KR102018594B1 - 안테나 이득 패턴 보상 방법 및 장치 - Google Patents

안테나 이득 패턴 보상 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

합성개구레이더의 안테나 이득 패턴을 시간 영역과 주파수 영역에서 보상하여 이중으로 방사보정을 수행하는 방법에 연관된다. 보다 구체적으로 특정 고각에 대하여 주파수 영역의 방사보정을 수행하고, 특정 주파수에 대하여 시간 영역의 방사보정을 수행함으로써 상기 안테나 이득 패턴을 보상한다.

Description

안테나 이득 패턴 보상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING ANTENNA GAIN PATTERN}
위성 영상의 품질을 개선하는 장치 및 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 합성개구레이더의 안테나 이득 패턴을 보상하여 위성 영상의 방사 품질(radiometric quality)을 개선하는 장치 및 방법에 연관된다.
기존의 영상 레이더 위성은 대역폭이 300MHz 미만인 협대역 시스템으로 개발되었다. 따라서 안테나 방사 이득 패턴(antenna radiometric gain pattern) 설계시 단일 중심 주파수에 따른 안테나 모델을 정립하고, 그 모델을 적용하여 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 영상 내 밝기 값의 변화를 균일하게 만드는 상대방사보정(Relative Radiometric Calibration)을 수행한다.
합성개구레이더의 대역폭이 300MHz 미만으로 좁은 경우에는 안테나 방사 이득 패턴의 역함수를 적용하여 비교적 간단하게 방사 오차(radiometric error)를 보상할 수 있다. 그러나 광대역 시스템인 경우(300MHz 이상)에는 주파수의 변화에 따라서 방사 이득 패턴도 변화하기 때문에, 방사 이득 패턴의 중심이 이동하여 변화된 크기 값들이 신호의 광대역 주파수 내에서 합성된 복합적 영향으로 시스템에 반영된다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1058773호 (등록공고일: 2011년08월24일) 2. EP 공개특허 EP 2008-170042호 (출원공개일: 2009년06월03일) 3. 미국 등록특허 US 8,427,358호 (등록공고일: 2013년04월23일)
일실시예에 따르면 컴퓨터에 의해 적어도 일시적으로 구현되는 방법에 있어서, 제1 주파수 대역에서 안테나 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하는 단계를 포함하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법을 개시한다.
다른 일실시예에 따르면 상기 주파수 영역에서 보상하는 단계는, 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수를 곱하는 단계를 포함하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법일 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면 상기 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수는, 시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법이 개시된다.
일실시예에 따르면 컴퓨터에 의해 적어도 일시적으로 구현되는 방법에 있어서, 제1 주파수 대역에서, 안테나 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하는 단계; 및 상기 안테나 이득 패턴을 시간 영역에서 보상하는 단계를 포함하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법이 개시된다.
다른 일실시예에 따르면 상기 주파수 영역에서 보상하는 단계는, 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수를 곱하는 단계를 포함하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법일 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면 상기 시간 영역에서 보상하는 단계는, 주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수를 곱하는 단계를 포함하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법일 수 있다.
다른 일실시예에 따르면 상기 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수는, 시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법일 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수는, 상기 시스템 대역폭 내에서 상기 시간 영역에서의 안테나 이득 함수에 주파수 영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법도 개시된다.
또 다른 일실시예에 따르면 상기 제1 주파수 대역은 9.2 GHz 이상 10.4 GHz 이하인 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법이 개시된다.
일측에 따르면 컴퓨터에 의해 적어도 일시적으로 구현되는: 제1 주파수 대역에서 안테나 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하는 프로세서를 포함하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치가 개시된다.
다른 일측에 따르면 상기 프로세서는, 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수를 곱하여 상기 주파수 영역에서 보상을 수행하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치일 수 있다.
또 다른 일측에 따르면 상기 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수는, 시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치도 개시된다.
일측에 따르면 컴퓨터에 의해 적어도 일시적으로 구현되고, 제1 주파수 대역에서, 안테나 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하고, 상기 안테나 이득 패턴을 시간 영역에서 보상하는 프로세서를 포함하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치가 개시된다.
다른 일측에 따르면 상기 프로세서는, 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수를 곱하여 상기 주파수 영역에서 보상을 수행하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치일 수 있다.
또 다른 일측에 따르면 상기 프로세서는, 주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수를 곱하여 상기 시간 영역에서 보상을 수행하는 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치가 개시된다. 또한 상기 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수는, 시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치일 수 있다. 보다 구체적으로 시스템 대역폭 내에서 상기 안테나 이득 패턴의 주파수 영역의 역함수와 함께, 송신 변조 신호열에 의한 수신 신호열의 주파수 영역 신호 및 송신 변조 신호열의 공액 복소 레플리카 신호의 주파수영역 신호의 곱을 역푸리에 변환하고, 상기 시스템 대역폭 내에서 상기 안테나 이득 패턴의 시간 영역에서의 역함수에 곱하여, 제1 주파수 변화율의 특성과 제1 고각 변화율의 특성이 반영되도록 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치일 수 있다.
다른 일측에 따르면 상기 주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 이득 값들에 반영되는 함수는, 상기 시스템 대역폭 내에서 상기 시간 영역에서의 안테나 이득 함수에 주파수 영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치도 개시된다.
일측에 따르면 제1 주파수 대역은 9.2 GHz 이상 10.4 GHz 이하인 안테나 이득 패턴을 보상하는 장치가 개시된다.
또 다른 일실시예에 따르면 상기 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체도 개시된다.
도 1은 일실시예에 따른 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법을 도시한다.
도 2는 일실시예에 따라 고각 변화에 대한 안테나 이득 패턴의 변화를 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 고각의 변화에 대한 방사 영역을 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 주파수 변화에 대한 유효 이득 패턴을 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른 주파수 및 고각의 변화에 대한 유효 이득 패턴을 도시한다.
도 6은 일실시예에 따라 200 MHz에서 유효 이득 패턴을 적용한 그래프를 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른 도 6의 결과를 확대한 그래프이다.
도 8은 일실시예에 따라 600 MHz에서 유효 이득 패턴을 적용한 그래프를 도시한다.
도 9은 일실시예에 따른 도 8의 결과를 확대한 그래프이다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
영상 레이더 자료를 활용하기 위해서는 동일한 대상물이 영상 내에 존재할 때 그 응답 크기가 동일하게 유지되어야 한다. 따라서 합성개구레이더의 안테나 방사 이득 패턴인
Figure 112017059537102-pat00001
가 입사각(θ)에 따라 그 크기가 변하므로 역함수인
Figure 112017059537102-pat00002
를 적용하는 보상 과정이 요구된다. 이 경우 상대 방사 보상 과정에서 적용되는 g2(θ) 가 합성개구레이더 시스템의 특성을 정확히 반영하며, 변하지 않는다는 가정하에 보상 과정이 수행된다. 따라서 시스템 대역폭에 따라 주파수 응답특성이 변하지 않거나 거의 차이가 없는 경우에, 도 3에 나타나듯이 θmin, θm, θmax 에 따른 변화만을
Figure 112017059537102-pat00003
를 이용하여 방사 보정(radiometric calibration)한다.
중심 주파수(fc)를 기준으로 주파수 변화량(Δf)이 ±150 MHz 미만인 경우에 이상적인 단일 형태의 방사 패턴을 나타낸다고 가정하여, 시간 영역에서
Figure 112017059537102-pat00004
을 적용하는 단순한 상대 방사 보정을 수행한다. 보다 구체적으로 아래의 수학식 1을 살펴본다.
Figure 112017059537102-pat00005
기존 협대역(Narrow Band Width)의 경우에
Figure 112017059537102-pat00006
는 전구간 고각 범위 θW에서 '시간 영역에서의 안테나 이득 패턴'이며, 즉, 중심주파수
Figure 112017059537102-pat00007
에서
Figure 112017059537102-pat00008
를 의미한다. J-1 는 '푸리에 역변환'이며,
Figure 112017059537102-pat00009
는 '송신 변조 신호열(
Figure 112017059537102-pat00010
)에 의한 수신 신호열(
Figure 112017059537102-pat00011
)의 주파수 영역 신호'를 가리킨다.
Figure 112017059537102-pat00012
는 '송신 변조 신호열(
Figure 112017059537102-pat00013
)의 공액 복소(complex conjugate) 레플리카(replica) 신호의 주파수영역 신호 중 거리방향(range) 성분'을 의미한다. 단, 해석적 용이성을 위하여 방위 및 거리방향의 2차원이 아닌 방사 품질(radiometric quality)에 의존성이 큰 거리(range) 방향으로만 고려한다. 즉, 이상적으로 방사 보상되는 개구합성신호 (
Figure 112017059537102-pat00014
)은 시간영역에서의 안테나 이득 패턴에 대하여 '송신 변조 신호열에 대한 수신 신호열의 주파수 영역 신호'와 '송신 변조 신호열의 공액 복소 레플리카 신호의 주파수 영역 신호 중 거리방향 성분'을 곱하고 이 값을 푸리에 역변환하여 시간 영역에서의 안테나 이득 패턴에 곱한 값이다.
그러나 중심 주파수(fc)를 기준으로 주파수 변화량(Δf)이 ±300 MHz 이상인 경우에 상기 수학식 1처럼 단일 중심 주파수인 fc 기준의 기존 단순한 상대 방사 보정을 수행하면 오차가 크게 발생한다. 따라서 제1 제안으로 주파수 영역의 보상을 수행하여 방사 보정의 정확도를 개선하는 방법과, 제2 제안으로 시간 영역의 보상과 주파수 영역의 보상을 동시에 수행하는 이중 방사 보상으로 방사 정확도를 개선하는 방법을 제시한다.
도 1은 일실시예에 따른 안테나 이득 패턴을 보상하는 방법을 도시한다. 안테나 이득 패턴(110)에 대하여, 시스템 대역폭에 따라서 기존의 시간 영역 보상이 아니라, 제1 제안인 주파수 영역 단일 보상(130)과 제2 제안인 시간 및 주파수 영역 보상(120, 130)을 수행함으로써 기존보다 향상된 방사 보상 결과 영상(140)을 구할 수 있다.
상기 이득 패턴(110)은 시스템의 고각 θW와 주파수 fBW에 따라 변화한다. 그러나 결과 영상의 다양한 활용을 위해서는 동일한 대상물의 경우에 고각과 주파수가 다르더라도 동일한 크기의 응답특성을 나타내는 것이 바람직하다. 따라서 제안되는 시간 영역 단일 보상(120)과, 주파수 영역 단일 보상(130) 또는 시간 및 주파수 영역 이중 보상(120, 130)을 수행하는 것이 필요하다.
시간 영역 단일 보상(120)은 시스템 대역폭 내에서 주파수 특성이 반영되는 시간 영역의 안테나 이득 값의 역수를 곱하여 안테나 이득 패턴을 보상하고, 주파수 영역 보상(130)은 고각의 변화 특성이 반영되는 주파수 영역의 안테나 이득 값의 역수를 곱하여 안테나 이득 패턴을 보상한다.
보다 구체적으로, 수학식 2를 살펴본다.
Figure 112017059537102-pat00015
협대역 및 광대역 시스템의 경우에 안테나 설계 및 제작에 따라 단일 중심 주파수를 기준으로 시간 영역 안테나 이득 패턴을 이용한 기존의 방사 보상이 부정확한 경우가 있다. 상기 단일 중심 주파수가 아닌 시스템 주파수 대역에서의 안테나 이득 변화를 고려한 시간 영역 단일 방사 보상을 수행한다. 즉,
Figure 112017059537102-pat00016
이기 때문에 시스템 대역폭 내 주파수 대역(fBW)에서의 이득 변화를 고려해야 한다.
따라서 유효 주파수
Figure 112017059537102-pat00017
에 대한
Figure 112017059537102-pat00018
을 고려한다. 시간 영역 단일 보상(120)은 근사적으로 유효 주파수
Figure 112017059537102-pat00019
에서 이득 변화를 고려하여,
Figure 112017059537102-pat00020
인 경우가 된다. 따라서 상기 수학식 2와 같이 시간 영역에서 주파수에 따른 이득변화를 모든 고각
Figure 112017059537102-pat00021
에 대하여 수행함으로써 기존 방법보다 정밀하게 보상을 수행한다.
시간 영역 단일 보상(120)에서는
Figure 112017059537102-pat00022
를 이용하여 빔 폭 내에서의 모든 고각 θ에 대한 변화를 반영한다.
Figure 112017059537102-pat00023
를 구성하기 위해서는
Figure 112017059537102-pat00024
의 이득 변화 효과를 시간 영역으로 투영시킬 수 있어야 한다. 이를 위해 시간 영역 유효 이득 패턴을 정의한다. 상기 시간 영역 유효 이득 패턴은
Figure 112017059537102-pat00025
으로 정의한다. 상기 시간 영역 유효 이득 패턴은 예시적으로 그러나 한정되지 않게 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00026
이하에서는 시간 영역 유효 이득 패턴을 대역폭(BW)구간에서 안테나 이득 패턴에 시스템 대역폭 내에서의 가중함수
Figure 112017059537102-pat00027
를 고려하여 적분한 값을 이용한다.
상기 시간 영역 단일 보상(120)을 수행함으로써 방사 보상된 결과 영상(I(θ), 140)을 구할 수 있다. 주파수 영역 이득 변화가 반영되는 시간 영역 단일 패턴을 활용하여 합성개구레이더의 영상을 캘리브레이션(Calibration)할 수 있다.
다음으로 주파수 영역 단일 보상을 위한 수학식 4를 살펴본다.
Figure 112017059537102-pat00028
협대역 및 특히 광대역 시스템(예시적으로 대역폭이 300MHz 이상)의 경우에는 전체 주파수 대역폭(BW)에서 이득 변화가 중요하기 때문에, 단일 중심 주파수에 대한 이득 변화를 보상하는 것으로 전체 주파수 대역폭(BW)에 대한 이득 변화를 보상할 수 없다. 즉,
Figure 112017059537102-pat00029
이기 때문에 광대역 시스템에서는 전체 주파수 대역에서의 이득 변화를 고려해야 한다.
시간 영역인
Figure 112017059537102-pat00030
에서의 이득변화 보다 주파수 영역인
Figure 112017059537102-pat00031
에서의 이득변화가 더 크다면,
Figure 112017059537102-pat00032
이기 때문에, 주파수 영역 보상(130)에서는
Figure 112017059537102-pat00033
을 이용하여 빔 폭 내에서 시스템 주파수 대역 f 에 대한 변화를 반영한다.
Figure 112017059537102-pat00034
를 구성하기 위해서는
Figure 112017059537102-pat00035
의 이득 변화 효과를 주파수 영역으로 투영시킬 수 있어야 한다. 이를 위해 주파수 영역 유효 이득 패턴을 정의한다. 상기 주파수 영역 유효 이득 패턴은
Figure 112017059537102-pat00036
으로 정의한다. 상기 주파수 영역 유효 이득 패턴은 예시적으로 그러나 한정되지 않게 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00037
이하에서는 시간 영역 유효 이득 패턴을 대역폭(BW)구간에서 안테나 이득 패턴에 시스템 대역폭 내에서의 가중함수
Figure 112017059537102-pat00038
를 고려하여 적분한 값을 이용한다.
상기 주파수 영역 단일 보상(130)만을 수행 함으로써도 방사 보상된 결과영상 (I(θ), 140)을 구할 수 있다. 이로써 주파수 영역 이득변화가 반영된 주파수 영역 단일 패턴으로 합성개구레이더의 영상을 캘리브레이션(Calibration)한다.
최종적으로 주파수 및 시간 영역 이중 보상을 제안하며, 이를 위해서는 수학식 6를 살펴본다.
Figure 112017059537102-pat00039
광대역 시스템에서도 대역폭이 넓어질 수록, 안테나 설계의 특성상 시간 및 주파수 두 가지 영역 모두에서 이득변화가 심화된다. 결국 대역폭이 넓어질수록, 제1 제에서와 다르게
Figure 112017059537102-pat00040
일 뿐만 아니라
Figure 112017059537102-pat00041
인 경우가 발생한다. 따라서, 주파수 및 시간 영역의 복합적 이득 변화율은 단일 차원에서의 보정기법으로 구현이 어려우므로, 각각의 영역에서
Figure 112017059537102-pat00042
와 같이 유효한 이득변화를 사용하여 이중보상을 구성한다.
먼저 유효 고각
Figure 112017059537102-pat00043
에 대해 수학식 5를 이용한
Figure 112017059537102-pat00044
를 고려한다. 상기 수학식 6과 같이 유효 고각
Figure 112017059537102-pat00045
에 대하여 신호 처리를 포함한 주파수 영역 보상(130)을 수행한다. 상기 주파수 영역 보상(130)은 근사적으로 특정 고각 θc 에서 고려한 주파수영역 보상이기 때문에, 광대역 시스템에서의 정밀한 방사 보상을 위해서는 시간 영역에서의 안테나 이득 패턴을 추가적으로 보상해주어야 한다.
시간 영역 보상(120)에서는 유효 주파수
Figure 112017059537102-pat00046
에 대해 수학식 3을 이용하여
Figure 112017059537102-pat00047
을 고려한다. 상기 수학식 6과 같이 유효 주파수
Figure 112017059537102-pat00048
에 대하여 신호 처리를 포함한 시간 영역 보상(120)을 수행한다. 상기의 순차적인 결과로써 시스템 대역폭 내 모든 주파수
Figure 112017059537102-pat00049
및 빔 폭 내 모든 고각
Figure 112017059537102-pat00050
에서의 이득 변화를 근사적으로 반영한다
상기 주파수 영역 보상(130) 및 시간 영역 보상(120)을 함께 수행함으로써 정밀하게 방사 보상된 결과 영상(I(θ), 140)을 얻을 수 있다.
도 2는 일실시예에 따라 고각 변화에 대한 안테나 이득 패턴의 변화를 도시한다. 고각 θ가 θc = 0°를 기준으로 하여 변화함에 따라 안테나 이득 패턴의 변화가 도시되어 있다. 점선 그래프는 특정 주파수 fa, fb 및 fc 각각에 대한 안테나 이득 패턴을 도시하며, 실선 그래프는 특정 주파수 fa, fb 및 fc 에서 안테나 이득의 복합적 결과인 유효 이득패턴
Figure 112017059537102-pat00051
을 도시한다. 고각 θc 에서는 fc, fa, fb 순서로 안테나 이득이 나타났다. 그러나 고각 θ가 최소값인 경우에(θmin)는 fa, fc, fb 순서로 안테나 이득이 나타난다. 이는 예시일 뿐 반드시 그러한 것은 아니며, 주파수가 변화함에 따라 고각인 시간 영역에서의 안테나 이득 값의 변화가 달라질 수 있음을 의미한다. 또한 그 반대의 경우로 고각이 변화함에 따라 주파수 영역에서의 안테나 이득 값의 변화가 달라질 수 있음을 의미한다. 따라서 대역폭이 넓은 광대역 시스템에서는 기존 중심 주파수 기준의 시간 영역 특성만을 고려한 단일 방사 보정으로는 정확한 안테나 이득의 보정이 수행되기 어려움을 알 수 있다.
고각 θ의 변화량은 빔 각(Beam angle) 또는 주사 폭(Swath width)이며, 안테나 이득 값의 변화량
Figure 112017059537102-pat00052
는 0 부터
Figure 112017059537102-pat00053
까지 변화한다.
도 3은 일실시예에 따른 고각의 변화에 대한 방사 영역을 도시한다. 310은 인공위성을 나타내고, 320은 상기 인공위성의 실제 궤도를 도시한다. 또한 330은 상기 인공위성의 지상 궤적을 의미한다. 고각 θ가 θc를 중심으로 θmin부터 θmax까지 변화한다. 상기 고각 θ의 변화에 따라 균질 영역(Homogeneous Area)을 도시하고 있다. 주파수 영역의 안테나 이득 보상을 수행하는 경우에 도 1에서는 예시적으로 특정 고각 θc를 기준으로 수행하였으나, 이는 예시적일 뿐 고각의 미소 변화량 δθ를 기준으로 보상을 수행할 수도 있다.
도 4는 일실시예에 따른 주파수 변화에 대한 유효 이득 패턴을 도시한다. 시간 영역 유효 이득 패턴(410)과 주파수 영역 유효 이득 패턴(420)을 각각 도시한다. 중심 주파수(fc)에서 고각 θ의 변화에 따라 상기 시간 영역의 유효 이득 패턴(410)은 포물선 형태로 변화한다. θ는 방사 폭(Swath Width) 내에서 변화하며, 특정 고각 θc에서 유효 이득이 최대값
Figure 112017059537102-pat00054
를 가질 수 있다.
또한 상기 주파수 영역의 유효 이득 패턴(420)도 특정 고각 θ에서 주파수 f의 변화에 따라 포물선 형태로 변화한다. 특정 고각 θ에서 주파수 f는 중심 주파수 fc 를 기준으로 f-c - Δf 부터 f-c + Δf 까지 변화한다. 도 5에서는 보다 상세하게 유효 이득 패턴을 살펴본다.
도 5는 일실시예에 따른 주파수 및 고각의 변화에 대한 유효 이득 패턴을 도시한다. 대역폭 f-c - Δf 에서 f-c + Δf 사이에 존재하는 특정 주파수 fa, fb 및 fc에 대하여 각각의 경우 유효 이득 패턴을 도시한다. 시간 영역에서의 유효 이득 패턴은 점선으로 표현하였으며, 각각의 주파수 fa, fb 및 fc에 따라
Figure 112017059537102-pat00055
,
Figure 112017059537102-pat00056
및
Figure 112017059537102-pat00057
로 나타내었다. 도 5에서 B는 시스템 대역폭(Band Width)를 나타낸다.
도 6 내지 도 9는 일실시예에 따른 고각 변화에 대한 이득 변화량을 다양한 조건에서 실험한 결과 그래프이다. 각 도면을 설명하기에 앞서 예시로 분석한 케이스를 설명한다.
Case #01-001은 방사 보상이 없는 경우의 안테나 이득 패턴이다. 식으로는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00058
Case #01-002는 협대역 방사보상 적용의 경우 안테나 이득 패턴이다. 식으로는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00059
Case #02-001은 200 MHz 대역에서 주파수 영역 단일 유효 이득 패턴을 적용한 방사 보상을 수행한 경우의 안테나 이득 패턴이다. 식으로는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00060
Case #02-002는 600 MHz 대역에서 주파수 영역 단일 유효 이득 패턴을 적용한 방사 보상을 수행한 경우의 안테나 이득 패턴이다. 식으로는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00061
Case #03-001은 200 MHz 대역에서 주파수 및 시간 영역 이중 유효 이득 패턴을 적용한 방사 보상을 수행한 안테나 이득 패턴이다. 식으로는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00062
Case #03-002는 600 MHz 대역에서 주파수 및 시간 영역 이중 유효 이득 패턴을 적용한 방사 보상을 수행한 안테나 이득 패턴이다. 식으로는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017059537102-pat00063
상기 각 케이스 Case #01-001 내지 #03-002 에 대하여 위와 같은 이해를 기초로 아래의 그래프를 자세히 살펴본다.
도 6은 일실시예에 따라 200 MHz에서 유효 이득 패턴을 적용한 그래프를 도시한다. 협대역(예시적으로 200 MHz)에서 Case #01-001, Case #01-002, Case #02-001, Case #03-001 및 Ideal Case를 도시한다.
먼저 안테나 이득 패턴의 보상이 이상적인 경우(Ideal Case)에 고각(Elevation Angle, θ)의 변화에도 불구하고, 방사 폭(Swath Width) 내에서의 이득 변화(Gain Variation)는 86.12로 일정하다. 그러나 방사보상을 수행하지 않는 경우(가는 실선, Case #01-001)에 이상적인 경우와 다르게 시스템의 안테나 이득 패턴이 그대로 영상내에 나타난다. 그래프의 개형이 안테나 이득 패턴을 나타내고 있으므로, 방사 폭(Swath Width) 내 영상의 밝기가 균일하지 않아 화질저하가 예측된다. 또한 기존의 협대역 방사 보상인 시간 영역 단일 보상을 수행하는 경우(굵은 실선, Case #01-002)는 어느 정도 영상의 밝기가 균일하지만, 절대적인 이득값의 차이로 0.05 dB 정도가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
대역폭 200 MHz에 대하여 주파수 영역 방사 보상을 수행한 경우(Case #02-001) 및 주파수 영역과 시간 영역의 이중 방사 보상을 수행한 경우(Case #03-001)에 대한 그래프는 도 7의 확대된 그래프에서 살펴본다.
도 7은 일실시예에 따른 도 6의 결과를 확대한 그래프이다. 대역폭 200Mhz의 협대역에 대해서, 제1 제안인 주파수 영역 단일 방사 보상을 수행한 경우(Case #02-001)에도 도 6의 기존의 협대역 방사 보상인 시간 영역 단일 보상을 수행하는 경우(굵은 실선, Case #01-002) 보다 0.0534 dB(= 86.1200 - 86.0666) 이득값 차이가 보상되어 향상된다. 또한 제2 제안인 상기 주파수 영역과 시간 영역의 이중 방사 보상을 수행한 경우(Case #03-001)는 이상적인 경우(Ideal Case)와 오차가 거의 나지 않는다. 즉, 협대역(예시적으로 200 MHz)에서는 기존방식인 시간 영역 단일 방사보상 대신 주파수 영역에서 단일 방사 보상만 하더라도 유의미한 결과값을 도출할 수 있으며, 제시된 주파수 및 시간영역 이중 방사보상 기법을 통해서는 이상적인 경우(Ideal Case)와 거의 유사한 결과를 얻는다.
절대 이득의 차이는 최종적으로 캘리브레이션 상수(Calibration Constant)를 이용해 보상가능하나, 방사보상(Radiometric Calibration)의 성능평가 측면의 해석적 결과로는 평균 0.0534 dB의 정확도가 향상된다.
광대역(예시적으로 600 MHz) 시스템의 경우에는 어떠한지 도 8 및 도 9를 살펴본다.
도 8은 일실시예에 따라 600 MHz에서 유효 이득 패턴을 적용한 그래프를 도시한다. 광대역(예시적으로 600 MHz)에서 Case #01-001, Case #01-002, Case #02-002, Case #03-002 및 Ideal Case를 도시한다.
이상적인 방사보상이 이루어진 경우(Ideal Case)에는 도 6 및 도 7에서 살펴본 협대역의 경우와 마찬가지로 고각(Elevation Angle, θ)의 변화에도 불구하고, 방사 폭(Swath Width) 내에서의 이득 변화(Gain Variation)는 86.12로 일정해야 한다. 그러나, 기존 협대역 시간 영역 단일 방사 보상을 수행하는 경우(점선, Case #01-002)에는 이상적인 경우(Ideal Case)에 비해서 방사 품질(Radiometric Quality) 저하가 우려되는(방사정확도 1 dB 이하 수준을 기준) 0.5 dB 정도의 오차가 발생한다. 특히 대역폭이 200 MHz인 협대역 경우에 0.05 dB만큼 차이가 발생한 것과 비교할 때 오차가 10배 증가한다.
*대역폭 600 MHz에 대하여 제1 제안인 주파수 영역 단일 방사 보상을 수행한 경우(Case #02-002) 및 제2 제안인 주파수 영역과 시간 영역의 이중 방사 보상을 수행한 경우(Case #03-002)에 대한 그래프는 도 9의 확대된 그래프에서 살펴본다.
도 9은 일실시예에 따른 도 8의 결과를 확대한 그래프이다. 상기 제1 제안인 주파수 영역의 단일 방사 보상을 수행한 경우(일점 쇄선, Case #02-002)에는 이상적인 경우(이점 쇄선, Ideal Case)와 비교할 때 이득 변화(Gain Variation)가 최대 0.02 dB만큼의 차이를 갖는다. 기존 시간 영역 단일 방사보상을 광대역(예시적으로 600 MHz)에 적용한 경우 10배 정도의 오차 증가로 0.5 dB이나, 제 2 제안인 주파수 영역 단일 보상을 적용하면 3.6배 정도의 오차 증가인 0.023 dB 수준으로 방사품질(Radiometric Quality) 저하가 우려되지 않는다. 제2 안인 주파수 영역과 시간 영역의 이중 방사 보상을 수행한 경우(점선, Case #03-002)에는 제1 제안 결과보다 더 낮은 0.013 dB만큼의 차이만을 나타낸다. 상기의 일실시예의 결과를 바탕으로 600MHz 대역폭에서 제1 제안인 주파수 영역 단일 방사보정과 제2 제안인 주파수 및 시간 영역 이중 방사 보상을 통한 방사품질(Radiometric Quality) 향상 효과를 확인할 수 있다. 종합적으로 시스템 대역폭에 따라, 제1 제안인 주파수 영역 단일 방사보정과 제2 제안인 주파수 및 시간 영역 이중 방사 보상은 합성개구레이더(SAR) 시스템 설계에 적합한 1.00dB 정확도 요구사항의 10% 수준까지 방사 보정이 가능하다.
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 장치에 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.
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.

Claims (17)

  1. 컴퓨터에 의해 구현되는 방법에 있어서,
    시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수를 이용하여, 제1 주파수 대역에서 안테나 방사 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하는 단계
    를 포함하고,
    상기 함수는, 시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 방사 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인
    안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 컴퓨터에 의해 구현되는 방법에 있어서,
    시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수를 이용하여, 제1 주파수 대역에서 안테나 방사 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하는 단계; 및
    상기 안테나 방사 이득 패턴을 시간 영역에서 보상하는 단계
    를 포함하고,
    상기 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수는,
    시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 방사 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인
    안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 시간 영역에서 보상하는 단계는,
    주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수를 이용하여 보상하는 안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수는,
    상기 시스템 대역폭 내에서 상기 시간 영역에서의 안테나 방사 이득 함수에 주파수 영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인
    안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 방법.
  9. 컴퓨터에 의해 구현되는:
    시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수를 이용하여, 제1 주파수 대역에서 안테나 방사 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 함수는, 시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 방사 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인
    안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 컴퓨터에 의해 구현되는:
    시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수를 이용하여 제1 주파수 대역에서 안테나 방사 이득 패턴을 주파수 영역에서 보상하고, 상기 안테나 방사 이득 패턴을 시간 영역에서 보상하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 시간 영역에서의 제1 고각의 변화율 특성이 주파수 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수는,
    시스템 대역폭 내에서 상기 주파수 영역에서의 안테나 방사 이득 함수에 시간영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인
    안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수를 이용하여 상기 시간 영역에서 보상을 수행하는
    안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 장치.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 주파수 영역에서의 제1 주파수의 변화율 특성이 시간 영역의 안테나 방사 이득 값들에 반영되는 함수는,
    상기 시스템 대역폭 내에서 상기 시간 영역에서의 안테나 방사 이득 함수에 주파수 영역에서의 가중함수를 곱한 후 적분하여 얻어지는 함수의 역함수인
    안테나 방사 이득 패턴을 보상하는 장치.
  17. 삭제
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