KR20180115489A - Apparatus and method for 3 dimension altitude estimation using interferometric synthetic aperture radar altimeter - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a three-dimensional altitude using an interferometric altimeter. The apparatus for measuring a three-dimensional altitude according to one embodiment of the present invention comprises: a reception portion for receiving data from at least two antennas; an altitude compensation portion for compensating and summing the altitude relative to a bust of signals received after the altitude relative to the bust is compensated and summed; a matching pursuit portion for performing matching pursuit based on the summed compensation; an altitude information extraction portion for extracting altitude information of N cross-tracks relative to the matching-pursued signal; and an image data generating portion for generating image data by reflecting the extracted altitude information.

Description

간섭 고도계를 이용한 3차원 고도 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR 3 DIMENSION ALTITUDE ESTIMATION USING INTERFEROMETRIC SYNTHETIC APERTURE RADAR ALTIMETER}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR 3 DIMENSION ALTITUDE ESTIMATION USING INTERFEROMETRIC SYNTHETIC APERTURE RADAR ALTIMETER [0002]

본 발명은 간섭 고도계를 이용한 3차원 고도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 탑재체로부터 지상에 전자기파 반사산란이 큰 지역에 대한 여러 지점의 고도 정보를 동시에 추출이 가능하며 2파이가 넘어서 모호성이 발생하는 경우에도 모호성에 따른 위상 보상이 다른 형태로 취해 줌으로서 더 넓은 지역에 대한 정보를 지형 고도 없이 얻을 수 있는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring three-dimensional altitude using an interference altimeter. More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for measuring three-dimensional altitude using an interference altimeter, This paper deals with the technical idea of obtaining information about a wider area without topographical level by taking phase compensation according to ambiguity in another form.

비행체 및 위성에서 직하(Nadir) 방향으로 레이다를 이용한 고도 측정방법에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 위성에서는 지형 정도 획득을 위해서 운용되고 있으며 두 개 이상의 안테나로 수신하여 정밀한 고도 측정을 목표로 하고 있다(Cryosat, SWOT 2020년 발사 예정). 비행체에서는 충돌 방지를 위해서 사용되고 있으며 두 개 이상의 안테나를 수신하여 정밀한 지형 정보를 획득하고 GPS가 작동되지 않는 상황에서 네비게이션 역할을 하도록 연구 중에 있다. Honeywell에서 PTAN이라는 제품을 판매하고 있으며 ratheon, Thales에서 개발 중에 있다.Numerical studies have been conducted on radar - based altimetry methods in direct flight (Nadir) directions. The satellite is being used to acquire terrain accuracy, and it is aimed at precise altitude measurement with two or more antennas (Cryosat, SWOT to be launched in 2020). It is used to prevent collision in aviation, receives more than two antennas, obtains precise terrain information, and is working to serve as a navigation system in case GPS is not working. Honeywell sells a product called PTAN and is being developed by ratheon and Thales.

고도계에서는 레이다에서 수신된 신호의 최근접점을 측정함으로써 레이다와 가장 가까운 곳의 고도를 계산하게 된다. 딜레이 도플러 레이다 고도계(Delay Doppler Radar Altimeter)는 고도계에서 SAR의 얼롱 트랙 압축(along track compression) 기법을 이용하여 얼롱 트랙(along track)의 해상도를 증가 시킬 수 있다. 가장 가까운 곳이 가장 큰 신호를 반사할 것으로 예측하고 수신 신호의 피크 점을 추출하고 방위각 압축(azimuth compression)을 수행한다. 이 기법은 SAR 모드로서 cyrosat와 sentinel-3에 사용되고 있다.The altimeter calculates the altitude nearest the radar by measuring the closest point of the signal received at the radar. The Delay Doppler Radar Altimeter can increase the resolution of the along track using the SAR's along track compression technique in the altimeter. Estimate the nearest point to reflect the largest signal, extract the peak point of the received signal, and perform azimuth compression. This technique is used in cyrosat and sentinel-3 as SAR modes.

간섭고도계에서는 두 대 이상의 수신기를 사용한다. 이러한 SAR 기법을 이용하여 수신된 두 개의 데이터에서 피크 지점을 찾고 각각 수신된 피크 지점의 위상 차이(phase difference)를 구하여 좌우 어느 지점에서 수신된 것인지 판별할 수 있다.Interference altimeters use more than one receiver. By using the SAR technique, it is possible to find a peak point in two pieces of received data, determine a phase difference of each received peak point, and determine at which point the signal is received.

지형이 급변하는 상황에서 2개 이상의 간섭 고도계는 크게 두 가지 문제점이 보고되고 있다.There are two major problems with two or more interferometric altimeters in a sudden change of terrain.

첫 번째는 SAR 기법으로 찾은 피크 지점이 가장 가까운 지점이 아닌 다른 지점에서 더 큰 신호를 반사하는 경우이다. 주로 해안가나 큰 강가에서 발생한다. 실제로는 직하 방향이 해안이나 강일 경우 이곳이 가장 가까운 지점이지만 육지에서 더 큰 신호를 반사시켜 피크 점을 직하 방향이 아닌 다른 지점으로 판단하는 경우이다.The first is the case where the peak point found by the SAR technique reflects a larger signal at a point other than the nearest point. It usually occurs in coastal areas or large rivers. In reality, if the direct downward direction is the coast or the river, this is the nearest point, but it reflects the larger signal on the land and the peak point is judged as a point other than the direct downward direction.

두 번째는 피크 지점의 위상 차이를 0~2파이(pi)까지 측정 가능하다는 점이다.The second is that the phase difference of the peak point can be measured from 0 to 2 pi (pi).

위상 차이(Phase difference)는 파장의 길이와 두 안테나의 베이스라인(baseline)에 의해서 결정될 수 있다. 따라서 위상 언랩핑(phase unwrapping)이 수행되어야 하지만 다른 정보가 없거나 크게 변하는 경우 사용할 수 없다. 이를 위해서 항공용 고도계에서는 3개 이상의 안테나를 사용하기도 한다.The phase difference can be determined by the length of the wavelength and the baseline of the two antennas. Therefore, phase unwrapping should be performed but can not be used if other information is missing or changes significantly. For this purpose, three or more aerial altimeters are used.

한국특허출원 제10-2013-0032083호 "전파고도계 성능분석장치 및 이의 운영알고리즘"Korean Patent Application No. 10-2013-0032083 "Radio altimeter performance analyzer and its operation algorithm" 한국특허특허 제10-2011-0117370호 "기압고도계 및 위성항법시스템을 이용한 고도 추정 장치 및 방법"Korean Patent No. 10-2011-0117370 "Apparatus and method for altitude estimation using pneumatic altimeter and satellite navigation system"

본 발명은 얼롱 트랙(along track)에서 하나의 피크(peak) 지점을 추출하고 고도를 계산하는 것과 다르게 동시에 두 개 이상의 지점을 추출하여 계산하는 것을 목적으로 한다. The present invention aims at extracting and calculating two or more points at the same time as extracting one peak point along the track and calculating altitude.

본 발명은 방위각 방향으로 위상 값이 가장 일치되는 지점의 값으로 획득함으로써, 위상 차이가 2파이를 초과하는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The object of the present invention is to solve the problem that the phase difference exceeds 2 pi by acquiring the value at the point where the phase value coincides most with the azimuth direction.

본 발명은 모호성에 따라서 위상 보상을 다르게 해주고 2pi이상의 지역의 고도도 계산하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims at making the phase compensation different according to ambiguity and calculating the altitude of the region of 2pi or more.

본 발명은 도착각도(Angle of Arrival, AOA)를 측정하기 어려운 부분에 대해, 측정되는 다수의 지점을 여러 개 출력함으로써 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problem by outputting a plurality of points to be measured for a part difficult to measure an angle of arrival (AOA).

일실시예에 따른 3차원 고도 측정 장치는 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 수신부, 상기 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산수신된 신호들의 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산하는 위상 보상부, 상기 합산된 보상에 기초하여 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 매칭 추적부, 상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 고도 정보 추출부, 및 상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 영상데이터 생성부를 포함할 수 있다.A three-dimensional altimeter according to an exemplary embodiment of the present invention includes a receiver for receiving data from at least two antennas, a phase compensator for compensating a phase of the burst and summing the phases of the bursts of the signals received by summing, A matched tracking unit for performing matching based on the compensated compensation information, an altitude information extracting unit for extracting altitude information of N cross-tracks for the matched tracked signal, And an image data generating unit for generating image data by reflecting the image data.

일실시예에 따른 상기 위상 보상부는 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 위상을 보상해서 합산할 수 있다.The phase compensation unit according to an embodiment may reflect at least one of the attitude and position information of the flying object to compensate for the phase and add the phase.

일실시예에 따른 상기 매칭 추적부는 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 크로스-트랙(cross-track) 및 고도에 대한 딕셔너리(dictionary)를 이용해서 매칭 추적(Matching Pursuit)할 수 있다.The matching tracking unit according to an exemplary embodiment may perform matching tracking using a dictionary of the cross-track and the altitude by reflecting at least one of the attitude and position information of the air vehicle .

일실시예에 따른 3차원 고도 측정 장치는 상기 수신된 신호들에 대한 위상 보정을 수행하는 보정 처리부를 더 포함할 수 있다.The three-dimensional altimeter apparatus according to an embodiment may further include a correction processing unit for performing a phase correction on the received signals.

일실시예에 따른 상기 보정 처리부는, 상기 수신된 신호들을 고도와 크로스-트랙(cross-track)의 위치를 고려하여 상기 위상 보정을 수행할 수 있다.The correction processing unit may perform the phase correction considering the positions of the altitude and the cross-track of the received signals.

일실시예에 따른 상기 매칭 추적부는, 상기 합산된 보상에 대해 매치드 필터(Matched filter) 처리 후 값의 크기가 최대인 값을 추출하거나, 딕셔너리(dictionary)와 가장 일치하면서도 가장 큰 값을 추출하고, 추출된 값을 상기 수신된 신호들에서 차감하여, 차감 결과가 문턱값(threshold) 이하가 될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.The matching tracer according to an embodiment extracts a value having a maximum value of a value after a matched filter process for the summed compensation or extracts a largest value with a maximum matching with a dictionary , Subtracts the extracted value from the received signals, and repeatedly performs the subtraction until the subtraction result is less than or equal to a threshold value.

일실시예에 따른 3차원 고도 측정 장치는 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 수신부, 상기 수신된 신호들의 모든 버스트에 대한 위상 보정을 수행하고, 상기 위상 보정된 결과를 방위각 압축(azimuth compresssion) 하는 방위각 압축 처리부, 상기 전처리된 신호들을 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 매칭 추적부, 상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 고도 정보 추출부, 및 상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 영상데이터 생성부를 포함할 수 있다.A three-dimensional altitude measurement apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a receiver for receiving data from at least two antennas, a phase correction unit for performing phase correction on all bursts of the received signals, and azimuth compressing the phase- An altitude information extracting unit for extracting altitude information of N cross-tracks for the matched tracked signal, and an altitude information extracting unit for extracting altitude information of the cross- And an image data generation unit for generating image data by reflecting the extracted altitude information.

일실시예에 따른 상기 방위각 압축 처리부는, 비행체의 정밀 속도, 위치, 자세 정보로부터 도출된 지표면에 대한 거리 함수를 이용해서, 상기 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행할 수 있다.The azimuth compression processing unit according to an embodiment can perform the phase correction and the azimuth compression using a distance function with respect to the ground surface derived from the precision speed, position, and attitude information of the air vehicle.

일실시예에 따른 3차원 고도 측정 장치의 동작 방법은 수신부에서, 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 단계, 위상 보상부에서, 상기 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산수신된 신호들의 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산하는 단계, 매칭 추적부에서, 상기 합산된 보상에 기초하여 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계, 고도 정보 추출부에서, 상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 단계 및 영상데이터 생성부에서, 상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of operating a three-dimensional altimeter according to an embodiment includes receiving data from at least two antennas at a receiving unit, compensating a phase of the burst by a phase compensation unit, And performing a matching traversal on the basis of the summed compensation in the matching tracker, wherein in the altitude information extracting unit, N cross-tracks for the matched track- And generating the image data by reflecting the extracted altitude information in the image data generating unit.

일실시예에 따른 상기 위상을 보상해서 합산하는 단계는, 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 위상을 보상해서 합산하는 단계를 포함할 수 있다.The step of compensating and summing the phases according to an embodiment may include a step of compensating and summing the phases by reflecting at least one of the attitude and position information of the air vehicle.

일실시예에 따른 상기 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계는, 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 크로스-트랙(cross-track) 및 고도에 대한 딕셔너리(dictionary)를 이용해서 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계를 포함할 수 있다.The step of performing matching tracing according to an exemplary embodiment may include at least one of a posture and a position information of a flying object and may be used as a matching track by using a dictionary for the cross- (Matching Pursuit).

일실시예에 따른 3차원 고도 측정 장치의 동작 방법은 수신부에서, 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 단계, 방위각 압축 처리부에서, 상기 수신된 신호들의 모든 버스트에 대한 위상 보정을 수행하고, 상기 위상 보정된 결과를 방위각 압축(azimuth compresssion) 하여 전처리 하는 단계, 매칭 추적부에서, 상기 전처리된 신호들을 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계, 고도 정보 추출부에서, 상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 단계, 및 영상데이터 생성부에서, 상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of operating a three-dimensional altimeter, comprising: receiving data from at least two antennas at a receiving unit; performing azimuthal compression processing on all bursts of the received signals; A step of performing preliminary processing by azimuth compressing the corrected result; a step of matching tracing the pre-processed signals in a matching trace section; and a step of performing, in an altitude information extracting section, - extracting altitude information of a track (cross-track), and generating image data in the image data generating unit by reflecting the extracted altitude information.

일실시예에 따른 상기 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행하는 단계는, 비행체의 정밀 속도, 위치, 자세 정보로부터 도출된 지표면에 대한 거리 함수를 이용해서, 상기 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The step of performing the phase correction and the azimuth compression according to an embodiment may include performing the phase correction and the azimuth compression using a distance function with respect to the ground surface derived from the precision speed, . ≪ / RTI >

일실시예에 따르면, 얼롱 트랙(along track)에서 하나의 피크(peak) 지점을 추출하고 고도를 계산하는 것과 다르게 동시에 두 개 이상의 지점을 추출하여 계산할 수 있다.According to one embodiment, it is possible to extract two points or more at the same time, as opposed to extracting one peak point along the track and calculating altitude.

본 발명에 따르면, 방위각 방향으로 위상 값이 가장 일치되는 지점의 값으로 획득함으로써, 위상 차이가 2파이를 초과하는 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention, it is possible to solve the problem that the phase difference exceeds 2 pi by acquiring the value at the point where the phase value coincides most with the azimuth direction.

본 발명에 따르면, 도착각도(Angle of Arrival, AOA)를 측정하기 어려운 부분에 대해, 측정되는 다수의 지점을 여러 개 출력함으로써 해결할 수 있다.According to the present invention, it is possible to solve this problem by outputting a plurality of points to be measured, for a part difficult to measure the angle of arrival (AOA).

도 1은 두 개 이상의 안테나에서 직하 방향으로 신호를 수신하는 영상 레이다를 설명하는 도면이다.
도 2는 부분 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 전체 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 4 내지 6는 첫 번째 안테나와 두 번째 안테나의 범위 셀(range cell)이 일치하지 않는 상황에서, 이를 보상해 주는 방법을 설명한다.
도 7은 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 모드에서 하나의 버스트의 자료 처리 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 버스트의 자료 처리를 위한 알고리즘을 설명하는 도면이다.
도 9는 SARin 모드 버스트의 자료 처리를 위한 알고리즘을 설명하는 도면이다.
도 10은 부분 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은 전체 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 방법을 설명하는 도면이다.
1 is a view for explaining an image radar that receives signals in a downward direction in two or more antennas.
2 is a view for explaining a three-dimensional altitude measurement apparatus to which a partial coherent algorithm is applied.
3 is a diagram for explaining a three-dimensional altitude measurement apparatus to which an overall coherent algorithm is applied.
FIGS. 4 to 6 illustrate a method for compensating for a range cell of a first antenna and a range antenna of a second antenna.
7 is a view for explaining a data processing method of one burst in a Synthetic Aperture Radar (SAR) mode.
8 is a diagram for explaining an algorithm for data processing of a burst.
9 is a diagram for explaining an algorithm for data processing of a SARin mode burst.
FIG. 10 is a view for explaining a three-dimensional altitude measurement method to which a partial coherent algorithm is applied.
11 is a view for explaining a three-dimensional altitude measurement method to which an overall coherent algorithm is applied.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.It is to be understood that the specific structural or functional descriptions of embodiments of the present invention disclosed herein are presented for the purpose of describing embodiments only in accordance with the concepts of the present invention, May be embodied in various forms and are not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention are capable of various modifications and may take various forms, so that the embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the specific disclosure forms, but includes changes, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.The terms first, second, or the like may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element being referred to as the second element, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Expressions that describe the relationship between components, for example, "between" and "immediately" or "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ", or" having ", and the like, are used to specify one or more of the features, numbers, steps, operations, elements, But do not preclude the presence or addition of steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the relevant art and, unless explicitly defined herein, are to be interpreted as ideal or overly formal Do not.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 두 개 이상의 안테나에서 직하 방향으로 신호를 수신하는 영상 레이다(111)를 설명하는 도면(110)이다.1 is a diagram 110 illustrating an image radar 111 receiving signals in a downward direction from two or more antennas.

영상 레이다(111)는 v방향으로 이동하면서 관측점에 대한 영상 관측이 가능하다. 영상 레이다(111)는 좌우 또는 상하 방향으로 일정 거리가 이격된 서로 다른 두 개의 안테나를 이용해서 관측점에 대한 영상 관측이 가능하다. 이때, 서로 다른 두 개의 안테나는 하나 이상의 안테나에서 송신된 신호에 의해서 관측된 지면에 대한 영상을 수신할 수 있다.The image radar 111 can observe the image of the observation point while moving in the v direction. The image radar 111 is capable of observing images of viewpoints using two different antennas that are spaced apart from each other by a certain distance in the left-right direction or the up-down direction. At this time, two different antennas can receive images of the ground observed by signals transmitted from one or more antennas.

이때, 서로 다른 두 개의 안테나 각각에 따르면, 직하방향으로서 지면에 프로젝션된 방향(a1, a2), 관측점에 대한 방향(b1, b2), a1과 b1이 이루는 각도(

Figure pat00001
), 영상 레이다(111)의 고도(H), 관측점의 고도(h), 영상 레이다(111)가 지면에 프로젝션된 위치에서 관측점까지의 직선 거리(x), 서로 다른 두 개의 안테나 거리(B)의 항목들이 산출될 수 있다.At this time, according to each of the two different antennas, the directions a1 and a2 projected on the ground as the downward direction, the directions b1 and b2 toward the observation point, and the angle formed by a1 and b1
Figure pat00001
The altitude H of the image radar 111, the altitude h of the observation point, the straight line distance x from the position where the image radar 111 is projected on the ground to the observation point, Can be calculated.

이때, 서로 다른 두 개의 안테나의 차이에 따라 서로 다른 두 개의 안테나로부터 관측점까지의 거리가 달라질 수 있다. 즉, 첫 번째 안테나에서 관측점까지의 거리와 두 번째 안테나에서 관측점까지의 거리의 차이는 아래 [수학식 1]에 의해 산출될 수 있다.In this case, the distances from the two different antennas to the observation point may vary depending on the difference between the two different antennas. That is, the difference between the distance from the first antenna to the observation point and the distance from the second antenna to the observation point can be calculated by Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

도면부호 120에서와 같이, [수학식 1]에서 B는 서로 다른 안테나 간 거리,

Figure pat00003
는 영상 레이다(111)의 지면에 프로젝션된 방향과 관측점을 향하는 방향의 각도,
Figure pat00004
는 B에서
Figure pat00005
의 차이로 해석될 수 있다. 또한,
Figure pat00006
Figure pat00007
는 각각 모호성을 해결하기 위해서 사용될 수 있는 두 개의 주파수이다. 이때, 두 주파수는 모든 안테나에서 사용되어야 한다.At 120, B in Equation (1) is the distance between different antennas,
Figure pat00003
The angle of the direction projected on the ground surface of the image radar 111 and the direction toward the observation point,
Figure pat00004
In B
Figure pat00005
As shown in Fig. Also,
Figure pat00006
And
Figure pat00007
Are two frequencies that can be used to solve ambiguity, respectively. At this time, both frequencies should be used in all antennas.

[수학식 1]에서

Figure pat00008
Figure pat00009
는 각각의 안테나 및 주파수에서 측정되는 위상 값이다. 1번 주파수에서 i번째 안테나에서 측정되는 위상은 phi(1,i)와 같이 나타낸다면 두 개의 안테나가 있다면 모두 4개의 위상을 측정해야 된다. 이는 모호성 n, m을 계산하기 위함이다. 첫 번째 안테나와 두 번째에 대해 최소 공배수로 확장이 가능하도록 하기 위한 수치로 해석될 수 있다. 또한, 거리 차에 대한 두 개의 주파수에 대한 위상차를 얻게 되는데, n과 m은 정수로 위상차에 대한 오차가 가장 적은 값을 선택하면 된다.In Equation (1)
Figure pat00008
And
Figure pat00009
Is the phase value measured at each antenna and frequency. If the phase measured at the i-th antenna at frequency 1 is represented as phi (1, i), then all four antennas should be measured. This is to calculate ambiguity n, m. Can be interpreted as a numerical value to enable expansion to the least common multiple for the first antenna and the second antenna. Also, a phase difference with respect to two frequencies with respect to the distance difference is obtained, where n and m are integers, and a value with the smallest error with respect to the phase difference is selected.

각각의 안테나는 좌우 혹은 상하 방향으로 일정 거리 떨어져 있다. 만약, 세 대 이상의 안테나로 수신할 경우 각각 적절한 베이스 라인(baseline)을 가지면 2파이 모호성(2pi ambiguity)를 해결 할 수 있다.Each antenna is located at a certain distance in the left or right direction or up and down direction. If you have more than three antennas, you can solve the 2pi ambiguity by having the proper baseline, respectively.

[수학식 1]은 두 개 이상의 주파수를 사용하여 2파이 모호성(ambiguity)을 두 주파수에 해당하는 파장의 최소 공배수에 대한 모호성(ambiguity)으로 확장하도록 할 수 있다.Equation (1) can be used to expand the ambiguity of 2 pi to ambiguity of the least common multiple of the wavelengths corresponding to two frequencies using more than one frequency.

본 발명에서는 빔스티어링을 통해 관측을 위한 노출시간을 증가시킬 수 있고, 이를 통해 높은 해상도의 영상을 수집할 수 있다.In the present invention, it is possible to increase the exposure time for observation through beam steering, thereby acquiring a high resolution image.

즉, 본 발명에서는 직하 방향을 바라보는 안테나를 이용해서 피치 축을 회전하여 지상의 타겟을 안테나가 지속적으로 지향하도록 빔을 스티어링할 수 있다. 이로써, 본 발명에서는 노출 시간이 증가되고 더 멀리서부터 오랜 시간을 관측하여 영상을 수집할 수 있다. 이때, azimuth 방향의 해상도는 타겟과 플랫폼의 도플러 주파수의 밴드폭에 비례하고 이는 결국 L/2에 비례한다. L은 관측하면서 플랫폼이 움직이는 거리로 해석될 수 있고, 타겟과 플랫폼의 거리 변화율의 변화폭을 늘리기 위해서 플랫폼을 회전시키는 방향으로 빔스티어링이 가능하다.That is, in the present invention, the beam can be steered such that the antenna is continuously directed to the ground target by rotating the pitch axis using an antenna facing in the downward direction. Accordingly, in the present invention, the exposure time is increased and images can be collected by observing a long time from a farther distance. At this time, the resolution in the azimuth direction is proportional to the bandwidth of the Doppler frequency of the target and platform, which is proportional to L / 2. L can be interpreted as the distance the platform moves while observing, and beam steering is possible in the direction of rotating the platform to increase the variation of the rate of change of distance between the target and platform.

본 발명에서 부분 코히어런트(partially coherent) 알고리즘은 시간이 급격하게 변하는 파도나 바다 등과 같이, 짧은 시간 동안에 관측된 데이터만 이용해서 프로세싱을 처리하는 기술로서, 도 2를 통해 상세히 설명한다.A partially coherent algorithm in the present invention is a technique for processing processing using only data observed during a short period of time, such as a suddenly changing wave or sea, which will be described in detail with reference to FIG.

도 2는 부분 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 장치를 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a three-dimensional altitude measurement apparatus to which a partial coherent algorithm is applied.

해양 지역과 같은 짧은 시간에 지형이 급변하는 경우에는 여러 개의 신호를 코히어런트하게(coherent) 합치는 것이 불가능하므로 비교적 짧은 시간이 노출되는 하나의 버스트(burst) 구간이나 일정 수의 신호만 이용할 수 있다.In the case of a rapid change of terrain in a short time such as an ocean area, it is impossible to coherently combine several signals, so that only one burst period or a certain number of signals can be used have.

이에, 일실시예에 따른 3차원 고도 측정 장치(200)는 수신부(210), 위상 보상부(220), 매칭 추적부(230), 고도 정보 추출부(240), 및 영상데이터 생성부(250)를 포함할 수 있다.The three-dimensional altimeter 200 includes a receiving unit 210, a phase compensating unit 220, a matching tracking unit 230, an altitude information extracting unit 240, and an image data generating unit 250 ).

일실시예에 따른 수신부(210)는 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 3차원 고도 측정 장치(200)는 펄스드 레이다 신호(Pulsed radar signal), FMCW, 버스트 펄스(burst pulses)를 송신하고, 이에 대한 응답으로 디첩(dechirp) 또는 디램핑(deramping)된 신호를 수신할 수 있다. 3차원 고도 측정 장치(200)는 수신되는 동안 고도가 급변하는 특정 지점에 대해, 기계적 또는 전기적으로 빔 주향(beam)방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가 시킬 수 있다.The receiving unit 210 according to an exemplary embodiment may receive data from at least two antennas. For example, the three-dimensional altimeter 200 may transmit pulsed radar signals, FMCW, burst pulses, and may be dechirped or deramed in response thereto. Signal can be received. The three-dimensional altimeter 200 may mechanically or electrically steer the beam direction to increase the exposure time for a specific point at which the altitude suddenly changes during reception.

일실시예에 따른 위상 보상부(220)는 수신된 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산할 수 있다. 예를 들어, 위상 보상부(220)는 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 위상을 보상해서 합산할 수 있다.The phase compensation unit 220 according to an embodiment can compensate for the phase of the received burst and add the sum. For example, the phase compensating unit 220 can compensate for at least one of the posture and the position information of the air vehicle, and compensate for the phase.

일실시예에 따른 매칭 추적부(230)는 합산된 보상에 기초하여 매칭 추적(Matching Pursuit)할 수 있다. 예를 들어, 매칭 추적부(230)는 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 크로스-트랙(cross-track) 및 고도에 대한 딕셔너리(dictionary)를 이용해서 매칭 추적(Matching Pursuit)할 수 있다.The matching tracking unit 230 according to an exemplary embodiment may perform matching tracking based on the summed compensation. For example, the matching tracking unit 230 may perform at least one of the posture and the positional information of the flying object and perform matching tracking using the dictionary of the cross-track and altitude .

일례로, 매칭 추적부(230)는 딕셔너리를 모델에 기반해서 매칭 추적(Matching Pursuit)을 수행할 수 있다. 이러한, 딕셔너리 모델은 모호성(정수n)이 커짐(생김)에 따라서 또는 레인지가 증가됨에 따라서 달라질 수 있다.For example, the matching tracker 230 may perform matching pursuit based on the model. Such a dictionary model may vary as the ambiguity (integer n) increases (occurs) or as the range increases.

즉, 어떠한 레인지 이하에서는 모호성이 발생하지 않는데, 더 넓은 영역을 관측하는 이유에서 이 모호성이 생길 수 있는데, 모델링에서 모호성이 달라짐에 따라 다른 딕셔너리를 생성함으로써, 더 넓은 영역에서도 활용할 수 있다.In other words, ambiguity does not occur under any range, but this ambiguity may arise for observing a wider area. By creating different dictionaries as the ambiguity varies in modeling, a wider area can be utilized.

정밀 궤도와 자세 데이터를 이용하여 수신된 신호의 위상을 보상할 수 있다. 이를 위해, 보정 처리부(미도시)는 수신된 신호들에 대한 위상 보정을 수행할 수 있다. 특히, 보정 처리부(미도시)는 수신된 신호들을 고도와 크로스-트랙(cross-track)의 위치를 고려하여 상기 위상 보정을 수행할 수 있다.The phase of the received signal can be compensated using the precise orbit and attitude data. To this end, a correction processor (not shown) may perform phase correction on the received signals. In particular, the correction processing unit (not shown) may perform the phase correction on the basis of the positions of the altitude and the cross-track of the received signals.

매칭 추적부(230)는 수행 결과를 매칭 추적하여 최대 지점에 대한 값을 계산하고 매칭 추적 알고리즘에 따라 그 최대 지점에 대한 값을 추출하여 저장하고 데이터에서 그 값에 대한 성분을 제거할 수 있다. 이러한 과정을 어느 기준값 이상의 값을 추출할 수 없을 때까지 수행하고 추출된 데이터를 이용하여 3D 영상을 제작할 수 있다. 일례로, 매칭 추적부(230)는 합산된 보상에 대해 매치드 필터(Matched filter) 처리 후 값의 크기가 최대인 값을 추출하거나, 딕셔너리(dictionary)와 가장 일치하면서도 가장 큰 값을 추출하고, 추출된 값을 수신된 신호들에서 차감하여, 차감 결과가 문턱값(threshold) 이하가 될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.The matching tracking unit 230 may match and track the execution result, calculate a value for the maximum point, extract and store a value for the maximum point according to the matching tracking algorithm, and remove the component of the value from the data. This process can be performed until a value beyond a reference value can not be extracted, and a 3D image can be produced using the extracted data. For example, the matching tracking unit 230 extracts a maximum value of the value after the matched filter processing for the summed compensation, extracts the largest value in agreement with the dictionary, The extracted value may be subtracted from the received signals and repeatedly performed until the subtraction result is less than or equal to a threshold value.

이를 위해, 고도 정보 추출부(240)는 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출할 수 있다.For this, the altitude information extracting unit 240 may extract N cross-track altitude information for the matched tracked signal.

결국, 일실시예에 따른 영상데이터 생성부(250)는 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성할 수 있다.As a result, the image data generator 250 according to an exemplary embodiment may generate image data by reflecting the extracted altitude information.

본 발명에서 전체 코히어런트(fully coherent) 알고리즘은 육지 같이 시간이 몇 초 지나더라도 크게 변하지 않는 최대한 신호를 많이 넓게 쓸 수 있는데 필요한 기술로서, 도 3을 통해 상세히 설명한다.A fully coherent algorithm according to the present invention is a technique required to widely use a maximum number of signals that do not greatly vary even after a few seconds, such as land, and will be described in detail with reference to FIG.

도 3은 전체 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 장치(300)를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining a three-dimensional altitude measurement apparatus 300 to which an overall coherent algorithm is applied.

해양 지역과 달리, 비교적 긴 시간 동안 변화가 없는 육지 지역 같은 경우에는 하나 이상의 버스트를 사용하여 노출되는 모든 신호를 coherent하게 방위각 압축에 사용(overall coherent algorithm)할 수 있다.Unlike marine areas, where the land area is unchanged for a relatively long time, all signals exposed using one or more bursts can be used coherently for an overall coherent algorithm.

이를 위해, 전체 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 장치(300)는 수신부(310), 방위각 압축 처리부(320), 방위각 압축 처리부(320), 고도 정보 추출부(330), 및 영상데이터 생성부(340)를 포함할 수 있다.For this, the three-dimensional altimeter 300 to which the entire coherent algorithm is applied includes a receiving unit 310, an azimuth compressing unit 320, an azimuth compressing unit 320, an altitude information extracting unit 330, (340). ≪ / RTI >

일실시예에 따른 수신부(310)는 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 수신부(310)는 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신할 수 있다. 특히, 3차원 고도 측정 장치(200)는 펄스드 레이다 신호(Pulsed radar signal), FMCW, 버스트 펄스(burst pulses)를 송신하고, 이에 대한 응답으로 디첩(dechirp) 또는 디램핑(deramping)된 신호를 수신할 수 있다. 3차원 고도 측정 장치(200)는 수신되는 동안 고도가 급변하는 특정 지점에 대해, 기계적 또는 전기적으로 빔 주향(beam)방향을 스티어링(steering)하여 노출 시간을 증가 시킬 수 있다.The receiving unit 310 according to an exemplary embodiment may receive data from at least two antennas. For example, the receiving unit 310 may receive data from at least two antennas. In particular, the three-dimensional altimeter 200 transmits a pulsed radar signal, FMCW, and burst pulses, and outputs a dechirp or deramped signal in response thereto . The three-dimensional altimeter 200 may mechanically or electrically steer the beam direction to increase the exposure time for a specific point at which the altitude suddenly changes during reception.

일실시예에 따른 방위각 압축 처리부(320)는 수신된 신호들의 모든 버스트에 대한 위상 보정을 수행하고, 위상 보정된 결과를 방위각 압축(azimuth compresssion)할 수 있다. The azimuth compression processing unit 320 according to an exemplary embodiment may perform phase correction for all bursts of received signals and azimuth compressing the phase-corrected result.

예를 들어, 대역폭(Beamwidth) 보다 더 큰 시야각(look angle)에서도 신호가 들어오는 것을 이용할 수 있다. 따라서 같은 범위(range)의 위상 차이(phase difference)를 구하는 것이 아닌 첫 번째 안테나(rx1)와 두 번째 안테나(rx2)의 범위 셀(range cell)이 일치하지 않는 상황이 일어나게 된다. 방위각 압축 처리부(320)에서는 이를 보상해 줄 수 있다.For example, it is possible to use the incoming signal even at a look angle that is greater than the bandwidth (Beamwidth). Therefore, a situation arises in which the range cell of the first antenna rx1 and the range cell of the second antenna rx2 do not coincide with each other, rather than obtaining the phase difference of the same range. And the azimuth compression processing unit 320 can compensate for this.

일실시예에 따른 방위각 압축 처리부(320)는 비행체의 정밀 속도, 위치, 자세 정보로부터 도출된 지표면에 대한 거리 함수를 이용해서, 위상 보정 및 방위각 압축을 수행할 수 있다. 방위각 압축 처리부(320)에서 보상을 수행하는 구성은 이하 도 4 내지 6을 통해서 상세히 설명한다.The azimuth compression processing unit 320 according to an embodiment can perform phase correction and azimuth compression using a distance function with respect to the ground surface derived from precise speed, position, and attitude information of a flying object. The configuration for performing compensation in the azimuth compression processing unit 320 will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6. FIG.

또한, 일실시예에 따른 방위각 압축 처리부(320)는 합산된 보상에 기초하여 매칭 추적(Matching Pursuit)할 수 있다. 예를 들어, 방위각 압축 처리부(320)는 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 크로스-트랙(cross-track) 및 고도에 대한 딕셔너리(dictionary)를 이용해서 매칭 추적(Matching Pursuit)할 수 있다.In addition, the azimuth compression processing unit 320 according to an exemplary embodiment may perform matching tracking based on the summed compensation. For example, the azimuth compression processor 320 reflects at least one of the posture and the positional information of the airplane and performs matching tracking using the dictionary of the cross-track and altitude .

정밀 궤도와 자세 데이터를 이용하여 수신된 신호의 위상을 보상할 수 있다. 이를 위해, 보정 처리부(미도시)는 수신된 신호들에 대한 위상 보정을 수행할 수 있다. 특히, 보정 처리부(미도시)는 수신된 신호들을 고도와 크로스-트랙(cross-track)의 위치를 고려하여 상기 위상 보정을 수행할 수 있다.The phase of the received signal can be compensated using the precise orbit and attitude data. To this end, a correction processor (not shown) may perform phase correction on the received signals. In particular, the correction processing unit (not shown) may perform the phase correction on the basis of the positions of the altitude and the cross-track of the received signals.

보정 처리부(미도시)는 위상 보정(phase compensation)을 수행할 수도 있다.The correction processing unit (not shown) may perform phase compensation.

예를 들어, 직하(Nadir) 지점의 고도 측정이 불가할 경우, 직하(Nadir)에서 진행방향으로 스퀸트(squint)하고, 전방 또는 후방 방향을 스티어링(steering)하여 일정 시간 지향하여 지속적으로 관측할 수 있다.For example, when altitude measurement at the Nadir point is not possible, it can be squinted from the Nadir to the proceeding direction and steered forward or backward to steadily observe for a certain period of time .

기계적 또는 전기적 스티어링(steering)을 위해서는 안테나 빔패턴에 따른 방사보정(radiometric calibration)이 수행되어야 한다. 즉, 보정 처리부(미도시)는 방위각 시야 각(Azimuth look angle)에 따른 안테나 이득을 보상할 수 있다.For mechanical or electrical steering, a radiometric calibration according to the antenna beam pattern must be performed. That is, the correction processing unit (not shown) can compensate the antenna gain according to the azimuth look angle.

이를 위해, 보정 처리부(미도시)는 두 대의 안테나로 수신된 신호를 고도와 크로스 트랙(cross-track)의 위치와 고도에 따라 다른 위상 보상(phase compensation)을 수행할 수 있다. To this end, the correction processor (not shown) can perform the phase compensation of the signals received by the two antennas according to altitude and the position and altitude of the cross-track.

각각의 안테나에서 수신된 신호는 고도와 크로스 트랙(cross-track)의 위치, 고도, 베이스라인(baseline)에 따라 위상 및 수신 신호가 다른 위치에 위치할 수 있다. 이때, 방위각 압축 처리부(320)는 이러한 수신 신호 모델을 주어진 위성의 궤도와 자세를 기반으로 작성할 수 있다. 방위각 압축 처리부(320)는 범위 압축(Range compression) 한 이후의 모델이나 범위 압축(Range compression) 이전의 모델을 딕셔너리(dictionanry)에 입력할 수 있다.The signals received at each antenna may be located at different positions depending on the altitude, altitude, cross-track position, altitude, baseline, and the received signal. At this time, the azimuth compression processing unit 320 can generate such a received signal model based on the trajectory and attitude of a given satellite. The azimuth compression processing unit 320 may input a model after range compression or a model before range compression into a dictionanry.

또한, 방위각 압축 처리부(320)는 매치드 필터(Matched filter)를 이용한 뒤 값의 크기가 큰 두 개 이상의 최대 지점을 추출할 수 있다. 즉, 방위각 압축 처리부(320)는 합산된 보상에 대해 매치드 필터(Matched filter) 처리 후 값의 크기가 최대인 값을 추출하거나, 딕셔너리(dictionary)와 가장 일치하면서도 가장 큰 값을 추출하고, 추출된 값을 상기 수신된 신호들에서 차감하여, 차감 결과가 문턱값(threshold) 이하가 될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.Also, the azimuth compression processing unit 320 can extract two or more maximum points having a large backward magnitude using a matched filter. That is, the azimuth compression processing unit 320 extracts the maximum value of the value after the matched filter processing for the summed compensation, or extracts the largest value with the greatest match with the dictionary, And subtracts the received signal from the received signals and repeatedly performs the subtraction until the subtraction result is less than or equal to a threshold value.

즉, 방위각 압축 처리부(320)는 딕셔너리와 가장 일치하면서 가장 큰 값을 획득하고 그 값을 수신 신호에서 빼주고 다시 딕셔너리와 다음으로 일치하면서 가장 큰 값을 획득하고 그 값을 수신신호에서 빼주는 과정을 노이즈를 기반으로 계산한 문턱값 이하가 될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.That is, the azimuth compression processing unit 320 obtains the largest value while subtracting the largest value from the received signal, and obtains the largest value while matching the next with the dictionary, and subtracts the value from the received signal, Can be repeatedly performed until the calculated value becomes equal to or less than the calculated threshold value.

딕셔너리는 방위방향 압축(azimuth compression) 이전에 모델을 이용하여 매칭 추적을 수행할 수 있고 방위방향 압축(azimuth compression) 이후의 모델을 이용하여 매칭 추적을 이용할 수 있다. 또한 거리방향 압축(range compression)도 이전 이후로 모델을 하여 매칭 추적이 가능하다. Dictionaries can perform matching tracking using models before azimuth compression and can use matching tracking using models after azimuth compression. In addition, range compression can be modeled before and after matching.

방위각 압축 처리부(320)는 각각의 방위각(azimuth)의 값을 이용하여 매칭 추적할 경우에는 방위각(azimuth) 별로 인텐시티(intensity)를 n차 다항식으로 피팅(fitting)하여 노이즈를 줄일 수 있다.The azimuth compression processing unit 320 may reduce the noise by fitting the intensity to the n-th order polynomial for each azimuth when tracking the matching using the azimuth value of each azimuth.

방위각 압축 처리부(320)는 수행 결과를 매칭 추적하여 최대 지점에 대한 값을 계산하고 매칭 추적 알고리즘에 따라 그 최대 지점에 대한 값을 추출하여 저장하고 데이터에서 그 값에 대한 성분을 제거할 수 있다. 이러한 과정을 어느 기준값 이상의 값을 추출할 수 없을 때까지 수행하고 추출된 데이터를 이용하여 3D 영상을 제작할 수 있다. 일례로, 방위각 압축 처리부(320)는 합산된 보상에 대해 매치드 필터(Matched filter) 처리 후 값의 크기가 최대인 값을 추출하거나, 딕셔너리(dictionary)와 가장 일치하면서도 가장 큰 값을 추출하고, 추출된 값을 수신된 신호들에서 차감하여, 차감 결과가 문턱값(threshold) 이하가 될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.The azimuth compression processing unit 320 may perform matching tracking of the execution result, calculate a value for the maximum point, extract a value for the maximum point according to the matching tracking algorithm, and store the extracted value in the data to remove the component for the value. This process can be performed until a value beyond a reference value can not be extracted, and a 3D image can be produced using the extracted data. For example, the azimuth compression processing unit 320 extracts a maximum value of the value after the matched filter processing for the summed compensation, or extracts the largest value in agreement with the dictionary, The extracted value may be subtracted from the received signals and repeatedly performed until the subtraction result is less than or equal to a threshold value.

이를 위해, 고도 정보 추출부(330)는 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출할 수 있다. 또한, 영상데이터 생성부(340)는 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성할 수 있다.To this end, the altitude information extractor 330 may extract N cross-track altitude information for the matched tracked signal. In addition, the image data generation unit 340 may generate image data by reflecting the extracted altitude information.

일례로, 지형이 수시로 변하여 버스트를 사용하는 경우에는 하나의 버스트 내의 신호만 사용하게 되어 얼롱 트랙(along track)의 버스트(burst)의 구간 간격이 지상에 투영된 만큼의 간격으로 고도 정보를 얻을 수 있다. 또한, 전체 코히어렁트 알고리즘에서는 관측된 신호 간격에 따른 고도 정보를 얻을 수 있다.For example, when the terrain changes frequently and bursts are used, only the signals in one burst are used, so that altitude information can be obtained at intervals as long as interval intervals of bursts of along tracks are projected on the ground have. Also, in the entire coherent algorithm, the altitude information according to the observed signal interval can be obtained.

도 4 내지 6는 첫 번째 안테나(rx1)와 두 번째 안테나(rx2)의 범위 셀(range cell)이 일치하지 않는 상황에서, 이를 보상해 주는 방법을 설명한다.FIGS. 4 to 6 illustrate a method for compensating for a range cell of the first antenna rx1 and a range cell of the second antenna rx2, which do not coincide with each other.

본 발명은 대역폭(Beamwidth) 보다 더 큰 시야 각(look angle)에서도 신호가 들어오는 것을 이용할 수 있다. 따라서 본 발명은 같은 범위의 위상 차이를 구하는 것이 아닌, 첫 번째 안테나(rx1)와 두 번째 안테나(rx2)의 범위 셀이 일치하지 않는 상황이 일어날 수 있다.The present invention can utilize the incoming signal even at a look angle that is greater than the bandwidth (Beamwidth). Therefore, the present invention does not find a phase difference in the same range but a situation where the range cells of the first antenna rx1 and the second antenna rx2 do not coincide may occur.

먼저, 송신신호는 아래 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.First, the transmission signal can be expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00010
Figure pat00010

[수학식 2]에서, f0는 송신신호의 중심주파수, k는 주파수 변조율(Frequency Modulation rate, or chirp rate;첩율), t는 시간에 따른 변수로 해석될 수 있다.In Equation (2), f 0 is the center frequency of the transmission signal, k is the frequency modulation rate (or chirp rate), and t is a time-dependent variable.

한편, 반사 단면적이 1인 포인트 타겟(point target)에 대한 수신 신호될 신호는 [수학식 3]과 같이 일정 시간(

Figure pat00011
)이 딜레이 되는 형태가 될 수 있다.On the other hand, a signal to be received for a point target having a reflection cross-sectional area of 1 can be expressed by the following equation (3)
Figure pat00011
) May be delayed.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00012
Figure pat00012

또한, 딜레이 되는 지점은 아래 [수학식 4]와 같이 모델링될 수 있다.In addition, the point to be delayed can be modeled as shown in Equation (4) below.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00013
Figure pat00013

[수학식 4]에서 H는 영상 레이다의 직하 방향으로의 거리, h는 관측점의 고도로 해석될 수 있고, c는 빛의 속도로 해석될 수 있다.In Equation (4), H is the distance in the downward direction of the image radar, h is the height of the observation point, and c is the speed of light.

또한, 저사양의 아날로그/디지털 변환기로 넓은 대역폭의 신호를 얻기 위해서 디첩(dechirp) 또는 디램핑(deramping)을 사용하게 되는데 이는 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.Further, in order to obtain a signal of a wide bandwidth with a low-end analog-to-digital converter, dechirp or deramping is used, which can be expressed as Equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure pat00014
Figure pat00014

[수학식 5]에서, f0는 송신신호의 중심주파수, k는 자연수, t는 시간에 따른 변수로 해석될 수 있다. 또한,

Figure pat00015
는 딜레이되는 일정 시간으로 해석될 수 있다.In Equation (5), f 0 is the center frequency of the transmitted signal, k is a natural number, and t can be interpreted as a time-dependent variable. Also,
Figure pat00015
Can be interpreted as a certain time delayed.

또한, [수학식 5]에 저대역 통과 필터(low pass filter)를 적용하면, [수학식 6]으로 나타날 수 있다.Further, when a low pass filter is applied to Equation (5), it can be expressed by Equation (6).

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00016
Figure pat00016

[수학식 6]에서, f0는 송신신호의 중심주파수, k는 자연수, t는 시간에 따른 변수로 해석될 수 있다. 또한,

Figure pat00017
는 딜레이되는 일정 시간으로 해석될 수 있다.In Equation (6), f 0 is the center frequency of the transmitted signal, k is a natural number, and t can be interpreted as a time-dependent variable. Also,
Figure pat00017
Can be interpreted as a certain time delayed.

또한, [수학식 6]에 대해 고속푸리에변환(fast Fourier transform, FFT)를 취해주면, [수학식 7]과 같이 나타나며 이를 통해 범위 압축(range compression)이 수행될 수 있다.Further, if a fast Fourier transform (FFT) is performed on Equation (6), Equation (7) is obtained and range compression can be performed.

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure pat00018
Figure pat00018

[수학식 7]에서, f는 송신신호의 주파수, f0는 송신신호의 중심주파수, k는 자연수, t는 시간에 따른 변수로 해석될 수 있다. 또한,

Figure pat00019
는 딜레이되는 일정 시간으로 해석될 수 있다.In the formula 7], f may be interpreted as the frequency, f 0 is the center frequency, k is a natural number, t is variable according to the time of the transmission signal of the transmission signal. Also,
Figure pat00019
Can be interpreted as a certain time delayed.

도 6은 전파의 시간 지연에 따른 위상 차이를 설명하기 위한 실시예(600)이다.6 is an embodiment 600 for explaining the phase difference according to the time delay of the propagation.

도 6을 참고하면, 탑재체에 베이스 라인(Base line), B 만큼 떨어진 안테나로부터 수신된 신호는 아래와 같이 거리의 차이를 가지고 전파의 시간 지연에 따른 위상의 차이를 [수학식 8]처럼 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 6, a signal received from an antenna spaced by a base line (B) on a payload can be expressed by Equation (8) with a difference in distance according to a time delay of propagation .

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure pat00020
Figure pat00020

[수학식 8]에서 R1은 안테나 1에서부터 관측점까지의 거리, R2는 안테나 2에서부터 관측점까지의 거리, H는 영상 레이다의 직하 방향의 거리, h는 관측점의 고도로 해석될 수 있다.In Equation (8), R1 is the distance from the antenna 1 to the observation point, R2 is the distance from the antenna 2 to the observation point, H is the distance in the downward direction of the image radar, and h is the height of the observation point.

[수학식 8]을 수신 신호로 나타내면 위상이 지연된 아래의 [수학식 9]와 같다.Equation (8) can be expressed by the following equation (9) where the phase is delayed by the received signal.

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure pat00021
Figure pat00021

합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 모드에서 하나의 버스트의 자료 처리 방법을 설명하는 도면(700)이다.FIG. 7 is a diagram 700 illustrating a data processing method of one burst in a Synthetic Aperture Radar (SAR) mode.

위상의 차이가 2파이가 넘어가게 되면 위치를 구분할 수 없게 된다. 이를 보완하기 위해서 아래와 같이 두 개 이상의 주파수를 이용할 수도 있다.If the phase difference exceeds 2 pi, the position can not be identified. To compensate for this, you can use more than one frequency as shown below.

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure pat00022
Figure pat00022

[수학식 10]에서 k는 자연수, f는 신호의 주파수,

Figure pat00023
는 신호의 파장, h는 관측점의 고도, v는 영상 레이다의 속도로 해석될 수 있다.In Equation (10), k is a natural number, f is a frequency of a signal,
Figure pat00023
Is the wavelength of the signal, h is the altitude of the observation point, and v is the velocity of the image radar.

도면부호 700을 살펴보면, 딜레이 위상 계수(710)와 함께 데이터 스토어(720) 후 얼롱-트랙 FFT(730)를 거친 신호는 곱셈기를 통해 딜레이 FFT(740)에 입력된다. 이후, 딜레이 FFT(740)를 출력한 신호는 도플러/포지션 매핑 및 룩 인티그레이션(750)될 수 있다. 예를 들어, 딜레이 FFT(740)를 출력한 신호는 bin 당 140으로 룩 인티그레이션(750)될 수 있다.Referring to reference numeral 700, a signal that has passed through the delay-phase FFT 730 after the data store 720 together with the delay phase coefficient 710 is input to the delay FFT 740 through a multiplier. The signal outputting the delay FFT 740 may then be Doppler / position mapping and look-up integration 750. For example, the signal outputting the delay FFT 740 may be subjected to look-up integration 750 to 140 per thousand.

룩 인티그레이션(750)된 신호는 레인지-게이트 트랙커(760)를 통해 레인지 디램프의 형태로 곱셈기에 전달되어 데이터 스토어(720)에 전달될 수 있다.The signal that has been subjected to the lookup integration 750 may be transferred to the multiplier in the form of a range de-ramp through the range-gate tracker 760 and transferred to the data store 720.

도 8은 버스트의 자료 처리를 위한 알고리즘을 설명하는 도면(800)이다.8 is a diagram 800 illustrating an algorithm for data processing of a burst.

SAR 모드에서 하나의 버스트의 자료 처리 방법에 따르면, 디램핑 신호를 얼롱(along) 방향으로 FFT한 뒤 위상 보정 후 딜레이 IFFT를 통해서 수신된 신호를 만들어 낼 수 있다.According to the data processing method of one burst in the SAR mode, it is possible to generate a received signal through a delay IFFT after phase-correcting the demodulated signal by FFT along the direction of the demodulation.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure pat00024
Figure pat00024

[수학식 12]&Quot; (12) "

Figure pat00025
Figure pat00025

[수학식 11] 및 [수학식 12]에서

Figure pat00026
는 위성 속도 방향의 벡터,
Figure pat00027
는 k번째 scatterer의 방향 벡터,
Figure pat00028
는 베이스라인의 방향 벡터,
Figure pat00029
는 시야각(look angle),
Figure pat00030
는 얼롱 트랙 샘플링 인터벌(along track sampling interval), k는 자연수로서 파형의 번호로 해석될 수 있다. 또한, [수학식 12]에서
Figure pat00031
는 버스트 인터벌로 해석될 수 있다.In equations (11) and (12)
Figure pat00026
Is the vector of the satellite velocity direction,
Figure pat00027
Is the direction vector of the kth scatterer,
Figure pat00028
Is the direction vector of the baseline,
Figure pat00029
A look angle,
Figure pat00030
Is the along track sampling interval, k can be interpreted as the number of the waveform as a natural number. In Equation 12,
Figure pat00031
Can be interpreted as a burst interval.

대략적인 알고리즘은 아래와 같다. 정밀 궤도와 자세 데이터를 이용하여 수신된 신호의 위상을 보상하고 이를 매칭 추적으로 최대 지점에 대한 값을 계산하고 매칭 추적의 알고리즘에 따라 그 최대 지점에 대한 값을 추출하여 저장하고 데이터에서 그 값에 대한 성분을 제거할 수 있다. 이러한 과정을 어느 기준값 이상의 값을 추출할 수 없을 때까지 수행하고 추출된 데이터를 이용하여 3D 영상을 제작한다.The approximate algorithm is as follows. The phase of the received signal is compensated using the precise orbit and attitude data, and the value for the maximum point is calculated by matching tracking. The value for the maximum point is extracted and stored according to the algorithm of matching tracking, The component can be removed. This process is performed until a value beyond a reference value can not be extracted, and a 3D image is produced using the extracted data.

구체적으로 도 9를 통해 위 알고리즘을 보다 구체적으로 설명한다.More specifically, the algorithm will be described in more detail with reference to FIG.

도 9는 SARin 모드 버스트의 자료 처리를 위한 알고리즘(900)을 설명하는 도면이다.9 is a diagram illustrating an algorithm 900 for data processing of SARin mode bursts.

알고리즘(900)에 따르면, 안테나1(901)에서의 신호와 안테나2(904)에서의 신호는 각각 디램핑 처리된다(902, 905).According to the algorithm 900, the signal at antenna 1 901 and the signal at antenna 2 904 are de-ramped (902, 905), respectively.

한편, 각각 디램핑 처리된 신호는 단계 903과 단계 906을 통해 위상보상 될 수 있다. 단계 903과 단계 906을 통해서 위상 보상된 신호들을 피크 검출(907)된 수 위상 차이 연산(908)이 수행될 수 있다. 알고리즘(900)에 따르면, 연산된 위상 차이는 위상 딕셔너리(909)에 입력될 수 있고, 도착각도(Angle of Arrival, AOA)의 검색(910)에 이용될 수 있다. 본 발명은 도착각도(Angle of Arrival, AOA)를 측정하기 어려운 부분에 대해, 측정되는 다수의 지점을 여러 개 출력할 수 있다.On the other hand, the demodulated signals may be phase-compensated through steps 903 and 906, respectively. A number phase difference operation 908 can be performed that detects 907 the phase compensated signals through steps 903 and 906. [ According to the algorithm 900, the computed phase difference can be input to the phase dictionary 909 and used in the search 910 of the Angle of Arrival (AOA). The present invention is capable of outputting a plurality of points to be measured, for a portion where it is difficult to measure the angle of arrival (AOA).

한편, 알고리즘(900)은 검색된 도착각도에서 최대값을 제거하고(911), 최대값이 제거된 신호를 피크 검출의 과정에 피드백함으로써, 정확도를 높일 수 있다.Meanwhile, the algorithm 900 may increase the accuracy by removing the maximum value from the retrieved arrival angle (911) and feeding back the removed signal to the peak detection process.

한편, 도착각도에서 최대값 제거(912) 과정 이후 신호는 위상 보상을 위한 피드백으로 입력될 수 있다. 또한, 자세 및 궤도 타겟 위치의 딕셔너리 값이 위상 보상(903)에 입력되어 시스템의 정확도를 향상시킬 수 있다.On the other hand, after the process of removing the maximum value from the arrival angle 912, the signal may be input as feedback for phase compensation. Further, the dictionary value of the attitude and the trajectory target position can be input to the phase compensation 903 to improve the accuracy of the system.

한편, 알고리즘(900)은 피크 검출(907)된 결과를 확인하여 3차원 매핑을 계속할 것인지 종료할 것인지를 판단할 수 있다. 이를 위해, 알고리즘(900)은 신호가 문턱값 이상인지 여부를 판단하고(914) 판단 결과 신호가 문턱값 이상이라면 3차원 매핑을 계속하고, 만약, 신호가 문턱값 이하라면 3차원 매핑을 종료할 수 있다.Meanwhile, the algorithm 900 may check the result of peak detection (907) and determine whether to continue or terminate the three-dimensional mapping. To do this, the algorithm 900 determines whether the signal is above a threshold value (914), and if the signal is greater than or equal to the threshold value, it continues the three-dimensional mapping, and if the signal is below the threshold, .

도 10은 부분 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 방법을 설명하는 도면이다.FIG. 10 is a view for explaining a three-dimensional altitude measurement method to which a partial coherent algorithm is applied.

부분 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 방법은 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신할 수 있다(단계 1010).A three-dimensional altitude measurement method employing a partial coherent algorithm may receive data from at least two antennas (step 1010).

또한, 3차원 고도 측정 방법은 수신된 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산할 수 있다(단계 1020). 3차원 고도 측정 방법은 합산된 보상에 기초하여 매칭 추적(Matching Pursuit)하고(단계 1030), 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출할 수 있다(단계 1040). 예를 들어, 3차원 고도 측정 방법은 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 위상을 보상해서 합산할 수 있다.In addition, the three-dimensional altitude measurement method may add up the phase for the received bursts (step 1020). The three-dimensional altitude measurement method may perform Matching Pursuit based on the summed compensation (step 1030) and may extract altitude information of N cross-tracks for the matched tracked signal (step < RTI ID = 0.0 & 1040). For example, the three-dimensional altitude measurement method can compensate for at least one of the attitude and position information of the flight vehicle to compensate for the phase.

3차원 고도 측정 방법은 매칭 추적(Matching Pursuit)을 위해, 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 크로스-트랙(cross-track) 및 고도에 대한 딕셔너리(dictionary)를 이용해서 매칭 추적(Matching Pursuit)할 수 있다.The three-dimensional altitude measurement method uses at least one of the attitude and position information of the aviation body for matching tracing and performs matching tracking using a dictionary for the cross-track and altitude Matching Pursuit.

3차원 고도 측정 방법은 수행 결과를 매칭 추적하여 최대 지점에 대한 값을 계산하고 매칭 추적 알고리즘에 따라 그 최대 지점에 대한 값을 추출하여 저장하고 데이터에서 그 값에 대한 성분을 제거할 수 있다. 이러한 과정을 어느 기준값 이상의 값을 추출할 수 없을 때까지 수행하고 추출된 데이터를 이용하여 3D 영상을 제작할 수 있다. 일례로, 3차원 고도 측정 방법은 합산된 보상에 대해 매치드 필터(Matched filter) 처리 후 값의 크기가 최대인 값을 추출하거나, 딕셔너리(dictionary)와 가장 일치하면서도 가장 큰 값을 추출하고, 추출된 값을 수신된 신호들에서 차감하여, 차감 결과가 문턱값(threshold) 이하가 될 때까지 반복적으로 수행할 수 있다.The three-dimensional altitude measurement method calculates the value for the maximum point by matching the execution result, extracts the value for the maximum point according to the matching tracking algorithm, and removes the component for the value from the data. This process can be performed until a value beyond a reference value can not be extracted, and a 3D image can be produced using the extracted data. For example, the three-dimensional altitude measurement method can extract the maximum value of the value after the matched filter processing for the summed compensation, extract the largest value with the greatest agreement with the dictionary, Subtracted from the received signals, and repeatedly performed until the subtraction result is less than or equal to a threshold value.

결국, 3차원 고도 측정 방법은 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성할 수 있다(단계 1050).As a result, the three-dimensional altitude measurement method may generate the image data by reflecting the extracted altitude information (step 1050).

도 11은 전체 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 방법을 설명하는 도면이다.11 is a view for explaining a three-dimensional altitude measurement method to which an overall coherent algorithm is applied.

전체 코히어런트 알고리즘이 적용된 3차원 고도 측정 방법은 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신할 수 있다(단계 1110). 또한, 3차원 고도 측정 방법은 수신된 신호들의 모든 버스트에 대한 위상 보정을 수행하고, 상기 위상 보정된 결과를 방위각 압축(azimuth compresssion) 할 수 있다(단계 1120).A three-dimensional altitude measurement method using an overall coherent algorithm may receive data from at least two antennas (step 1110). In addition, the three-dimensional altimetry method may perform phase correction for all bursts of received signals and azimuth compressing the phase corrected result (step 1120).

예를 들어, 빔폭(Beamwidth) 보다 더 큰 시야각(look angle)에서도 신호가 들어오는 것을 이용할 수 있다. 따라서 같은 범위(range)의 위상 차이(phase difference)를 구하는 것이 아닌 첫 번째 안테나(rx1)와 두 번째 안테나(rx2)의 범위 셀(range cell)이 일치하지 않는 상황이 일어나게 되는데, 이를 3차원 고도 측정 방법에서 보상해 줄 수 있다.For example, it is possible to use the incoming signal even at a look angle greater than the beamwidth. Therefore, a situation arises in which the range cells of the first antenna rx1 and the range rx2 of the second antenna rx2 do not coincide with each other, rather than obtaining the phase difference of the same range. The measurement method can compensate.

일례로, 3차원 고도 측정 방법은 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행하기 위해, 비행체의 정밀 속도, 위치, 자세 정보로부터 도출된 지표면에 대한 거리 함수를 이용해서, 상기 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행할 수 있다.For example, in order to perform the phase correction and the azimuth compression, the three-dimensional elevation measurement method performs the phase correction and the azimuth compression using a distance function to the ground surface derived from the precision speed, position, and attitude information of the air vehicle can do.

또한, 3차원 고도 측정 방법은 위상 보정된 결과를 방위각 압축(azimuth compresssion) 하여 매칭 추적(Matching Pursuit)할 수 있다(단계 1120). 또한, 3차원 고도 측정 방법은 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출할 수 있다(단계 1130). 한편, 3차원 고도 측정 방법은 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성할 수 있다(단계 1140).In addition, the three-dimensional altitude measurement method may perform matching tracking by azimuth compressing the phase-corrected result (step 1120). In addition, the three-dimensional altitude measurement method may extract N cross-track altitude information for the matched tracked signal (step 1130). Meanwhile, the three-dimensional altitude measurement method may generate the image data by reflecting the extracted altitude information (Step 1140).

결국, 본 발명을 이용하면, 얼롱 트랙(along track)에서 하나의 피크(peak) 지점을 추출하고 고도를 계산하는 것과 다르게 동시에 두 개 이상의 지점을 추출하여 계산할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 방위각 방향으로 위상 값이 가장 일치되는 지점의 값으로 획득함으로써, 위상 차이가 2파이를 초과하는 문제를 해결할 수 있고, 도착각도(Angle of Arrival, AOA)를 측정하기 어려운 부분에 대해, 측정되는 다수의 지점을 여러 개 출력함으로써 해결할 수 있다.As a result, according to the present invention, it is possible to extract two points or more at the same time, as opposed to extracting one peak point along the track and calculating the altitude. Further, according to the present invention, it is possible to solve the problem that the phase difference exceeds 2 pi by solving the problem of obtaining the value at the point where the phase value coincides most with the azimuth direction, and it is difficult to measure the angle of arrival (AOA) For a part, it can be solved by outputting a plurality of points to be measured.

또한, 본 발명을 이용하면 탑재체로부터 지상에 전자기파 반사산란이 큰 지역에 대한 여러 지점에 대한 고도 정보를 동시에 추출이 가능하며 2파이가 넘는 경우에도 위상 보상이 다른 형태로 취해 줌으로서 더 넓은 지역에 대한 정보를 지형 고도 없이 얻을 수 있다.Also, by using the present invention, it is possible to simultaneously extract altitude information for various points on an area where electromagnetic wave reflection scattering is large on the ground from the payload, and when the phase compensation is over 2 pi, You can get information about the terrain without altitude.

뿐만 아니라, PTAN 기술과 같이 GPS와 같이 GNSS의 도움 없이도 현재의 위치를 3차원 지형 맵을 기반으로 얻는 기술에 활용 될 수 있다. 지금까지는 하나의 포인트만 추출하였지만 두 개 이상의 포인트를 추출하여 고도 정보에 대한 정보를 추가적으로 획득 함으로 기존의 지형고도지도에 매칭하기가 더 수월해진다. 또한, 고도 측정을 위한 경우에는 DEM이 없는 경우에도 지형을 넓은 공간에 대해서 추출할 수 있으며 특히, 고도가 급변하는 해안가, 강변 근처에서 직하 방향의 고도 추출이 안되던 점을 보완할 수 있게 된다. 또 여러 점의 고도 정보를 획득함으로써 고도 지형 지도를 작성하는데 3차원 영상에 가까운 정보를 획득할 수 있다.In addition, it can be used to acquire the current position based on 3D terrain map without the help of GNSS like GPS like PTAN technology. Until now, only one point has been extracted, but it is easier to match the existing terrain elevation map by extracting more than two points and obtaining additional information about altitude information. In addition, in the case of altitude measurement, it is possible to extract the terrain in a wide space even if there is no DEM. Especially, it is possible to compensate the fact that the altitude can not be extracted in the direct downward direction near the coast where the altitude changes rapidly. In addition, by acquiring altitude information of various points, it is possible to acquire information close to a three-dimensional image to create an altitude map.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

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

200: 3차원 고도 측정 장치 210: 수신부
220: 위상 보상부 230: 매칭 추적부
240: 고도 정보 추출부 250: 영상데이터 생성부
200: Three-dimensional altimeter 210: Receiver
220: phase compensation unit 230: matching tracking unit
240: altitude information extracting unit 250:

Claims (14)

적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 수신부;
상기 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산수신된 신호들의 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산하는 위상 보상부;
상기 합산된 보상에 기초하여 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 매칭 추적부;
상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 고도 정보 추출부; 및
상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 영상데이터 생성부
를 포함하는 3차원 고도 측정 장치.
A receiver for receiving data from at least two or more antennas;
A phase compensator for compensating a phase of the burst to compensate for a phase of a burst of the summed-up signals;
A matching tracking unit for performing matching based on the summed compensation;
An altitude information extractor for extracting altitude information of N cross-tracks for the matched track; And
An image data generation unit for generating image data by reflecting the extracted altitude information,
Dimensional altitude measurement device.
제1항에 있어서,
상기 위상 보상부는 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 위상을 보상해서 합산하는 3차원 고도 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the phase compensation unit reflects at least one of the attitude and position information of the flying object and compensates for the phase.
제1항에 있어서,
상기 매칭 추적부는 비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 크로스-트랙(cross-track) 및 고도에 대한 딕셔너리(dictionary)를 이용해서 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 3차원 고도 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the matching tracking unit reflects at least one of the attitude and position information of the flying object and performs matching tracking using a dictionary of the cross-track and altitude.
제1항에 있어서,
상기 수신된 신호들에 대한 위상 보정을 수행하는 보정 처리부
를 더 포함하는 3차원 고도 측정 장치.
The method according to claim 1,
A correction processing unit for performing phase correction on the received signals;
Dimensional altitude measurement device.
제4항에 있어서,
상기 보정 처리부는,
상기 수신된 신호들을 고도와 크로스-트랙(cross-track)의 위치를 고려하여 상기 위상 보정을 수행하는 3차원 고도 측정 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein,
And performs the phase correction considering the positions of the altitude and the cross-track of the received signals.
제1항에 있어서,
상기 매칭 추적부는,
상기 합산된 보상에 대해 매치드 필터(Matched filter) 처리 후 값의 크기가 최대인 값을 추출하거나, 딕셔너리(dictionary)와 가장 일치하면서도 가장 큰 값을 추출하고, 추출된 값을 상기 수신된 신호들에서 차감하여, 차감 결과가 문턱값(threshold) 이하가 될 때까지 반복적으로 수행하는 3차원 고도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The matching-
Extracts a maximum value of the value after the matched filter processing for the summed compensation, or extracts the largest value in agreement with the dictionary and outputs the extracted value to the received signals And repeatedly performs the subtraction until the subtraction result is less than or equal to a threshold value.
제1항에 있어서,
상기 수신부는,
적어도 둘 이상의 안테나로부터 서로 다른 송신 주파수 및 서로 다른 위상을 갖는 서로 다른 데이터를 수신하는 3차원 고도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The receiver may further comprise:
Wherein the at least two antennas receive different data having different transmission frequencies and different phases from at least two antennas.
적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 수신부;
상기 수신된 신호들의 모든 버스트에 대한 위상 보정을 수행하고, 상기 위상 보정된 결과를 방위각 압축(azimuth compresssion) 하여 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 방위각 압축 처리부;
상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 고도 정보 추출부; 및
상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 영상데이터 생성부
를 포함하는 3차원 고도 측정 장치.
A receiver for receiving data from at least two or more antennas;
An azimuth compression processor for performing phase correction on all bursts of the received signals and azimuth compressing the phase corrected result to perform matching tracking;
An altitude information extractor for extracting altitude information of N cross-tracks for the matched track; And
An image data generation unit for generating image data by reflecting the extracted altitude information,
Dimensional altitude measurement device.
제8항에 있어서,
상기 방위각 압축 처리부는,
비행체의 정밀 속도, 위치, 자세 정보로부터 도출된 지표면에 대한 거리 함수를 이용해서, 상기 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행하는 3차원 고도 측정 장치.
9. The method of claim 8,
The azimuth compression processing unit includes:
A three-dimensional altitude measurement apparatus for performing the phase correction and the azimuth compression using a distance function for an earth surface derived from precise velocity, position, and attitude information of a flying object.
3차원 고도 측정 장치의 동작 방법에 있어서,
수신부에서, 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 단계;
위상 보상부에서, 상기 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산수신된 신호들의 버스트에 대한 위상을 보상해서 합산하는 단계;
매칭 추적부에서, 상기 합산된 보상에 기초하여 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계;
고도 정보 추출부에서, 상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 단계; 및
영상데이터 생성부에서, 상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 단계
를 포함하는 3차원 고도 측정 장치의 동작 방법.
A method of operating a three-dimensional elevation measuring device,
Receiving, at a receiving unit, data from at least two or more antennas;
Compensating the phase for the burst to compensate for the phase of the burst of the summed received signals and summing;
In a matching tracing section, matching tracing based on the summed compensation;
Extracting altitude information of N cross-tracks for the matched tracked signal in an altitude information extracting unit; And
The image data generation unit generates image data by reflecting the extracted altitude information
Dimensional altitude measurement device.
제10항에 있어서,
상기 위상을 보상해서 합산하는 단계는,
비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 위상을 보상해서 합산하는 단계
를 포함하는 3차원 고도 측정 장치의 동작 방법.
11. The method of claim 10,
The step of compensating and summing the phases comprises:
A step of compensating and summing the phase by reflecting at least one of the posture and the position information of the flight body
Dimensional altitude measurement device.
제10항에 있어서,
상기 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계는,
비행체의 자세 및 위치정보 중에서 적어도 하나를 반영해서 상기 크로스-트랙(cross-track) 및 고도에 대한 딕셔너리(dictionary)를 이용해서 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계
를 포함하는 3차원 고도 측정 장치의 동작 방법.
11. The method of claim 10,
The matching step may include:
A step of performing matching tracing using at least one of the posture and the position information of the vehicle using a dictionary of the cross-track and altitude
Dimensional altitude measurement device.
3차원 고도 측정 장치의 동작 방법에 있어서,
수신부에서, 적어도 둘 이상의 안테나로부터 데이터를 수신하는 단계;
방위각 압축 처리부에서, 상기 수신된 신호들의 모든 버스트에 대한 위상 보정을 수행하고, 상기 위상 보정된 결과를 방위각 압축(azimuth compresssion) 하여 매칭 추적(Matching Pursuit)하는 단계;
고도 정보 추출부에서, 상기 매칭 추적된 신호에 대한 N개 크로스-트랙(cross-track)의 고도 정보를 추출하는 단계; 및
영상데이터 생성부에서, 상기 추출된 고도 정보를 반영하여 영상데이터를 생성하는 단계
를 포함하는 3차원 고도 측정 장치의 동작 방법.
A method of operating a three-dimensional elevation measuring device,
Receiving, at a receiving unit, data from at least two or more antennas;
Performing azimuth compressing on the phase-corrected result to perform a matching pulse in an azimuth compression processing unit, performing phase correction on all bursts of the received signals, and azimuth compressing the phase-corrected result;
Extracting altitude information of N cross-tracks for the matched tracked signal in an altitude information extracting unit; And
The image data generation unit generates image data by reflecting the extracted altitude information
Dimensional altitude measurement device.
제8항에 있어서,
상기 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행하는 단계는,
비행체의 정밀 속도, 위치, 자세 정보로부터 도출된 지표면에 대한 거리 함수를 이용해서, 상기 위상 보정 및 상기 방위각 압축을 수행하는 단계
를 포함하는 3차원 고도 측정 장치의 동작 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein performing phase correction and azimuth compression comprises:
Performing the phase correction and the azimuth compression using a distance function with respect to the ground surface derived from the precision speed, position, and attitude information of the flying object;
Dimensional altitude measurement device.
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