KR20110097277A - Synthetic aperture radar image forming simulation system and method - Google Patents

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KR20110097277A
KR20110097277A KR1020100017041A KR20100017041A KR20110097277A KR 20110097277 A KR20110097277 A KR 20110097277A KR 1020100017041 A KR1020100017041 A KR 1020100017041A KR 20100017041 A KR20100017041 A KR 20100017041A KR 20110097277 A KR20110097277 A KR 20110097277A
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이현우
민승현
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Abstract

본 발명은 SAR 시스템의 성능 검증을 위하여 포인트 타겟/멀티 타겟/ 분산타겟의 영상을 형성하는 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드(Strip, Spotlight, Scan)의 설정, 인공위성의 촬영 시점을 설정한 후 SAR의 관측시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산하고, 인공위성의 오차 영향인자(Antenna Pointing Error, Jitter, Drift)의 변화량을 설정하여, 인공위성의 전방향 경로 및 후방향 경로, 각 펄스마다의 위상 지연 시간, 안테나 이득값, 윈도우 필터값, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값 등 시스템 파라미터에 기반하여 SAR 영상을 형성할 수 있도록 된 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템은, 인공위성으로부터 영상 획득을 위한 SAR의 시뮬레이션 시나리오를 생성하거나 관리하는 프로젝트 패키지부; 상기 인공위성에 대해 케플러 궤도 요소로부터 위성 궤도를 설계하고, 임의의 시각에서의 궤도 요소를 예측하는 궤도 패키지부; 상기 SAR의 안테나 파라미터를 이용하여 안테나의 영향을 받는 지표 범위를 계산하고, 수신 신호를 모델링하여 안테나의 성능과 오차 요인에 따른 영향을 반영하는 SAR 하드웨어 패키지부; 상기 SAR의 수신 신호를 시뮬레이션 할 경우, 가상의 지상 클러터 정보를 사용하여 반사력 지도를 생성하는 타겟 패키지부; 상기 인공위성에 대한 궤도 요소, 탑재 정보 및 상기 클러터 정보를 이용하여 모의 신호를 생성하고 처리하여 동작 모드에 따른 시뮬레이션을 실행하는 시뮬레이션 패키지부; 및 상기 시뮬레이션에 따른 모의 신호로부터 최종 SAR 영상을 형성하고, 형성된 영상을 대상으로 기하/방사적인 품질평가를 수행하며, 그 결과를 화면 상에 도시하거나 저장하는 디스플레이 패키지부를 포함한다.
본 발명에 의하면, Range 방향의 경우 LFM 펄스의 진폭/위상 안정도, 변화율 등이 포함된 광대역 펄스 생성 및 압축 기술을 시뮬레이션 하여 Chirp Pulps 생성 Modeling을 구현할 수 있다. 또한, azimuth 방향의 해상도 향상을 위해 spotlight mode를 활용하여 고해상도의 영상을 형성할 수 있다. 그리고, SAR 위성 체계 설계 능력 향상을 위한 SAR 위성 체계 설계 파라미터가 최종 영상에 미치는 영향을 분석하고, 다양한 파라미터의 모사 및 분석을 수행하여 설계된 위성 및 센서의 최종 영상 품질 예측 및 도시하기 위한 시뮬레이션 프로그램을 구현할 수 있다.
The present invention relates to a simulation system and method for forming an image of a point target / multi target / distributed target for verifying the performance of the SAR system, and more particularly, operation modes (Strip, Spotlight, Scan) for obtaining an image of the SAR After setting the satellite and the shooting time of the satellite, input the observation time of SAR to calculate the position of the satellite and the target for each simulation time, and set the amount of change of the satellite's error factor (Antenna Pointing Error, Jitter, Drift) SAR image is formed based on the system parameters such as the forward and backward paths of the satellite, the phase delay time for each pulse, the antenna gain value, the window filter value, and the values of the I and Q channels received in each pulse. The present invention relates to a SAR image forming simulation system and method.
The SAR image forming simulation system according to the present invention includes a project package unit for generating or managing a simulation scenario of SAR for image acquisition from a satellite; An orbit package unit for designing satellite orbits from Kepler orbital elements for the satellites and predicting orbital elements at arbitrary times; A SAR hardware package unit configured to calculate an index range affected by the antenna using the antenna parameters of the SAR, and model the received signal to reflect the influence of the antenna performance and error factors; A target package unit for generating a reflection map using virtual ground clutter information when simulating the received signal of the SAR; A simulation package unit configured to generate and process a simulated signal using the orbital element, the payload information, and the clutter information for the satellite to execute a simulation according to an operation mode; And a display package unit for forming a final SAR image from the simulation signal according to the simulation, performing geometric / radial quality evaluation on the formed image, and displaying or storing the result on a screen.
According to the present invention, Chirp Pulps generation modeling can be implemented by simulating a wideband pulse generation and compression technique including amplitude / phase stability, rate of change, and the like of an LFM pulse in the range direction. In addition, the spotlight mode can be used to form a high resolution image to improve resolution in the azimuth direction. In addition, we analyze the effects of SAR satellite system design parameters on the final image to improve SAR satellite system design capability, and simulate and analyze various parameters to create a simulation program for predicting and displaying the final image quality of the designed satellites and sensors. Can be implemented.

Description

합성 개구면 레이더 영상 형성 시뮬레이션 시스템 및 방법{Synthetic aperture radar image forming simulation system and method}Synthetic aperture radar image forming simulation system and method

본 발명은 합성 개구면 레이더(synthetic aperture radar, 이하 SAR) 시스템의 성능 검증을 위하여 포인트 타겟/멀티 타겟/분산 타겟의 영상을 형성하는 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 인공위성의 촬영시점을 설정한 후 SAR의 관측시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산하고, 인공위성의 오차 영향인자(Antenna Pointing Error, Jitter, Drift)의 변화량을 설정하고, 인공위성의 전방향 경로 및 후방향 경로, 각 펄스마다의 위상 지연 시간, 안테나 이득값, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값 등 시스템 파라미터에 기반하여 SAR 영상을 형성할 수 있도록 된 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simulation system and method for forming an image of a point target / multi target / distributed target for verifying the performance of a synthetic aperture radar (SAR) system. After inputting the SAR observation time, the satellite position and the target position are calculated for each simulation time, the satellite change error factor (Antenna Pointing Error, Jitter, Drift) is set, the satellite's forward path and SAR image forming simulation system and method for forming SAR image based on system parameters such as backward path, phase delay time for each pulse, antenna gain value, value of I channel and Q channel received in each pulse It is about.

SAR(Synthetic Aperture Radar) 신호처리 기술은 1960년대부터 발표되기 시작하여 지금까지 많은 변천을 거듭해 오고 있다. Unfocused SAR 이라고 불려지는 초창기의 SAR 알고리즘은 안테나에 수신된 데이터를 특별한 신호처리 과정을 거치지 않고 2차원 이미지 평면에 매핑(mapping) 하였다. 그 후 수신 신호의 위상을 변화시키는 focused SAR 신호처리를 통해서 점점 고해상도의 영상 이미지를 얻을 수 있도록 발전하였다. SAR (Synthetic Aperture Radar) signal processing technology has been introduced since the 1960s and has been changing a lot. Early SAR algorithms, called unfocused SARs, mapped the data received by the antenna to a two-dimensional image plane without any special signal processing. After that, it has been developed to obtain high resolution video images through focused SAR signal processing that changes the phase of the received signal.

컴퓨터의 처리 속도가 빨라지면서 SAR 데이터를 디지탈적으로 처리하여도 데이터 양에 따라 실시간 처리가 가능하게 되었고 더욱 중요한 것은 정밀한 지형 반사정보를 레이더의 이동 방향에 관계 없이 수신 신호를 쉽게 보상하여 영상 이미지를 얻는 것이 가능하게 되었다. 그러므로 SAR 데이터를 디지탈적으로 처리할 수 있게 되어 가능하게 된 다양한 신호처리 알고리즘과 여러 응용분야에 관한 연구가 레이더 신호처리의 매우 중요한 분야로 부각되고 있다. 대표적인 SAR 영상처리 알고리즘으로는 RDA(Range Doppler Algorithm), CSA(Chirp Scaling Algorithm), FSA(Frequency Scaling Algorithm), SPECAN(SPECtral ANalysis method)가 있다. As the computer's processing speed gets faster, even if SAR data is processed digitally, real-time processing is possible depending on the amount of data. It became possible to get. Therefore, research on various signal processing algorithms and various applications that are made possible by digitally processing SAR data has emerged as a very important field of radar signal processing. Typical SAR image processing algorithms include Range Doppler Algorithm (RDA), Chip Scaling Algorithm (CSA), Frequency Scaling Algorithm (FSA), and SPECtral ANalysis method (SPECAN).

또한, SAR 시스템의 발전으로 항공이나 위성에서의 지구 관측 정보 수집 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다. SAR 영상 데이터 활용 기술의 발전이 시급하고, 활용 기술의 전환으로 마이크로파의 지표면 산란 특성을 정확하게 예측하고, SAR 시스템의 성능 검증을 위한 시뮬레이션 모델 개발이 우선되어야 한다. In addition, with the development of the SAR system, the technology of collecting earth observation information from aviation and satellite is rapidly developing. The development of SAR image data utilization technology is urgent, and the conversion of utilization technology should accurately predict the surface scattering characteristics of microwaves and develop a simulation model to verify the performance of SAR system.

고해상도 SAR 영상 획득을 위해서는 rang 방향과 azimuth 방향에 대해 다른 접근 방법이 필요하고, Spotlight mode SAR 생성을 위해서는 지표면의 기하학적 조건과 안테나의 위치와 회전각도에 따라 point targets로부터 반사되어 돌아오는 CW(Continuous Wave)의 Phase와 Amplitude를 계산하여 SAR 시스템의 raw signal 자료의 모의 생성 기법이 필요하다. The acquisition of high resolution SAR images requires different approaches for the rang direction and the azimuth direction, and for the generation of spotlight mode SAR, CW (Continuous Wave) is reflected from the point targets according to the geometrical conditions of the ground surface and the position and rotation angle of the antenna. We need to generate a simulation method of the raw signal data of the SAR system by calculating the phase and amplitude of.

그리고, SAR 운영 및 설계를 위해서는 Point Target에 의한 영향분석 방법과 Multi Target 또는 Distributed Target의 품질을 분석하는 것이 필요하다. 기존의 시뮬레이터는 Point Target 위주의 분석기능을 제공하고 있어 완전한 영상 레이더의 분석이 불가능하다는 문제점이 있었다.
And, for the operation and design of SAR, it is necessary to analyze the impact analysis method by Point Target and the quality of Multi Target or Distributed Target. The existing simulator has a problem that it is impossible to analyze the complete image radar because it provides the analysis function of the point target.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 인공위성의 촬영시점을 설정한 후 SAR의 관측시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산하고, 인공위성의 오차 영향인자(Antenna Pointing Error, Jitter, Drift)의 변화량을 설정하고, 인공위성의 전방향 경로 및 후방향 경로, 각 펄스마다의 위상 지연 시간, 안테나 이득값, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값 등 시스템 파라미터에 기반하여 SAR 영상을 형성할 수 있도록 된 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
An object of the present invention for solving the above-described problems, after setting the shooting time of the satellite, input the observation time of the SAR to calculate the position of the satellite and the target for each simulation time, and the error influence factor of the satellite (Antenna Pointing Error, Jitter, and Drift), and adjust the system parameters such as the satellite's forward and backward paths, the phase delay time for each pulse, the antenna gain value, and the I and Q channel values received from each pulse. The present invention provides a SAR image forming simulation system and method capable of forming a SAR image based on the present invention.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템은, 인공위성으로부터 영상 획득을 위한 SAR의 시뮬레이션 시나리오를 생성하거나 관리하는 프로젝트 패키지부; 상기 인공위성에 대해 케플러 궤도 요소로부터 위성 궤도를 설계하고, 임의의 시각에서의 궤도 요소를 예측하는 궤도 패키지부; 상기 SAR의 안테나 파라미터를 이용하여 안테나의 영향을 받는 지표 범위를 계산하고, 수신 신호를 모델링하여 안테나의 성능과 오차 요인에 따른 영향을 반영하는 SAR 하드웨어 패키지부; 상기 SAR의 수신 신호를 시뮬레이션 할 경우, 가상의 지상 클러터 정보를 사용하여 반사력 지도를 생성하는 타겟 패키지부; 상기 인공위성에 대한 궤도 요소, 탑재 정보 및 상기 클러터 정보를 이용하여 모의 신호를 생성하고 처리하여 동작 모드에 따른 시뮬레이션을 실행하는 시뮬레이션 패키지부; 및 상기 시뮬레이션에 따른 모의 신호로부터 최종 SAR 영상을 형성하고, 형성된 영상을 대상으로 기하/방사적인 품질평가를 수행하며, 그 결과를 화면 상에 도시하거나 저장하는 디스플레이 패키지부를 포함한다.SAR image formation simulation system according to the present invention for achieving the above object, the project package unit for generating or managing a simulation scenario of SAR for image acquisition from the satellite; An orbit package unit for designing satellite orbits from Kepler orbital elements for the satellites and predicting orbital elements at arbitrary times; A SAR hardware package unit configured to calculate an index range affected by the antenna using the antenna parameters of the SAR, and model the received signal to reflect the influence of the antenna performance and error factors; A target package unit for generating a reflection map using virtual ground clutter information when simulating the received signal of the SAR; A simulation package unit configured to generate and process a simulated signal using the orbital element, the payload information, and the clutter information for the satellite to execute a simulation according to an operation mode; And a display package unit for forming a final SAR image from the simulation signal according to the simulation, performing geometric / radial quality evaluation on the formed image, and displaying or storing the result on a screen.

또한, 상기 SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드에 대해 스트립(Strip) 모드로 동작할 것인지, 스캔(Scan) 모드로 동작할 것인지, 점광(Spotlight) 모드로 동작할 것인지를 선택하기 위한 동작 선택부를 추가로 포함한다.Also, an operation selector for selecting whether to operate in a strip mode, a scan mode, or a spotlight mode for an operation mode for acquiring an image of the SAR. Additionally included.

또한, 상기 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍과 같은 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정하는 위성오차 설정부를 더 포함한다.The apparatus may further include a satellite error setting unit that defines an error range for the antenna pointing position of the satellite and sets an error of a satellite shift due to external force such as satellite phase shift jitter and solar wind. do.

또한, 상기 시뮬레이션 패키지부는, 운영모드 설정 과정, 위성오차 설정 과정, 궤도 전파 과정, 전파 펄스 지연 과정 및 복귀 신호 계산 과정을 통해 포인트 타겟 또는 멀티 타겟의 원시 신호를 생성한다.The simulation package unit generates a raw signal of a point target or a multi target through an operation mode setting process, a satellite error setting process, an orbit propagation process, a propagation pulse delay process, and a return signal calculation process.

또한, 상기 운영모드 설정 과정은, 상기 SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드에 대해 스트립(Strip) 모드로 동작할 것인지, 스캔(Scan) 모드로 동작할 것인지, 점광(Spotlight) 모드로 동작할 것인지를 선택하기 위한 인공위성 운영모드를 설정한다.The operation mode setting process may include operating in a strip mode, a scan mode, or a spotlight mode for an operation mode for acquiring an image of the SAR. Set the satellite operating mode to select.

또한, 상기 위성오차 설정 과정은, 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍을 포함하는 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정한다.In addition, the satellite error setting process, the error range for the positioning point of the antenna of the satellite and defines the error of the satellite (drift) due to the phase shift error (jitter) and the external force including the solar wind of the satellite. do.

또한, 상기 궤도 전파 과정은, 상기 SAR의 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 위성의 위치와 타겟의 위치를 계산한다.In addition, the orbit propagation process calculates the position of the satellite and the position of the target for each simulation time by inputting the observation time of the SAR.

또한, 상기 전파 펄스 지연 과정은, 전방향 경로의 도달 시간을 계산하고, 후방향 경로의 도달 시간을 계산하며, 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산한다.In addition, the propagation pulse delay process calculates the arrival time of the forward path, calculates the arrival time of the backward path, calculates the round trip distance between the satellite and the target during the imaging time, and phase delay for each pulse. Calculate

또한, 상기 복귀 신호 계산 과정은, 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 계산한다.In addition, the return signal calculation process calculates an antenna gain value to be applied for each pulse, and calculates values of an I channel and a Q channel received in each pulse.

또한, 상기 시뮬레이션 패키지부는, 궤도 전파 과정과, 전파 펄스 지연 과정, 반사력 지도 표시 과정 및 중첩 복귀 신호 계산 과정을 통해 분산타겟 원시 신호를 생성한다.In addition, the simulation package unit generates a distributed target raw signal through an orbit propagation process, a propagation pulse delay process, a reflectivity map display process, and an overlapping return signal calculation process.

또한, 상기 궤도 전파 과정은, 상기 SAR의 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 상기 인공위성의 위치와 상기 타겟의 위치를 계산한다.In addition, the orbit propagation process calculates the position of the satellite and the position of the target for each simulation time by inputting the observation time of the SAR.

또한, 상기 전파 펄스 지연 과정은, 전방향 경로의 도달 시간을 계산하고, 후방향 경로의 도달 시간을 계산하며, 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산한다.In addition, the propagation pulse delay process calculates the arrival time of the forward path, calculates the arrival time of the backward path, calculates the round trip distance between the satellite and the target during the imaging time, and phase delay for each pulse. Calculate

또한, 상기 반사력 지도 표시 과정은, 신호와 지표 사이의 로컬 투사각을 계산하고, 각 펄스에서 반사되지 않는 음영 지역을 계산하며, 각 펄스에서 반사되는 반사력 지도의 확산값을 계산한다.In addition, the reflectivity map display process calculates a local projection angle between the signal and the indicator, calculates a shadow area not reflected by each pulse, and calculates a diffusion value of the reflectivity map reflected by each pulse.

그리고, 상기 중첩 복귀 신호 계산 과정은, 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산한다.
The overlap return signal calculation process calculates an antenna gain value to be applied to each pulse, and calculates by overlapping the values of the I channel and the Q channel received in each pulse.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법은, 인공위성으로부터 포인트 타겟/멀티 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법으로서, (a) SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드를 설정하는 운영모드 설정 단계; (b) 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍을 포함하는 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정하는 위성오차 설정단계; (c) 상기 인공위성의 궤도를 따라 상기 인공위성의 위치가 타겟에 가장 근접한 시간을 설정하고 관측시간을 입력하여 상기 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산하는 궤도 전파 단계; (d) 상기 인공위성에 대한 전방향 경로의 도달 시간 및 후방향 경로의 도달 시간을 계산하고, 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산하는 전파 지연 단계; 및 (e) 상기 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값과 윈도우 필터값을 계산하며, 상기 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 계산하는 복귀 신호 계산 단계를 포함한다.Meanwhile, the SAR image forming simulation method according to the present invention for achieving the above object is a SAR image forming simulation method for processing a raw image signal for a point target / multi target from a satellite, (a) obtaining an image of SAR An operation mode setting step of setting an operation mode to perform the operation mode; (b) a satellite error setting step of defining an error range for an antenna pointing position of a satellite and setting an error of a satellite shift due to an external force including a satellite phase shift jitter and solar wind; (c) an orbit propagation step of calculating a position of the satellite and a position of the target by setting a time when the position of the satellite is closest to the target along the orbit of the satellite and inputting an observation time; (d) a propagation delay that calculates the arrival time of the forward path and the backward path to the satellite, calculates the round trip distance of the satellite and the target during the imaging time, and calculates a phase delay for each pulse; step; And (e) calculating an antenna gain value and a window filter value to be applied to each pulse, and calculating a return signal for calculating the values of the I channel and the Q channel received in each pulse.

여기서, 상기 (e) 단계 이후에 생성된 포인트 타겟/멀티 타겟 원시 영상 신호는 위상의 신호가 균일하게 분포되어 있고, 원시 영상 신호의 중앙부에 위상 지연이 발생되어 있다.
Here, in the point target / multi-target raw video signal generated after step (e), phase signals are uniformly distributed, and a phase delay is generated in the center of the raw video signal.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법은, 인공위성으로부터 분산 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법으로서, (a) SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드를 설정하는 운영모드 설정 단계; (b) 위성의 위치 및 자세에 대한 오차 범위를 정의하는 위성오차 설정단계; (c) 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 상기 인공위성의 위치와 상기 타겟의 위치를 계산하는 단계; (d) 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리(R array)를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산하는 단계; (e) 상기 각 펄스에서 반사되지 않는 음영 지역을 계산하며, 상기 각 펄스에서 반사되는 반사력 지도의 확산값을 계산하는 단계; 및 (f) 상기 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산하는 단계를 포함한다.Meanwhile, a SAR image forming simulation method according to the present invention for achieving the above object is a SAR image forming simulation method for processing a raw image signal for a distributed target from a satellite, comprising: (a) an operation for obtaining an image of a SAR An operation mode setting step of setting a mode; (b) a satellite error setting step of defining an error range for the position and attitude of the satellite; (c) calculating a position of the satellite and a position of the target for each simulation time by inputting an observation time; (d) calculating a round trip distance (R array) of the satellite and the target during an imaging time, and calculating a phase delay for each pulse; (e) calculating a shadow area not reflected by each pulse, and calculating a diffusion value of the reflectivity map reflected by each pulse; And (f) calculating overlapping values of the I channel and the Q channel received in each pulse.

또한, 상기 (a) 단계는 SAR 영상 획득을 위한 동작 모드(Strip, Spotlight, Scan)를 설정한다.In addition, the step (a) sets the operation mode (Strip, Spotlight, Scan) for the SAR image acquisition.

또한, 상기 (b) 단계는 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍과 같은 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정한다.In addition, the step (b) defines the error range for the antenna pointing position of the satellite and sets the error for the phenomenon that the satellite moves due to an external force such as satellite phase shift jitter and solar wind.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 인공위성의 촬영시간을 UTC 타임으로 설정한다.In addition, step (c) sets the shooting time of the satellite to UTC time.

또한, 상기 (d) 단계는 상기 인공위성에 대한 전방향 경로의 도달 시간 및 후방향 경로의 도달 시간을 계산한다.In addition, step (d) calculates the arrival time of the forward path and the arrival of the backward path to the satellite.

또한, 상기 (e) 단계는 신호와 지표 사이의 로컬 투사각을 계산한다.Further, step (e) calculates the local projection angle between the signal and the indicator.

또한, 상기 (e) 단계는, 상기 신호와 지표 사이의 로컬 투사각을 계산하기 위해 연속적으로 변하는 지표 모델을 Piecewise Planar Approximation을 사용하는 Facet 형태로 모델링한다.In the step (e), the continuously varying indicator model is modeled as a Facet type using Piecewise Planar Approximation to calculate a local projection angle between the signal and the indicator.

또한, 상기 Facet 형태로 모델링하기 위해 DEM의 각 Resolution Cell의 Slope를 산출하며, 상기 Slope는 Facet에 평행한 벡터로 정의되며 경사각인 Gradiant와 방위각인 Aspect 컴포넌트의 합으로 나타낸다.In addition, the slope of each resolution cell of the DEM is calculated to model in the facet shape, and the slope is defined as a vector parallel to the facet, and is represented by the sum of the gradient component, which is an inclination angle, and the aspect component, which is an azimuth angle.

그리고, 상기 (d) 단계는 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산한다.
In the step (d), an antenna gain value to be applied for each pulse is calculated, and the values of the I channel and the Q channel received in each pulse are overlapped and calculated.

본 발명에 의하면, 지표면의 상태를 가장 적절히 표현하고, 이 상태에서의 마이크로파 산란 특성을 예측해 주는 모델을 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement a model that most appropriately expresses the state of the earth's surface and predicts microwave scattering characteristics in this state.

또한, Range 방향의 경우 LFM 펄스의 진폭/위상 안정도, 변화율 등이 포함된 광대역 펄스 생성 및 압축 기술을 시뮬레이션 하여 Chirp Pulps 생성 Modeling을 구현할 수 있다. In the range direction, Chirp Pulps generation modeling can be implemented by simulating wideband pulse generation and compression techniques including amplitude / phase stability and rate of change of LFM pulses.

또한, azimuth 방향의 해상도 향상을 위해 spotlight mode를 활용하여 고해상도의 영상을 형성할 수 있다. In addition, the spotlight mode can be used to form a high resolution image to improve resolution in the azimuth direction.

그리고, SAR 위성 체계 설계 능력 향상을 위한 SAR 위성 체계 설계 파라미터가 최종 영상에 미치는 영향을 분석하고, 다양한 파라미터의 모사 및 분석을 수행하여 설계된 위성 및 센서의 최종 영상 품질 예측 및 도시하기 위한 시뮬레이션 프로그램을 구현할 수 있다.
In addition, we analyze the effects of SAR satellite system design parameters on the final image to improve SAR satellite system design capability, and simulate and analyze various parameters to simulate and predict the final image quality of the designed satellite and sensor. Can be implemented.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법에서 포인트 타겟/멀티 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 포인트 타겟 원시 영상 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법에서 분산 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 FACET 모델을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 Shadow 모델을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 키르히호프 확산 모델을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티타겟 원시 신호 영상을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분산타겟 원시 신호의 처리 영상을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상의 정량적 품질을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 위성의 오차에 의한 SAR 영상의 정량적 품질 변화량을 나타낸 도면이다.
1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a SAR image forming simulation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a process of processing a raw image signal for a point target / multi target in a SAR image forming simulation method according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a point target raw video signal generated according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a process of processing a raw image signal for a dispersion target in a SAR image forming simulation method according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view showing a FACET model according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a shadow model according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a Kirchhoff diffusion model according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a multi-target raw signal image according to an embodiment of the present invention.
9 is a view illustrating a processed image of a distributed target raw signal according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates quantitative quality of a SAR image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a quantitative change in quality of SAR images due to satellite error according to an embodiment of the present invention. FIG.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a SAR image forming simulation system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은, 프로젝트 패키지부(110), 궤도(Orbit) 패키지부(120), SAR 하드웨어 패키지부(130), 타겟 패키지부(140), 시뮬레이션 패키지부(150), 디스플레이 패키지부(160) 및 동작 선택부(170)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention includes a project package unit 110, an orbit package unit 120, a SAR hardware package unit 130, and a target package unit 140. ), A simulation package unit 150, a display package unit 160, and an operation selector 170.

여기에, 상기 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍과 같은 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정하는 위성오차 설정부를 더 포함할 수 있다.The satellite error setting unit may further define an error range for the antenna pointing position of the satellite and set an error for a satellite shift due to an external force such as satellite phase shift jitter and solar wind. It may include.

프로젝트 패키지부(110)는 인공위성으로부터 영상 획득을 위한 SAR의 시뮬레이션 시나리오를 생성하거나 관리한다.The project package unit 110 generates or manages a simulation scenario of SAR for image acquisition from a satellite.

궤도 패키지부(120)는 인공위성에 대해 케플러 궤도 요소로부터 위성 궤도를 설계하고, 임의의 시각에서의 궤도 요소를 예측한다.The orbit package 120 designs satellite orbits from Kepler orbital elements for satellites and predicts orbital elements at arbitrary times.

SAR 하드웨어 패키지부(130)는 SAR의 안테나 파라미터를 이용하여 안테나의 영향을 받는 지표 범위를 계산하고, 수신 신호를 모델링하여 안테나의 성능과 오차 요인에 따른 영향을 반영한다.The SAR hardware package unit 130 calculates an index range affected by the antenna using the antenna parameters of the SAR, and models the received signal to reflect the influence of the antenna performance and the error factor.

타겟 패키지부(140)는 SAR의 수신 신호를 시뮬레이션 할 경우, 가상의 지상 클러터 정보를 사용하여 반사력 지도(Reflectivity Map)를 생성한다.When simulating the received signal of the SAR, the target package unit 140 generates a reflectivity map using virtual ground clutter information.

시뮬레이션 패키지부(150)는 인공위성에 대한 궤도 요소, 탑재 정보 및 클러터 정보를 이용하여 모의 신호를 생성하고 처리하여 동작 모드에 따른 시뮬레이션을 실행한다.The simulation package 150 generates and processes a simulated signal using the orbital element, the payload information, and the clutter information about the satellite to execute a simulation according to an operation mode.

디스플레이 패키지부(160)는 시뮬레이션에 따른 모의 신호로부터 최종 에스SAR 영상을 형성하고, 형성된 영상을 대상으로 기하/방사적인 품질평가를 수행하며, 그 결과를 화면 상에 도시하거나 저장한다.The display package unit 160 forms a final SSAR image from the simulation signal according to the simulation, performs geometric / radial quality evaluation on the formed image, and displays or stores the result on the screen.

동작 선택부(170)는 SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드에 대해 스트립(Strip) 모드로 동작할 것인지, 스캔(Scan) 모드로 동작할 것인지, 점광(Spotlight) 모드로 동작할 것인지를 선택한다.The operation selector 170 selects whether to operate in a strip mode, a scan mode, or a spotlight mode for an operation mode for acquiring an image of a SAR. .

도 1에서, 시뮬레이션 패키지부(150)는, 운영모드 설정 과정, 위성오차 설정과정, 궤도 전파(Obit Propagation) 과정과, 전파 펄스 지연(Propagation Pulse delay) 과정 및 복귀 신호 계산(Calculate Return Signal) 과정을 통해 포인트 타겟(Point Target) 또는 멀티타겟(Multi-Target) 원시 신호(Raw Signal)를 생성한다.In FIG. 1, the simulation package 150 includes an operation mode setting process, a satellite error setting process, an orbit propagation process, a propagation pulse delay process, and a calculated return signal process. A point target or a multi-target raw signal is generated by using the target signal.

이때, 운영모드 설정 과정은, SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드에 대해 스트립(Strip) 모드로 동작할 것인지, 스캔(Scan) 모드로 동작할 것인지, 점광(Spotlight) 모드로 동작할 것인지를 선택하기 위한 인공위성 운영모드를 설정한다.In this case, the operation mode setting process selects whether to operate in a strip mode, a scan mode, or a spotlight mode for an operation mode for acquiring an image of a SAR. Set the satellite operating mode to

또한, 위성오차 설정 과정은, 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍 등과 같은 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정한다.In addition, the satellite error setting process defines an error range for the antenna pointing position of the satellite and sets an error for a phenomenon in which the satellite moves due to an external force such as satellite phase shift jitter and solar wind.

또한, 궤도 전파 과정은, 인공위성의 촬영시간을 설정하고, SAR의 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 위성의 위치와 타겟의 위치를 계산한다.In addition, the orbit propagation process sets the imaging time of the satellite, inputs the observation time of the SAR, and calculates the position of the satellite and the position of the target for each simulation time.

또한, 전파 펄스 지연 과정은, 전방향 경로(Forward Path)의 도달 시간을 계산하고, 후방향 경로(Backward Path)의 도달 시간을 계산하며, 이미징 시간(Imaging Time) 동안의 인공위성과 타겟의 왕복 거리(R array)를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연(Phase delay)을 계산한다.In addition, the propagation pulse delay process calculates the arrival time of the forward path, calculates the arrival time of the backward path, and the round trip distance between the satellite and the target during the imaging time. Calculate the (R array) and calculate the phase delay for each pulse.

또한, 복귀 신호 계산 과정은, 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스마다 적용할 윈도우 필터(Window Filter)값을 계산하며, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 계산한다.In addition, the return signal calculation process calculates an antenna gain value to be applied to each pulse, a window filter value to be applied to each pulse, and calculates values of I and Q channels received in each pulse. do.

한편, 시뮬레이션 패키지부(150)는, 궤도 전파(Obit Propagation) 과정과, 전파 펄스 지연(Propagation Pulse delay) 과정, 반사력 지도(Reflectivity Map) 표시 과정 및 중첩(Superposition) 복귀 신호 계산(Calculate Return Signal) 과정을 통해 분산타겟(Distributed Target) 원시 신호(Raw Signal)를 생성한다.Meanwhile, the simulation package 150 includes an orbit propagation process, a propagation pulse delay process, a reflection map display process, and a superposition return signal calculation. To generate a distributed target raw signal.

이때, 궤도 전파 과정은, 인공위성의 촬영시간을 설정하고, SAR의 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산한다.At this time, the orbit propagation process sets the shooting time of the satellite, inputs the observation time of the SAR, and calculates the position of the satellite and the target for each simulation time.

또한, 전파 펄스 지연 과정은, 전방향 경로(Forward Path)의 도달 시간을 계산하고, 후방향 경로(Backward Path)의 도달 시간을 계산하며, 이미징 시간(Imaging Time) 동안의 인공위성과 타겟의 왕복 거리(R array)를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연(Phase delay)을 계산한다.In addition, the propagation pulse delay process calculates the arrival time of the forward path, calculates the arrival time of the backward path, and the round trip distance between the satellite and the target during the imaging time. Calculate the (R array) and calculate the phase delay for each pulse.

또한, 반사력 지도 표시 과정은, 신호와 지표 사이의 로컬 투사각(Local Incidence angle)을 계산하고, 각 펄스에서 반사되지 않는 음영(Shadow) 지역을 계산하며, 각 펄스에서 반사되는 반사력 지도의 확산(Scattering)값을 계산한다.In addition, the reflectivity map display process calculates a local incidence angle between the signal and the indicator, calculates shadow areas that are not reflected in each pulse, and diffuses the reflectivity map reflected in each pulse. Calculate the Scattering value.

그리고, 중첩 복귀 신호 계산 과정은, 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스마다 적용할 윈도우 필터(Window Filter)값을 계산하며, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산한다.
In addition, the overlap return signal calculation process calculates an antenna gain value to be applied to each pulse, calculates a window filter value to be applied to each pulse, and calculates values of I and Q channels received in each pulse. Calculate by overlapping.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법에서 포인트 타겟/멀티 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of processing a raw image signal for a point target / multi target in a SAR image forming simulation method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 궤도 전파(Orbit Propagation) 과정으로, 인공위성의 궤도를 따라 인공위성의 위치가 타겟에 가장 근접한 시간을 제로(0) 타임으로 설정하고, 탑재체 모듈에서 SAR의 관측시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산한다(S210).Referring to FIG. 2, the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention is an orbit propagation process, and sets a time when the position of the satellite is closest to the target along the trajectory of the satellite to zero time. In addition, the position of the satellite and the position of the target are calculated for each simulation time by inputting the observation time of the SAR in the payload module (S210).

이어, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 전파 지연(Propagation Delay) 과정으로, 인공위성에 대한 전방향 경로(Forward Path)의 도달 시간 및 후방향 경로(Backward Path)의 도달 시간을 계산하고, 이미징 시간(Imaging Time) 동안의 인공위성과 타겟의 왕복 거리(R array)를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연(Phase delay)을 계산한다(S220).Subsequently, the SAR image forming simulation system 100 calculates the arrival time of the forward path and the backward path of the satellite as a propagation delay process, and calculates the imaging time. It calculates the round trip distance (R array) of the satellite and the target during (Imaging Time), and calculates a phase delay for each pulse (S220).

이어, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 복귀 신호 생성(Return Signal Generation) 과정으로, 각 펄스마다 적용할 안테나 이득(Antenna Gain)값과 윈도우 필터(Window Filter)값을 계산하며, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 계산한다(S230).Subsequently, the SAR image forming simulation system 100 calculates an antenna gain value and a window filter value to be applied to each pulse as a return signal generation process, and receives each pulse. The calculated values of the I channel and the Q channel are calculated (S230).

그리고, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 시뮬레이션 패키지부(150)를 통해 전술한 바와 같이 산출된 시스템 파라미터에 근거하여 포인트 타겟 원시 신호를 형성하여 도 3에 도시된 바와 같이 디스플레이 패키지부(160)를 통해 디스플레이한다(S240).In addition, the SAR image forming simulation system 100 forms a point target raw signal based on the system parameters calculated as described above through the simulation package unit 150 to display the display unit 160 as shown in FIG. 3. Display through (S240).

여기서, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 포인트 타겟 원시 영상 신호를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 포인트 타겟 원시 영상 신호는 위상의 신호가 균일하게 분포되어 있고, 원시 영상 신호의 중앙부에 위상 지연이 발생되어 있다.
3 is a diagram illustrating a point target raw video signal generated according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the point target raw video signal, phase signals are uniformly distributed, and a phase delay is generated in the center of the raw video signal.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법에서 멀티 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a process of processing a raw image signal for a multi-target in a SAR image forming simulation method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 인공위성의 촬영시간을 UTC 타임으로 설정하고, 탑재체 모듈에서 SAR의 관측 시간(tx time of a pulse)을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 인공위성의 위치(Vs0:satellite position)와 타겟의 위치(Vt0:target position)를 계산한다(S410).Referring to FIG. 4, the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention sets the shooting time of the satellite to UTC time and inputs the observation time (tx time of a pulse) of the SAR in the payload module for each simulation time. A satellite position (Vs0: satellite position) and a target position (Vt0: target position) are calculated (S410).

이어, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 인공위성에 대한 전방향 경로의 도달 시간(t1:Forward Path) 및 후방향 경로의 도달 시간(t2:Backward Path)을 계산하고, 이미징 시간(Imaging Time) 동안의 인공위성과 타겟의 왕복 거리(R array Delay)를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연(Phase delay)을 계산한다(S420).Subsequently, the SAR image forming simulation system 100 calculates the forward time (t1: forward path) of the forward path and the backward path (t2: backward path) of the satellite, and during the imaging time (Imaging Time) The satellite and the round trip distance (R array Delay) of the target is calculated, and the phase delay (Phase delay) for each pulse (S420).

이어, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 신호와 지표 사이의 로컬 투사각(Local Incidence angle)을 계산하고, 각 펄스에서 반사되지 않는 음영(Shadow) 지역을 계산하며, 각 펄스에서 반사되는 반사력 지도의 확산(Scattering)값을 계산한다(S430).Subsequently, the SAR image forming simulation system 100 calculates a local incidence angle between the signal and the indicator, calculates shadow areas not reflected by each pulse, and reflectance maps reflected by each pulse. Scattering value of is calculated (S430).

이때, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 신호와 지표 사이의 로컬 투사각(Local incidence angle)을 구하기 위해서는 도 5에 도시된 바와 같이 우선 지표 각 지점의 지향 방향을 계산하여야 하며, 이를 위해 연속적으로 변하는 지표 모델을 Piecewise Planar Approximation을 사용하는 Facet 형태로 모델링한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 FACET 모델을 나타낸 도면이다.In this case, in order to obtain a local incidence angle between a signal and an index, the SAR image forming simulation system 100 first needs to calculate a direction of direction of each index point as shown in FIG. 5. The surface model is modeled as a facet using Piecewise Planar Approximation. 5 is a view showing a FACET model according to an embodiment of the present invention.

또한, Facet 형태로 모델링하기 위해 DEM(Digital Elevation Model)의 각 Resolution Cell의 Slope를 산출하며, Slope는 Facet에 평행한 벡터로 정의되며 경사각인 Gradiant와 방위각인 Aspect 컴포넌트의 합으로 나타낸다.In addition, the slope of each resolution cell of the digital elevation model (DEM) is calculated to model in the facet shape, and the slope is defined as a vector parallel to the facet, and is expressed as the sum of the gradient component and the azimuth aspect component.

이어, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 인공위성의 방위각과 고도각을 이용하여 투영면의 Shadow와 Layover를 계산한다. 이때, Z-buffer 알고리즘을 이용한다. Z-buffer 알고리즘은 가시권 분석을 위해 컴퓨터 그래픽 분야에서 주로 사용되는 방법으로 1998년 Amhar가 항공사진의 정사 영상 제작 시 Shadow 영역 탐지를 위해 적용하였다. 국내외적으로 폐색 탐지에 관련된 알고리즘이 제시된 바 있지만 Z-buffer 알고리즘을 이용한 폐색 탐지 방법이 가장 널리 이용되고 있다.Subsequently, the SAR image forming simulation system 100 calculates the shadow and layover of the projection surface by using the azimuth and elevation angles of the satellite. At this time, Z-buffer algorithm is used. The Z-buffer algorithm is mainly used in the field of computer graphics for visibility analysis. In 1998, Amhar applied it to the detection of shadow area when producing aerial images of aerial photographs. Algorithms related to occlusion detection have been suggested at home and abroad, but the occlusion detection method using the Z-buffer algorithm is most widely used.

본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)이 도 6에 도시된 바와 같이 Z-buffer 알고리즘을 이용한 가시권 분석을 위해선 SAR의 중심 위치(X, Y, Z)와 자세 정보(w, k, f), DEM이 필요하다. SAR의 중심 위치로부터 DEM까지의 거리를 비교하여 Shadow 영역을 탐지한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 Shadow 모델을 나타낸 도면이다.As shown in FIG. 6, the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention has a center position (X, Y, Z) and attitude information (w, k, f) of SAR for visual analysis using a Z-buffer algorithm. ), DEM is required. The shadow area is detected by comparing the distance from the center of SAR to the DEM. 6 is a view showing a shadow model according to an embodiment of the present invention.

이때, 알고리즘의 적용 방법은 DEM과 동일한 좌표 체계와 크기를 가지는 가상 격자를 생성한다(거리영상). SAR의 중심위치로부터 대상 공간(DEM)의 모든 점들 간의 거리를 구한 후, 생성된 거리 영상의 해당 좌표에 거리를 저장한다. 영상 취득 시의 카메라의 자세 정보(w, k, f)와 중심위치(X, Y, Z)를 이용하여 DEM을 대상으로 경사 투영 변환을 수행하며, 투영 변환된 격자(Z-buffer)에는 DEM의 높이값 대신 원 DEM의 좌표값을 참조하여 거리 영상에 저장된 거리값을 할당한다. Z-buffer에 저장될 거리를 비교하여 Shadow 영역을 결정할 수 있다.At this time, the application method of the algorithm generates a virtual grid having the same coordinate system and size as the DEM (distance image). After the distance between all points of the target space (DEM) is obtained from the center position of the SAR, the distance is stored in corresponding coordinates of the generated distance image. Gradient projection conversion is performed on the DEM by using the posture information (w, k, f) and the center position (X, Y, Z) of the camera at the time of image acquisition. Instead of the height value, the distance value stored in the distance image is assigned by referring to the coordinate value of the original DEM. The shadow area can be determined by comparing the distance to be stored in the Z-buffer.

도 6에서, 지점 A, F의 경우는 Shadow 영역이 아니며, 경사 투영 변환 시에 Z-buffer 상에 하나의 좌표를 가진다. 하지만, 지점 B와 D의 경우는 Shadow 영역이며 변환 시 Shadow 영역이 아닌 지점 C, E와 Z-buffer 상에서 동일한 좌표(동일 시준선상에 위치)를 가지게 된다. 따라서, 앞서 계산된 DSM으로부터 평균 해수면까지의 거리 C점이 위성과 더 가깝고 B지점이 위성과 더 멀게 위치하므로 B’B<B’C이다. 따라서 B점은 폐색지역에 해당한다. 마차가지로 D’D, D’E를 비교하여 가장 큰 값을 제외한 지점을 Shadow 영역으로 결정할 수 있었으며, 탐지된 영역에 null을 부여하여 결과를 나타낸다.In FIG. 6, the points A and F are not shadow regions, and have one coordinate on the Z-buffer at the gradient projection conversion. However, in the case of points B and D, it is a shadow area, and when transformed, they have the same coordinates (positioned on the same collimation line) on points C, E, and Z-buffer, not the shadow area. Therefore, B'B <B'C is the distance from the DSM calculated above to the average sea level, because point C is closer to the satellite and point B is farther from the satellite. Therefore, point B corresponds to the occlusion area. Similarly, D'D, D'E could be compared to determine the shadow area except the largest value, and null is given to the detected area to show the result.

또한, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 도 7에 도시된 바와 같이 Scattering 모델을 이용한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 키르히호프 확산 모델(Kirchhoff Scattering Model)을 나타낸 도면이다.In addition, the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention uses a scattering model as shown in FIG. 7. FIG. 7 is a view showing a Kirchhoff Scattering Model according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 7에 도시된 바와 같이 확산 모델은 표면 특성(Surface characteristics)을 황량한 표면(Surface Roughness)이나 수분 함유량(Moisture Content)에 반영하고, 편광(Polarization) 정보와 레이더 주파수(Radar Frequency) 정보, 투사각(Incidence angle) 정보, 경사지(Local slope) 정보, 표면(Surface Roughness) 정보, 수분 함량(Moisture Content) 정보 등을 확산 모델(Scattering Model)에 입력하고 DEM 정보를 반영하여 반사력 지도(Reflectivity Map)을 생성하여 화면 상에 표시하는 것이다.As shown in FIG. 7, the diffusion model reflects surface characteristics to Surface Roughness or Moisture Content, and includes polarization information, radar frequency information, and projection angle. Incidence angle information, local slope information, surface roughness information, moisture content information, etc. are input to the scattering model, and the reflection map is reflected by reflecting the DEM information. It is created and displayed on the screen.

이어, SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스마다 적용할 윈도우 필터(Window Filter)값을 계산하며, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산하여 복귀 신호(Return Signal)를 생성한다(S440).Subsequently, the SAR image forming simulation system 100 calculates an antenna gain value to be applied to each pulse, calculates a window filter value to be applied to each pulse, and calculates the I and Q channels received from each pulse. The return signal is generated by overlapping the calculated values (S440).

본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)에서 이용하는 SAR은 마이크로파 대의 전자파를 이용하여 표적의 고해상도 영상 이미지를 얻는 발전된 형태의 레이더 기술이다. 도 8에 도시된 바와 같이 수신 신호의 위상을 변화시키는 Focused SAR 신호 처리를 통해 고해상도의 영상 이미지를 획득한다. 즉, SAR은 Strip Map Mode 상태에서 CSA(Chirp Scaling Algorithm) 알고리즘을 적용하여 SAR Focusing 영상을 생성하고, Spotlight Mode 상태에서 FSA(Frequency Scaling Algorithm) 알고리즘을 적용하고, Scan Mode 상태에서 SPECAN(SPECtral ANalysis method) 알고리즘을 적용하여 SAR Focusing 영상을 생성한다.The SAR used in the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention is an advanced radar technique for obtaining a high resolution image image of a target using microwaves in a microwave band. As shown in FIG. 8, a high resolution video image is obtained through focused SAR signal processing that changes a phase of a received signal. That is, SAR generates SAR focusing image by applying CSA (Chirp Scaling Algorithm) algorithm in Strip Map Mode, applies Frequency Scaling Algorithm (FSA) algorithm in Spotlight Mode, and SPECtral ANalysis method in Scan Mode. ) Generate SAR Focusing image by applying algorithm.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티타겟 원시 신호 영상을 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이 원시 신호 영상에 대해 거리 방향으로 압축한(Range Compressed) 영상을 획득할 수 있고, 비행 방향으로 압축한(Azimuth Compressed) 영상을 획득할 수 있다.8 is a diagram illustrating a multi-target raw signal image according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, an image compressed in a distance direction with respect to the raw signal image may be acquired, and an image compressed in the flight direction may be obtained.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분산타겟 원시 신호의 처리 영상을 나타낸 도면이다. 도 9에서 (a)는 도시된 바와 같이 도 5의 Facet 형태로 모델링하기 위한 DEM(Digital Elevation Model) 정보이며 (b)는 각 Resolution Cell의 Slope를 산출한 반사 지도로부터 원시신호 영상을 생성하여 거리 방향으로 압축과(Range Compressed) 비행 방향으로 압축한(Azimuth Compressed) 영상의 결과를 나타낸 것이다.9 is a view illustrating a processed image of a distributed target raw signal according to an embodiment of the present invention. In FIG. 9, (a) shows digital elevation model (DEM) information for modeling the facet of FIG. 5, and (b) shows a distance by generating a raw signal image from a reflection map from which a slope of each resolution cell is calculated. It shows the result of the image compressed in the direction (Range Compressed) and in the direction of flight (Azimuth Compressed).

여기서, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)에서 디스플레이 패키지부(160)를 통해 화면 상에 표시되는 SAR 영상은 SLC(Single Look Complex) 데이터 형태로 저장될 수 있다. SLC 데이터는 대부분 BIP(Band Interleaved by Pixel), BIL(Band Interleaved by Line), BSQ(Band Sequential)의 형식으로 저장된다. 프로그램 상에서 데이터를 처리할 때에도 이와 같은 데이터 형식을 사용한다. SAR 탑재 위성 및 항고기의 전파를 수신하면서 I(In Phase)와 Q(Quadrature Phase)의 두 개의 채널로 관측 데이터를 나누어서 저장한다. 두 채널이 하나의 샘플 데이터를 형성하기 때문에 BIP 형식이 데이터를 다루는데 편리하다.Here, the SAR image displayed on the screen through the display package unit 160 in the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention may be stored in the form of SLC (Single Look Complex) data. Most SLC data is stored in the form of band interleaved by pixel (BIP), band interleaved by line (BIL), and band sequential (BSQ). The same data format is used when processing data in a program. Receives data from SAR-equipped satellites and fish, and stores observation data in two channels: I (In Phase) and Q (Quadrature Phase). Since both channels form one sample of data, the BIP format is convenient for handling the data.

또한, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템(100)은 SAR 영상의 품질 측정을 위해 정량적 품질 척도로서 SAR 영상의 Radiometric Quality를 측정하기 위해 정의된 단위로서 PSLR(resolution of the image in azimuth, and range) 및 ISLR(equivalent looks in azimuth, and range)을 사용한다. In addition, the SAR image forming simulation system 100 according to the present invention is a PSLR (resolution of the image in azimuth, and range) as a unit defined for measuring Radiometric Quality of a SAR image as a quantitative quality measure for measuring a quality of a SAR image. ) And ISLR (equivalent looks in azimuth, and range).

이에 따라 정량적 품질을 비교해 보면 도 10에 도시된 바와 같이 PSLR 값이 높을수록 더 좋은 영상 품질을 보장하게 된다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 SAR 영상의 정량적 품질을 나타낸 도면이다.Accordingly, when comparing the quantitative quality, as shown in FIG. 10, the higher the PSLR value, the better the image quality. 10 illustrates quantitative quality of a SAR image according to an embodiment of the present invention.

도 10에서 (a)는 거리(Range)와 비행(Azimuth)에 따른 샘플 외 영상(Over sampled Image)을 나타내고, (b)는 거리에 따른 이득 규모(Magnitude of Range)를 나타내며, (c)는 비행에 따른 이득 규모(Magnitude of Azimuth)를 나타내며, (d)는 품질 측정 결과(Quality Measure Result)를 나타낸 것이다.In FIG. 10, (a) shows an over sampled image according to a range and azimuth, (b) shows a magnitude of range according to a distance, and (c) Magnitude of Azimuth is shown by flight, and (d) shows a quality measure result.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 위성의 오차에 의한 SAR 영상의 정량적 품질 변화량을 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a quantitative quality variation of a SAR image due to an error of a satellite according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 11의 (a)에서 Bus Pointing Error는 위성의 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 Payload Pointing Error는 SAR 탑재체의 기계적 조향각 및 전기적 조향각 에러의 범위를 정의한 것이다. Satellite Stability는 위성의 위상 변이 오차로 jitter는 위성의 외란에 의한 영향으로 발생되는 진동을 나탄낸다. Drift는 태양풍과 같은 외력에 의해 위성이 이동하는 현상을 나타낸 것이다. (b)는 위성 오차가 없는 상태와 모든 오차를 반영하였을 때 품질의 감소량을 나타낸 것이다.In FIG. 11A, Bus Pointing Error defines an error range for a satellite's pointing position, and Payload Pointing Error defines a range of mechanical steering angle and electrical steering angle errors of the SAR payload. Satellite Stability is a satellite phase shift error, and jitters show vibrations caused by satellite disturbances. Drift is a phenomenon in which satellites are moved by external forces such as solar wind. (b) shows the decrease in quality when there is no satellite error and all errors are reflected.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 인공위성의 촬영시간을 설정하고, 위치가 타겟에 가장 가까이 근접한 시간을 계산한 후 SAR의 관측시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산하고, 인공위성의 전방향 경로 및 후방향 경로, 각 펄스마다의 위상 지연 시간, 안테나 이득값, 윈도우 필터값, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값 등 시스템 파라미터에 기반하여 SAR 영상을 형성할 수 있도록 된 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, by setting the shooting time of the satellite, calculate the time when the position is closest to the target, input the observation time of SAR, calculate the position of the satellite and the position of the target for each simulation time, SAR images can be formed based on system parameters such as the satellite's forward and backward paths, phase delay time for each pulse, antenna gain value, window filter value, and I and Q channel values received in each pulse. SAR image forming simulation system and method can be realized.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
As those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features, the embodiments described above are intended to be illustrative in all respects and should not be considered as limiting. Should be. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

본 발명은 전자파를 이용해 지상의 표적 등을 탐지하여 카메라로 사진을 찍은 것과 같은 영상을 생성하는 영상 레이더 장치에 적용할 수 있다.The present invention can be applied to an image radar device that generates an image such as taking a photograph by a camera by detecting a target on the ground using electromagnetic waves.

또한, SAR 위성 임무 계획 및 위성의 위치, 자세, Pointing 오차에 따른 영향 분석하여 SAR 시스템의 성능 검증을 적용할 수 있다.In addition, performance verification of SAR system can be applied by analyzing the effects of SAR satellite mission planning and satellite position, attitude, and pointing error.

또한, 영상 레이더에서 디스플레이되는 물체의 산란 특성을 모델화하여 물리적 인자를 추출하는 알고리즘에 적용할 수 있다.In addition, the scattering characteristics of the object displayed on the image radar can be modeled and applied to an algorithm for extracting physical factors.

그리고, SAR 영상 데이터를 형성하는 시뮬레이션 시스템과, 고속으로 대용량의 데이터를 처리해야 영상 레이더 장치나 시스템에 적용할 수 있다.
In addition, a simulation system for forming SAR image data and a large amount of data must be processed at high speed to be applied to an image radar device or system.

100 : SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템 110 : 프로젝트 패키지부
120 : 궤도 패키지부 130 : SAR 하드웨어 패키지부
140 : 타겟 패키지부 150 : 시뮬레이션 패키지부
160 : 디스플레이 패키지부 170 : 동작 선택부
100: SAR image formation simulation system 110: Project package part
120: track package portion 130: SAR hardware package portion
140: target package unit 150: simulation package unit
160: display package unit 170: operation selection unit

Claims (25)

인공위성으로부터 영상 획득을 위한 SAR의 시뮬레이션 시나리오를 생성하거나 관리하는 프로젝트 패키지부;
상기 인공위성에 대해 케플러 궤도 요소로부터 위성 궤도를 설계하고, 임의의 시각에서의 궤도 요소를 예측하는 궤도(Orbit) 패키지부;
상기 SAR의 안테나 파라미터를 이용하여 안테나의 영향을받는 지표 범위를 계산하고, 수신 신호를 모델링하여 안테나의 성능과 오차 요인에 따른 영향을 반영하는 SAR 하드웨어 패키지부;
상기 SAR의 수신 신호를 시뮬레이션 할 경우, 가상의 지상 클러터 정보를 사용하여 반사력 지도(Reflectivity Map)를 생성하는 타겟 패키지부;
상기 인공위성에 대한 궤도 요소, 탑재 정보 및 상기 클러터 정보를 이용하여 모의 신호를 생성하고 처리하여 동작 모드에 따른 시뮬레이션을 실행하는 시뮬레이션 패키지부; 및
상기 시뮬레이션에 따른 모의 신호로부터 최종 SAR 영상을 형성하고, 형성된 영상을 대상으로 기하/방사적인 품질평가를 수행하며, 그 결과를 화면 상에 도시하거나 저장하는 디스플레이 패키지부;
를 포함하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
A project package unit for generating or managing a simulation scenario of SAR for image acquisition from a satellite;
An orbit package unit for designing satellite orbits from Kepler orbital elements for the satellites and predicting orbital elements at arbitrary times;
A SAR hardware package unit configured to calculate an index range affected by the antenna using the antenna parameters of the SAR, and model the received signal to reflect the influence of the antenna performance and error factors;
A target package unit configured to generate a reflection map using virtual terrestrial clutter information when simulating the received signal of the SAR;
A simulation package unit configured to generate and process a simulated signal using the orbital element, the payload information, and the clutter information for the satellite to execute a simulation according to an operation mode; And
A display package unit for forming a final SAR image from the simulation signal according to the simulation, performing geometric / radial quality evaluation on the formed image, and displaying or storing the result on a screen;
SAR image formation simulation system comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드에 대해 스트립(Strip) 모드로 동작할 것인지, 스캔(Scan) 모드로 동작할 것인지, 점광(Spotlight) 모드로 동작할 것인지를 선택하기 위한 동작 선택부;
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 1,
An operation selection unit for selecting whether to operate in a strip mode, a scan mode, or a spotlight mode with respect to an operation mode for acquiring an image of the SAR;
SAR image forming simulation system, characterized in that it further comprises.
제 1 항에 있어서,
상기 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍과 같은 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정하는 위성오차 설정부;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 1,
A satellite error setting unit that defines an error range for the antenna pointing position of the satellite and sets an error of a satellite shift due to an external force such as a phase shift jitter and a solar wind of the satellite;
SAR image forming simulation system, characterized in that it further comprises.
제 1 항에 있어서,
상기 시뮬레이션 패키지부는, 운영모드 설정 과정, 위성오차 설정 과정, 궤도 전파 과정, 전파 펄스 지연 과정 및 복귀 신호 계산 과정을 통해 포인트 타겟 또는 멀티 타겟의 원시 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 1,
The simulation package unit generates a raw signal of a point target or a multi target through an operation mode setting process, a satellite error setting process, an orbit propagation process, a propagation pulse delay process, and a return signal calculation process. SAR image forming simulation system, characterized in that.
제 4 항에 있어서,
상기 운영모드 설정 과정은, 상기 SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드에 대해 스트립(Strip) 모드로 동작할 것인지, 스캔(Scan) 모드로 동작할 것인지, 점광(Spotlight) 모드로 동작할 것인지를 선택하기 위한 인공위성 운영모드를 설정하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 4, wherein
The operation mode setting process may select whether to operate in a strip mode, a scan mode, or a spotlight mode for an operation mode for acquiring an image of the SAR. SAR image forming simulation system, characterized in that for setting the satellite operating mode for.
제 4 항에 있어서,
상기 위성오차 설정 과정은, 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍을 포함하는 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 4, wherein
The satellite error setting process is to define the error range for the antenna pointing position of the satellite, and to set the error for the drift of the satellite by the external force including the phase shift jitter and the solar wind of the satellite. A SAR image forming simulation system.
제 4 항에 있어서,
상기 궤도 전파 과정은, 상기 SAR의 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 위성의 위치와 타겟의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 4, wherein
The orbit propagation process is a SAR image forming simulation system, characterized in that for calculating the position of the satellite and the position of the target for each simulation time by inputting the observation time of the SAR.
제 4 항에 있어서,
상기 전파 펄스 지연 과정은, 전방향 경로의 도달 시간을 계산하고, 후방향 경로의 도달 시간을 계산하며, 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 4, wherein
The propagation pulse delay process calculates the arrival time of the forward path, calculates the arrival time of the backward path, calculates the round trip distance of the satellite and the target during the imaging time, and calculates the phase delay for each pulse. SAR image forming simulation system, characterized in that.
제 4 항에 있어서,
상기 복귀 신호 계산 과정은, 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 4, wherein
The return signal calculation process may include calculating an antenna gain value to be applied to each pulse and calculating a value of an I channel and a Q channel received in each pulse.
제 1 항에 있어서,
상기 시뮬레이션 패키지부는, 궤도 전파 과정과, 전파 펄스 지연 과정, 반사력 지도 표시 과정 및 중첩 복귀 신호 계산 과정을 통해 분산타겟 원시 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 1,
The simulation package unit, the SAR image forming simulation system, characterized in that for generating a distributed target raw signal through the orbit propagation process, propagation pulse delay process, reflectivity map display process and superposition return signal calculation process.
제 10 항에 있어서,
상기 궤도 전파 과정은, 상기 SAR의 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 상기 인공위성의 위치와 상기 타겟의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 10,
The orbit propagation process is a SAR image forming simulation system, characterized in that for calculating the position of the satellite and the position of the target for each simulation time by inputting the observation time of the SAR.
제 10 항에 있어서,
상기 전파 펄스 지연 과정은, 전방향 경로의 도달 시간을 계산하고, 후방향 경로의 도달 시간을 계산하며, 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 10,
The propagation pulse delay process calculates the arrival time of the forward path, calculates the arrival time of the backward path, calculates the round trip distance of the satellite and the target during the imaging time, and calculates the phase delay for each pulse. SAR image forming simulation system, characterized in that.
제 10 항에 있어서,
상기 반사력 지도 표시 과정은, 신호와 지표 사이의 로컬 투사각을 계산하고, 각 펄스에서 반사되지 않는 음영 지역을 계산하며, 각 펄스에서 반사되는 반사력 지도의 확산값을 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 10,
The reflectivity map display process includes calculating a local projection angle between a signal and an indicator, calculating a shadow area not reflected by each pulse, and calculating a spread value of the reflectivity map reflected by each pulse. Image Formation Simulation System.
제 10 항에 있어서,
상기 중첩 복귀 신호 계산 과정은, 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 시스템.
The method of claim 10,
In the superimposition return signal calculation process, an antenna gain value to be applied to each pulse is calculated, and the SAR image forming simulation system of claim 1, wherein the I channel and Q channel values received in each pulse are overlapped and calculated.
인공위성으로부터 포인트 타겟/멀티 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법으로서,
(a) SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드를 설정하는 운영모드 설정 단계;
(b) 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍을 포함하는 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정하는 위성오차 설정단계;
(c) 상기 인공위성의 궤도를 따라 상기 인공위성의 위치가 타겟에 가장 근접한 시간을 설정하고 관측시간을 입력하여 상기 인공위성의 위치와 타겟의 위치를 계산하는 궤도 전파 단계;
(d) 상기 인공위성에 대한 전방향 경로의 도달 시간 및 후방향 경로의 도달 시간을 계산하고, 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산하는 전파 지연 단계; 및
(e) 상기 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값과 윈도우 필터값을 계산하며, 상기 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 계산하는 복귀 신호 계산 단계;
를 포함하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
A SAR image formation simulation method for processing a raw image signal for a point target / multi target from a satellite,
(a) an operation mode setting step of setting an operation mode for obtaining an image of a SAR;
(b) a satellite error setting step of defining an error range for an antenna pointing position of a satellite and setting an error of a satellite shift due to an external force including a satellite phase shift jitter and solar wind;
(c) an orbit propagation step of calculating a position of the satellite and a position of the target by setting a time when the position of the satellite is closest to the target along the orbit of the satellite and inputting an observation time;
(d) a propagation delay that calculates the arrival time of the forward path and the backward path to the satellite, calculates the round trip distance of the satellite and the target during the imaging time, and calculates a phase delay for each pulse; step; And
(e) a return signal calculating step of calculating an antenna gain value and a window filter value to be applied to each pulse, and calculating values of I and Q channels received in each pulse;
Image forming simulation method of SAR comprising a.
제 15 항에 있어서,
상기 (e) 단계 이후에 생성된 포인트 타겟/멀티 타겟 원시 영상 신호는 위상의 신호가 균일하게 분포되어 있고, 원시 영상 신호의 중앙부에 위상 지연이 발생되어 있는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 15,
The point target / multi-target raw video signal generated after step (e) has a phase signal uniformly distributed, and a phase delay is generated in the center of the raw video signal. .
인공위성으로부터 분산 타겟에 대한 원시 영상 신호를 처리하는 SAR 영상 형성 시뮬레이션 방법으로서,
(a) SAR의 영상을 획득하기 위한 동작 모드를 설정하는 운영모드 설정 단계;
(b) 위성의 위치 및 자세에 대한 오차 범위를 정의하는 위성오차 설정단계;
(c) 관측 시간을 입력하여 시뮬레이션 시간 별로 상기 인공위성의 위치와 상기 타겟의 위치를 계산하는 단계;
(d) 이미징 시간 동안의 상기 인공위성과 상기 타겟의 왕복 거리(R array)를 계산하며, 각 펄스마다 위상 지연을 계산하는 단계;
(e) 상기 각 펄스에서 반사되지 않는 음영 지역을 계산하며, 상기 각 펄스에서 반사되는 반사력 지도의 확산값을 계산하는 단계; 및
(f) 상기 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산하는 단계;
를 포함하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
A SAR image formation simulation method for processing raw image signals from satellites to a distributed target,
(a) an operation mode setting step of setting an operation mode for obtaining an image of a SAR;
(b) a satellite error setting step of defining an error range for the position and attitude of the satellite;
(c) calculating a position of the satellite and a position of the target for each simulation time by inputting an observation time;
(d) calculating a round trip distance (R array) of the satellite and the target during an imaging time, and calculating a phase delay for each pulse;
(e) calculating a shadow area not reflected by each pulse, and calculating a diffusion value of the reflectivity map reflected by each pulse; And
(f) calculating overlapping values of the I channel and the Q channel received in each pulse;
Image forming simulation method of SAR comprising a.
제 17 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 SAR 영상 획득을 위한 동작 모드(Strip, Spotlight, Scan)를 설정하는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
The step (a) is the image forming simulation method of the SAR, characterized in that for setting the operation mode (Strip, Spotlight, Scan) for the SAR image acquisition.
제 17 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 위성의 안테나 Pointing 위치에 대한 오차 범위를 정의하고 위성의 위상 변이 오차(jitter)와 태양풍과 같은 외력에 의해 위성이 이동하는 현상(Drift)에 대한 오차를 설정하는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
Step (b) is to define the error range for the antenna pointing position of the satellite, and to set the error for the phenomenon (drift) of the satellite moving due to the satellite phase shift error (jitter) and the external force such as solar wind Image formation simulation method of SAR.
제 17 항에 있어서,
상기 (c) 단계는 상기 인공위성의 촬영시간을 UTC 타임으로 설정하는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
In the step (c), the image forming simulation method of the SAR, characterized in that for setting the shooting time of the satellite to UTC time.
제 17 항에 있어서,
상기 (d) 단계는 상기 인공위성에 대한 전방향 경로의 도달 시간 및 후방향 경로의 도달 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
In step (d), the arrival time of the forward path to the satellite and the arrival time of the backward path are calculated.
제 17 항에 있어서,
상기 (e) 단계는 신호와 지표 사이의 로컬 투사각을 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
And (e) calculating a local projection angle between the signal and the indicator.
제 17 항에 있어서,
상기 (e) 단계는, 상기 신호와 지표 사이의 로컬 투사각을 계산하기 위해 연속적으로 변하는 지표 모델을 Piecewise Planar Approximation을 사용하는 Facet 형태로 모델링하는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
In the step (e), the image modeling simulation method of SAR, characterized by modeling the continuously changing surface model in the facet form using Piecewise Planar Approximation to calculate the local projection angle between the signal and the surface.
제 17 항에 있어서,
상기 Facet 형태로 모델링하기 위해 DEM의 각 Resolution Cell의 Slope를 산출하며, 상기 Slope는 Facet에 평행한 벡터로 정의되며 경사각인 Gradiant와 방위각인 Aspect 컴포넌트의 합으로 나타낸 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
Slope of each resolution cell of the DEM is calculated to model in the facet shape, wherein the slope is defined as a vector parallel to the facet and is represented by the sum of the gradient component, the inclination angle, and the azimuth aspect component. Way.
제 17 항에 있어서,
상기 (d) 단계는 각 펄스마다 적용할 안테나 이득값을 계산하고, 각 펄스에서 수신된 I 채널과 Q 채널의 값을 중첩하여 계산하는 것을 특징으로 하는 SAR의 영상 형성 시뮬레이션 방법.
The method of claim 17,
In step (d), an antenna gain value to be applied to each pulse is calculated, and the image formation simulation method of SAR, wherein the values of the I channel and the Q channel received in each pulse are calculated by overlapping.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101319239B1 (en) * 2011-12-12 2013-10-16 대한민국 Apparatus of outputting mock video signal capable of being generated in a radar
KR101320508B1 (en) * 2012-09-13 2013-10-23 국방과학연구소 Device for efficiency test of synthetic aperture radar
KR101357061B1 (en) * 2012-04-17 2014-02-04 국방과학연구소 Data Structure and Method for Operational Timing Signal Generation in Synthetic Aperture Radar Payload
KR101524529B1 (en) * 2013-11-14 2015-06-03 한국항공우주연구원 Method for sar processing
CN105842698A (en) * 2016-05-18 2016-08-10 西安电子科技大学 Fast simulation method of high resolution SAR image
CN106291549A (en) * 2016-07-27 2017-01-04 中国科学院电子学研究所 A kind of metal polygonal diameter radar image emulation mode and application thereof
KR101969863B1 (en) * 2018-11-19 2019-08-13 한국건설기술연구원 Method and apparatus for simulating of GPS receiver observation environment based on DSM
CN111025246A (en) * 2019-11-28 2020-04-17 北京遥测技术研究所 Simulation system and method for composite scene imaging of sea surface and ship by using stationary orbit SAR
KR102420978B1 (en) 2021-12-24 2022-07-15 한화시스템 주식회사 System and method for simulation and image quality analysis of sar payload for micro-satellite

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101319239B1 (en) * 2011-12-12 2013-10-16 대한민국 Apparatus of outputting mock video signal capable of being generated in a radar
KR101357061B1 (en) * 2012-04-17 2014-02-04 국방과학연구소 Data Structure and Method for Operational Timing Signal Generation in Synthetic Aperture Radar Payload
KR101320508B1 (en) * 2012-09-13 2013-10-23 국방과학연구소 Device for efficiency test of synthetic aperture radar
KR101524529B1 (en) * 2013-11-14 2015-06-03 한국항공우주연구원 Method for sar processing
CN105842698A (en) * 2016-05-18 2016-08-10 西安电子科技大学 Fast simulation method of high resolution SAR image
CN106291549A (en) * 2016-07-27 2017-01-04 中国科学院电子学研究所 A kind of metal polygonal diameter radar image emulation mode and application thereof
CN106291549B (en) * 2016-07-27 2019-02-15 中国科学院电子学研究所 A kind of the diameter radar image emulation mode and its application of metal polygon
KR101969863B1 (en) * 2018-11-19 2019-08-13 한국건설기술연구원 Method and apparatus for simulating of GPS receiver observation environment based on DSM
CN111025246A (en) * 2019-11-28 2020-04-17 北京遥测技术研究所 Simulation system and method for composite scene imaging of sea surface and ship by using stationary orbit SAR
CN111025246B (en) * 2019-11-28 2021-09-07 北京遥测技术研究所 Simulation system and method for composite scene imaging of sea surface and ship by using stationary orbit SAR
KR102420978B1 (en) 2021-12-24 2022-07-15 한화시스템 주식회사 System and method for simulation and image quality analysis of sar payload for micro-satellite

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