해 움직이는 선박을 탐지한다. 따라서, 상술한 방법에 의해 처리된 SAR 영상은 선박의 움직임에 의해 화질이 저하된 SAR 영상에 해당하며, 화질이 저하된 SAR 영상을 기반으로 선박을 탐지하는 경우 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 해상 표적의 탐지 확률을 높일 수 있도록 수신된 레이더 신호에 관한 원시 데이터를 분할하여 분할 데이터를 생성하고, 생성된 분할 데이터로부터 해상 표적이 위치하는 해상 표적 영역을 결정하여, 결정된 해상 표적 영역만을 포함하는 관심 영역을 분할 데이터로부터 추출하고, 추출된 관심 영역을 신호 처리하여 해상 표적의 영상 데이터를 획득하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치는 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성하는 분할 데이터 생성부; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 해상 표적이 존재하는 해상 표적 영역을 상기 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 결정하는 해상 표적 영역 결정부; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 상기 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 추출하는 관심 영역 추출부; 및 상기 추출된 관심 영역에 포함된 상기 해상 표적의 영상을 생성하는 신호 처리부;를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스에 의한 해상 표적의 탐지에 사용하는 SAR 신호 처리 방법은 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성된 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 해상 표적이 존재하는 해상 표적 영역을 상기 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 결정하는 단계; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 상기 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 추출하는 단계; 및 상기 추출된 관심 영역에 포함된 상기 해상 표적의 영상을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법이 컴퓨터에서 수행하기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 프로그램이 기록된 저장 매체를 제공할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면 항공기와 선박의 움직임을 보다 정밀하게 보상함으로써 영상화질을 증가시킬 수 있으므로, 선박과 같은 해상 표적의 탐지 확률을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 원시 데이터가 분할된 분할 데이터에 포함된 복수 개의 데이터 셀들 중 해상 표적으로 식별된 데이터 셀에 대해 병렬처리가 가능해짐으로써 연산 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부의 구성을 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역 결정부의 구성을 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치를 멀티 프로세서로 구현한 블록도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 영역을 추출하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역을 결정하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다”등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)는 분할 데이터 생성부(100), 해상 표적 영역 결정부(200), 관심 영역 추출부(300) 및 신호 처리부(400)를 포함할 수 있다.
분할 데이터 생성부(100)는 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 수신된 신호에 관한 원시 데이터(Raw data)를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있다.
상술한 해상 표적을 탐지하기 위한 신호는 첩(chirp) 신호일 수 있다. 첩 신호는 시간에 따라 주파수가 일정하게 변하는 시간-주파수 특성을 갖는 신호를 나타낼 수 있다.
상술한 수신된 신호는 해상 표적 또는 파도와 비와 같은 해상 클러터에서 반사된 신호를 포함할 수 있다. 상술한 해상 표적은 해상 클러터 대비 레이더 단면적이 큰 선박과 같은 표적일 수 있다.
상술한 원시 데이터는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 획득하기 위한 데이터를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)는 레이더를 탑재하여 이동하고 이동 시마다 빔(Beam)을 이용하는 인공위성, 비행체 또는 무인기와 같은 레이더를 탑재한 탑재체로부터 영상 데이터를 전송 받을 수 있고, 중해상도의 표준 영상을 위한 스트립(Strip) 모드, 저해상도의 광역 관측을 위한 스캔(scan) 모드 또는 연속적으로 영상화된 영역을 비추기 위해 안테나 빔(Antenna beam)을 조절하여 좁은 지역이지만 고해상도의 영상을 획득할 수 있는 스포트라이트(spotlight) 모드를 이용하여 전송 받은 영상 데이터로부터 원시 데이터를 획득할 수 있다.
상술한 미리 결정된 방법에 따라 원시 데이터를 분할하는 것은 해상 표적에 대한 거리 및 방위각 정보를 고려하여 원시 데이터를 가로 및 세로 방향으로 분할하는 방법을 나타낼 수 있다. 상술한 원시 데이터는 거리 및 방위각 정보에 따라 기 설정된 개수의 가로 및 세로 블록으로 분할될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 상술한 원시 데이터를 해상 표적까지의 거리 정보를 고려하여 가로 방향으로 A개(A는 자연수), 방위각 정보를 고려하여 세로 방향으로 B개(B는 자연수)로 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있다. 상술한 방법에 의해 분할된 분할 데이터의 가로 및 세로 길이는 각각 거리 및 방위각 정보의 해상도를 나타낼 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 원시 데이터를 A X B로 분할할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 SAR 영상으로 생성하기 위한 움직임 보상 및 빔의 부엽을 감소시키기 위한 플링과 같은 전처리 기능을 수행할 수 있고, 전처리 된 데이터를 압축하여 압축된 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 동위상(In-Phase) 채널 및 반대위상(Quadrature-Phase) 채널인 I/Q 두 채널로 신호를 수신할 수 있고, 수신된 I/Q 형태의 SAR 원시 데이터에 대해서 SAR 영상으로 생성하기 위한 움직임 보상 및 불필요한 도플러 대역폭을 제거하여 빔의 부엽을 감소시키기 위한 샘플링과 같은 전처리 기능을 수행할 수 있으며, 전처리 된 데이터를 압축하여 압축된 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있다.
상술한 분할 데이터를 생성하는 구체적인 방법은 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부의 구성을 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 전처리부(110) 및 데이터 압축부(120)를 포함할 수 있다.
일반적으로, 표적이 이동하면 표적으로부터 수신된 레이더 신호에는 표적의 이동에 의한 위상 오차가 포함되어서 레이더 영상이 흐려지게 된다. 상술한 현상은 표적의 이동에 의한 도플러(Doppler) 효과에 의해 발생하는 위상 오차에 의하여 레이더 영상이 영향을 받기 때문이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리부(110)는 수신된 신호에 관한 원시 데이터에 대해 움직임 보상을 수행하여 상술한 위상 오차를 제거할 수 있다.
상술한 움직임 보상(motion compensation) 방법으로는 인공위성, 비행체 또는 무인기와 같은 레이더를 탑재한 탑재체의 속도 및 각 방향으로의 가속도를 추정하여 움직임을 보상하는 방법으로, 기준점에 대해 탑재체가 이동하는 플랫폼의 공간 내의 움직임에 따라 각각의 레이더 샘플의 위상을 천이시키는 방법일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리부(110)는 원시 데이터의 중심으로부터 멀어질수록 위상오차가 크게 발생하는 공간가변 위상오차(Spatial Variant Phase Error)를 보상하도록 수신된 신호에 관한 원시 데이터의 중심에 대해 상술한 움직임 보상 방법을 적용하여 위상 오차 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리부(110)는 상술한 방법에 의해 움직임이 보상된 원시 데이터를 디램핑(Deramping) 처리하여 디램핑 처리된 원시 데이터를 생성할 수 있다.
상술한 디램핑(Deramping) 처리 방법은 수신 신호에 해당하는 반사 첩 신호(chirp signal)를 송신 신호에 해당하는 송신 첩 신호와 직접 커플링(coupling)하는 방법일 수 있다. 상술한 디램핑 처리 방법은 고해상도 영상 획득을 위해 데이터 량과 처리 시간에 대한 이점으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리부(110)는 불필요한 도플러 대역폭을 제거하여 빔의 부엽을 감소시키기 위해 수신된 신호에 관한 디램핑 처리된 원시 데이터를 샘플링 할 수 있다. 상술한 샘플링 간격은 미리 설정된 시간 간격에 따라 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 상기 전처리된 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 전처리부(110)는 수신된 I/Q 형태의 SAR 원시 데이터에 대해서 SAR 영상을 생성하기 위한 움직임 보상을 수행할 수 있으며, 불필요한 도플러 대역폭을 제거하여 빔의 부엽을 감소시키기 위해 수신된 I/Q 형태의 SAR 원시 데이터를 샘플링 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 전처리부(110)는 수신된 I/Q 형태의 SAR 원시 데이터에 대해서 SAR 영상을 생성하기 위한 움직임 보상을 수행할 수 있으며, 움직임 보상이 수행된 SAR 원시 데이터를 디램핑 처리하여 디램핑 처리된 SAR 원시 데이터를 생성할 수 있고, 불필요한 도플러 대역폭을 제거하여 빔의 부엽을 감소시키기 위해 생성된 디램핑 처리된 SAR 원시 데이터를 미리 설정된 간격에 따라 샘플링 할 수 있다.
데이터 압축부(220)는 해상 표적을 빠르게 탐색하도록 해상 표적을 탐지하기 위해 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 미리 설정된 방법에 따라 압축할 수 있다.
상술한 압축된 원시 데이터는 보간 과정의 수행 없이 단지 방위와 거리 방향으로 압축된 데이터를 나타낼 수 있다.
상술한 압축은 수신된 반사 레이더 빔의 스캔으로부터의 예비 데이터인 여분 데이터를 제거함으로써 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 데이터 압축부(120)에서 압축된 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 데이터 압축부(120)는 디램핑 처리된 원시 데이터에 대해 보간 과정 없이 미리 설정된 방법에 따라 압축을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 압축부(120)는 SAR 영상형성 알고리즘 과정에 해당하는 보간 과정 없이 디램핑 처리된 원시 데이터를 압축시켜 압축 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 압축부(120)는 빠른 시간내에 선박과 같은 해상 표적의 위치를 먼저 탐색하기 위해 SAR 영상 형성 알고리즘에서 기본적으로 수행하는 보간 과정을 수행하기 전에 단지 방위와 거리방향으로 디램핑 처리된 원시 데이터를 압축할 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 전처리부(110)에서 전처리된 원시 데이터가 데이터 압축부(120)에서 압축된 압축 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있다.
다시 도 1을 참조하며, 해상 표적 영역 결정부(200)는 분할 데이터 생성부(100)에서 생성된 분할 데이터에서 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 상술한 해상 표적에 해당하는 데이터인 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역을 결정할 수 있다. 본 발명에서 원시 데이터 및 분할 데이터는 해상 표적에 대한 거리 및 방위각 정보를 고려하여 데이터 셀이 나열된 셀 어레이(Cell Array) 구조로 구현될 수 있다.
상술한 해상 표적 영역을 결정하는 구체적인 방법은 도 3을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역 결정부(200)의 구성을 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역 결정부(200)는 최대값 검출부(210), 표준편차 산출부(220), 데이터 셀 식별부(230) 및 데이터 셀 병합부(240)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 최대값 검출부(210)는 분할 데이터 생성부(100)에서 생성된 분할 데이터 내부의 데이터 셀의 데이터들의 절대값을 각각 연산하고, 연산된 절대값들 중에서 최대값을 검출할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 최대값 검출부(210)는 분할 데이터 생성부(100)에서 생성된 분할 데이터 내부의 데이터 셀의 데이터들의 절대값을 각각 연산하고, 연산된 절대값으로부터 최대값을 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 최대값 검출부(210)는 상술한 방법에 의해 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 표준편차 산출부(220)는 검출된 최대값의 표준편차(So)를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표준편차 산출부(220)는 최대값 검출부(210)에서 검출된 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차를 각각 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 식별부(230)는 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값과 표준편차 산출부에서 산출된 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차 대비 해상 클러터 크기와 해상 표적에 해당하는 레이더 단면적(Radar Cross Section, RCS) 차이를 고려하여 설정된 제1 임계치(Vth)와 비교하여, 제1 임계치(Vth)보다 큰 최대값을 가지는 데이터 셀을 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀로 식별할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 임계치(Vth)는 수신 신호 상에서 표적 데이터가 존재하는 데이터 셀을 식별하기 위한 값으로, 구체적으로 제1 임계치(Vth)는 아래의 수학식 1과 같이 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중에서 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀을 식별하기 위한 값으로 설정될 수 있다.
Figure 112018105608610-pat00001
상술한 수학식 1에서 D(a,b)는 분할 데이터 내부의 데이터 셀의 위치를 나타내고, Max는 최대값을 구하는 함수를 나타내며, S는 표준편차를 구하는 함수를 나타내고, α1 은 제1 임계치(Vth)를 정하기 위한 조절 상수로서 특정 레이더 단면적(RCS) 값을 가지는 해상 표적이 노이즈 레벨 대비 수신 신호 상에서 획득되는 파워 값을 조절하여 설정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 식별부(230)는 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중에서 제1 임계치(Vth) < 데이터 셀의 최대값인 데이터 셀만을 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀로 식별할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 식별부(230)는 상술한 방법에 의해 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중에서 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀을 복수 개 식별할 수 있다.
데이터 셀 식별부(230)에서 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별된 데이터 셀들이 복수 개이고, 식별된 복수 개의 데이터 셀들이 연속적으로 나타난 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 병합부(240)는 연속적으로 나타난 식별된 복수 개의 데이터 셀들에 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정할지 여부를 연속적으로 나타난 식별된 복수 개의 데이터 셀들의 최대값들을 고려하여 판단할 수 있고, 판단된 결과에 따라 연속적으로 나타난 식별된 복수 개의 데이터 셀들을 병합할 수 있다.
구체적으로, 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별된 데이터 셀과 인접한 복수 개의 데이터 셀들 중 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별된 적어도 하나의 인접 데이터 셀이 존재할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상술한 식별된 데이터 셀과 인접한 인접 데이터 셀들은 복수 개일 수 있다. 예를 들어, 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별된 인접 데이터 셀은 식별된 데이터 셀의 상하좌우대각 방향에 위치하는 식별된 데이터 셀과 인접한 8개의 데이터 셀들 중에서 적어도 하나의 데이터 셀일 수 있다. 즉, 인접 데이터 셀은 최소 1개부터 최대 8개일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 병합부(240)는 식별된 데이터 셀에 위치하는 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적의 데이터가 상술한 인접 데이터 셀에 위치한다고 추정할지 여부를 적어도 하나의 인접 데이터 셀의 최대값을 고려하여 판단할 수 있고, 판단된 결과에 따라 식별된 데이터 셀과 적어도 하나의 인접 데이터 셀을 병합할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 병합부(240)는 표준편차 산출부(220)에서 산출된 해상 표적 데이터가 위치하는 인접 데이터 셀의 최대값의 표준편차와 상술한 식별된 데이터 셀에 인접한 적어도 하나의 인접 데이터 셀의 최대값에 따라 설정된 제2 임계치(Cth)를 비교하여, 인접 데이터 셀의 최대값의 표준편차가 상술한 제2 임계치(Cth) 보다 작으면, 식별된 데이터 셀과 인접 데이터 셀에 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정하여 식별된 데이터 셀과 인접 데이터 셀을 병합할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 임계치(Cth)는 아래의 수학식 2와 같이 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별된 데이터 셀이 연속적으로 나타나는 경우, 연속적으로 나타난 식별된 데이터 셀들에 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정할지 여부를 판단하기 위한 값으로 설정될 수 있다.
Figure 112018105608610-pat00002
상술한 수학식 2에서 Ds(c, d)는 분할 데이터 내부의 식별된 데이터 셀과 인접한 인접 데이터 셀의 위치를 나타내고, S(Ds(c, d))는 Ds(c, d)에서의 표준편차를 구하는 함수를 나타내며, α2는 제2 임계치(Cth)를 정하기 위한 조절 상수로서 식별된 데이터 셀에 인접한 인접 데이터 셀들의 최대값의 분포 범위를 이용하여 설정될 수 있으며, 1 보다 작은 값을 가지는 조절 상수로 설정될 수 있다.
구체적으로, 상술한 인접 데이터 셀들의 최대값이 식별된 데이터 셀의 최대값보다 상대적으로 큰 경우 α2의 값이 0.7보다 작은 값인 상대적으로 작은 값으로 설정될 수 있고, 상술한 인접 데이터 셀들의 최대값이 식별된 데이터 셀의 최대값보다 상대적으로 작은 경우 α2의 값이 1보다 작은 값이고 0.7보다 큰 값인 상대적으로 높은 값으로 설정될 수 있다.
상술한 α2의 값이 작게 설정될수록 식별된 데이터 셀과 동일한 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀로 추정되는 인접 데이터 셀의 개수가 증가한다.
상술한 인접한 인접 데이터 셀들은 바람직하게 식별된 데이터 셀을 기준으로 식별된 데이터 셀로부터 상하좌우대각에 위치한 인접한 식별된 데이터 셀들일 수 있으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역 결정부(200)는 식별된 데이터 셀에 위치하는 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적의 데이터가 인접 데이터 셀에 위치한다고 추정할지 여부를 판단하여, 식별된 데이터 셀에 위치하는 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적의 데이터가 인접 데이터 셀에 위치한다고 판단하는 경우 식별된 데이터 셀과 인접 데이터 셀이 병합된 병합 데이터를 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역 결정부(200)는 식별된 데이터 셀에 위치하는 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적의 데이터가 인접 데이터 셀에 위치하지 않는다고 판단하면, 식별된 데이터 셀과 인접 데이터 셀은 각각 다른 해상 표적 데이터가 위치하는 것으로 판단하여 식별된 데이터 셀은 제1 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있고, 인접 데이터 셀은 제2 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 식별부(230)가 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중에서 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀이 복수 개가 있다고 식별하고 상술한 식별된 복수 개의 데이터 셀들이 연속적으로 나타나지 않는 경우, 해상 표적 영역 결정부(200)는 상술한 식별된 복수 개의 데이터 셀들 각각을 서로 다른 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 식별된 복수 개의 데이터 셀들이 3개가 있는 경우, 식별된 제1 데이터 셀을 제1 해상 표적 영역으로 결정하고, 식별된 제2 데이터 셀을 제2 해상 표적 영역으로 결정하며, 식별된 제3 데이터 셀을 제3 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 식별부(230)가 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중에서 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀이 복수 개가 있다고 식별하고 상술한 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중에서 일부만 연속적으로 나타나는 경우, (i) 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 병합부(240)가 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중에서 일부만 연속적으로 나타나는 데이터 셀들이 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정하여 연속적으로 나타나는 데이터 셀들을 병합하면, 해상 표적 영역 결정부(200)는 병합된 데이터 셀에 제1 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있고, 병합된 데이터 셀과 연속적으로 나타나지 않는 식별된 복수 개의 데이터 셀들 각각을 제1 해상 표적 데이터와 다른 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다. (ii) 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 병합부(240)가 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중에서 일부만 연속적으로 나타나는 데이터 셀들이 동일한 해상 표적 데이터가 위치하지 않는다고 추정하면, 해상 표적 영역 결정부(200)는 식별된 복수 개의 데이터 셀들 각각을 서로 다른 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 데이터 셀 식별부(230)에서 식별된 복수 개의 데이터 셀들이 3개가 있고, 식별된 3개의 데이터 셀들 중 식별된 제1 데이터 셀과 제2 데이터 셀이 인접하며, 식별된 제3 데이터 셀은 제1 데이터 셀 및 제2 데이터 셀 모두와 인접하지 않고, (i) 데이터 셀 병합부(240)가 식별된 제1 데이터 셀과 제2 데이터 셀에 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정하여 제1 데이터 셀과 제2 데이터 셀을 병합한 경우, 해상 표적 영역 결정부(200)는 제1 데이터 셀과 제2 데이터 셀이 병합된 데이터 셀을 제1 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정하고, 식별된 제3 데이터 셀은 제1 해상 표적 데이터와 다른 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다. (ii) 데이터 셀 병합부(240)가 식별된 제1 데이터 셀 및 식별된 제1 데이터 셀과 인접한 제2 데이터 셀에 서로 다른 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정한 경우, 해상 표적 영역 결정부(200)는 식별된 제1 데이터 셀을 제1 해상 표적 영역으로 결정하고, 식별된 제2 데이터 셀을 제2 해상 표적 영역으로 결정하며, 식별된 제3 데이터 셀을 제3 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 관심 영역 추출부(300)는 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 분할 데이터 생성부(100)에서 생성된 분할 데이터로부터 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 영역 추출부(300)는 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 설정하고, 분할 데이터 생성부(100)에서 생성된 분할 데이터로부터 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 설정된 해상 표적의 위치를 기준으로 거리 방향으로 추출할 수 있다.
상술한 해상 표적 데이터를 포함하는 해상 표적 영역이 해당하는 거리를 E(m)으로 나타낼 수 있으며, E(m)에 따라 추출된 관심 영역을 F(m)으로 나타낼 수 있다. 상술한 E(m)에 따라 추출된 관심 영역인 F(m)은 해상 표적 데이터의 개수에 따라서 복수 개의 관심 영역들을 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 영역 추출부(300)는 압축된 원시 데이터가 분할된 분할 데이터를 방위 방향에 대해서만 압축되기 전 원래 데이터로 변환한 후, 방위 방향으로 변환된 데이터로부터 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 거리 방향으로 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 영역 추출부(300)는 압축된 원시 데이터가 분할된 분할 데이터를 방위 방향에 대해서만 압축을 해제하여, 방위 방향으로 압축이 해제된 분할 데이터로부터 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 거리 방향으로 추출할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 영역 추출부(300)는 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역이 복수 개의 경우 방위 방향으로 변환된 데이터로부터 해상 표적 영역 결정부(200)에서 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 거리 방향으로 복수 개 추출할 수 있다.
신호 처리부(400)는 관심 영역 추출부(300)에서 추출된 관심 영역에 포함된 해상 표적의 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 움직임 보상을 수행하여 위상 오차를 감소시키도록 관심 영역 추출부(300)에서 추출된 관심 영역인 F(m)의 중심에 해당하는 중심 파라미터인 Tg(m)을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 관심 영역 추출부(300)에서 추출된 관심 영역의 중심에 해당하는 Tg(m)을 기준으로 움직임 보상을 수행하여 움직임 보상 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 획득된 움직임 보상 데이터의 중심에 해당하는 중심 파라미터인 Tg(m)의 위상 값을 0으로 만들기 위한 디램핑 처리를 수행하여 디램핑 처리 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 움직임 보상을 수행하여 위상 오차를 감소시키도록 관심 영역 추출부(300)에서 거리 방향으로 추출된 관심 영역인 F(m)의 중심에 해당하는 중심 파라미터인 Tg(m)을 설정할 수 있고, Tg(m)이 설정된 관심 영역을 거리 방향으로 압축되기 전 원래 데이터로 변환할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 관심 영역 추출부(300)에서 거리 방향으로 추출된 관심 영역의 F(m)의 중심에 해당하는 중심 파라미터인 Tg(m)이 설정된 관심 영역을 거리 방향에 대해 압축을 해제하고, 거리 방향으로 압축이 해제된 관심 영역에 포함된 해상 표적의 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 거리 방향으로 변환된 데이터의 중심에 해당하는 Tg(m)을 기준으로 움직임 보상을 수행하여 움직임 보상 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 신호 처리부(400)는 거리 방향으로 압축이 해제된 관심 영역의 중심에 해당하는 Tg(m)을 기준으로 움직임 보상을 수행하여 움직임 보상 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 상술한 움직임 보상 데이터를 거리 방향으로 변환된 데이터의 중심에 해당하는 Tg(m)의 위상 값을 0으로 만들기 위한 디램핑 처리를 수행하여 디램핑 처리 데이터를 획득할 수 있다. 즉 신호 처리부(400)는 상술한 움직임 보상 데이터를 거리 방향으로 압축이 해제된 관심 영역의 중심에 해당하는 Tg(m)의 위상 값을 0으로 만들기 위한 디램핑 처리를 수행하여 디램핑 처리 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 디램핑 처리 데이터로부터 해상 표적의 영상을 생성할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 디램핑 처리 데이터에 SAR 영상 형성 알고리즘 수행하여 해상 표적의 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상술한 SAR 영상 형성 알고리즘으로는 1차원 스펙트럼 보간(one-dimensional spectrum interpolation)을 수행하는 RMA(Range Migration Algorithm)이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 공간가변 위상오차를 감소시켜 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 획득하도록 관심 영역 추출부(300)에서 추출된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역에 방위 위상 오차를 추정하고 보상하여 방위 성능을 개선하는 신호처리 기반의 위상 보상 과정인 자동초점(Autofocus) 기법을 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 상술한 방법에 의해 획득된 디램핑 처리 데이터에 자동초점 기법을 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 SAR 영상 형성 알고리즘의 수행으로 생성된 해적 표적의 영상에 자동초점 기법을 적용할 수 있다.
상술한 자동초점 기법은 크게 거리정렬(range bin alignment) 과정과 위상보정(phase adjustment) 과정으로 나뉠 수 있다.
거리정렬과정은 레이더와 표적 사이의 거리를 일정하게 같은 값으로 정렬하는 과정으로서, 1차원 레이더 영상인 레인지 프로파일(range profile) 사이의 상관도(correlation)를 이용한 방법, 스펙트럼 영역 위상 차이를 이용한 방법 등이 있다.
위상보정 과정은 거리정렬 과정에서 보상되지 않은 위상오차를 제거한다. 위상보정 기법에는 도플러 중심 트래킹(Doppler Centroid Tracking) 기법, 위상 기울기 자동초점(phase gradient autofocus, PGA) 기법 및 주요 점 처리(Prominent Point Processing, PPP) 기법 등이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 상술한 자동 초점 기법을 이용하여 관심 영역 추출부(300)에서 추출된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역의 공간가변 위상오차를 감소시켜 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 생성하여 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 상술한 자동 초점 기법을 이용하여 상술한 방법에 의해 획득된 디램핑 처리 데이터의 공간가변 위상오차를 감소시켜 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 생성하여 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 상술한 자동 초점 기법을 이용하여 상술한 SAR 영상 형성 알고리즘의 수행으로 생성된 해적 표적의 영상의 공간가변 위상오차를 감소시켜 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 생성하여 획득할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 공간가변 위상오차가 감소된 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 공간 가변 위상 오차가 감소된 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 SAR 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 관심 영역 추출부(300)에서 추출된 관심 영역을 거리 방향으로 압축되기 전 원래 데이터인 원시 데이터의 형태로 변환할 수 있으며, 상술한 방법을 이용하여 거리 방향으로 변환된 관심 영역에 포함된 해상 표적 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 데이터가 M 개(M은 자연수)이고, 관심 영역 추출부(300)에서 추출된 관심 영역 또한 M 개인 경우, 신호 처리부(400)는 상술한 과정을 반복하여 추출된 관심 영역의 개수인 M 개의 해상 표적의 영상을 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(400)는 생성된 총 M 개의 해상 표적의 영상에 각각 자동 초점 기법을 적용하여 공간가변 위상오차가 감소된 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터 M 개를 획득할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)는 상술한 과정을 통하여 해상 표적을 탐지하기 위해 수신된 신호로부터 총 M 개의 해상 표적을 나타내는 고해상도 SAR 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)는 디스플레이부(도면에 미도시)를 더 포함할 수 있다. 상술한 디스플레이부는 신호 처리부(400)에서 획득된 공간가변 위상오차를 감소시켜 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 사용자에게 제공하도록 디스플레이 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이부는 해상 표적이 탐지된 영상 데이터가 M 개인 경우 M 개의 해상 표적을 나타내는 고해상도 SAR 영상을 디스플레이하여 사용자에게 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(20)는 분할 데이터 생성부(100), 최대값 검출부(210), 표준편차 산출부(220), 데이터 셀 식별부(230), 데이터 셀 병합부(240), 관심 영역 추출부(300), 신호 처리부(400), 위치 정보 추출부(500) 및 주제어부(600)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부(100)는 도 2에 도시된 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)에 포함된 전처리부(110) 및 데이터 압축부(120)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(20)에 포함된 최대값 검출부(210), 표준편차 산출부(220), 데이터 셀 식별부(230) 및 데이터 셀 병합부(240)는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)의 해상 표적 영역 결정부(200)에 대응될 수 있다. 또한 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(20)에 포함된 신호 처리부(400) 및 주제어부(600)의 기능은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)의 신호 처리부(400)에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(20)는 위치 정보 추출부(500)를 더 포함할 수 있고, 위치 정보 추출부(500)는 획득된 공간가변 위상오차가 감소된 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터에 포함된 해상 표적의 위치 정보를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 정보 추출부(500)는 획득된 공간가변 위상오차가 감소된 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터에 존재하는 해상 표적의 위치에서의 픽셀 수를 기반으로 해상 표적의 위치에 해당하는 위경도(위도 및 경도)를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 정보 추출부(500)는 획득된 공간가변 위상오차가 감소된 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터에 존재하는 해상 표적의 위치에서의 픽셀 수와 임무 정보를 기반으로 해상 표적의 위치에 해당하는 위경도(위도 및 경도)를 추출할 수 있다.
해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(20)에서 주제어부(600)는 원시 데이터를 수집하거나, 원시 데이터가 분할된 분할 데이터들을 전송하거나, 수신하며, 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 과정을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치를 멀티 프로세서로 구현한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)가 수행하는 신호 처리 과정은 중앙 프로세서(700) 및 복수 개의 로컬 프로세서들(800)을 포함하는 멀티 프로세서에서 구현되어 신호 처리 과정의 연산 시간을 단축할 수 있다. 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)는 단일의 프로세서에서 구현되어 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 과정을 수행할 수 있음은 물론이다.
중앙 프로세서(700)는 분할 데이터 생성부(100), 해상 표적 영역 결정부(200) 및 관심 영역 추출부(300)의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 중앙 프로세서(700)는 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성할 수 있으며, 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 분할 데이터에서 해상 표적 영역을 결정할 수 있고, 분할 데이터로부터 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 추출할 수 있다. 중앙 프로세서(700)는 추출된 관심 영역을 복수 개의 로컬 프로세서들(800)로 전송할 수 있다.
예를 들어, 중앙 프로세서(700)는 해상 표적이 탐지된 영상 데이터 및 해상 표적의 위치 정보들을 복수 개의 로컬 프로세서들(800)로부터 각각 수신할 수 있고, 전송 받은 해상 표적이 탐지된 영상 데이터 및 해상 표적의 위치 정보들을 업데이트 할 수 있으며, 업데이트 된 해상 표적에 관한 정보를 디스플레이하여 사용자에게 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예로, 복수 개의 로컬 프로세서들(800) 각각은 중앙 프로세서(700)에서 추출된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 수신할 수 있고, 수신된 관심 영역에 대해서 움직임 보상, 디램핑 처리 및 SAR 영상 형성 과정을 통해 공간가변 위상오차를 감소시켜 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 획득된 공간가변 위상오차가 감소된 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터에 존재하는 해상 표적 위치의 픽셀 수와 임무 정보를 기반으로 해상 표적의 위치 정보를 획득할 수 있다. 복수 개의 로컬 프로세서들(800) 각각은 획득된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터 및 해상 표적의 위치 정보를 중앙 프로세서(700)로 전송할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치(10)는 분할 데이터 생성부(100), 해상 표적 영역 결정부(200), 관심 영역 추출부(300) 및 신호 처리부(400)의 기능을 중앙 프로세서(700) 및 복수 개의 로컬 프로세서들(800)에서 구현함으로써 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 과정을 신속하게 수행할 수 있다.
지금까지 도 1 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치에 대해서 설명하였다.
그러나, 도 1 내지 도 5에 예시된 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 영역을 추출하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, x 좌표는 거리 방향을 나타내고 y 좌표는 방위 방향을 나타낸다.
또한, 도 6은 해상 표적 데이터(231 내지 233)가 3개인 경우를 도시하였으나, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 해상 표적의 개수는 다양할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부에서 생성된 분할 데이터 내부의 데이터 셀의 좌표는 D(A, B)로 나타내며, 도 6에서는 A는 11, B는 0로 데이터 셀의 좌표는 D(1,1) 부터 D(11, 9)까지의 좌표로 나타낼 수 있지만, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며 A와 B는 다양한 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분할 데이터 생성부에 포함된 전처리부는 수신된 신호에 관한 원시 데이터의 중심에 해당하는 D(6, 5) 좌표에서 움직임 보상 방법을 적용하여 위상 오차 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역 결정부에 포함된 데이터 셀 식별부는 분할 데이터의 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중에서 D(1,1), D(2,1), D(7,3), D(7,4), D(7,5), D(8,3), D(8,4), D(8,5), D(9,3), D(9,4), D(9,5), D(2,8), D(2,9), D(3,8), D(3,9), D(4,8) 및 D(4,9) 좌표의 데이터 셀들 각각에 해상 표적 데이터가 위치한다고 식별할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역 결정부에 포함된 데이터 셀 병합부는 D(1,1) 좌표와 D(2,1) 좌표에 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정하여 D(1,1) 좌표의 데이터 셀과 D(2,1) 좌표의 데이터 셀을 병합하여 병합된 제1 데이터 셀을 제1 해상 표적 데이터(231)가 위치하는 제1 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 병합부는 D(7,3), D(7,4), D(7,5), D(8,3), D(8,4), D(8,5), D(9,3), D(9,4) 및 D(9,5) 좌표에 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정하여 D(7,3), D(7,4), D(7,5), D(8,3), D(8,4), D(8,5), D(9,3), D(9,4) 및 D(9,5) 좌표의 데이터 셀들을 병합하여 병합된 제2 데이터 셀을 제2 해상 표적 데이터(232)가 위치하는 제2 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 셀 병합부는 D(2,8), D(2,9), D(3,8), D(3,9), D(4,8) 및 D(4,9) 좌표에 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정하여 D(2,8), D(2,9), D(3,8), D(3,9), D(4,8) 및 D(4,9) 좌표의 데이터 셀들을 병합하여 병합된 제3 데이터 셀을 제3 해상 표적 데이터(233)가 위치하는 제3 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 영역 추출부는 제1 내지 제3 해상 표적 영역들을 각각 거리 방향에 따라 제1 내지 제3 관심 영역들로 추출할 수 있다.
예를 들어, 제1 해상 표적 영역의 거리 방향에 해당하는 E(1)에 따라 제1 해상 표적 영역을 포함하는 제1 관심 영역인 F(1)(301)으로 추출할 수 있고, 제2 해상 표적 영역의 거리 방향에 해당하는 E(2)에 따라 제2 해상 표적 영역을 포함하는 제2 관심 영역인 F(2)(302)로 추출할 수 있으며, 제3 해상 표적 영역의 거리 방향에 해당하는 E(3)에 따라 제3 해상 표적 영역을 포함하는 제3 관심 영역인 F(3)(303)으로 추출할 수 있다.
상술한 제1 내지 제3 관심 영역인 F(1) 내지 F(3)(303)은 거리 방향에 따라 추출된 것이므로 상술한 제1 내지 제3 관심 영역인 F(1) 내지 F(3)(303)은 거리 방향은 다르지만, 방위 방향에 대해서는 동일하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부는 움직임 보상을 수행하여 위상오차를 0으로 만들기 위해 관심 영역 추출부에서 거리 방향으로 추출된 관심 영역인 F(m)의 중심에 해당하는 중심 파라미터인 Tg(m)을 설정할 수 있다.
구체적으로, 도 6에서 제1 거리 방향 E(1)으로 추출된 제1 관심 영역인 F(1)(301)의 중심에 해당하는 파라미터인 Tg(1)은 D(6,1)의 데이터 셀에 위치하고, 제2 거리 방향 E(2)로 추출된 제2 관심 영역인 F(2)(302)의 중심에 해당하는 파라미터인 Tg(2)은 D(6,4)의 데이터 셀에 위치하며, 제3 거리 방향 E(3)으로 추출된 제3 관심 영역인 F(3)(303)의 중심에 해당하는 파라미터인 Tg(3)은 D(6,8) 좌표와 D(6,9) 좌표에 해당하는 데이터 셀들의 가운데에 위치한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부는 제1 관심 영역인 F(1)(301)은 Tg(1)을 기준으로 움직임 보상을 수행할 수 있고, 제2 관심 영역인 F(2)(302)는 Tg(2)를 기준으로 움직임 보상을 수행할 수 있으며, 제3 관심 영역인 F(3)(303)은 Tg(3)을 기준으로 움직임 보상을 수행할 수 있다.
상술한 방법에 의해 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부는 제1 해상 표적 데이터(231)가 위치하는 제1 관심 영역인 F(1)(301)으로부터 제1 해상 표적이 탐지된 제1 영상 데이터를 생성할 수 있고, 제2 해상 표적 데이터(232)가 위치하는 제2 관심 영역인 F(2)(302)로부터 제2 해상 표적이 탐지된 제2 영상 데이터를 생성할 수 있으며, 제3 해상 표적 데이터(233)가 위치하는 제3 관심 영역인 F(3)(303)으로부터 제3 해상 표적이 탐지된 제3 영상 데이터를 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법은 컴퓨팅 디바이스에 의하여 수행될 수 있으며, 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치와 동일한 방식으로 동작한다
도 7을 참조하면, 컴퓨팅 디바이스는 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 생성한다(S710).
상술한 원시 데이터는 SAR 영상을 획득하기 위한 데이터를 나타낼 수 있다.
컴퓨팅 디바이스는 생성된 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성한다(S720).
상술한 미리 결정된 방법에 따라 원시 데이터를 분할하는 것은 해상 표적에 대한 거리 및 방위각 정보를 고려하여 원시 데이터를 가로 및 세로 방향으로 분할하는 방법을 나타낼 수 있다. 상술한 원시 데이터는 거리 및 방위각 정보에 따라 기 설정된 개수의 가로 및 세로 블록으로 분할될 수 있다.
상술한 분할 데이터를 생성하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 생성된 분할 데이터로부터 해상 표적이 존재하는 해상 표적 영역을 결정한다(S730).
본 발명에서 원시 데이터 및 분할 데이터는 해상 표적에 대한 거리 및 방위각 정보를 고려하여 데이터 셀이 나열된 셀 어레이(Cell Array) 구조로 구현될 수 있다.
상술한 해상 표적 영역을 결정하는 구체적인 방법은 도 9에서 후술하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 생성된 분할 데이터로부터 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 추출한다(S740).
본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 설정하고, 설정된 해상 표적의 위치를 기준으로 거리 방향으로 분할 데이터로부터 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 추출할 수 있다.
상술한 관심 영역을 추출하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 추출된 관심 영역에 포함된 해상 표적의 영상을 생성한다(S750).
본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 SAR 영상 형성 알고리즘 수행하여 추출된 관심 영역으로부터 해상 표적의 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상술한 SAR 영상 형성 알고리즘으로는 1차원 스펙트럼 보간(one-dimensional spectrum interpolation)을 수행하는 RMA(Range Migration Algorithm)이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 데이터가 M 개(M은 자연수)이고, 추출된 관심 영역 또한 M 개인 경우, 컴퓨팅 디바이스는 상술한 과정을 반복하여 추출된 관심 영역의 개수인 M 개의 해상 표적의 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 생성된 해상 표적의 영상을 사용자에게 제공하도록 디스플레이 할 수 있다. 즉, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 해상 표적이 탐지된 영상 데이터가 M 개인 경우 M 개의 해상 표적을 나타내는 고해상도 SAR 영상을 디스플레이하여 사용자에게 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 컴퓨팅 디바이스는 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 획득한다(S811).
컴퓨팅 디바이스는 획득된 원시 데이터에 대해 위상 오차를 제거하기 위한 움직임 보상의 수행 및 미리 설정된 간격에 따라 샘플링하여 전처리를 수행한다(S812).
본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 획득된 원시 데이터에 대해 움직임 보상을 수행하고, 움직임이 보상된 원시 데이터를 디램핑(Deramping) 처리하여 디램핑 처리된 원시 데이터를 생성할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 불필요한 도플러 대역폭을 제거하여 빔의 부엽을 감소시키기 위해 수신된 신호에 관한 디램핑 처리된 원시 데이터를 샘플링 할 수 있다. 상술한 샘플링 간격은 미리 설정된 시간 간격에 따라 결정될 수 있다.
상술한 전처리 수행에 대한 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 해상 표적을 빠르게 탐색하도록 해상 표적을 탐지하기 위해 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 미리 설정된 방법에 따라 압축한다(S813).
상술한 압축된 원시 데이터는 보간 과정의 수행 없이 단지 방위와 거리 방향으로 압축된 데이터일 수 있고, 상술한 압축은 수신된 반사 레이더 빔의 스캔으로부터의 예비 데이터인 여분 데이터를 제거함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 디램핑 처리된 원시 데이터에 대해 보간 과정 없이 미리 설정된 방법에 따라 압축을 수행할 수 있다.
상술한 원시 데이터를 압축하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 압축된 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할 데이터를 생성한다(S814).
상술한 미리 결정된 방법에 따라 원시 데이터를 분할하는 것은 해상 표적에 대한 거리 및 방위각 정보를 고려하여 원시 데이터를 가로 및 세로 방향으로 분할하는 방법을 나타낼 수 있다. 상술한 원시 데이터는 거리 및 방위각 정보에 따라 기 설정된 개수의 가로 및 세로 블록으로 분할될 수 있다.
상술한 분할 데이터를 생성하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 생성된 분할 데이터에서 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역을 결정한다(S820). 상술한 해상 표적 영역을 결정하는 구체적인 방법은 도 9에서 후술하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 압축된 원시 데이터가 분할된 분할 데이터를 방위 방향에 대해서만 압축을 해제하여 방위 방향에 대해 압축이 해제된 해상 표적 영역이 결정된 분할 데이터를 획득한다(S831).
컴퓨팅 디바이스는 방위 방향으로 압축이 해제된 분할 데이터로부터 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 추출한다(S832).
본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 방위 방향으로 압축이 해제된 분할 데이터로부터 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 거리 방향으로 추출할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스는 움직임 보상을 수행하여 위상 오차를 감소시키도록 상술한 방법에 의해 추출된 관심 영역의 중심에 해당하는 중심 파라미터를 설정한다(S833).
본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 움직임 보상을 수행하여 위상 오차를 감소시키도록 거리 방향으로 추출된 관심 영역의 중심에 해당하는 중심 파라미터를 설정할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스는 중심 파라미터가 설정된 관심 영역을 거리 방향에 대해 압축을 해제하여 거리 방향에 대해 압축이 해제된 관심 영역을 획득한다(S841).
컴퓨팅 디바이스는 거리 방향으로 압축이 해제된 관심 영역의 중심에 해당하는 Tg(m)을 기준으로 움직임 보상을 수행하여 움직임 보상 데이터를 획득한다(S842). 상술한 움직임 보상 데이터를 획득하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 상술한 움직임 보상 데이터를 거리 방향으로 압축이 해제된 관심 영역의 중심의 위상 값을 0으로 만들기 위한 디램핑 처리를 수행하여 디램핑 처리 데이터를 획득한다(S843). 상술한 디램핑 처리 데이터를 획득하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 디램핑 처리 데이터에 SAR 영상 형성 알고리즘 수행하여 해상 표적의 영상을 생성한다(S844). 상술한 SAR 영상 형성 알고리즘을 수행하여 해상 표적 영상을 생성하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
컴퓨팅 디바이스는 자동 초점 기법을 이용하여 상술한 SAR 영상 형성 알고리즘의 수행으로 생성된 해적 표적의 영상의 공간가변 위상오차를 감소시켜 영상 품질이 향상된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 생성하여 획득한다(S845). 상술한 자동 초점 기법을 이용하여 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 생성하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
해상 표적 데이터의 개수가 M 개(M은 자연수)이고, 상술한 방법에 의해 생성된 해상 표적이 탐지된 영상 데이터가 m 번째(m은 자연수)에 해당하는 경우, 컴퓨팅 디바이스는 m이 M 보다 더 큰 값인지를 비교하여 판단한다(S850).
판단 결과, m이 M보다 같거나 작으면 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 상술한 과정을 반복하여 m+1번째 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 생성할 수 있고, 상술한 과정을 반복하여 m이 M보다 크다면 컴퓨팅 디바이스는 총 M 개의 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 생성한다(S860).
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 디바이스는 상술한 방법에 의해 생성된 M 개의 해상 표적이 탐지된 영상 데이터를 나타내는 고해상도 SAR 영상을 디스플레이하여 사용자에게 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 영역을 결정하는 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 컴퓨팅 디바이스는 분할 데이터 내부의 데이터 셀의 데이터들의 절대값을 각각 연산하고(S910), 연산된 절대값들 중에서 최대값을 검출하며(S920), 검출된 최대값의 표준편차를 산출한다(S930).
컴퓨팅 디바이스는 검출된 데이터 셀의 최대값과 산출된 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차 대비 해상 클러터 크기와 상기 해상 표적에 해당하는 레이더 단면적 차이를 고려하여 설정된 제1 임계치와 비교하여 최대값이 제1 임계치 보다 큰 값인지 판단한다(S940).
상술한 제1 임계치를 설정하는 방법은 전술한 수학식 1을 이용하여 설정할 수 있다.
판단 결과, 컴퓨팅 디바이스는 검출된 데이터 셀의 최대값이 제1 임계치 보다 같거나 작으면, 최대값이 검출된 데이터 셀에는 해상 표적 데이터가 위치하지 않는다고 판단하여 분할 데이터 내부의 다른 데이터 셀을 선택하여 상술한 과정을 반복할 수 있다.
판단 결과, 컴퓨팅 디바이스는 검출된 데이터 셀의 최대값이 제1 임계치 보다 큰 경우 상술한 최대값에 해당하는 데이터 셀을 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀로 식별한다(S950).
상술한 방법에 의해 컴퓨팅 디바이스는 식별된 데이터 셀이 복수 개인지 판단한다(S960).
판단 결과, 컴퓨팅 디바이스는 식별된 데이터 셀이 복수 개가 아닌 경우 식별된 데이터 셀을 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
판단 결과, 컴퓨팅 디바이스는 식별된 데이터 셀이 복수 개인 경우, 식별된 복수 개의 데이터 셀들이 서로 인접하는지 판단한다(S970).
판단 결과, 컴퓨팅 디바이스는 식별된 복수 개의 데이터 셀들이 서로 인접하지 않는다고 판단하면 식별된 복수 개의 데이터 셀들 각각에 서로 다른 해상 표적 데이터가 위치하는 복수 개의 해상 표적 영역들로 결정할 수 있다.
판단 결과, 컴퓨팅 디바이스는 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중 서로 인접하는 적어도 하나의 데이터 셀이 존재한다고 판단하면, 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중 식별된 데이터 셀과 인접하는 적어도 하나의 인접 데이터 셀에 식별된 데이터 셀에 위치하는 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정할지 여부를 산출된 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차 중에서 인접 데이터 셀의 최대 값의 표준편차와 상술한 식별된 데이터 셀에 인접한 적어도 하나의 인접 데이터 셀의 최대값에 따라 설정된 제2 임계치를 비교하여 판단한다(S980).
상술한 제2 임계치를 설정하는 방법은 전술한 수학식 2를 이용하여 설정할 수 있다.
판단 결과, 인접 데이터 셀의 최대값의 표준편차가 제2 임계치 보다 크거나 같으면, 컴퓨팅 디바이스는 식별된 데이터 셀과 인접 데이터 셀에는 서로 다른 해상 표적 데이터가 위치한다고 추정하여 식별된 데이터 셀과 인접 데이터 셀에 각각 서로 다른 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
판단 결과, 인접 데이터 셀의 최대값의 표준편차가 제2 임계치 보다 작으면, 컴퓨팅 디바이스는 식별된 데이터 셀에 위치하는 해상 표적 데이터과 동일한 해상 표적 데이터가 인접 데이터 셀에 위치한다고 추정하여 식별된 데이터 셀과 인접 데이터 셀을 병합한다(S990).
따라서, 컴퓨팅 디바이스는 병합된 데이터 셀을 하나의 해상 표적 데이터가 위치하는 해상 표적 영역으로 결정할 수 있다.
도 7 내지 도 9에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 4 및 도 5에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치는 해상 환경에서 획득된 항공 SAR 영상으로부터 선박 등과 같은 해상 표적을 보다 정확하게 탐지하도록 빠른 시간 내에 해상 표적 데이터의 위치를 먼저 탐색한 다음, 탐지된 표적 데이터의 위치를 기준으로 분할 처리, 움직임 보상 및 디램프(Deramp) 처리 과정 등의 SAR 영상형성 과정을 재수행함으로써 원시 데이터의 공간가변 위상오차를 감소시킬 수 있다. 따라서 항공기와 선박의 움직임을 보다 정밀하게 보상함으로써 영상화질을 증가시킬 수 있으므로, 선박 탐지 확률을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치는 다양한 환경으로 구성되어 있는 지상 환경 대비 해상 환경의 경우 파도와 비와 같은 해상 클러터의 세기가 작고, 해상에 레이더 단면적의 크기가 큰 선박과 같은 표적만 있는 경우에는 탐지된 해상 표적의 데이터만 추출하여 처리함으로써 공간 가변 위상오차를 감소시킬 수 있으며, 추출된 관심데이터만 처리할 수 있으므로 연산 효율성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 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 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
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.
10: SAR 신호 처리 장치 300: 관심 영역 추출부
100: 분할 데이터 생성부 400: 신호 처리부
200: 해상 표적 영역 결정부

Claims (13)

  1. 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성하는 분할 데이터 생성부; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 해상 표적이 존재하는 해상 표적 영역을 상기 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 결정하는 해상 표적 영역 결정부; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 상기 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 추출하는 관심 영역 추출부; 및 상기 추출된 관심 영역에 포함된 상기 해상 표적의 영상을 생성하는 신호 처리부;를 포함하며,
    상기 해상 표적 영역 결정부는, 상기 생성된 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중 각각의 데이터 셀에 포함된 데이터들의 절대값을 각각 연산하고, 상기 연산된 각각의 데이터 셀에 포함된 데이터들의 절대값으로부터 상기 각각의 데이터 셀의 최대값을 검출하는 최대값 검출부; 상기 검출된 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차를 산출하는 표준편차 산출부; 및 상기 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값과 상기 표준편차 산출부에서 산출된 상기 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차 대비 해상 클러터 크기와 상기 해상 표적에 해당하는 레이더 단면적 차이를 고려하여 설정된 제1 임계치와 비교하여, 상기 복수 개의 데이터 셀들 중에서 상기 제1 임계치보다 큰 최대값을 가지는 데이터 셀을 상기 해상 표적의 데이터인 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀로 식별하는 데이터 셀 식별부;를 포함하고, 상기 식별된 데이터 셀을 상기 해상 표적 영역으로 결정하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식별된 데이터 셀이 복수 개이고, 상기 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중 적어도 두 개의 식별된 데이터 셀들이 서로 인접하고, 상기 해상 표적 데이터가 상기 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중 식별된 제1 데이터 셀에 위치하면,
    상기 해상 표적 영역 결정부는,
    상기 식별된 제1 데이터 셀에 위치하는 상기 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적 데이터가 상기 복수 개의 식별된 데이터 셀들 중 상기 식별된 제1 데이터 셀과 인접하는 적어도 하나의 인접 데이터 셀에 위치한다고 추정할지 여부를 상기 적어도 하나의 인접 데이터 셀의 최대값을 고려하여 판단하고, 상기 판단된 결과에 따라 상기 식별된 제1 데이터 셀과 상기 적어도 하나의 인접 데이터 셀을 병합하는 데이터 셀 병합부;를 더 포함하고,
    상기 병합된 데이터 셀을 상기 해상 표적 영역으로 결정하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 데이터 셀 병합부는,
    상기 산출된 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차 중에서 상기 인접 데이터 셀의 최대 값의 표준편차와 상기 식별된 제1 데이터 셀에 인접한 상기 적어도 하나의 인접 데이터 셀의 최대값에 따라 설정된 제2 임계치를 비교하여, 상기 인접 데이터 셀의 최대값의 표준편차가 상기 제2 임계치보다 작으면, 상기 식별된 데이터 셀에 위치하는 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적 데이터가 상기 인접 데이터 셀에 위치한다고 추정하여 상기 식별된 데이터 셀과 상기 인접 데이터 셀을 병합하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분할 데이터 생성부는,
    상기 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 방위 방향 및 거리 방향으로 압축을 수행하는 데이터 압축부;를 포함하고,
    상기 분할 데이터 생성부는 상기 압축된 원시 데이터를 상기 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 상기 분할 데이터를 생성하고,
    상기 관심 영역 추출부는 상기 방위 방향에 대해 압축된 상기 분할 데이터의 압축을 해제하고, 상기 방위 방향으로 압축이 해제된 분할 데이터로부터 상기 관심 영역을 상기 거리 방향으로 추출하며,
    상기 신호 처리부는 상기 추출된 관심 영역의 압축을 상기 거리 방향에 대해 해제하고, 상기 거리 방향으로 압축이 해제된 관심 영역에 포함된 상기 해상 표적의 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분할 데이터 생성부는,
    상기 원시 데이터의 중심으로부터 멀어질수록 위상오차가 크게 발생하는 공간가변 위상오차(Spatial Variant Phase Error)를 보상하도록 상기 원시 데이터의 중심에 대해 움직임 보상 방법을 적용하여 움직임이 보상된 원시 데이터를 생성하고, 상기 움직임 보상된 원시 데이터를 디램핑(Deramping) 처리하여 디램핑 처리된 원시 데이터를 생성하며, 상기 디램핑 처리된 원시 데이터를 미리 설정된 간격에 따라 샘플링하는 전처리부;를 더 포함하고,
    상기 분할 데이터 생성부는 상기 전처리된 원시 데이터를 상기 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 상기 분할 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 추출된 관심 영역의 중심에 해당하는 중심 파라미터를 설정하고, 상기 설정된 중심 파라미터를 기준으로 움직임 보상을 수행하여 움직임 보상 데이터를 획득하며, 상기 획득된 움직임 보상 데이터의 중심의 위상 값을 감소시키기 위한 디램핑 처리를 수행하여 디램핑 처리 데이터를 획득하고, 상기 획득된 디램핑 처리 데이터에 방위 위상 오차를 추정하고 보상하여 방위 성능을 개선하는 신호처리 기반의 위상 보상 과정인 자동초점(Autofocus) 기법을 적용하여 상기 해상 표적의 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 해상 표적의 영상에 존재하는 상기 해상 표적의 위치에서의 픽셀 수를 기반으로 상기 해상 표적의 위치에 해당하는 위도 및 경도를 추출하는 위치 정보 추출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 미리 결정된 방법에 따라 분할하는 것은 상기 해상 표적에 대한 거리 및 방위각 정보를 고려하여 상기 압축된 원시 데이터를 가로 및 세로 방향으로 분할하는 것이고,
    상기 원시 데이터는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 획득하기 위한 데이터인 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 장치.
  10. 컴퓨팅 디바이스에 의한 해상 표적의 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법에 있어서, 상기 해상 표적을 탐지하기 위한 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 관한 원시 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성된 원시 데이터를 미리 결정된 방법에 따라 분할하여 분할 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 해상 표적이 존재하는 해상 표적 영역을 상기 해상 표적의 레이더 단면적을 고려하여 결정하는 단계; 상기 생성된 분할 데이터로부터 상기 결정된 해상 표적 영역을 포함하는 관심 영역을 상기 결정된 해상 표적 영역에 포함된 해상 표적의 위치를 기준으로 추출하는 단계; 및 상기 추출된 관심 영역에 포함된 상기 해상 표적의 영상을 생성하는 단계;를 포함하며,
    상기 해상 표적 영역을 결정하는 단계는, 상기 생성된 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 중 각각의 데이터 셀에 포함된 데이터들의 절대값을 각각 연산하고, 상기 연산된 각각의 데이터 셀에 포함된 데이터들의 절대값으로부터 상기 각각의 데이터 셀의 최대값을 검출하는 단계; 상기 검출된 분할 데이터 내부의 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차를 산출하는 단계; 및 상기 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값과 상기 산출된 상기 복수 개의 데이터 셀들 각각의 최대값의 표준편차 대비 해상 클러터 크기와 상기 해상 표적에 해당하는 레이더 단면적 차이를 고려하여 설정된 제1 임계치와 비교하여, 상기 복수 개의 데이터 셀들 중에서 상기 제1 임계치보다 큰 최대값을 가지는 데이터 셀을 상기 해상 표적의 데이터인 해상 표적 데이터가 위치하는 데이터 셀로 식별하는 단계;를 포함하고, 상기 식별된 데이터 셀을 상기 해상 표적 영역으로 결정하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 식별된 데이터 셀이 복수 개이고, 복수 개의 상기 식별된 데이터 셀들 중 적어도 두 개의 식별된 데이터 셀들이 서로 인접하고, 상기 해상 표적 데이터가 상기 식별된 복수 개의 데이터 셀들 중 식별된 제1 데이터 셀에 위치하면,
    상기 해상 표적 영역을 결정하는 단계는,
    상기 식별된 제1 데이터 셀에 위치하는 상기 해상 표적 데이터와 동일한 해상 표적 데이터가 상기 복수 개의 식별된 데이터 셀들 중 상기 식별된 제1 데이터 셀과 인접하는 적어도 하나의 인접 데이터 셀에 위치한다고 추정할지 여부를 상기 적어도 하나의 인접 데이터 셀의 최대값을 고려하여 판단하고, 상기 판단된 결과에 따라 상기 식별된 제1 데이터 셀과 상기 적어도 하나의 인접 데이터 셀을 병합하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 병합된 데이터 셀을 상기 해상 표적 영역으로 결정하는 것을 특징으로 하는 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법.
  13. 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여 제10항, 제12항 중 어느 한 항에 기재된 해상 표적 탐지에 사용되는 SAR 신호 처리 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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