KR20180046966A - 효율적인 회전 운동 보상을 위한 isar 병진 운동 보상 방법 및 장치 - Google Patents

효율적인 회전 운동 보상을 위한 isar 병진 운동 보상 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180046966A
KR20180046966A KR1020160142064A KR20160142064A KR20180046966A KR 20180046966 A KR20180046966 A KR 20180046966A KR 1020160142064 A KR1020160142064 A KR 1020160142064A KR 20160142064 A KR20160142064 A KR 20160142064A KR 20180046966 A KR20180046966 A KR 20180046966A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
translational motion
motion component
motion compensation
burst
isar
Prior art date
Application number
KR1020160142064A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101902072B1 (ko
Inventor
김찬홍
강병수
정성은
김경태
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020160142064A priority Critical patent/KR101902072B1/ko
Publication of KR20180046966A publication Critical patent/KR20180046966A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101902072B1 publication Critical patent/KR101902072B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9064—Inverse SAR [ISAR]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

본 발명은 효율적인 회전 운동 보상(rotational motion compensation)을 위한 역합성 개구면 레이다(inverse synthetic aperture radar: ISAR) 병진 운동 보상(translational motion compensation)에 관한 것으로, 보다 자세하게는 레이다 관측 각도의 변화율이 일정하지 않기 때문에 회전 운동 보상이 필요한 ISAR 영상 시나리오에서, 상기 회전운동보상을 효율적으로 수행 가능하게 하는 ISAR 병진 운동 보상 방법 및 장치에 대한 것이다.

Description

효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법 및 장치{Method and Apparatus of Inverse Synthetic Aperture Radar translational motion compensation for efficient rotational motion compensation}
본 발명은 효율적인 회전 운동 보상(rotational motion compensation)을 위한 역합성 개구면 레이다(inverse synthetic aperture radar: ISAR) 병진 운동 보상(translational motion compensation)에 관한 것으로, 보다 자세하게는 레이다 관측 각도의 변화율이 일정하지 않기 때문에 회전 운동 보상이 필요한 ISAR 영상 시나리오에서, 상기 회전운동보상을 효율적으로 수행 가능하게 하는 ISAR 병진 운동 보상 방법 및 장치에 대한 것이다.
일반적으로 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상은 고정된 레이다가 광대역 신호를 이용하여 기동하는 표적에 대한 산란원(scatterer)의 분포를 2차원(two-dimensional: 2D)의 형태로 도시하는 레이다 영상으로써, 표적의 산란 메커니즘(mechanism) 분석 및 레이다 표적식별(non-cooperative target recognition: NCTR) 분야에서 널리 활용되고 있다.
ISAR 영상 시스템 내 기동하는 표적의 움직인 성분은 병진 운동 성분과 회전운동 성분으로 나뉜다. 상기 병진 운동 성분은 표적의 레이다 가시선(Radar Line Of Sight: RLOS) 방향으로의 움직임 성분이고, 회전운동 성분은 레이다 관측 각도의 변화에 기인하는 표적의 회전 성분이다. 상기 두 운동 성분 중, ISAR 영상 형성 시 필요한 운동 성분은 관측 각도의 변화율이 일정한 회전 운동 성분이다.
따라서, 일반적으로 초점이 맞는 ISAR 영상을 형성하기 위해서는, 병진 운동보상을 수행함으로써 표적과 레이다 간의 움직임 성분을 제거해야 한다. 이와 더불어, ISAR 영상 형성 환경에서 레이다 관측 각도 변화율이 일정하지 않을 경우 ISAR 영상의 초점이 저하되는 원인이 되기 때문에, 이를 해결하기 위한 회전 운동 보상이 추가적으로 수행되어야 한다.
상기 병진 운동 보상 과정은 레인지 빈(range bin) 단위로 각 버스트(burst) 별 1차원 고해상도 거리 측면도(high resolution range profile: HRRP)의 움직임을 정렬하는 거리 정렬 과정과, 거리 정렬 과정 후에 잔존하는 위상오차 성분을 제거하는 위상 보정(phase adjustment) 과정으로 나뉜다.
일반적으로, 이러한 위상 보정의 경우 ISAR 영상의 품질 척도를 평가하는 비용 함수(cost function)를 최적화(optimization)함으로써 수행되는 기법들이 널리 활용되고 있다. 상기 기법들은 관측 각도의 변화율이 일정한 ISAR 영상 형성 환경에서, 빠른 연산시간 내 거리정렬 후 잔존하는 위상 성분을 추정하기 때문에, 실시간으로 고품질 ISAR 영상을 형성 가능하게 한다.
그러나 상기 기법들에 기초한 잔류 위상오차의 추정 과정에서 레이다 수신신호가 왜곡되기 때문에, 관측 각도의 변화율이 일정하지 않은 환경에서 상기 병진 운동 보상 기법들을 수행한 후, 기존의 회전 운동 보상 기법을 수행 시 초점이 저하된 ISAR 영상이 형성되는 문제가 발생한다.
1. 한국공개특허번호 제10-2011-0036430호
1. 최인호외, "1차원 중심 모멘트를 이용한 효과적인 ISAR 영상 식별"한국정보기술학회지 한국정보기술학회논문지 제14권 제1호(JKIIT, Vol.14, No.1) 61p ~ 68p, 2016년
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 거리정렬과정에서 병진운동성분을 추정한 후, 추정된 운동성분을 기반으로 위상보정을 수행함으로써 레이다 수신신호가 왜곡되는 문제없이, 효율적인 회전운동보상의 수행을 가능하게 하는 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 추정된 운동성분을 기반으로 위상보정을 수행함으로써 레이다 수신신호가 왜곡되는 문제없이, 효율적인 회전운동보상의 수행을 가능하게 하는 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 방법을 제공한다.
상기 ISAR 병진 운동 보상 방법은,
(a) 표적의 실제 병진 운동 성분 및 실제 회전 운동 성분을 갖는 레이다 신호를 위한 각 버스트 별 1차원 HRRP(High Resolution Range Profile)를 형성하는 단계;
(b) 상기 각 버스트 별 1차원 HRRP의 각 버스트에 대해 거리 정렬을 수행하여 제 1 이동 거리를 생성하는 단계;
(c) 상기 제 1 이동 거리 및 각 버스트간의 시간간격을 이용하여 상기 병진 운동 성분에 대한 거친 추정(coarse estimation)을 수행하여 추정 병진 운동 성분을 생성하는 단계;
(d) 상기 추정 병진 운동 성분에 대한 미세 추정(fine estimation)을 수행하여 상기 실제 병진 운동 성분에 근접한 근접 병진 운동 성분을 생성하는 단계; 및
(e) 상기 근접 병진 운동 성분에 기초하여 상기 실제 병진 운동 성분을 보상하기 위한 보정을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 버스트 별 1차원 HRRP는 거리 압축을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 거리 정렬은 상기 각 버스트 별 1차원 HRRP의 합인 ARP(Azimuth Reference Pulse)의 엔트로피 최소화를 통해 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 거친 추정은 각 버스트 별 HRRP의 레인지 빈 단위로의 이동정도를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 이동 거리는 상기 각 버스트 별 HRRP의 레인지 빈 단위로의 이동정도와 단위 레인지 빈에 대한 해상도를 이용하여 각 버스트 별 가시선 방향으로의 이동거리인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 추정 병진 운동 성분은 제로패딩(zero padding)을 통해 레인지 빈에 대한 해상도를 증가시킴으로써 정밀도가 높아지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 미세 추정은 상기 추정 병진운동 성분에 기초하여 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상의 엔트로피를 최소화함으로써 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 거친 추정은 상기 실제 병진 운동 성분을 중심으로 제 1 탐색 영역을 설정한 후, 상기 제 1 탐색 영역내에서 ISAR 영상의 엔트로피를 최소로 하는 병진 운동 성분을 추정함으로써 상기 표적의 추정 병진 운동 성분을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 미세 추정은 상기 추정 병진 운동 성분을 중심으로 제 2 탐색 영역을 설정한 후, PSO(Particle Swarm Optimization) 최적화 알고리즘을 통해 상기 제 2 탐색 영역내에서 ISAR 영상의 엔트로피를 최소화함으로써, 상기 근접 병진 운동 성분을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 보정은 위상함수에 대한 왜곡 없이 효율적인 회전 운동 보상을 위한 상기 미세 추정에 따른 근접 병진 운동 성분에 기초한 위상 보정인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 표적의 실제 병진 운동 성분 및 실제 회전 운동 성분을 갖는 레이다 신호를 위한 각 버스트 별 1차원 HRRP(High Resolution Range Profile)를 형성하는 HRRP 형성부; 상기 각 버스트 별 1차원 HRRP의 각 버스트에 대해 거리 정렬을 수행하여 제 1 이동 거리를 생성하는 거리 정렬부; 상기 제 1 이동 거리 및 각 버스트간의 시간간격을 이용하여 상기 병진 운동 성분에 대한 거친 추정(coarse estimation)을 수행하여 추정 병진 운동 성분을 생성하고, 상기 추정 병진 운동 성분에 대한 미세 추정(fine estimation)을 수행하여 상기 실제 병진 운동 성분에 근접한 근접 병진 운동 성분을 생성하는 추정부; 및 상기 근접 병진 운동 성분에 기초하여 상기 실제 병진 운동 성분을 보상하기 위한 보정을 수행하는 보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제안된 병진운동보상 기법의 경우, 거리정렬 과정에서 추정된 병진 운동 성분에 기초하여 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상의 비용 함수를 최적화하기 때문에, 레이다 수신신호에 대한 왜곡 없이 병진 운동 보상이 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 이러한 병진 운동 보상으로 인해 기능자에게 관측 각도의 변화율이 일정하지 않은 ISAR 영상 형성 환경에서, 병진 운동 보상 후 회전 운동 보상을 수행 가능하게 하기 때문에, 다양한 기동 환경에서의 고품질 ISAR 영상을 형성하는 것을 가능하게 한다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 이를 기반 한 다수의 응용분야에서의 활용을 용이하게 한다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 과정을 보여주는 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 각 버스트 별 HRRP의 거리정렬 단계(S120)에 대한 수행 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 각 버스트 별 HRRP의 레인지 빈 단위로의 이동정도와, 단위 레인지 빈에 대한 해상도를 이용하여, 각 버스트 별로 표적의 RLOS(Radar Line Of Sight) 방향으로의 움직인 거리를
Figure pat00001
단위로 추정하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 병진 운동 성분의 변화에 따른 ISAR 영상의 엔트로피의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 거친 추정(coarse estimation) 수행 단계(S130)에서 추정된 병진 운동 성분을 중심으로 좁은 탐색 영역을 설정함으로써, 실제 표적의 병진 운동 성분을 추정하는 것에 대한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 약 83개의 점 산란원으로 구성된 보잉(Boeing) 747 비행기 모델의 실시예를 보여주는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 표적에 대한 레이다 관측 각도의 변화율을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비용 함수 최적화 기반 위상 보정 알고리즘을 이용하여 병진 운동 보상을 수행한 후, 회전 운동 보상 알고리즘을 적용한 ISAR 영상 결과를 도시한 화면예이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 병진 운동 보상 기법 후 회전 운동 보상 알고리즘을 적용한 ISAR 영상 결과를 도시한 화면예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 장치의 구성 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 과정을 보여주는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 우선, 레이다 신호에 대하여 거리압축(range compression) 과정을 통해 각 버스트 별 1차원 HRRP(High Resolution Range Profile)를 형성한다(단계 S110). 거리 압축이 수행된 후의 레이다 신호(HS)는 아래의 수학식과 같다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
은 표적의 병진 운동에 의한 각 버스트 별 레인지 빈 방향으로의 이동 정도,
Figure pat00004
는 빛의 속도,
Figure pat00005
는 중심 주파수(carrier frequency),
Figure pat00006
그리고
Figure pat00007
은 각각 레인지 그리고 버스트 방향으로의 인덱스(index),
Figure pat00008
는 거리압축이 수행된 후의 점산란 강도 함수(point spread function: PSF)를 나타낸다.
또한,
Figure pat00009
는 표적을 구성하는 전체 산란원의 개수,
Figure pat00010
그리고
Figure pat00011
는 각각
Figure pat00012
번째 산란원에 대한 반사계수 그리고 거리 및 수직거리 방향에서의 위치성분을 나타낸다.
Figure pat00013
와
Figure pat00014
각각 표적의 병진 운동 성분 그리고 회전 운동 성분을 나타내며 아래의 수학식과 같이 다항식의 형태로 나타낼 수 있다.
Figure pat00015
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
는 버스트 간의 시간 구간,
Figure pat00018
과
Figure pat00019
은 각각 병진 운동 성분에 대한 1차 그리고 2차 다항식 계수를,
Figure pat00020
과
Figure pat00021
은 각각 회전 운동 성분에 대한 1차 그리고 2차 다항식 계수를 나타낸다.
이어서, 표적의 병진 운동으로 인한 각 버스트 별 HRRP의 레인지 빈 방향으로의 이동
Figure pat00022
을 보상하기 위해, ARP(Azimuth Reference Pulse)의 엔트로피 최소화에 기초한 거리 정렬이 수행된다(단계 S120).
ARP는 수신된 모든 HRRP들의 합으로써 아래의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00023
또한, ARP의 엔트로피
Figure pat00024
는 아래의 수학식과 같이 정의된다.
Figure pat00025
여기서,
Figure pat00026
은 전체 버스트의 개수이고,
Figure pat00027
은 전체 레인지 빈의 개수를 나타낸다.
ARP의 엔트로피
Figure pat00028
을 최소화하는
Figure pat00029
을 찾기 위해,
Figure pat00030
을
Figure pat00031
에 대해 미분한 후, 그 값이 0이 되는
Figure pat00032
을 각 버스트 별로 찾음으로써, 도 2와 같이 HRRP에 대한 거리정렬 과정을 수행할 수 있다. 도 2를 참조하면, 거리정렬 이전의 각 버스트(210)와 거리정렬 이후의 각 버스트(220)가 도시된다.
이어서, 도 1의 S120 단계에서 추정된
Figure pat00033
을 이용하여 상기 수학식 2에 정의된 병진 운동 성분
Figure pat00034
과
Figure pat00035
에 대한 거친 추정(coarse estimation)을 수행한다(단계 S130).
각 버스트 별 HRRP에 대한 레인지 빈 단위로의 이동성분
Figure pat00036
와, 단위 레인지 빈에 대한 해상도
Figure pat00037
을 이용하여, 도 3과 같이 각 버스트 별로 표적이 RLOS(Radar Line Of Sight) 방향으로 움직인 제 1 이동 거리(
Figure pat00038
)를 미터 단위로 알 수 있다.
다음으로, 상기 획득된 제 1 이동거리
Figure pat00039
과, 버스트 간의 시간간격
Figure pat00040
을 이용하여,
Figure pat00041
에 대한 2차 다항식 근사를 통해 병진 운동 성분
Figure pat00042
과
Figure pat00043
에 대한 거친 추정(coarse estimation)이 수행되며, 상기 추정된 변수를 각각 추정 병진 운동 성분
Figure pat00044
과
Figure pat00045
이라고 정의한다. 여기서, 제로패딩(zero padding)을 통해 단위 레인지 빈에 대한 해상도를 증가시킴으로써 추정 병진 운동 성분에 대한 정밀도를 높일 수 있다.
그러나, S130 단계의 수행 과정에서, 단위 레인지 빈에 대한 해상도가 높다고 하더라도, 실제 병진 운동 성분과 레인지 빈 단위만큼의 추정오차가 발생하기 때문에, 상기 오차를 최소화 하기위한 미세 추정(fine estimation) 과정이 요구된다.
이어서, S130 단계에서 추정된 추정 병진 운동 성분
Figure pat00046
과
Figure pat00047
을 중심으로 탐색영역을 설정한 후, PSO(Particle Swarm Optimization) 최적화 알고리즘을 통해 상기 설정된 탐색 영역내에서 ISAR 영상의 엔트로피를 최소화함으로써, 실제 병진 운동 성분
Figure pat00048
과
Figure pat00049
에 대한 미세 추정(fine estimation)을 수행하는 단계(S140)가 진행된다.
일반적으로, ISAR 영상의 엔트로피를 비용함수로 하여 이를 최소화하는
Figure pat00050
과
Figure pat00051
을 추정할 경우, 다음의 도 4와 같이 비용함수 내 국소 최저치(local minima)(410 및 430)에 대한 수렴 값을 산출할 수 있다. 상기 국소 최저치에서의 병진 운동 성분은 실제 표적의 병진 운동 성분(420)과 다르기 때문에, 위상 보상과정을 통해 수학식 1의 위상 함수 내 실제 병진 운동 성분
Figure pat00052
을 정확하게 보상할 수 없게 되고, 이는 병진 운동 보상 후 회전 운동 보상 수행 과정에서 오류를 야기 시키는 문제가 발생한다.
따라서, 도 1의 S140 단계에서는 도 5와 같이 S130 단계에서 추정된 추정 병진 운동 성분값
Figure pat00053
과
Figure pat00054
을 중심으로 좁은 탐색 영역(510) 내에서의 최적화 과정을 통해 추정 병진 운동 성분에 대한 미세 추정(fine estimation)을 수행함으로써, 실제 병진 운동 성분
Figure pat00055
및
Figure pat00056
(520)에 근접한 근접 병진 운동 성분
Figure pat00057
과
Figure pat00058
을 추정한다.
이어서, S140 단계에서 추정된 근접 병진 운동 성분
Figure pat00059
및
Figure pat00060
을 이용하여, 아래의 수학식과 같이 수학식 1의 위상성분 내 실제 병진 운동 성분
Figure pat00061
을 보상하는 위상보정을 수행한다(단계 S150).
Figure pat00062
여기서,
Figure pat00063
은 단계 S110 ∼ S140을 통해 추정된 병진 운동 성분이며, 이는 아래의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00064
상기 과정의 결과로, 수학식 1 내의 위상함수에 대한 왜곡 없이, 병진 운동 성분
Figure pat00065
을 보상함으로써, 병진 운동 보상 후 효율적인 회전 운동 보상을 수행 가능하게 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 83개의 점 산란원으로 구성된 보잉(Boeing) 747 비행기 모델의 실시예를 보여주는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 보잉 747 비행기 모델과, 다음의 표 1에 명시된 계단-주파수 파형(stepped-frequency waveform)을 송신하는 레이다를 사용하여, 30 dB의 신호 대 잡음비(signal to nosie ratio: SNR) 환경에서 레이다 수신신호를 형성하였다.
중심 주파수 10 GHz
주파수 대역폭 500 MHz
주파수 간격 2.5 MHz
버스트 구간 1
Figure pat00066
sec
여기서, 표적에 대한 관측각도의 변화율은 도 7과 같이 일정하지 않기 때문에, 초점이 맞는 ISAR 영상을 형성하기 위해서는 병진 운동 보상 후 회전 운동 보상을 수행하여야 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 표적에 대한 레이다 관측 각도의 변화율을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비용 함수 최적화 기반 위상 보정 알고리즘을 이용하여 병진 운동 보상을 수행한 후, 회전 운동 보상 알고리즘을 적용한 ISAR 영상 결과를 도시한 화면예이다. 도 8을 참조하면, 상기 비용함수 최적화 기반 위상보정 알고리즘의 경우, 수학식 1의 위상함수에 대한 왜곡을 초래하기 때문에 회전운동보상 후 초점이 저하된 ISAR 영상이 형성됨을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 병진 운동 보상 기법 후 회전 운동 보상 알고리즘을 적용한 ISAR 영상 결과를 도시한 화면예이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 함수에 대한 왜곡 없이 병진 운동 성분을 제거하기 때문에, 효율적인 회전 운동 보상을 통해 초점이 맞는 고품질 ISAR 영상이 형성됨을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 장치의 구성 블록도이다. 도 10을 참조하면, 병진 운동 보상 장치(1000)는, 표적의 실제 병진 운동 성분 및 실제 회전 운동 성분을 갖는 레이다 신호를 위한 각 버스트 별 1차원 HRRP(High Resolution Range Profile)를 형성하는 HRRP 형성부(1010), 상기 각 버스트 별 1차원 HRRP의 각 버스트에 대해 거리 정렬을 수행하여 제 1 이동 거리를 생성하는 거리 정렬부(1020), 상기 제 1 이동 거리 및 각 버스트간의 시간간격을 이용하여 상기 병진 운동 성분에 대한 거친 추정(coarse estimation)을 수행하여 추정 병진 운동 성분을 생성하고, 상기 추정 병진 운동 성분에 대한 미세 추정(fine estimation)을 수행하여 상기 실제 병진 운동 성분에 근접한 근접 병진 운동 성분을 생성하는 추정부(1030), 및 상기 근접 병진 운동 성분에 기초하여 상기 실제 병진 운동 성분을 보상하기 위한 보정을 수행하는 보상부(1040) 등을 포함하여 구성된다.
도 10에 기재된 HRRP 형성부, 거리 정렬부, 추정부, 보상부 등은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
1000: 병진 운동 보상 장치
1010: HRRP((High Resolution Range Profile) 형성부
1020: 거리 정렬부
1030: 추정부
1040: 보상부

Claims (10)

  1. (a) 표적의 실제 병진 운동 성분 및 실제 회전 운동 성분을 갖는 레이다 신호를 위한 각 버스트 별 1차원 HRRP(High Resolution Range Profile)를 형성하는 단계;
    (b) 상기 각 버스트 별 1차원 HRRP의 각 버스트에 대해 거리 정렬을 수행하여 제 1 이동 거리를 생성하는 단계;
    (c) 상기 제 1 이동 거리 및 각 버스트간의 시간간격을 이용하여 상기 병진 운동 성분에 대한 거친 추정(coarse estimation)을 수행하여 추정 병진 운동 성분을 생성하는 단계;
    (d) 상기 추정 병진 운동 성분에 대한 미세 추정(fine estimation)을 수행하여 상기 실제 병진 운동 성분에 근접한 근접 병진 운동 성분을 생성하는 단계; 및
    (e) 상기 근접 병진 운동 성분에 기초하여 상기 실제 병진 운동 성분을 보상하기 위한 보정을 수행하는 단계;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 버스트 별 1차원 HRRP는 거리 압축을 통해 형성되고, 상기 거리 정렬은 상기 각 버스트 별 1차원 HRRP의 합인 ARP(Azimuth Reference Pulse)의 엔트로피 최소화를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 거친 추정은 각 버스트 별 HRRP의 레인지 빈 단위로의 이동정도를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이동 거리는 상기 각 버스트 별 HRRP의 레인지 빈 단위로의 이동정도와 단위 레인지 빈에 대한 해상도를 이용하여 각 버스트 별 가시선 방향으로의 이동거리인 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 추정 병진 운동 성분은 제로패딩(zero padding)을 통해 레인지 빈에 대한 해상도를 증가시킴으로써 정밀도가 높아지는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 추정은 상기 추정 병진운동 성분에 기초하여 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 영상의 엔트로피를 최소화함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 거친 추정은 상기 실제 병진 운동 성분을 중심으로 제 1 탐색 영역을 설정한 후, 상기 제 1 탐색 영역내에서 ISAR 영상의 엔트로피를 최소로 하는 병진 운동 성분을 추정함으로써 상기 표적의 추정 병진 운동 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 추정은 상기 추정 병진 운동 성분을 중심으로 제 2 탐색 영역을 설정한 후, PSO(Particle Swarm Optimization) 최적화 알고리즘을 통해 상기 제 2 탐색 영역내에서 ISAR 영상의 엔트로피를 최소화함으로써, 상기 근접 병진 운동 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정은 위상함수에 대한 왜곡 없이 효율적인 회전 운동 보상을 위한 상기 미세 추정에 따른 근접 병진 운동 성분에 기초한 위상 보정인 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR 병진 운동 보상 방법.
  10. 표적의 실제 병진 운동 성분 및 실제 회전 운동 성분을 갖는 레이다 신호를 위한 각 버스트 별 1차원 HRRP(High Resolution Range Profile)를 형성하는 HRRP 형성부;
    상기 각 버스트 별 1차원 HRRP의 각 버스트에 대해 거리 정렬을 수행하여 제 1 이동 거리를 생성하는 거리 정렬부;
    상기 제 1 이동 거리 및 각 버스트간의 시간간격을 이용하여 상기 병진 운동 성분에 대한 거친 추정(coarse estimation)을 수행하여 추정 병진 운동 성분을 생성하고, 상기 추정 병진 운동 성분에 대한 미세 추정(fine estimation)을 수행하여 상기 실제 병진 운동 성분에 근접한 근접 병진 운동 성분을 생성하는 추정부; 및
    상기 근접 병진 운동 성분에 기초하여 상기 실제 병진 운동 성분을 보상하기 위한 보정을 수행하는 보상부;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 효율적인 회전 운동 보상을 위한 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar) 병진 운동 보상 장치.
KR1020160142064A 2016-10-28 2016-10-28 효율적인 회전 운동 보상을 위한 isar 병진 운동 보상 방법 및 장치 KR101902072B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160142064A KR101902072B1 (ko) 2016-10-28 2016-10-28 효율적인 회전 운동 보상을 위한 isar 병진 운동 보상 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160142064A KR101902072B1 (ko) 2016-10-28 2016-10-28 효율적인 회전 운동 보상을 위한 isar 병진 운동 보상 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180046966A true KR20180046966A (ko) 2018-05-10
KR101902072B1 KR101902072B1 (ko) 2018-09-28

Family

ID=62184207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160142064A KR101902072B1 (ko) 2016-10-28 2016-10-28 효율적인 회전 운동 보상을 위한 isar 병진 운동 보상 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101902072B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107765240A (zh) * 2017-10-20 2018-03-06 中国人民解放军海军七〇工厂 一种运动状态的判断方法、装置和电子设备
CN110082765A (zh) * 2019-04-29 2019-08-02 西安电子科技大学 基于三维重构的空间目标姿态外推方法
CN113030967A (zh) * 2021-03-11 2021-06-25 中国人民解放军91604部队 一种用于逆合成孔径雷达成像的距离对准方法及系统
CN117805818A (zh) * 2023-12-29 2024-04-02 西安电子科技大学 一种目标旋转运动参数估计与pfa成像方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100123199A (ko) * 2009-05-14 2010-11-24 영남대학교 산학협력단 장거리 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법 및 장치
KR20110036460A (ko) * 2009-10-01 2011-04-07 엘지전자 주식회사 장착된 ＰＴＺ（ｐａｎ, ｔｉｌｔ ａｎｄ ｚｏｏｍ）카메라로 리모콘 위치를 알려주는 방법 및 장치
KR101103493B1 (ko) * 2010-07-13 2012-01-10 영남대학교 산학협력단 역합성 개구면 레이더 영상을 이용한 표적 식별 방법 및 그 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100123199A (ko) * 2009-05-14 2010-11-24 영남대학교 산학협력단 장거리 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법 및 장치
KR20110036460A (ko) * 2009-10-01 2011-04-07 엘지전자 주식회사 장착된 ＰＴＺ（ｐａｎ, ｔｉｌｔ ａｎｄ ｚｏｏｍ）카메라로 리모콘 위치를 알려주는 방법 및 장치
KR101103493B1 (ko) * 2010-07-13 2012-01-10 영남대학교 산학협력단 역합성 개구면 레이더 영상을 이용한 표적 식별 방법 및 그 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
정성은. 효율적인 회전운동 보상을 위한 ISAR병진운동 보상기법. 학위논문(석사)-포항공과대학교 일반대학원:전자전기공학과. 2016.2. pp.1-49. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107765240A (zh) * 2017-10-20 2018-03-06 中国人民解放军海军七〇工厂 一种运动状态的判断方法、装置和电子设备
CN110082765A (zh) * 2019-04-29 2019-08-02 西安电子科技大学 基于三维重构的空间目标姿态外推方法
CN110082765B (zh) * 2019-04-29 2023-04-07 西安电子科技大学 基于三维重构的空间目标姿态外推方法
CN113030967A (zh) * 2021-03-11 2021-06-25 中国人民解放军91604部队 一种用于逆合成孔径雷达成像的距离对准方法及系统
CN117805818A (zh) * 2023-12-29 2024-04-02 西安电子科技大学 一种目标旋转运动参数估计与pfa成像方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101902072B1 (ko) 2018-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101902072B1 (ko) 효율적인 회전 운동 보상을 위한 isar 병진 운동 보상 방법 및 장치
CN108387900B (zh) 一种直升机载旋转式合成孔径雷达的振动误差补偿方法
CN104931967B (zh) 一种改进的高分辨率sar成像自聚焦方法
Chan et al. Noniterative quality phase-gradient autofocus (QPGA) algorithm for spotlight SAR imagery
Fan et al. A high-precision method of phase-derived velocity measurement and its application in motion compensation of ISAR imaging
KR101738811B1 (ko) 살리스 엔트로피를 이용한 역합성 개구면 레이더 영상 생성 장치 및 그것을 이용한 자동 초점 방법
Peng et al. Parametric inverse synthetic aperture radar manoeuvring target motion compensation based on particle swarm optimiser
Tan et al. Imaging and parameter estimating for fast moving targets in airborne SAR
CN110146889B (zh) 基于最优回波子区域选择的大转角isar成像方法
US10495750B1 (en) Spectral replacement to mitigate interference for multi-pass synthetic aperture radar
JP2017096918A (ja) レーダーシステムを用いて関心領域の画像を生成する方法
CN111551934A (zh) 一种用于无人机载sar成像的运动补偿自聚焦方法与装置
CN109917389B (zh) 一种机载全息sar成像中的相位校正方法
CN108459321A (zh) 基于距离-方位圆模型的大斜视高分辨率sar成像方法
CN108226925A (zh) 一种适用于弹载大前斜视时变参数sar的重叠子孔径算法
CN111443349A (zh) 基于BiSAR回波的相关运动误差补偿方法、系统及应用
Brisken et al. Motion estimation and imaging with a multistatic ISAR system
Liu et al. A fast eigenvector-based autofocus method for sparse aperture ISAR sensors imaging of moving target
KR101827641B1 (ko) 고품질 isar 영상 형성을 위한 표적 회전운동보상 방법
Brisken et al. Multistatic ISAR autofocussing using image contrast optimization
CN111157992A (zh) 一种基于迭代相位自聚焦的机动目标isar成像方法
KR102015177B1 (ko) 압축 센싱을 이용한 isar 영상의 자동 초점 및 수직 거리 스케일링 장치와 그 방법
CN105974413B (zh) 多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法
Wang et al. Integrating motion compensation with polar format interpolation for enhanced highly squinted airborne SAR imagery
CN115015924A (zh) 一种参数优化二维空变相位误差补偿的isar成像方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant