KR20190084730A

KR20190084730A - 비선형 비행 궤적에서 스퀸트 스포트라이트 모드를 위한 sar 신호 처리기와 항공기 탑재 합성구경 레이더 및 방법

Info

Publication number: KR20190084730A
Application number: KR1020180002829A
Authority: KR
Inventors: 황정훈
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-07-17
Also published as: KR102121474B1

Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, 비선형 비행 궤적에 의한 거리, 고도 방향 편차가 존재하는 환경에서 FBPA를 적용한 SAR 영상 생성 시 부분 구경별 경사 평면상 지역 극좌표를 각 경사 평면의 거리 방향, 항공기의 비행 방향 및 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계로 변환하여 BPA를 적용함으로써 표적에 대한 정확한 SAR 영상 생성이 가능하도록 한다.

Description

비선형 비행 궤적에서 스퀸트 스포트라이트 모드를 위한 SAR 신호 처리기와 항공기 탑재 합성구경 레이더 및 방법{SAR AND SAR SIGNAL PROCESSOR FOR SQUINTED SPOTLIGHT MODE UNDER NONLINEAR FLIGHT PATH AND METHOD THEREOF}

본 발명은 항공기 탑재 합성구경 레이더(Synthetic Aperture Radar ; SAR)에 관한 것으로, 특히 비선형 비행 궤적에서 스퀸트 스포트라이트 모드(squinted spotlight mode)를 위한 SAR 신호 처리기와 항공기 탑재 합성구경 레이더 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 합성구경 레이더(Synthetic Aperture Radar : SAR)는 지상으로 전파를 발사해 지표면의 영상을 만들어 내는 장비로서, 지상 또는 해양에 대해 공중에서 전자파를 순차적으로 방사한 후 전자파가 지상 또는 해양의 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 선착순으로 합성해 지상 지형도를 만들어내는 레이더 시스템을 말한다.

또한, 합성구경 레이더에서는 SAR 영상 생성을 위해 역투영 알고리즘(Back-Projection Algorithm : BPA)을 사용할 수 있다.

이러한 BPA는 시간 영역 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상 형성 알고리즘으로서 요동이 크게 존재하는 비선형 비행 궤적에서도 해상도(Resolution) 및 부엽(side lobe) 성능이 저하되지 않는 장점이 있는 반면, 연산량 부담이 상당하여 실시간 처리에 적용이 매우 어려운 단점이 있다고 잘 알려져 있다.

이러한 단점을 개선하기 위해 항공체에 탑재된 SAR에서는 전체 SAR 영상 획득 구간(d)을

개의 부분 구경(Sub- Aperture, SA)으로 나누고 각 부분 구경 동안에 지역 극좌표(local polar coordinate) 개념을 도입하여 표적 영역을 탐지함으로써 연산량 부담을 상당히 경감시키는 고속 역투영 알고리즘(Fast BPA : FBPA)이 제안되었다.

그러나, 기존 FBPA는 SAR를 탑재한 항공체의 선형 비행 궤적 하에서는, BPA와 동일한 성능을 만족하면서도 적은 연산량으로 구현할 수 있으나, 항공기의 비행 궤적이 선형이 아니고 요동이 존재하여 비선형 궤적이되는 경우 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 최종 영상 평면이 경사/지상 대한 제약이 없이 동일한 성능을 만족하는 BPA와 달리 최종 영상 평면이 지상 평면(Ground Plane)이 아닌 경사 평면(Slant Plane)이라는 제약이 있었다.

이를 극복하기 위해 경사 평면이 아닌 지상 평면으로 투영하는 개선 기술 또한 제안되었으나, 선형 비행 궤적에 대해서만 적용 가능한 기술이며, 비선형 비행 궤적에 의한 요동이 존재하는 환경에서는 지상 평면 영상 형성 면 중심점 위치에서만 성능이 유지 될 뿐, 중심점에서 멀어질수록 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

(특허문헌)

대한민국 등록특허번호 10-1009967호(등록일자 2011년 01월 14일)

따라서, 본 발명의 일실시예에서는 비선형 비행 궤적에서 스퀸트 스포트라이트 모드를 위한 SAR 신호 처리기와 항공기 탑재 합성구경 레이더 및 방법을 제공하고자 한다.

상술한 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 신호 처리기로서, 표적 영역에 대해 반사되어 수신되는 레이더 신호를 이용하여 각 부분 구경의 경사 평면에 대한 지역 극좌표를 산출하는 제1 좌표 산출부와, 상기 지역 극좌표를 상기 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향, 비행 방향 및 고도 방향을 축으로 하는 전체 직교 좌표계상의 전체 직교 좌표로 변환하는 제2 좌표 산출부와, 상기 전체 직교 좌표를 상기 경사 평면상의 경사 거리 방향, 상기 항공기의 비행 방향 및 상기 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌료로 변환하는 제3 좌표 산출부와, 상기 각 부분 구경의 상기 경사 평면의 상기 지역 직교 좌표를 기반으로 상기 표적 영역에 대한 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 생성하는 SAR 영상 생성부를 포함한다.

또한, 상기 SAR 영상 생성부는, 각 부분 구경 내에서 상기 레이더 신호의 송수신 위치를 상기 지역 직교 좌표로 변환하고, 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SAR 영상 생성부는, 상기 거리를 기반으로 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표에 대해 BPA(Back-Projection Algorithm) 방식을 적용하여 상기 SAR 영상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SAR 영상 생성부는, 상기 표적 영역에 대한 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 상기 전체 직교 좌표계상에서 정의하고, 상기 정의된 위치를 상기 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로한 경사 평면상의 지역 극좌표계상 위치로 변환하고, 상기 지역 극좌표계상 위치에 상기 각 부분 구경에 대응하는 모든 SAR 영상을 합성하여 지상 평면 위에 투영된 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SAR 영상 생성부는, 2차원 내삽(interpolation) 방식을 적용하여 상기 모든 SAR 영상을 합성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레이더 신호의 송수신 위치는, 상기 각 부분 구경내에서 비선형 궤적으로 분포되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 탑재 합성구경 레이더로서, 안테나와, 광대역의 기저대역 처프 신호를 발생하는 처프신호 발생기와, 상기 기저대역 처프신호를 레이더 신호를 변환하여 상기 안테나를 통해 탐지대상 표적 영역으로 송신시키는 송신기와, 상기 안테나를 통해 상기 레이더 신호에 의해 반사된 수신신호를 수신하고, 상기 처프신호 합성하여 기저대역의 수신신호로 변환하는 수신기와, 상기 기저대역 수신신호를 이용하여 상기 표적 영역에 대한 부분 구경별 경사 평면을 생성하고, 상기 경사 평면에 대한 지역 극좌표를 산출하며, 상기 지역 극좌표를 상기 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향, 비행 방향 및 고도 방향을 축으로 하는 전체 직교 좌표계상의 전체 직교 좌료로 변환한 후, 상기 전체 직교 좌표를 상기 경사 평면상의 경사 거리 방향, 상기 항공기의 비행 방향 및 상기 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌표계로 변환하여 상기 부분 구경별 지역 직교 좌표를 기반으로 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상을 생성하는 SAR 신호 처리기를 포함한다.

또한, 상기 SAR 신호 처리기는, 각 부분 구경내에서 상기 레이더 신호의 송수신 위치를 상기 지역 직교 좌표로 변환하고, 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SAR 신호 처리기는, 상기 거리를 기반으로 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표에 대해 BPA 방식을 적용하여 상기 SAR 영상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SAR 신호 처리기는, 상기 표적 영역에 대한 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 상기 전체 직교 좌표계상에서 정의하고, 상기 정의된 위치를 상기 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로한 경사 평면상의 지역 극좌표계상 위치로 변환하고, 상기 지역 극좌표계상 위치에 상기 각 부분 구경에 대응하는 모든 SAR 영상을 합성하여 지상 평면위에 투영된 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 신호 처리 방법으로서, 표적 영역에 대해 각 부분 구경에서 반사되어 수신되는 레이더 신호를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면에 대한 지역 극좌표를 산출하는 단계와, 상기 지역 극좌표를 상기 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향, 비행 방향 및 고도 방향을 축으로 하는 전체 직교 좌표로 변환하는 단계와, 상기 전체 직교 좌표를 상기 경사 평면상의 경사 거리 방향, 상기 항공기의 비행 방향 및 상기 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌표로 변환하는 단계와, 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표를 기반으로 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 SAR 영상을 생성하는 단계는, 각 부분 구경내에서 상기 레이더 신호의 송수신 위치를 상기 지역 직교 좌표로 변환하는 단계와, 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는 단계이후, 상기 표적 영역에 대한 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 상기 전체 직교 좌표계상에서 정의하는 단계와, 상기 정의된 위치를 상기 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로한 경사 평면상의 지역 극좌표계상 위치로 변환하는 단계와, 상기 지역 극좌표계상 위치에 상기 각 부분 구경에 대응하는 모든 SAR 영상을 합성하여 지상 평면위에 투영된 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SAR 영상은, 상기 거리를 기반으로 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표에 대해 BPA 방식이 적용되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 비선형 비행 궤적에 의한 거리, 고도 방향 편차가 존재하는 환경에서 FBPA를 적용한 SAR 영상 생성 시 부분 구경별 경사 평면상 지역 극좌표를 각 경사 평면의 경사 거리 방향, 항공기의 비행 방향 및 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계로 변환하여 BPA를 적용함으로써 표적에 대한 정확한 SAR 영상 생성이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비선형 비행 궤적에서 스퀸트 스포트라이트 모드를 위한 항공기 탑재 합성구경 레이더의 기능 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 신호 처리기의 상세 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 FBPA가 적용된 SAR 신호 처리기에서 전체 구경에서의 지역 좌표계 기하 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 FBPA가 적용된 SAR 신호 처리기에서 l번째 부분 구경에서의 지역 좌표계 기하 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 신호 처리기의 동작 제어 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 영상 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비선형 비행 궤적에서 스퀸트 스포트라이트 모드를 위한 항공기 탑재 합성구경 레이더의 기능 블록 구성을 도시한 것이다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 탑재 합성구경 레이더(Synthetic Aperture Radar : SAR)(100)의 각 구성요소의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

처프신호 발생기(110)는 항공기 탑재 합성구경 레이더(100)의 운용에 필요한 광대역의 기저대역 처프(chirp)신호를 발생시킨다.

송신기(130)는 처프신호 발생기(110)로부터 발생된 기저대역(baseband) 처프신호를 레이더 신호로 변환하여 안테나(120)를 통해 지상 또는 해양의 표면 등으로 송신한다.

수신기(140)는 지상 또는 해양의 표면 등으로부터 반사된 레이더 신호가 안테나(120)를 통해 수신되는 경우 수신된 신호와 처프신호를 합성하여 기저대역의 수신신호로 변환한다.

SAR 신호 처리기(150)는 수신기(140)로부터 인가되는 기저대역의 수신신호를 영상처리하여 SAR 영상 신호를 생성함으로써 탐지하고자 하는 표적 영역에 대한 SAR 영상을 생성시키다.

이때, SAR 신호 처리기(150)에서의 SAR 영상 생성 동작을 보다 상세히 설명하면, 먼저, SAR 신호 처리기(150)는 기저대역 수신신호를 이용하여 표적 영역에 대한 부분 구경(sub aperture : SA)별 경사 평면을 생성하고, SAR 경사 평면에 대한 지역 극좌표를 산출한다.

이어, SAR 신호 처리기(150)는 지역 극좌표를 레이더 신호를 송신한 항공기의 비행 방향, 고도 방향, 항공기에서 표적 영역으로의 거리 방향을 축으로 하는 전체 직교 좌표로 변환한다. 또한, SAR 신호 처리기(150)는 전체 직교 좌표를 경사 평면의 거리 방향 벡터, 상기 항공기의 비행 방향 벡터, 경사 평면의 법선 방향 벡터를 축으로 하는 지역 직교 좌표로 변환하여 부분 구경별 지역 직교 좌표를 기반으로 표적 영역에 대한 SAR 영상을 생성한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 신호 처리기의 상세 블록 구성을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 FBPA가 적용된 SAR 신호 처리기에서 표적 영역에 대한 SAR 영상 형성과정 전체 구경에서의 지역 좌표계 기하를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 구경 중 l번째 부분 구경에서의 지역 좌표계 기하를 도시한 것이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 신호 처리기(150)의 각 구성요소의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

제1 좌표 산출부(200)는 표적 영역(206)에 대해 각 부분 구경에서 반사되어 수신되는 레이더 신호를 이용하여 각 부분 구경의 경사 평면(400)에 대한 지역 극좌표를 산출한다. 이러한 경사 평면(400)은 도 4에서 보여지는 바와 같이 표적이 실제 위치하는 지상 평면(404)으로부터 일정 각도를 가지고 형성된 평면을 의미할 수 있으며, 지상 평면(404)과 경사 평면(400)이 이루는 각도는 각 부분 구경의 중심점과 표적 영역(406)의 중심점을 연결하는 직선(402)과 항공기의 고도 방향(Z)이 이루는 각도가 될 수 있다.

이때, 지역 극좌표라 함은 도 4에서 보여지는 바와 같이, 예를 들어 l번째 부분 구경(

)의 중심점(408)을 기준으로 경사 평면(400)상에 형성되는 표적 영역(406)의 각 위치에 대한 거리(R)와 각도(θ)로 정의되는 좌표를 말할 수 있다.

제2 좌표 산출부(202)는 지역 극좌표를 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향(X), 항공기의 비행 방향(Y) 및 고도 방향(Z)을 축으로 하는 전체 직교 좌표계상의 전체 직교 좌표(Global Cartesian Coordinate)로 변환한다.

즉, 제2 좌표 산출부(202)는 도 4에 보여지는 바와 같이, 전체 부분 구경 중 l번째 부분 구경의 중심을 정하고, 스퀸트(squint) 각도가 포함된 경사 평면(400)상 지역 극좌표를 아래의 [수학식 1]을 이용하여 항공기의 거리 방향(X), 항공기의 비행 방향(Y) 및 고도 방향(Z)을 축으로 하는 전체 직교 좌표계상의 전체 직교 좌표계로 변환하게 된다. 이는 경사 평면(406)상 지역 극좌표 위치가 실제 지상 평면(404)의 어느 위치에 대응되는 것인지를 나타내기 위한 것이다.

위 [수학식 1]에서

는 극좌표 상의 거리,

는 극좌표 상의 경사 평면(400)의 스퀸트 각도,

는 지상 평면(404)의 스퀸트 각도,

는

번째 부분 구경의 기준 높이,

,

는 지역 극좌표의 인덱스(index)이다.

제3 좌표 산출부(204)는 제2 좌표 산출부(202)에서 산출된 전체 직교 좌표를 아래의 [수학식 2]를 이용하여 경사 평면(400)상의 경사 거리 방향(X') 벡터(

), 항공기의 비행 방향(Y') 벡터(

)및 경사 평면(200)의 법선 방향(Z') 벡터()를 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌표계(

)로 변환한다.

이때, 위와 같이 전체 직교 좌표를 [수학식 2]를 이용하여 축 변환하여 경사 평면(400)의 지역 직교 좌표로 변환하는 경우, l번째 부분 구경에서 극좌표로 표현한 경사 평면(400)의 위치는 지역 직교 좌표계 상에서의 기준 위치로 표현될 수 있다. 또한, 여기서 경사 평면상의 거리 방향(X')은 거리 방향(X)의 벡터를 경사 평면에 투영시킨 벡터의 방향을 의미할 수 있다.

SAR 영상 생성부(206)는 각 부분 구경의 경사 평면(400)의 지역 직교 좌표를 기반으로 표적 영역(406)에 대한 SAR 영상을 생성한다.

위와 같은 SAR 영상의 생성에 있어서, SAR 영상 생성부(206)는 각 부분 구경내에서 레이더 신호의 송수신 위치를 지역 직교 좌표로 변환하고, 각 부분 구경의 경사 평면(400)의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 각 부분 구경의 경사 평면(400)의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 생성할 수 있다.

이하, SAR 영상 생성부(206)의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저, SAR 영상 생성부(206)는 경사 평면(400)에 대한 좌표 변환 과정과 마찬가지로, 각 부분 구경내의 모든 레이더 신호 송수신 위치를 지역 직교 좌표계로 변환하고, 위에서 구한 경사 평면(400)의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 기준 위치 사이의 거리를 고려해서 부분 구경 BPA를 수행하게 된다. 이러한 경우 요동에 의해 비선형 궤적을 가지게 되는 항공기의 위치와, 실제 지상에 존재하는 표적 사이의 정확한 거리에 의한 영상 형성이 가능하므로, SAR 영상 생성부(206)는 부분 구경 동안 획득한 데이터 내의 모든 지상 표적 위치를 반영한 요동 보상이 이루어진 경사 평면(400)의 지역 극좌표계 상의 SAR 영상을 생성할 수 있게 된다.

이어, SAR 영상 생성부(206)는 최종 고해상도 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 전체 직교 좌표계 상에서 정의하고, 정의된 위치를 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로 한 경사평면 상의 지역 극좌표 위치로 변환한다. 그런 후, 각 부분 구경의 SAR 영상을 투영하기 위해 경사 평면 지역 극좌표 상에서 2차원 내삽(interpolation) 방식을 적용하여 SAR 영상을 형성한다. 이어, 모든 부분구경에 대해 순차적으로 SAR 영상을 합성하게 되면, 최종적으로 지상 평면 위에 바로 투영된 고해상도 SAR 영상을 생성하게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비선형 비행 궤적에서 신뢰성 있는 고속 역투영 알고리즘의 지상 평면 SAR 영상을 형성하기 위한 SAR 신호 처리기의 동작 제어 흐름을 도시한 것이다. 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, SAR 신호 처리기(150)는 표적 영역(400)에 대해 각 부분 구경에서 반사되어 수신되는 레이더 신호를 수신한다.

이때, 이러한 레이더 신호는 항공기에 탑재되는 합성구경 레이더(100)에서 표적을 탐지하기 위해 지상 또는 해양의 표면으로 송신하는 RF(radio frequency) 신호를 의미하며, 이러한 레이더 신호는 스포트라이트 모드(spotlight mode)에서는 기설정된 면적의 표적 영역으로 송신될 수 있고, 표적 영역(406)에 위치한 표적에 의해 반사되어 합성구경 레이더(100)내의 SAR 신호 처리기(150)로 수신될 수 있다. 또한, 이러한 각 부분 구경에서 반사되어 수신되는 레이더 신호는 항공기와 표적간 거리 정보를 포함하는 거리압축 SAR 데이터를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이어, SAR 신호 처리기(150)는 표적 영역(406)에 대해 각 부분 구경에서 반사되어 수신되는 레이더 신호를 이용하여 각 부분 구경의 경사 평면(400)에 대한 지역 극좌표를 산출한다.

이때, 지역 극좌표라 함은 도 4에서 보여지는 바와 같이, l번째 부분 구경(

이어, SAR 신호 처리기(150)는 지역 극좌표를 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향(X), 항공기의 비행 방향(Y) 및 고도 방향(Z)을 축으로 하는 전체 직교 좌표계상의 전체 직교 좌표로 변환한다. 이는 경사 평면(406)상 지역 극좌표 위치가 실제 지상 평면(404)의 어느 위치에 대응되는 것인지를 나타내기 위한 것이다.

이어, SAR 신호 처리기(150)는 전체 직교 좌표를 경사 평면(400)상의 거리 방향(X') 벡터, 항공기의 비행 방향(Y') 벡터 및 경사 평면(400)의 법선 방향(Z') 벡터를 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌표로 변환한다. 이때, 위와 같이 전체 직교 좌표를 이용하여 축 변환하여 경사 평면(400)의 지역 직교 좌표로 변환하는 경우, l번째 부분 구경에서 극좌표로 표현한 경사 평면(400)의 위치는 지역 직교 좌표계 상에서의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점의 기준 위치로 표현될 수 있다.

그리고, SAR 신호 처리기(150)는 각 부분 구경의 SAR 경사 평면의 지역 직교 좌표를 기반으로 표적 영역(406)에 대한 SAR 영상을 생성한다.

위와 같은 SAR 영상의 생성에 있어서, SAR 신호 처리기(150)는 각 부분 구경내에서 레이더 신호의 송수신 위치를 지역 직교 좌표로 변환하고, 각 부분 구경의 경사 평면(400)의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 각 부분 구경의 경사 평면(400)의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 생성할 수 있다.

또한, SAR 신호 처리기(150)는 경사 평면(400)에 대한 좌표 변환 과정과 마찬가지로, 부분 구경내의 모든 레이다 신호 송수신 위치를 지역 직교 좌표계로 변환하고, 위에서 구한 경사 평면(400)의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점의 기준 위치 사이의 거리를 고려해서 부분 구경 BPA를 수행하게 된다. 이러한 경우 요동에 의해 비선형 궤적을 가지게 되는 항공기 위치와, 실제 지상에 존재하는 표적 사이의 정확한 거리에 의한 영상 생성이 가능하므로, SAR 신호 처리기(150)는 부분 구경 동안 획득한 데이터 내의 모든 지상 표적 위치를 반영한 요동 보상이 이루어진 경사평면(400)의 지역 극좌표계 상의 SAR 영상을 생성할 수 있게 된다.

이어, SAR 신호 처리기(150)는 최종 고해상도 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 전체 직교 좌표계상에서 정의하고, 정의된 위치를 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로 한 경사평면(400) 상의 지역 극좌표 위치로 변환한다. 그런 후, 각 부분 구경의 SAR 영상을 투영하기 위해 경사 평면(400) 지역 극좌표 상에서 2차원 내삽 방식을 적용하여 SAR 영상을 생성하고, 모든 부분 구경에 대해 순차적으로 SAR 영상을 합성하여 지상 평면(404) 위에 바로 투영된 고해상도 SAR 영상을 생성하게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 영상을 예시한 것이다.

도 6의 (a)는 종래 비선형 비행에 의한 거리, 고도 방향 편차(요동)가 존재하는 환경에서 기존 FBPA에 의한 SAR 영상을 도시한 것이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 SAR 영상을 도시한 것이다.

위와 같은 도 6을 참조하면, 종래 기술에 의한 SAR 영상은 영상 중심점을 제외한 4개의 점표적이 방위(cross range)방향으로 성능 저하가 크게 발생 되어 십자가 형태의 점표적으로 전혀 보이지 않을 만큼 열화 되고 있는 반면, 본 발명의 일실시예에 따른 기술을 적용한 SAR 영상에서는 5개의 모든 점표적이 십자가 형태의 점표적으로 정확하게 영상 형성되고 있음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 비선형 비행 궤적에 의한 거리, 고도 방향 편차가 존재하는 환경에서 FBPA를 적용한 SAR 영상 생성 시 부분 구경별 경사 평면상 지역 극좌표를 각 경사 평면의 경사 거리 방향, 항공기의 비행 방향 및 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계로 변환하여 BPA를 적용함으로써 표적에 대한 정확한 SAR 영상 생성이 가능하도록 한다.

본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

150 : SAR 신호 처리기 200 : 제1 좌표 산출부
202 : 제2 좌표 산출부 204 : 제3 좌표 산출부
206 : SAR 영상 생성부

Claims

표적 영역에 대해 반사되어 수신되는 레이더 신호를 이용하여 각 부분 구경의 경사 평면에 대한 지역 극좌표를 산출하는 제1 좌표 산출부와,
상기 지역 극좌표를 상기 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향, 비행 방향 및 고도 방향을 축으로 하는 전체 직교 좌표계상의 전체 직교 좌표로 변환하는 제2 좌표 산출부와,
상기 전체 직교 좌표를 상기 경사 평면상의 경사 거리 방향, 상기 항공기의 비행 방향 및 상기 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌료로 변환하는 제3 좌표 산출부와,
상기 각 부분 구경의 상기 경사 평면의 상기 지역 직교 좌표를 기반으로 상기 표적 영역에 대한 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상을 생성하는 SAR 영상 생성부를 포함하는
SAR 신호 처리기.
제 1 항에 있어서,
상기 SAR 영상 생성부는,
각 부분 구경 내에서 상기 레이더 신호의 송수신 위치를 상기 지역 직교 좌표로 변환하고, 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는
SAR 신호 처리기.
제 2 항에 있어서,
상기 SAR 영상 생성부는,
상기 거리를 기반으로 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표에 대해 BPA(Back-Projection Algorithm) 방식을 적용하여 상기 SAR 영상을 형성하는
SAR 신호 처리기.
제 2 항에 있어서,
상기 SAR 영상 생성부는,
상기 표적 영역에 대한 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 상기 전체 직교 좌표계상에서 정의하고, 상기 정의된 위치를 상기 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로한 경사 평면상의 지역 극좌표계상 위치로 변환하고, 상기 지역 극좌표계상 위치에 상기 각 부분 구경에 대응하는 모든 SAR 영상을 합성하여 지상 평면 위에 투영된 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상으로 형성하는
SAR 신호 처리기.
제 4 항에 있어서,
상기 SAR 영상 생성부는,
2차원 내삽(interpolation) 방식을 적용하여 상기 모든 SAR 영상을 합성하는
SAR 신호 처리기.
제 1 항에 있어서,
상기 레이더 신호의 송수신 위치는,
상기 각 부분 구경내에서 비선형 궤적으로 분포되는
SAR 신호 처리기.
안테나와,
광대역의 기저대역 처프 신호를 발생하는 처프신호 발생기와,
상기 기저대역 처프신호를 레이더 신호를 변환하여 상기 안테나를 통해 탐지대상 표적 영역으로 송신시키는 송신기와,
상기 안테나를 통해 상기 레이더 신호에 의해 반사된 수신신호를 수신하고, 상기 처프신호 합성하여 기저대역의 수신신호로 변환하는 수신기와,
상기 기저대역 수신신호를 이용하여 상기 표적 영역에 대한 부분 구경별 경사 평면을 생성하고, 상기 경사 평면에 대한 지역 극좌표를 산출하며, 상기 지역 극좌표를 상기 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향, 비행 방향 및 고도 방향을 축으로 하는 전체 직교 좌표계상의 전체 직교 좌료로 변환한 후, 상기 전체 직교 좌표를 상기 경사 평면상의 경사 거리 방향, 상기 항공기의 비행 방향 및 상기 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌표계로 변환하여 상기 부분 구경별 지역 직교 좌표를 기반으로 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상을 생성하는 SAR 신호 처리기를 포함하는
항공기 탑재 합성구경 레이더.
제 7 항에 있어서,
상기 SAR 신호 처리기는,
각 부분 구경내에서 상기 레이더 신호의 송수신 위치를 상기 지역 직교 좌표로 변환하고, 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는
항공기 탑재 합성구경 레이더.
제 8 항에 있어서,
상기 SAR 신호 처리기는,
상기 거리를 기반으로 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표에 대해 BPA 방식을 적용하여 상기 SAR 영상을 형성하는
항공기 탑재 합성구경 레이더.
제 8 항에 있어서,
상기 SAR 신호 처리기는,
상기 표적 영역에 대한 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 상기 전체 직교 좌표계상에서 정의하고, 상기 정의된 위치를 상기 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로한 경사 평면상의 지역 극좌표계상 위치로 변환하고, 상기 지역 극좌표계상 위치에 상기 각 부분 구경에 대응하는 모든 SAR 영상을 합성하여 지상 평면위에 투영된 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상으로 형성하는
항공기 탑재 합성구경 레이더.
표적 영역에 대해 각 부분 구경에서 반사되어 수신되는 레이더 신호를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면에 대한 지역 극좌표를 산출하는 단계와,
상기 지역 극좌표를 상기 레이더 신호를 송신한 항공기의 거리 방향, 비행 방향 및 고도 방향을 축으로 하는 전체 직교 좌표로 변환하는 단계와,
상기 전체 직교 좌표를 상기 경사 평면상의 경사 거리 방향, 상기 항공기의 비행 방향 및 상기 경사 평면의 법선 방향을 축으로 하는 지역 직교 좌표계상의 지역 직교 좌표로 변환하는 단계와,
상기 각 부분 구경의 경사 평면의 지역 직교 좌표를 기반으로 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상을 생성하는 단계를 포함하는
SAR 신호 처리 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 SAR 영상을 생성하는 단계는,
각 부분 구경내에서 상기 레이더 신호의 송수신 위치를 상기 지역 직교 좌표로 변환하는 단계와,
상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표간 거리를 이용하여 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는 단계를 포함하는
SAR 신호 처리 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 지역 극좌표에 대응하는 SAR 영상을 형성하는 단계이후,
상기 표적 영역에 대한 지상 영상 형성을 위한 기준 위치를 상기 전체 직교 좌표계상에서 정의하는 단계와,
상기 정의된 위치를 상기 각 부분 구경의 중심 위치를 기준으로한 경사 평면상의 지역 극좌표계상 위치로 변환하는 단계와,
상기 지역 극좌표계상 위치에 상기 각 부분 구경에 대응하는 모든 SAR 영상을 합성하여 지상 평면위에 투영된 상기 표적 영역에 대한 SAR 영상으로 형성하는 단계를 더 포함하는
SAR 신호 처리 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 SAR 영상은,
상기 거리를 기반으로 상기 각 부분 구경의 경사 평면의 실제 지상 평면 위치를 나타내는 지점과의 지역 직교 좌표에 대해 BPA 방식이 적용되어 형성되는
SAR 신호 처리 방법.