KR102363929B1 - Method of estimating position for SAR motion compensation, apparatus for estimating position for SAR motion compensation, and computer program for the method - Google Patents

Method of estimating position for SAR motion compensation, apparatus for estimating position for SAR motion compensation, and computer program for the method Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for estimating a position for SAR motion compensation, a device for estimating a position and a computer program stored in a recording medium to perform the method. The method for estimating the position of a radar for obtaining an SAR image comprises the steps of: obtaining the state variables of the radar; calculating the estimated position of the radar using an estimation model including the preset gain coefficient of the radar based on the state variables; converting the estimation model and the estimated position into a Laplace area and substituting the estimated position of the Laplace area for the estimation model of the Laplace area to calculate an attenuation coefficient of the Laplace area for the estimated position; and estimating the position of the radar using the attenuation coefficient, wherein the state variables include the position data and velocity data of the radar. Provided are a method for estimating a position, a device for estimating a position and a computer program stored in a recording medium to perform the method.

Description

SAR 요동 보상을 위한 위치 추정 방법, 위치 추정 장치 및 상기 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램{Method of estimating position for SAR motion compensation, apparatus for estimating position for SAR motion compensation, and computer program for the method}A position estimating method for SAR motion compensation, a position estimating apparatus, and a computer program stored in a recording medium for executing the method }

본 발명의 실시예들은 SAR 요동 보상을 위한 위치 추정 방법, 위치 추정 장치 및 상기 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a position estimation method for SAR fluctuation compensation, a position estimation apparatus, and a computer program stored in a recording medium for executing the method.

일반적으로 SAR(synthetic aperture radar) 요동 보상은 플랫폼(예를 들어, 항공기 또는 위성) 혹은 레이다에 탑재된 항법 센서의 위치 정보를 이용한다. 이러한 항법 센서는 주로 IMU(inertial measurement unit)와 GPS(global positioning system)로 구성되고, 이들을 결합한 시스템을 통틀어 복합항법장치(EGI, embedded GPS and IMU)라 한다. In general, SAR (synthetic aperture radar) oscillation compensation uses position information of a navigation sensor mounted on a platform (eg, aircraft or satellite) or radar. Such a navigation sensor is mainly composed of an inertial measurement unit (IMU) and a global positioning system (GPS), and the combined system is called an embedded GPS and IMU (EGI).

EGI에서 출력하는 레이다의 위치 정보를 통해 SAR 요동 보상을 수행할 수 있으나, IMU와 GPS가 지닌 센서 오차로 인해 EGI의 출력에도 오차가 존재하여 정확한 SAR 요동 보상이 어렵다. 이러한 문제를 해결하는 방안으로 레이다의 위치 정보를 직접 사용하지 않고, EGI의 속도 출력을 적분한 결과를 사용하는 방법이 널리 쓰이고 있다. 이 경우, 속도를 적분함으로써 EGI 출력이 포함하는 노이즈와 불연속성의 오차를 감쇄할 수 있고, 레이다의 위치 정보를 직접 사용하는 것보다 우수한 요동 보상 성능을 나타낸다.Although it is possible to perform SAR fluctuation compensation through the radar position information output from the EGI, there is an error in the output of the EGI due to the sensor error of the IMU and the GPS, making it difficult to accurately compensate the SAR fluctuation. As a solution to this problem, a method of using the result of integrating the velocity output of the EGI rather than using the position information of the radar directly is widely used. In this case, by integrating the speed, it is possible to attenuate the error of noise and discontinuity included in the EGI output, and it exhibits better vibration compensation performance than using the position information of the radar directly.

그러나, 레이다의 위치 정보를 사용하지 않고 속도 적분만 수행하는 경우 위치에 대한 가관측성(observability)이 확보되지 않으므로, 선형 오차 혹은 위너 프로세스(Wiener process) 오차가 발생 할 수 있다. 이러한 오차가 포함된 정보로 SAR 요동 보상을 수행할 경우, 최종 SAR 영상의 위치 왜곡과 해상도 저하가 발생할 수 있다.However, when only velocity integration is performed without using location information of the radar, since observability of a location is not secured, a linear error or a Wiener process error may occur. When SAR fluctuation compensation is performed with information including such an error, position distortion and resolution degradation of the final SAR image may occur.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, SAR 요동 보상을 위한 위치 추정 방법, 위치 추정 장치 및 상기 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to provide a position estimation method for SAR fluctuation compensation, a position estimation apparatus, and a computer program stored in a recording medium for executing the method. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 따르면, SAR 영상을 획득하는 레이다의 위치 추정 방법에 있어서, 상기 레이다의 상태 변수를 획득하는 단계, 상기 상태 변수를 기초로 상기 레이다의 미리 설정된 이득 계수를 포함하는 추정 모델을 이용하여 상기 레이다의 추정 위치를 계산하는 단계, 상기 추정 모델 및 상기 추정 위치를 라플라스 영역으로 변환하고, 라플라스 영역의 상기 추정 위치를 라플라스 영역의 상기 추정 모델에 대입하여, 상기 추정 위치에 대한 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출하는 단계, 및 상기 감쇄 계수를 이용하여 상기 레이다의 위치를 추정하는 단계를 포함하고, 상기 상태 변수는 상기 레이다의 위치 데이터 및 속도 데이터를 포함하는, 위치 추정 방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, in a method of estimating a position of a radar for acquiring a SAR image, the step of acquiring a state variable of the radar, an estimation model including a preset gain factor of the radar based on the state variable calculating the estimated position of the radar using There is provided a position estimation method comprising the steps of calculating an attenuation coefficient of , and estimating the position of the radar using the attenuation coefficient, wherein the state variable includes position data and velocity data of the radar.

상기 이득 계수는 2개의 행과 2개의 열을 포함하는 행렬로 표현될 수 있다.The gain factor may be expressed as a matrix including two rows and two columns.

상기 추정 모델은 3차원 공간에 대한 상기 레이다의 등속 방정식과 오차 감쇄 방정식을 포함할 수 있다.The estimation model may include a constant velocity equation and an error attenuation equation of the radar in 3D space.

상기 레이다의 추정 위치를 계산하는 단계는, 상기 상태 변수를 상기 추정 모델에 대입하여 상기 추정 위치를 계산하는 단계일 수 있다.The calculating of the estimated position of the radar may include calculating the estimated position by substituting the state variable into the estimated model.

상기 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출하는 단계는, 상기 추정 모델의 방정식을 라플라스 영역으로 변환하는 단계, 상기 추정 위치의 방정식을 라플라스 영역으로 변환하는 단계, 라플라스 영역의 상기 추정 위치의 방정식을 라플라스 영역의 상기 추정 모델의 방정식에 대입하여 감쇄 계수를 포함하는 라플라스 영역의 추정 위치 방정식을 계산하는 단계, 및 상기 추정 위치 방정식에 대하여 상기 이득 계수의 각 파라미터에 대한 수식으로 상기 감쇄 계수를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the attenuation coefficient of the Laplace domain includes converting the equation of the estimation model into the Laplace domain, converting the equation of the estimated position into the Laplace domain, and converting the equation of the estimated position of the Laplace domain into the Laplace domain Calculating the estimated position equation of the Laplace region including the attenuation coefficient by substituting it into the equation of the estimated model, and calculating the attenuation coefficient with an equation for each parameter of the gain coefficient with respect to the estimated position equation. can do.

상기 감쇄 계수는 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수를 포함하고, 상기 제1 감쇄 계수는 상기 레이다의 위치 오차를 감쇄하고, 상기 제2 감쇄 계수는 상기 레이다의 속도 오차를 감쇄할 수 있다.The attenuation coefficient may include a first attenuation coefficient and a second attenuation coefficient, the first attenuation coefficient may attenuate the position error of the radar, and the second attenuation coefficient may attenuate the speed error of the radar.

본 발명의 일 관점에 따르면, 컴퓨터를 이용하여 상술한 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a computer program stored in a recording medium for executing the above-described method using a computer.

본 발명의 일 관점에 따르면, SAR 영상을 획득하는 레이다의 위치 추정 장치에 있어서, 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 레이다의 상태 변수를 획득하고, 상기 상태 변수를 기초로 상기 레이다의 미리 설정된 이득 계수를 포함하는 추정 모델을 이용하여 상기 레이다의 추정 위치를 계산하고, 상기 추정 모델 및 상기 추정 위치를 라플라스 영역으로 변환하고, 라플라스 영역의 상기 추정 위치를 라플라스 영역의 상기 추정 모델에 대입하여, 상기 추정 위치에 대한 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출하고, 상기 감쇄 계수를 이용하여 상기 레이다의 위치를 추정하고, 상기 상태 변수는 상기 레이다의 위치 데이터 및 속도 데이터를 포함하는, 위치 추정 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for estimating a position of a radar for acquiring an SAR image, comprising a processor, wherein the processor acquires a state variable of the radar, and a preset of the radar based on the state variable calculating the estimated position of the radar using an estimation model including a gain factor, converting the estimated model and the estimated position into a Laplace domain, and substituting the estimated position of the Laplace domain into the estimated model of the Laplace domain, Calculating the attenuation coefficient of the Laplace region with respect to the estimated position, estimating the position of the radar using the attenuation coefficient, the state variable including position data and velocity data of the radar, a position estimation apparatus is provided .

상기 이득 계수는 2개의 행과 2개의 열을 포함하는 행렬로 표현될 수 있다.The gain factor may be expressed as a matrix including two rows and two columns.

상기 추정 모델은 3차원 공간에 대한 상기 레이다의 등속 방정식과 오차 감쇄 방정식을 포함할 수 있다.The estimation model may include a constant velocity equation and an error attenuation equation of the radar in 3D space.

상기 프로세서는 상기 상태 변수를 상기 추정 모델에 대입하여 상기 추정 위치를 계산할 수 있다.The processor may calculate the estimated position by substituting the state variable into the estimation model.

상기 감쇄 계수는 라플라스 영역의 추정 위치 방정식에 대하여 상기 이득 계수의 각 파라미터에 대한 수식으로 계산되고, 상기 추정 위치 방정식은 라플라스 영역의 상기 추정 위치의 방정식을 라플라스 영역의 상기 추정 모델의 방정식에 대입하여 계산될 수 있다.The attenuation coefficient is calculated as a formula for each parameter of the gain factor with respect to the estimated position equation of the Laplace region, and the estimated position equation is obtained by substituting the equation of the estimated position of the Laplace region into the equation of the estimated model of the Laplace region. can be calculated.

상기 감쇄 계수는 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수를 포함하고, 상기 제1 감쇄 계수는 상기 레이다의 위치 오차를 감쇄하고, 상기 제2 감쇄 계수는 상기 레이다의 속도 오차를 감쇄할 수 있다.The attenuation coefficient may include a first attenuation coefficient and a second attenuation coefficient, the first attenuation coefficient may attenuate the position error of the radar, and the second attenuation coefficient may attenuate the speed error of the radar.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following detailed description, claims and drawings for carrying out the invention.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이다 위치 정보의 오차를 감쇄 시켜 효과적으로 SAR 요동 보상을 수행할 수 있는 레이다의 위치 추정 방법, 위치 추정 장치 및 상기 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, a method for estimating a position of a radar capable of effectively performing SAR fluctuation compensation by attenuating an error of radar position information, a position estimating apparatus, and a recording medium to execute the method A stored computer program may be implemented. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 프로세서 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram for explaining the configuration and operation of a location estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a configuration of a processor of a location estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a location estimation method according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams for explaining an effect of a location estimation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and a method for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when described with reference to the drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. .

이하의 실시예에서, 제1 이나 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라, 일 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 그리고 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 배제하는 것은 아니다.In the following embodiments, terms such as first, second, etc. are used for the purpose of distinguishing one component from another without limiting the meaning. And singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the terms include or have means that a feature or element described in the specification is present, and does not exclude the possibility that one or more other features or elements may be added.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, the size of the components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.

이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소, 부, 블록 또는 모듈 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 영역, 구성 요소, 부, 블록 또는 모듈 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. 그리고 영역, 구성 요소, 부, 블록 또는 모듈 등이 연결되었다고 할 때, 영역, 구성 요소, 부, 블록 또는 모듈들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 영역, 구성요소, 부, 블록 또는 모듈들 중간에 다른 영역, 구성 요소, 부, 블록 또는 모듈들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.In the following embodiments, when it is said that a part such as a region, component, part, block or module is on or on another part, not only when it is directly on the other part, but also another region, component, part in the middle , blocks or modules are included. And when a region, component, part, block or module is connected, it is not only when the region, component, part, block or module is directly connected, but also another region in the middle of the region, component, part, block or module. , includes cases in which components, units, blocks or modules are interposed and indirectly connected.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those of ordinary skill in the art to easily practice the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 프로세서 구성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration and operation of a location estimation apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a processor configuration of a location estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)는 메모리(110), 프로세서(120), 통신 모듈(130) 및 입출력 인터페이스(140)를 포함할 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 위치 추정 장치(100)는 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있고 일부 구성요소가 생략될 수도 있다. 위치 추정 장치(100)의 일부 구성요소는 복수의 장치로 분리될 수도 있고, 복수개의 구성요소들이 하나의 장치로 병합될 수도 있다.First, referring to FIG. 1 , an apparatus 100 for estimating a location according to an embodiment of the present invention may include a memory 110 , a processor 120 , a communication module 130 , and an input/output interface 140 . However, the present invention is not limited thereto, and the location estimation apparatus 100 may further include other components or some components may be omitted. Some components of the location estimation apparatus 100 may be divided into a plurality of devices, or a plurality of components may be merged into one device.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)는 레이다에 구비될 수 있다. 예를 들어, 위치 추정 장치(100)는 항공기 또는 위성의 레이다에 탑재될 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 위치 추정 장치(100)는 레이다에 탑재된 복합항법장치(EGI, embedded GPS and IMU)에서 출력되는 레이다의 위치 정보를 수신할 수 있다. 또한, 위치 추정 장치(100)는 레이다에 탑재된 복합항법장치(EGI, embedded GPS and IMU)에서 출력되는 레이다의 속도 정보를 수신할 수 있다. 예컨대, 레이다의 위치 정보와 속도 정보는 3차원 좌표 축에 대한 데이터로 나타낼 수 있다.The location estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may be provided in the radar. For example, the location estimation apparatus 100 may be mounted on a radar of an aircraft or a satellite. However, the present invention is not limited thereto. Also, the location estimation apparatus 100 may receive location information of the radar output from an embedded GPS and IMU (EGI) mounted on the radar. Also, the location estimation apparatus 100 may receive speed information of the radar output from an embedded GPS and IMU (EGI) mounted on the radar. For example, location information and speed information of the radar may be expressed as data on a three-dimensional coordinate axis.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)는 복합항법장치(EGI, embedded GPS and IMU)에서 출력되는 레이다의 위치 정보를 기초로 레이다의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 위치 추정 장치(100)는 복합항법장치(EGI, embedded GPS and IMU)에서 출력되는 레이다의 위치 정보의 오차를 감쇄 시켜 보다 정확한 레이다의 위치를 추정할 수 있다. 또한, 위치 추정 장치(100)는 추정된 레이다의 위치를 이용하여 SAR 요동 보상을 수행할 수 있다. 또는, 위치 추정 장치(100)는 추정된 레이다의 위치를 외부 장치로 송신하여 SAR 요동 보상이 수행되도록 할 수 있다.The location estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may estimate the location of the radar based on location information of the radar output from an embedded GPS and IMU (EGI). For example, the location estimation apparatus 100 may more accurately estimate the location of the radar by attenuating an error in location information of the radar output from the embedded GPS and IMU (EGI). Also, the position estimating apparatus 100 may perform SAR fluctuation compensation using the estimated position of the radar. Alternatively, the position estimating apparatus 100 may transmit the estimated radar position to an external device to perform SAR fluctuation compensation.

메모리(110)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(110)에는 위치 추정 장치(100)를 제어하기 위한 프로그램 코드 및 데이터가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다.The memory 110 is a computer-readable recording medium and may include a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a permanent mass storage device such as a disk drive. In addition, program codes and data for controlling the location estimation apparatus 100 may be temporarily or permanently stored in the memory 110 .

프로세서(120)는 레이다의 상태 변수를 획득하고, 상태 변수를 기초로 레이다의 미리 설정된 이득 계수를 포함하는 추정 모델을 이용하여 레이다의 추정 위치를 계산하고, 추정 모델 및 추정 위치를 라플라스 영역으로 변환하고, 라플라스 영역의 추정 위치를 라플라스 영역의 추정 모델에 대입하여, 추정 위치에 대한 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출하고, 감쇄 계수를 이용하여 레이다의 위치를 추정할 수 있다. 예컨대, 상태 변수는 레이다의 위치 데이터 및 속도 데이터를 포함할 수 있다.The processor 120 obtains a state variable of the radar, calculates an estimated position of the radar using an estimation model including a preset gain factor of the radar based on the state variable, and converts the estimated model and the estimated position into a Laplace domain And, by substituting the estimated position of the Laplace region into the estimation model of the Laplace region, the attenuation coefficient of the Laplace region with respect to the estimated position can be calculated, and the position of the radar can be estimated using the attenuation coefficient. For example, the state variable may include position data and velocity data of the radar.

통신 모듈(130)은 네트워크를 통해 외부 장치와 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 위치 추정 장치(100)의 프로세서(120)가 메모리(110)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이 통신 모듈(130)의 제어에 따라 네트워크를 통해 외부 장치로 전달될 수 있다. 역으로, 외부 장치의 프로세서의 제어에 따라 제공되는 제어 신호나 명령, 파일 등이 네트워크를 거쳐 통신 모듈(130)을 통해 위치 추정 장치(100)로 수신될 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(130)을 통해 수신된 외부 장치의 제어 신호나 명령 등은 프로세서(120)나 메모리(110)로 전달될 수 있다.The communication module 130 may provide a function for communicating with an external device through a network. For example, a request generated by the processor 120 of the location estimation apparatus 100 according to a program code stored in a recording device such as the memory 110 is transmitted to an external device through a network under the control of the communication module 130 . can Conversely, a control signal, command, or file provided under the control of the processor of the external device may be received by the location estimation apparatus 100 through the communication module 130 through the network. For example, a control signal or command of an external device received through the communication module 130 may be transmitted to the processor 120 or the memory 110 .

통신 방식은 제한되지 않으며, 네트워크가 포함할 수 있는 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크는, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크는 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The communication method is not limited, and not only a communication method using a communication network (eg, a mobile communication network, a wired Internet, a wireless Internet, a broadcasting network) that the network may include, but also short-range wireless communication between devices may be included. For example, the network includes a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a campus area network (CAN), a metropolitan area network (MAN), a wide area network (WAN), a broadband network (BBN), the Internet, and the like. may include any one or more of the networks of Further, the network may include, but is not limited to, any one or more of a network topology including, but not limited to, a bus network, a star network, a ring network, a mesh network, a star-bus network, a tree or a hierarchical network, and the like. .

또한, 통신 모듈(130)은 외부 장치와 네트워크를 통해 통신할 수 있다. 통신 방식은 제한되지 않지만, 네트워크는 근거리 무선통신망일 수 있다. 예를 들어, 네트워크는 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth Low Energy), Wifi 통신망일 수 있다. Also, the communication module 130 may communicate with an external device through a network. Although the communication method is not limited, the network may be a local area wireless network. For example, the network may be a Bluetooth (Bluetooth), BLE (Bluetooth Low Energy), or Wifi communication network.

또한, 본 발명에 따른 위치 추정 장치(100)는 입출력 인터페이스(140)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(140)는 입출력 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 키보드 또는 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치는 어플리케이션의 통신 세션을 표시하기 위한 디스플레이와 같은 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로 입출력 인터페이스(140)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 보다 구체적인 예로, 위치 추정 장치(100)의 프로세서(120)는 메모리(110)에 로딩된 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리함에 있어서 외부 서버가 제공하는 데이터를 이용하여 구성되는 서비스 화면이나 컨텐츠가 입출력 인터페이스(140)를 통해 디스플레이에 표시될 수 있다.Also, the location estimation apparatus 100 according to the present invention may include an input/output interface 140 . The input/output interface 140 may be a means for an interface with an input/output device. For example, the input device may include a device such as a keyboard or mouse, and the output device may include a device such as a display for displaying a communication session of an application. As another example, the input/output interface 140 may be a means for an interface with a device in which functions for input and output are integrated into one, such as a touch screen. As a more specific example, the processor 120 of the location estimation apparatus 100 processes the command of the computer program loaded in the memory 110, and the service screen or content configured using the data provided by the external server is displayed on the input/output interface ( 140) may be displayed on the display.

또한, 다른 실시예들에서 위치 추정 장치(100)는 도 1의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상술한 입출력 장치 중 적어도 일부를 포함하도록 구현되거나 또는 내부 구성요소들에 전력을 공급하는 배터리 및 충전 장치, 각종 센서, 데이터베이스 등과 같은 다른 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.Also, in other embodiments, the location estimation apparatus 100 may include more components than those of FIG. 1 . For example, it may be implemented to include at least a portion of the above-described input/output device, or may further include other components such as a battery and charging device for supplying power to internal components, various sensors, and a database.

이하 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)의 프로세서(120)의 내부 구성에 대하여 상세히 검토한다. 후술되는 프로세서(120)는 이해의 용이를 위하여 도 1에 도시된 위치 추정 장치(100)의 프로세서(120)임을 가정하고 설명한다.Hereinafter, the internal configuration of the processor 120 of the location estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 . For ease of understanding, it is assumed that the processor 120 to be described later is the processor 120 of the location estimation apparatus 100 illustrated in FIG. 1 .

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)의 프로세서(120)는 상태 변수 획득부(121), 추정 위치 계산부(122), 감쇄 계수 산출부(123), 및 위치 추정부(124)를 포함한다. 몇몇 실시예에 따라 프로세서(120)의 구성요소들은 선택적으로 프로세서(120)에 포함되거나 제외될 수도 있다. 또한, 몇몇 실시예에 따라 프로세서(120)의 구성요소들은 프로세서(120)의 기능의 표현을 위해 분리 또는 병합될 수도 있다.The processor 120 of the position estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a state variable acquirer 121 , an estimated position calculator 122 , an attenuation coefficient calculator 123 , and a position estimator 124 . ) is included. According to some embodiments, components of the processor 120 may be selectively included in or excluded from the processor 120 . In addition, according to some embodiments, the components of the processor 120 may be separated or combined to express the functions of the processor 120 .

이러한 프로세서(120) 및 프로세서(120)의 구성요소들은 도 3의 위치 추정 방법이 포함하는 단계들(S110 내지 S140)을 수행하도록 위치 추정 장치(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120) 및 프로세서(120)의 구성요소들은 메모리(110)가 포함하는 운영체제의 코드와 적어도 하나의 프로그램의 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다. 여기서, 프로세서(120)의 구성요소들은 위치 추정 장치(100)에 저장된 프로그램 코드가 제공하는 명령에 따라 프로세서(120)에 의해 수행되는 프로세서(120)의 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다. 프로세서(120)의 내부 구성 및 구체적인 동작에 대해서는 도 3의 위치 추정 방법의 순서도를 참조하여 설명하기로 한다.The processor 120 and components of the processor 120 may control the location estimation apparatus 100 to perform steps S110 to S140 included in the location estimation method of FIG. 3 . For example, the processor 120 and components of the processor 120 may be implemented to execute instructions according to the code of the operating system included in the memory 110 and the code of at least one program. Here, the components of the processor 120 are representations of different functions of the processor 120 that are performed by the processor 120 according to an instruction provided by a program code stored in the location estimation apparatus 100 . can The internal configuration and specific operation of the processor 120 will be described with reference to the flowchart of the position estimation method of FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법을 보여주는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a location estimation method according to an embodiment of the present invention.

단계 S110에서, 프로세서는 레이다의 상태 변수를 획득할 수 있다. 예컨대, 상태 변수는 레이다의 위치 데이터 및 속도 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 위치 데이터 및 속도 데이터는 3차원 좌표 축에 대한 데이터로 표현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 레이다에 탑재된 항법 센서 또는 복합항법장치(EGI)로부터 레이다의 위치 데이터 및 속도 데이터를 수신할 수 있다. In step S110, the processor may obtain a state variable of the radar. For example, the state variable may include position data and velocity data of the radar. In addition, the position data and the velocity data may be expressed as data for a three-dimensional coordinate axis. For example, the processor may receive position data and velocity data of the radar from a navigation sensor mounted on the radar or an integrated navigation system (EGI).

단계 S120에서, 프로세서는 레이다의 상태 변수를 기초로 레이다의 미리 설정된 이득 계수를 포함하는 추정 모델을 이용하여 레이다의 추정 위치를 계산할 수 있다. 예를 들어, 레이다의 상태 변수는 수학식1과 같은 등속 방정식으로 표현될 수 있다.In step S120, the processor may calculate an estimated position of the radar using an estimation model including a preset gain factor of the radar based on the state variable of the radar. For example, the state variable of the radar may be expressed as a constant velocity equation as in Equation (1).

<수학식1><Equation 1>

Figure 112021111560326-pat00001
Figure 112021111560326-pat00001

여기서,

Figure 112021111560326-pat00002
는 3차원 공간에서 i번째 축에 대한 레이다의 상태 변수를 나타내고,
Figure 112021111560326-pat00003
는 3차원 공간에서 i번째 축에 대한 시스템 행렬을 나타내며 수학식2와 같이 정의될 수 있다.here,
Figure 112021111560326-pat00002
represents the state variable of the radar on the i-th axis in the three-dimensional space,
Figure 112021111560326-pat00003
denotes a system matrix for the i-th axis in a three-dimensional space and may be defined as in Equation (2).

<수학식2><Equation 2>

Figure 112021111560326-pat00004
Figure 112021111560326-pat00004

여기서,

Figure 112021111560326-pat00005
는 i번째 축의 레이다의 위치를 나타내고,
Figure 112021111560326-pat00006
는 i번째 축의 레이다의 속도를 나타낸다.here,
Figure 112021111560326-pat00005
represents the position of the radar on the i-th axis,
Figure 112021111560326-pat00006
represents the speed of the radar on the i-th axis.

본 발명의 일 실시예에 따른 추정 모델은 수학식3과 같이 설계될 수 있다.The estimation model according to an embodiment of the present invention may be designed as in Equation (3).

<수학식3><Equation 3>

Figure 112021111560326-pat00007
Figure 112021111560326-pat00007

여기서, 수학식1 및 2에 추가로,

Figure 112021111560326-pat00008
Figure 112021111560326-pat00009
의 추정치를 나타내고,
Figure 112021111560326-pat00010
은 이득 계수를 나타낸다. 또한,
Figure 112021111560326-pat00011
는 i번째 축의 상태 변수 측정치를 나타내고,
Figure 112021111560326-pat00012
는 i번째 축의 측정 행렬을 나타내며 수학식4와 같이 정의될 수 있다. 예컨대, '추정치'는 본 발명에 따른 상태 변수의 추정값을 나타내고, '측정치'는 레이다에 탑재된 항법 센서 또는 복합항법장치(EGI)에서 측정된 상태 변수의 측정값을 나타낸다.Here, in addition to Equations 1 and 2,
Figure 112021111560326-pat00008
Is
Figure 112021111560326-pat00009
represents an estimate of
Figure 112021111560326-pat00010
is the gain factor. also,
Figure 112021111560326-pat00011
represents the state variable measurement on the i-th axis,
Figure 112021111560326-pat00012
denotes the measurement matrix of the i-th axis and may be defined as in Equation (4). For example, 'estimated value' represents an estimated value of a state variable according to the present invention, and 'measured value' represents a measured value of a state variable measured by a navigation sensor mounted on a radar or an EGI.

<수학식4><Equation 4>

Figure 112021111560326-pat00013
Figure 112021111560326-pat00013

여기서,

Figure 112021111560326-pat00014
는 i번째 축에 대한 레이다의 위치 측정치를 나타내고,
Figure 112021111560326-pat00015
는 i번째 축에 대한 레이다의 속도 측정치를 나타낸다. 예를 들어, 이득 계수는 수학식5와 같이 2개의 행과 2개의 열을 포함하는 행렬로 표현될 수 있다. here,
Figure 112021111560326-pat00014
represents the position measurement of the radar with respect to the i-th axis,
Figure 112021111560326-pat00015
is the radar speed measurement for the i-axis. For example, the gain factor may be expressed as a matrix including two rows and two columns as shown in Equation (5).

<수학식5><Equation 5>

Figure 112021111560326-pat00016
Figure 112021111560326-pat00016

여기서, l1 내지 l4는 이득 계수의 성분을 나타낸다.Here, l 1 to l 4 represent a component of a gain factor.

본 발명의 일 실시예에서 상기 추정 모델은 3차원 공간에 대한 레이다의 등속 방정식과 오차 감쇄 방정식을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식3에서, 등속 방정식은

Figure 112021111560326-pat00017
이고, 오차 감쇄 방정식은
Figure 112021111560326-pat00018
을 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 추정 모델은 3차원 공간에 대한 레이다의 등속 방정식과 오차 감쇄 방정식의 합으로 이루어질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the estimation model may include a constant velocity equation and an error attenuation equation of the radar in a three-dimensional space. For example, in Equation 3, the constant velocity equation is
Figure 112021111560326-pat00017
and the error attenuation equation is
Figure 112021111560326-pat00018
can indicate That is, the estimation model according to an embodiment of the present invention may be formed of the sum of the constant velocity equation of the radar in the three-dimensional space and the error attenuation equation.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세서는 레이다의 상태 변수를 추정 모델에 대입하여 레이다의 추정 위치를 계산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 레이다의 위치 측정치 데이터 및 속도 측정치 데이터를 추정 모델에 적용하여 레이다의 추정 위치를 계산할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the processor may calculate the estimated position of the radar by substituting the state variable of the radar into the estimation model. For example, the processor may calculate the estimated position of the radar by applying the position measurement data and the velocity measurement data of the radar to the estimation model.

<수학식6><Equation 6>

Figure 112021111560326-pat00019
Figure 112021111560326-pat00019

여기서,

Figure 112021111560326-pat00020
는 레이다의 추정 위치를 나타낸다.here,
Figure 112021111560326-pat00020
indicates the estimated position of the radar.

단계 S130에서, 프로세서는 추정 모델 및 추정 위치를 라플라스 영역으로 변환하고, 라플라스 영역의 추정 위치를 라플라스 영역의 추정 모델에 대입하여, 추정 위치에 대한 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출할 수 있다.In step S130, the processor may convert the estimated model and the estimated position into a Laplace domain, and substitute the estimated position of the Laplace domain into the estimated model of the Laplace domain to calculate an attenuation coefficient of the Laplace domain with respect to the estimated position.

예를 들어, 수학식3의 추정 모델은 수학식7과 같이 라플라스 영역으로 변환될 수 있다. 구체적으로, 라플라스 변환을 통해 수학식3을 s-영역으로 변환하는 과정은 다음과 같다. 수학식3의 좌변은, sX(s)로 변환되고, 수학식3의 우변은, (A-LC)X(s) + LY(s)로 변환되며, X(s)에 대한 식으로 정리하면 수학식7의 첫번째 줄의 수식과 같이 나타낼 수 있다. 또한, Y(s)는 상태 변수 측정치의 라플라스 변환이므로 수학식4를 참조하여 위치 및 속도에 대한 수식으로 표현하면, 수학식7은 위치와 속도에 대하여 s-영역으로 변환될 수 있고, 최종적으로 X(s)는 감쇄 계수와 위치 및 속도에 대한 함수로 나타낼 수 있다.For example, the estimation model of Equation 3 may be transformed into a Laplace domain as shown in Equation 7. Specifically, the process of transforming Equation 3 into the s-domain through the Laplace transform is as follows. The left side of Equation 3 is converted to sX(s), and the right side of Equation 3 is converted to (A-LC)X(s) + LY(s), and if summarized as an expression for X(s), It can be expressed as the formula of the first line of Equation 7. In addition, since Y(s) is a Laplace transform of the measured state variable, if expressed as an equation for position and velocity with reference to equation 4, equation 7 can be transformed into an s-domain with respect to position and velocity, and finally X(s) can be expressed as a function of the damping factor and position and velocity.

<수학식7><Equation 7>

Figure 112021111560326-pat00021
Figure 112021111560326-pat00021

또한, 수학식6의 추정 위치가 라플라스 영역으로 변환되어 수학식7에 대입되면 수학식8과 같이 추정 위치에 대한 라플라스 영역의 수식이 계산될 수 있다. In addition, when the estimated position of Equation 6 is converted into a Laplace domain and substituted into Equation 7, the equation of the Laplace domain for the estimated position can be calculated as shown in Equation 8.

<수학식8><Equation 8>

Figure 112021111560326-pat00022
Figure 112021111560326-pat00022

여기서,

Figure 112021111560326-pat00023
는 제1 감쇄 계수를 나타내고,
Figure 112021111560326-pat00024
는 제2 감쇄 계수를 나타낸다. 즉, 수학식8은 감쇄 계수를 포함하는 라플라스 영역의 추정 위치 방정식을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 감쇄 계수는 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수를 포함할 수 있다. 또한, 제1 감쇄 계수는 레이다의 위치 오차를 감쇄하고, 제2 감쇄 계수는 레이다의 속도 오차를 감쇄할 수 있다. 예컨대, 수학식8은 레이다의 위치 오차가 제1 감쇄 계수에 의하여 감쇄되고, 레이다의 속도 오차가 제2 감쇄 계수에 의하여 감쇄되는 것을 나타낸다.here,
Figure 112021111560326-pat00023
represents the first attenuation coefficient,
Figure 112021111560326-pat00024
denotes the second attenuation coefficient. That is, Equation 8 may represent the estimated position equation of the Laplace region including the attenuation coefficient. For example, the attenuation coefficient may include a first attenuation coefficient and a second attenuation coefficient. In addition, the first attenuation coefficient may attenuate the position error of the radar, and the second attenuation coefficient may attenuate the speed error of the radar. For example, Equation 8 indicates that the position error of the radar is attenuated by the first attenuation coefficient, and the speed error of the radar is attenuated by the second attenuation coefficient.

본 발명의 일 실시예에서 프로세서는 상기 추정 위치 방정식에 대하여 상기 이득 계수의 각 파라미터에 대한 수식으로 상기 감쇄 계수를 계산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 수학식7, 수학식8, 및 수학식5를 이용하여 감쇄 계수를 나타낼 수 있다.In an embodiment of the present invention, the processor may calculate the attenuation coefficient by using an equation for each parameter of the gain coefficient with respect to the estimated position equation. For example, the processor may represent the attenuation coefficient using Equation 7, Equation 8, and Equation 5.

<수학식9><Equation 9>

Figure 112021111560326-pat00025
Figure 112021111560326-pat00025

여기서,

Figure 112021111560326-pat00026
는 제1 감쇄 계수를 나타내고,
Figure 112021111560326-pat00027
는 제2 감쇄 계수를 나타낸다. 또한, 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수는 각각 이득 계수의 각 파라미터(l1 내지 l4)에 대한 수식으로 표현될 수 있다.here,
Figure 112021111560326-pat00026
represents the first attenuation coefficient,
Figure 112021111560326-pat00027
denotes the second attenuation coefficient. In addition, each of the first attenuation coefficient and the second attenuation coefficient may be expressed as a formula for each parameter ( l 1 to l 4 ) of the gain factor.

단계 S140에서, 프로세서는 감쇄 계수를 이용하여 레이다의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 수학식9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서는 수학식3의 이득 계수(L)을 조정하여 위치 및 속도 오차에 대한 다이나믹(dynamics)의 폴(pole)과 제로(zero)를 원하는 값으로 설정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 플랫폼(예를 들어, 항공기 또는 위성) 환경과 자동 초점(autofocus) 알고리즘 조건에 따라 사용자가 적절한 값을 설정함으로써 최적의 SAR 요동 보상 성능을 나타낼 수 있다.In step S140, the processor may estimate the position of the radar using the attenuation coefficient. For example, referring to Equation 9, the processor according to an embodiment of the present invention adjusts the gain factor L of Equation 3 to obtain poles and zeros of dynamics for position and velocity errors. (zero) can be set to any desired value. Therefore, according to the present invention, the optimal SAR fluctuation compensation performance can be exhibited by the user setting an appropriate value according to the platform (eg, aircraft or satellite) environment and the autofocus algorithm condition.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법은 수학식9의 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수를 결정하는 단계, 수학식9 및 수학식5를 이용하여 이득 계수를 결정하는 단계, 수학식3을 이용하여 레이다의 상태 변수(예를 들어, 위치 및 속도)를 추정하는 단계, 및 수학식6을 이용하여 레이다의 추정 위치를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수는 위치 및 속도 오차의 전달함수로써 플랫폼 환경과 자동초점(autofocus) 알고리즘 조건에 따라 오차 출력의 dynamics를 사용자가 적절한 형태로 설정할 수 있다. 또한, 사용자가 설정한 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수를 만족하는 이득 계수를 설정할 수 있다. 또한, 상기 과정을 통하여 설정된 이득 계수를 수학식3의 추정 모델에 적용하여 레이다의 상태변수를 추정할 수 있다. 또한, 수학식6을 통해 출력된 레이다의 추정 위치는 SAR 요동 보상에 이용될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 위치 추정을 위한 단계들의 순서는 변경될 수 있다.The method for estimating position according to an embodiment of the present invention includes the steps of determining a first attenuation coefficient and a second attenuation coefficient of Equation 9, determining a gain factor using Equation 9 and Equation 5, Equation 3 The method may include estimating state variables (eg, position and velocity) of the radar using Equation 6, and outputting the estimated position of the radar using Equation (6). For example, the first attenuation coefficient and the second attenuation coefficient are transfer functions of the position and velocity errors, and the user can set the dynamics of the error output in an appropriate form according to the platform environment and autofocus algorithm conditions. Also, a gain factor that satisfies the first attenuation factor and the second attenuation factor set by the user may be set. In addition, the state variable of the radar can be estimated by applying the gain factor set through the above process to the estimation model of Equation (3). In addition, the estimated position of the radar output through Equation 6 may be used for SAR fluctuation compensation. However, the present invention is not limited thereto, and the order of the steps for estimating the location may be changed.

본 발명에 따르면, 종래의 복합항법장치(EGI, embedded GPS and IMU)의 센서 오차로 인해 발생하는 측정 위치의 오차를 보정하여 보다 정확한 SAR 요동 보상을 수행할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that more accurate SAR fluctuation compensation can be performed by correcting an error in a measurement position that occurs due to a sensor error of a conventional embedded GPS and IMU (EGI).

또한, 본 발명에 따르면, 레이다의 위치 정보를 사용함으로써, 레이다의 위치 정보를 사용하지 않고 속도 적분만 수행하는 경우에 발생할 수 있는 오차가 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면, SAR 요동 보상 시 SAR 영상의 위치 왜곡과 해상도 저하를 극복할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by using the position information of the radar, an error that may occur when only speed integration is performed without using the position information of the radar does not occur. Therefore, according to the present invention, there is an effect of overcoming the position distortion and resolution degradation of the SAR image during SAR fluctuation compensation.

본 발명의 일 실시예에서, 이득 계수의 각 파라미터가

Figure 112021111560326-pat00028
로 설정될 경우, 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수는 수학식10과 같이 계산될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each parameter of the gain factor is
Figure 112021111560326-pat00028
When set to , the first attenuation coefficient and the second attenuation coefficient may be calculated as in Equation (10).

<수학식10><Equation 10>

Figure 112021111560326-pat00029
Figure 112021111560326-pat00029

이 경우, 추정 모델의 차단 주파수는 w가 되고 2차로 감쇄하게 된다. 본 발명에 따르면, PGA(phase gradient autofocus) 방식으로 자동 초점이 수행될 경우, PGA 윈도우 조건에 따라 최적의 w를 선정함으로써 모든 주파수 대역의 위치 오차를 차단할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 모든 상태 변수에 대한 안정성(stability)을 확보할 수 있어 bias에 의한 추정 위치의 발산을 방지할 수 있다. 따라서, SAR 요동 보상 시 발생할 수 있는 SAR 영상의 위치 왜곡 및 해상도 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.In this case, the cut-off frequency of the estimation model becomes w and is attenuated secondarily. According to the present invention, when autofocus is performed using a phase gradient autofocus (PGA) method, position errors in all frequency bands can be blocked by selecting an optimal w according to the PGA window condition. In addition, according to the present invention, it is possible to secure stability for all state variables, thereby preventing divergence of estimated positions due to bias. Accordingly, there is an effect of preventing position distortion and resolution degradation of the SAR image that may occur during SAR fluctuation compensation.

본 발명의 일 실시예에서, 이득 계수의 각 파라미터가

Figure 112021111560326-pat00030
로 설정될 경우, 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수는 수학식11과 같이 계산될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each parameter of the gain factor is
Figure 112021111560326-pat00030
When set to , the first attenuation coefficient and the second attenuation coefficient may be calculated as in Equation (11).

<수학식11><Equation 11>

Figure 112021111560326-pat00031
Figure 112021111560326-pat00031

이 경우, 수학식8의 추정 위치는 수학식12와 같이 표현될 수 있다.In this case, the estimated position of Equation (8) can be expressed as Equation (12).

<수학식12><Equation 12>

Figure 112021111560326-pat00032
Figure 112021111560326-pat00032

수학식12는 종래의 속도 적분 방식의 위치 추정과 동일한 결과를 나타낸다. 즉, 본 발명의 위치 추정 방법은 감쇄 계수 설정을 통하여 종래의 속도 적분 방식의 위치 추정에 더하여 오차 감쇄를 추가적으로 수행하는 위치 추정 방법임을 알 수 있다.Equation 12 shows the same result as the position estimation of the conventional velocity integration method. That is, it can be seen that the position estimation method of the present invention is a position estimation method that additionally performs error attenuation in addition to the position estimation of the conventional velocity integration method through setting of an attenuation coefficient.

본 발명의 일 실시예에서, 이득 계수의 각 파라미터가 ARE(Algebraic Riccati Equation)으로 구해지는 Kalman-bucy 필터 이득으로 설정될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 위치 추정 방법은 가우시안 정규분포를 갖는 위치 및 속도 오차에 대하여 최적의 성능을 보일 수 있다.In an embodiment of the present invention, each parameter of the gain factor may be set to a Kalman-bucy filter gain obtained by Algebraic Riccati Equation (ARE). In this case, the position estimation method of the present invention can show optimal performance for position and velocity errors having a Gaussian normal distribution.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are diagrams for explaining an effect of a location estimation method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 4는, 종래의 속도 적분 방식의 레이다의 위치 추정을 통한 SAR 요동 보상 후의 SAR 영상을 도시하고 있다. 또한, 도 5는, 본 발명에 따른 레이다의 위치 추정을 통한 SAR 요동 보상 후의 SAR 영상을 도시하고 있다.First, FIG. 4 shows the SAR image after SAR fluctuation compensation through the conventional velocity integration method of estimating the position of the radar. In addition, Figure 5 shows the SAR image after SAR fluctuation compensation through the position estimation of the radar according to the present invention.

도 4에서는 SAR 영상의 위치가 왜곡되고 해상도가 저하되었으나, 도 5에서는 SAR 영상의 위치 오차가 보정 되었고, 해상도가 도 4에 비하여 저하되지 않았음을 알 수 있다.In FIG. 4 , the position of the SAR image is distorted and the resolution is lowered, but in FIG. 5 , it can be seen that the position error of the SAR image is corrected and the resolution is not lowered compared to that of FIG. 4 .

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법은 추정 모델의 이득 계수를 조정함으로써, 복합항법장치(EGI, embedded GPS and IMU)의 출력이 지니는 오차들을 사용자가 원하는 주파수 대역까지 감쇄할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 PGA 기법과 연계하여 모든 주파수 대역에 대한 SAR 요동 보상이 가능하다. 또한, 위치에 대한 가관측성(observability)을 확보함으로써 위치 오차의 수렴성을 보장하여, 기존에 널리 쓰이던 속도 적분 방식의 문제인 SAR 영상 위치 왜곡 및 해상도 저하 또한 방지할 수 있다.The method for estimating position according to an embodiment of the present invention may attenuate errors of an output of an embedded GPS and IMU (EGI) up to a frequency band desired by a user by adjusting a gain coefficient of the estimation model. Therefore, according to the present invention, SAR fluctuation compensation for all frequency bands is possible in conjunction with the PGA technique. In addition, by ensuring the observability of the position, the convergence of the position error is ensured, and thus, it is possible to prevent the distortion of the position of the SAR image and the decrease in resolution, which are problems of the existing widely used velocity integration method.

이상에서 설명된 장치 및/또는 시스템은, 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate 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 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 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.The apparatus and/or system described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of the hardware component and the software component. The devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), a programmable logic unit (PLU). It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a logic unit, microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that can include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

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.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures the processing device to operate as desired or, independently or collectively, the processing device can be ordered. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or apparatus, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 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.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 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.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100: 위치 추정 장치
110: 메모리
120: 프로세서
130: 통신 모듈
140: 입출력 인터페이스
100: location estimation device
110: memory
120: processor
130: communication module
140: input/output interface

Claims (13)

SAR 영상을 획득하는 레이다의 위치 추정 방법에 있어서,
상기 레이다의 상태 변수를 획득하는 단계;
상기 상태 변수를 기초로 상기 레이다의 미리 설정된 이득 계수를 포함하는 추정 모델을 이용하여 상기 레이다의 추정 위치를 계산하는 단계;
상기 추정 모델 및 상기 추정 위치를 라플라스 영역으로 변환하고, 라플라스 영역의 상기 추정 위치를 라플라스 영역의 상기 추정 모델에 대입하여, 상기 추정 위치에 대한 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출하는 단계; 및
상기 감쇄 계수를 이용하여 상기 레이다의 위치를 추정하는 단계;
를 포함하고,
상기 상태 변수는 상기 레이다의 위치 데이터 및 속도 데이터를 포함하는, 위치 추정 방법.
A method for estimating a location of a radar for acquiring a SAR image, the method comprising:
obtaining a state variable of the radar;
calculating an estimated position of the radar using an estimation model including a preset gain factor of the radar based on the state variable;
converting the estimated model and the estimated position into a Laplace domain, and substituting the estimated position of the Laplace domain into the estimated model of the Laplace domain to calculate an attenuation coefficient of the Laplace domain with respect to the estimated position; and
estimating the position of the radar using the attenuation coefficient;
including,
The state variable includes position data and velocity data of the radar.
제1 항에 있어서,
상기 이득 계수는 2개의 행과 2개의 열을 포함하는 행렬로 표현되는, 위치 추정 방법.
According to claim 1,
wherein the gain factor is expressed as a matrix including two rows and two columns.
제1 항에 있어서,
상기 추정 모델은 3차원 공간에 대한 상기 레이다의 등속 방정식과 오차 감쇄 방정식을 포함하는, 위치 추정 방법.
According to claim 1,
The estimation model includes a constant velocity equation and an error attenuation equation of the radar in a three-dimensional space.
제1 항에 있어서,
상기 레이다의 추정 위치를 계산하는 단계는, 상기 상태 변수를 상기 추정 모델에 대입하여 상기 추정 위치를 계산하는 단계인, 위치 추정 방법.
According to claim 1,
The calculating of the estimated position of the radar may include calculating the estimated position by substituting the state variable into the estimation model.
제1 항에 있어서,
상기 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출하는 단계는,
상기 추정 모델의 방정식을 라플라스 영역으로 변환하는 단계;
상기 추정 위치의 방정식을 라플라스 영역으로 변환하는 단계;
라플라스 영역의 상기 추정 위치의 방정식을 라플라스 영역의 상기 추정 모델의 방정식에 대입하여 감쇄 계수를 포함하는 라플라스 영역의 추정 위치 방정식을 계산하는 단계; 및
상기 추정 위치 방정식에 대하여 상기 이득 계수의 각 파라미터에 대한 수식으로 상기 감쇄 계수를 계산하는 단계;
를 포함하는, 위치 추정 방법.
According to claim 1,
Calculating the attenuation coefficient of the Laplace region comprises:
transforming the equation of the estimation model into a Laplace domain;
transforming the equation of the estimated position into a Laplace domain;
calculating an estimated position equation of the Laplace region including an attenuation coefficient by substituting the equation of the estimated position of the Laplace region into the equation of the estimated model of the Laplace region; and
calculating the attenuation coefficient as a formula for each parameter of the gain coefficient with respect to the estimated position equation;
A method of estimating a location, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 감쇄 계수는 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수를 포함하고,
상기 제1 감쇄 계수는 상기 레이다의 위치 오차를 감쇄하고, 상기 제2 감쇄 계수는 상기 레이다의 속도 오차를 감쇄하는, 위치 추정 방법.
According to claim 1,
The attenuation coefficient includes a first attenuation coefficient and a second attenuation coefficient,
The first attenuation coefficient attenuates the position error of the radar, and the second attenuation coefficient attenuates the speed error of the radar.
컴퓨팅 장치를 이용하여 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a recording medium for executing the method of any one of claims 1 to 6 using a computing device. SAR 영상을 획득하는 레이다의 위치 추정 장치에 있어서,
프로세서;를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 레이다의 상태 변수를 획득하고, 상기 상태 변수를 기초로 상기 레이다의 미리 설정된 이득 계수를 포함하는 추정 모델을 이용하여 상기 레이다의 추정 위치를 계산하고, 상기 추정 모델 및 상기 추정 위치를 라플라스 영역으로 변환하고, 라플라스 영역의 상기 추정 위치를 라플라스 영역의 상기 추정 모델에 대입하여, 상기 추정 위치에 대한 라플라스 영역의 감쇄 계수를 산출하고, 상기 감쇄 계수를 이용하여 상기 레이다의 위치를 추정하고,
상기 상태 변수는 상기 레이다의 위치 데이터 및 속도 데이터를 포함하는, 위치 추정 장치.
In the radar position estimation apparatus for acquiring the SAR image,
processor; including;
The processor obtains a state variable of the radar, calculates an estimated position of the radar using an estimated model including a preset gain factor of the radar based on the state variable, the estimated model and the estimated position is converted into a Laplace domain, the estimated position of the Laplace domain is substituted into the estimated model of the Laplace domain, an attenuation coefficient of the Laplace domain for the estimated position is calculated, and the position of the radar is estimated using the attenuation factor and,
The state variable includes position data and velocity data of the radar.
제8 항에 있어서,
상기 이득 계수는 2개의 행과 2개의 열을 포함하는 행렬로 표현되는, 위치 추정 장치.
9. The method of claim 8,
The gain factor is expressed as a matrix including two rows and two columns.
제8 항에 있어서,
상기 추정 모델은 3차원 공간에 대한 상기 레이다의 등속 방정식과 오차 감쇄 방정식을 포함하는, 위치 추정 장치.
9. The method of claim 8,
The estimation model includes a constant velocity equation and an error attenuation equation of the radar with respect to a three-dimensional space.
제8 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 상태 변수를 상기 추정 모델에 대입하여 상기 추정 위치를 계산하는, 위치 추정 장치.
9. The method of claim 8,
and the processor calculates the estimated position by substituting the state variable into the estimation model.
제8 항에 있어서,
상기 감쇄 계수는 라플라스 영역의 추정 위치 방정식에 대하여 상기 이득 계수의 각 파라미터에 대한 수식으로 계산되고,
상기 추정 위치 방정식은 라플라스 영역의 상기 추정 위치의 방정식을 라플라스 영역의 상기 추정 모델의 방정식에 대입하여 계산되는, 위치 추정 장치.
9. The method of claim 8,
The attenuation coefficient is calculated as a formula for each parameter of the gain coefficient with respect to the estimated position equation of the Laplace domain,
The estimated position equation is calculated by substituting the equation of the estimated position of the Laplace region into the equation of the estimated model of the Laplace region.
제8 항에 있어서,
상기 감쇄 계수는 제1 감쇄 계수 및 제2 감쇄 계수를 포함하고,
상기 제1 감쇄 계수는 상기 레이다의 위치 오차를 감쇄하고, 상기 제2 감쇄 계수는 상기 레이다의 속도 오차를 감쇄하는, 위치 추정 장치.
9. The method of claim 8,
The attenuation coefficient includes a first attenuation coefficient and a second attenuation coefficient,
The first attenuation coefficient attenuates the position error of the radar, and the second attenuation coefficient attenuates the speed error of the radar.
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