KR20190116865A - 빔 편이 보상 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

빔 편이 보상 장치는 레이더 안테나로부터 방사되어 목표 지점으로부터 반사된 신호를 수신하는 수신부 및 거리 방향 좌표축 및 방위 방향 좌표축으로 정의되는 2차원 좌표계에서 목표 지점의 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 빔 편이를 보상하며, 상기 보상된 수신 신호에 기초하여 목표 지점에 대한 스캔 영상을 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

빔 편이 보상 장치 및 방법{Apparatus and method for compensation for Beam Squint}
빔 편이 현상에 따른 안테나 이득의 왜곡을 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
합성 개구면 레이더(Synthetic Aperture Radar : SAR)는 기후조건에 관계없이 지표면의 영상을 획득할 수 있는 능동(active) 방식의 레이더이다. 고해상도의 영상을 얻기 위해서 지표면의 한 지점을 집중적으로 빔을 조향하여 얻는 방식이 Spot Mode SAR이며, 이를 위해서 기계적 또는 전자적으로 빔을 목표 영역에 조향할 수 있도록 조절하는 기술이 필요하다. 최근에는 전자적으로 빔을 조향하는 방식이 운용의 편리함을 이유로 대부분의 레이더에서 선호하고 있는 실정이다. 하지만 전자식 빔 조향에서는 광대역 대역폭을 갖는 신호의 경우 중심 주파수는 원하는 지점으로 빔이 방사하지만, 그 이외의 주파수 신호는 원치 않는 방향으로 빔이 방사하게 되는 빔 편이 현상에 의한 단점이 존재한다. 이런 빔 편이 현상으로 인해 영상의 해상도가 저하되거나 흐릿한(blur) 영상을 얻게 되는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 추가적인 하드웨어를 사용하는 실시간 지연(True Time Delay) 방식과 대역폭이 좁은 여러 개의 펄스(pulse)를 사용한 후 추후 합성하는 방식이 사용되고 있다. 실시간 지연(True Time Delay)을 사용하는 방식은 무게와 부피가 늘어나게 되는 단점을 지니며, 이는 Airborne 레이더에서 큰 제약사항이 된다. 반면 좁은 여러 개의 펄스(pulse)를 사용하는 경우엔 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 증가하게 되어, 영상폭의 제한, 통제기 및 신호처리기의 부담이 발생한다.
광대역 대역폭을 갖는 신호의 빔 편이 현상을 해결하기 위해 방위방향 영역별 안테나 이득의 역 보상을 통한 빔 편이 보상 방법을 제안한다. 본 발명을 통해 전자식 빔 조향을 하는 AESA 레이더의 빔 편이 현상을 신호처리 관점에서 해결할 수 있으며, 이는 SAR를 비롯한 다른 모드에서도 활용이 가능하다.
일 측면에 따른, 빔 편이 보상 장치는 레이더 안테나로부터 방사되어 목표 지점으로부터 반사된 신호를 수신하는 수신부, 및 거리 방향 좌표축 및 방위 방향 좌표축으로 정의되는 2차원 좌표계에서 목표 지점의 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 빔 편이를 보상하며, 보상된 수신 신호에 기초하여 목표 지점에 대한 영상을 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른, 빔 편이 보상 방법은 레이더 안테나로부터 방사되어 목표 지점으로부터 반사된 신호를 수신하는 단계, 거리 방향 좌표축 및 방위 방향 좌표축으로 정의되는 2차원 좌표계에서 목표 지점의 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 빔 편이를 보상하는 단계, 및 보상된 수신 신호에 기초하여 목표 지점에 대한 영상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 레이더 시스템을 개괄적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 빔 편이 보상 장치를 도시한 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시 예에 따른, 합성 개구 레이더(Synthetic aperture radar: SAR) 시스템에서 안테나 이득을 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 주파수 대역 내에 빔 편이 현상을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 복수의 목표 지점에 대한 안테나 이득을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 동일한 방위 방향 좌표를 가지는 목표 지점 세트에 대하여, 합성 개구 레이더가 탐사 시작점에서 종료점까지 이동하며 탐사하는 동안 평균적인 안테나 이득을 하나의 그래프에 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 동일한 거리 방향 좌표를 가지는 목표 지점의 거리 방향 전력 및 방위 방향 전력을 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 빔 편이 보상 장치에 의해 수행되는 빔 편이 보상 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시 예는 기술적 사상을 구체화하기 위한 것일 뿐 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시 예로부터 해당 기술분야에 속하는 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 ““구성된다”” 또는 ““포함한다”” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 도는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 레이더 시스템을 개괄적으로 설명하기 위한 도면이다.
레이더는 목표 지점으로 전파를 방사하여 목표 지점으로부터 반사된 반사 신호를 수신하고, 수신된 반사 신호로부터 목표 지점에 대한 영상을 획득할 수 있다.
레이더는 플랫폼에 구비될 수 있고, 플랫폼은 정지체 또는 이동체일 수 있다. 예를 들어, 플랫폼은 지상에 고정되거나 공중에 부양할 수 있고, 또는 공중에서 이동하는 비행체일 수 있다.
레이더의 위치, 플랫폼의 위치 및 안테나의 위치는 구별되나 별도로 언급하지 않는 이상 이들 모두는 동일한 위치라고 가정한다.
목표 지점은 영상을 획득하려는 목표 영역 내의 복수의 목표 지점 각각을 나타낼 수 있다. 또는, 영상 중심 목표 지점은 목표 영역의 영상 중심에 대응하는 목표 지점을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 도 1 에서 지점 P는 목표 지점을 나타낸다.
목표 지점으로 전파를 방사하기 위한 안테나 지향 방향 및 수신된 신호로부터 영상을 획득하기 위하여 기준이 되는 좌표계가 정의될 수 있다.
좌표계는 다양하게 정의될 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 이하 명세서 전체를 거쳐 다음과 같이 좌표를 정의한다.
3차원 좌표계 x축, y축 및 z축이 정의될 수 있다. z축은 지상면에서 수직 방향으로 정의될 수 있다. x축 및 y축은 지상면에 평행한 xy 평면을 정의하며 임의로 정의될 수 있다. 이 때, 레이더를 탑재한 플랫폼이 이동체인 경우, x축은 플랫폼의 이동 방향을 나타내는 축으로 정의한다. 또한, y축은 플랫폼의 이동 방향과 수직인 축으로 정의한다.
원점 O는 탐사 기준 지점을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 탐사 기준 지점은 레이더, 또는 레이더를 탑재한 플랫폼의 위치를 나타낼 수 있다. 이 때, 레이더를 탑재한 플랫폼이 이동체인 경우, 탐사 기준 지점은 플랫폼이 탐사를 시작하는 시작점 S로부터 탐사를 종료하는 종료점 E까지의 이동 경로의 중심점일 수 있다.
또한, 지향 방향은 레이더가 전파를 소정의 방향으로 방사하기 위하여 안테나를 지향하는 방향을 나타낸다. 예를 들어, 레이더의 위치가 원점 O인 경우 지향 방향은 OP 방향을 나타낼 수 있다. 이 때 지향 방향은, 레이더의 위치 O를 기준으로 정의되는 목표 지점의 방위각 및 고각에 따라 정의될 수 있다.
거리 방향과 거리 방향에 수직한 방사 방향은 탐사 기준 지점에서의 지향 방향에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 거리 방향은 탐사 기준 지점 O을 지표면 상에 정사영한 지점 O'로부터 목표 지점 P을 향하는 방향을 나타낼 수 있다. 거리 방향 축 r과 방위 방향 축 cr에 의하여, 지상의 2차원 평면에 대한 좌표계가 정의될 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 빔 편이 보상 장치(200)를 도시한 블록도이다.
수신부(210)는 레이더로부터 방사된 전파가 목표 영역 내의 목표 지점으로부터 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 목표 지점은 지상의 목표 영역 내에 위치한 복수의 지점일 수 있다.
목표 지점 내에 복수의 목표 지점은 영상 중심의 목표 지점을 기준으로 거리 방향 및 방사 방향으로 소정의 거리, 예를 들어, 등 거리로 배치될 수 있으나 이에 제한되지 아니한다.
수신부(210)는 복수의 목표 지점들 각각에서 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다.
프로세서(220)는 거리 방향 좌표축 및 방위 방향 좌표축으로 정의되는 2차원 좌표계에서 목표 지점의 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 빔 편이를 보상할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(220)는 수신된 반사 신호에 대응하는 목표 지점의 방위 방향 좌표에 기초하여, 빔 편이로 인한 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 수신된 반사 신호를 주파수 영역에서 보상할 수 있다.
대역폭 내의 모든 주파수에서 신호가 지향 방향으로 진행할 경우, 지향 방향에 위치한 목표 지점에 대하여 주파수 영역의 안테나 이득은 일정할 수 있다. 그러나, 신호의 진행 방향을 결정하는 지향 방향은 중심 주파수를 기준으로 결정되기 때문에, 중심 주파수에서 벗어난 주파수에서 신호의 진행 방향은 중심 주파수와 다른 빔 편이 현상이 발생한다.
따라서, 목표 지점이 지향 방향에서 벗어난 편차 및 빔 편이 현상에 기초하여 목표 지점으로부터 반사되어 수신된 반사 신호의 안테나 이득이 결정될 수 있다.
수신된 반사 신호의 주파수 영역에서의 안테나 이득은 반사 신호에 대응하는 목표 지점의 방위 방향 좌표에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 플랫폼이 비행체인 경우, 비행체의 이동 경로, 속도, 목표 영역의 위치 정보 등에 기초하여 목표 지점의 주파수 영역에서의 안테나 이득은 미리 결정될 수 있다. 다른 일 예로서, 프로세서(220)는 목표 지점으로부터 반사되어 수신된 반사 신호에 대한 안테나 이득을 산출할 수 있다.
이 때, 안테나 이득은 영상 중심의 목표 지점의 거리 방향 좌표를 기준으로 근사화될 수 있다. 따라서, 근사화된 안테나 이득은 거리 방향 좌표에 독립적이며, 방위 방향 좌표에 의존하여 결정될 수 있다.
프로세서(220)는 안테나 이득에 기초하여 수신된 신호를 보상할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 수신된 신호의 주파수 별 성분에 대하여, 주파수에 대응하는 안테나 이득의 역을 적용하여 수신된 신호를 보상할 수 있다.
프로세서(220)는 보상된 수신 신호에 기초하여 목표 영역에 대한 영상을 획득할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시 예에 따른, 합성 개구 레이더(Synthetic aperture radar: SAR) 시스템에서 안테나 이득을 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서, 합성 개구 레이더는 지상면에 각각 1부터 9까지 인덱스로 표현된 9 개의 목표 지점에 대한 영상을 획득하기 위하여 탐사를 수행한다.
이 때, 합성 개구 레이더는 비행체(310)에 탑재되어, 시작점(S)로부터 종료점(E)까지 이동하면서 목표 지점에 대한 영상을 획득한다. 본 실시 예에서, 합성 개구 레이더는 비행체(310) 전방에 이동 방향을 향하도록 배치된 전방 관측 레이더(Forward Looking Radar)임을 전제로 한다. 그러나, 측방 관측 레이더(Side Looking Radar)에도 본 실시예가 용이하게 변형되어 적용될 수 있음을 통상의 기술자는 이해할 수 있을 것이다.
합성 개구 레이더의 안테나(320)는 위상차 배열 안테나(320)일 수 있다. 안테나(320)의 방사면 상에 상호간 독립적으로 펄스 형태의 전파를 방사하는 복수의 방사 소자들을 포함할 수 있다. 복수의 방사 소자들은 일정한 패턴으로 배치되어 상호간 위상차를 가지는 펄스 형태의 전파를 방사할 수 있다.
예를 들어, 합성 개구 레이더는 능동 전자 주사 배열(Active Electronically Scanned Array: AESA) 방식의 레이더일 수 있다. 능동 전자 주사 배열 레이더는 안테나(320)에 배열된 복수의 방사 소자들, 예를 들어, 방사 소자(321)이 각각 반도체 증폭 및 위상 변위기를 갖추고 있어 전파의 송수신을 독립적으로 수행할 수 있다.
복수의 방사 소자들로부터 방사된 전파는 빔을 형성할 수 있다. 복수의 방사 소자들에 의해 방사되는 전파 신호들 상호간의 위상차에 의해 빔의 진행 방향 즉 조향 방향이 결정될 수 있다.
예를 들어, 도 3b는 일 실시 예에 따른 복수의 방사 소자들의 배치를 나타낸 도면이다. 복수의 방사 소자들은 x축 및 y축 방향으로 사각 배열(rectangular array) 패턴으로 배치될 수 있다.
지향 방향의 방위각이
Figure pat00001
이고, 고각이
Figure pat00002
인 경우, 위상차 어레이 안테나(320)로부터 방사되는 빔의 패턴 AP는 하기 수학식 1과 같이 나타날 수 있다.
Figure pat00003
이 때, 수학식 1 각각의 파라미터는 하기 표 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00004
ㅣ은 방사 소자 각각의 인덱스이며, EP는 방사 소자의 패턴을 나타내며, EF는 방사 소자 인자, M과 N은 행 방향의 방사 소자 개수 및 열 방향의 방사 소자 개수를 나타낸다. 또한,
Figure pat00005
은 방사 소자로부터 방사되는 전파의 진폭을 나타내고,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
은 방사 소자의 x 방향 및 y 방향 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure pat00008
은 중심 주파수의 파장을 나타낸다.이 때, 중심 주파수에서 빔의 진행 방향은 목표한 조향 방향과 같으나 중심 주파수에서 벗어난 주파수에서 빔의 진행 방향은 목표한 조향 방향과 다른 빔 편이 현상이 나타난다.
빔 편이 현상으로 인하여 주파수 대역 별 안테나 이득이 상이하며, 안테나 이득은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
수학식 2에서 각각의 파라미터는 하기 표 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00010
이 때, t는 비행체(310)의 비행 시간을 나타내며, 방위각
Figure pat00011
및 고각
Figure pat00012
은 시간이 t일 때, 레이더를 중심으로 목표 지점 i(i=1부터 9까지 자연수)까지의 방위각 및 고각을 나타낸다. 하기 상술하는 바와 같이, 동일한 방위 방향 좌표를 가지는 목표 지점들 예를 들어 목표 지점 1, 2, 3은 각각의 주파수에서 이득의 변화를 살펴보면 도 5와 같이, 1 dB내외의 차이를 보이며 유사한 안테나 이득을 가진다. 마찬가지로 목표 지점 4, 5, 6 및 목표지점 7, 8, 9 각각 상호간에 유사한 안테나 이득을 가진다.
안테나 이득을 보상하기 위한 안테나 이득의 역이득은 도 6을 참고하였을 때 거리 방향에 따른 차이는 약 1dB 내외로 보상을 수행함에 있어 근사화 할 수 있다.
기준 거리 방향 좌표 예를 들어 목표 지점 2, 5, 8의 거리 방향 좌표를 0이라 할 때, 안테나 이득의 역이득은 기준 거리 방향 좌표에서 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00013
cr은 방위 방향 좌표를 나타내며,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
는 표 2에서 정의되는 u 및 v 좌표계에서 거리 방향 좌표가 0이고 방위 방향 좌표가 cr인 지점에 대응하는 u 좌표 및 v 좌표를 나타낸다. 또한, u0 및 v0는 중심 지점, 즉, 목표 지점 5의 u 좌표 및 v 좌표를 나타낸다.
이하, 도면에서는 도 3a 합성 개구 레이더 및 도 3b의 위상차 어레이 안테나(320)를 이용하여 수행된 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 3a의 합성 개구 레이더 및 도 3b의 위상차 어레이 안테나(320)의 각각의 파라미터는 하기 표 3과 같이 설정된다.
파라미터 값
비행 고도 10 km
비행 속도 200 m/s
경사 거리(Slant Range) 20 km
중심점(Centre)에서 지향 방향의 방위각 45 deg
중심 주파수 X band
펄스 대역폭 700 MHz
펄스 너비 40
Figure pat00016

펄스 반복 주파수(PRF) 500 Hz
안테나 배열 타입 사각 배열(Rectangular array)
Figure pat00017
Figure pat00018
(
Figure pat00019

EF 0.75
Figure pat00020
Figure pat00021
또한, 표 4는 비행체(310)의 위치에 따른 지향 방향의 방위 각 및 고각을 나타낸다.
비행체(310) 위치 방위각(deg) 고각(deg)
시작점(Start) 42.8 -29.0
중심점(Centre) 45.0 -30.0
종료점(End) 47.4 -31.0
도 4a 내지 도 4d는 주파수 대역 내에 빔 편이 현상을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 비행체(310)가 시작점(Start), 중심점(Centre) 및 종료점(End) 각각에 위치할 때, 안테나 이득의 -3 dB 경계선을 도시한다.
중심 주파수
Figure pat00022
에서는 최대 안테나 이득이 지향 방향에 대응하는 좌표에서 나타나지만, 대역폭 내에 최소 주파수
Figure pat00023
에서, 그래프 상의 지향 방향에 대응하는 좌표보다 우하향 지점에서 최대 안테나 이득이 나타난다. 또한, 대역폭 내에 최대 주파수
Figure pat00024
에서 그래프 상의 지향 방향에 대응하는 좌표보다 좌상향 지점에서 최대 안테나 이득이 나타난다.
이는 중심 주파수를 기준으로 지향 방향이 설정되어, 중심 주파수에서 벗어난 지점에서 전파의 진행 방향이 왜곡되는 빔 편향이 발생함을 나타낸다.
도 4d는 시작점(Start), 중심점(Centre) 및 종료점(End) 모두에서 지향 방향을 방위각, 고각이 모두 0이 되도록 Normalization 하여 안테나 이득의 -3 dB 경계선을 하나의 그래프에 도시한 도면이다. 비행체(310)의 위치와 무관하게, 주파수 별 안테나 이득의 -3 dB 경계선은 일정한 경향성을 갖는다.
도 5는 복수의 목표 지점에 대한 안테나 이득을 나타낸 그래프이다.
9 개의 그래프 각각의 좌측 상단에 표시된 인덱스는 각각 목표 지점 1 내지 9 각각의 인덱스를 나타낸다.
그래프에서 가로축은 중심 주파수를 0으로 정규화(normalization) 하였을 때 주파수 대역을 나타낸다.
각각의 그래프에서 start는 합성 개구 레이더가 탐사 시작점에 위치할 때 안테나 이득이며, centre는 중심점, end는 종료점에 위치할 때의 안테나 이득이다.
도 3a 및 도 3b에서 상술한 바와 같이 동일한 방위 방향 좌표를 가지는 목표 지점 1, 2 및 3을 포함하는 목표 지점 세트, 목표 지점 4, 5 및 6을 포함하는 목표 지점 세트 및 목표 지점 7, 8 및 9를 포함하는 목표 지점 세트는 안테나 이득이 유사한 경향성을 가진다. 또한, 탐사 시작점, 탐사 중심점 및 탐사 종료점에서, 안테나 이득은 각각의 주파수에서 1 dB 내외의 차이를 가진다.
도 6a 내지 도 6c는 동일한 방위 방향 좌표를 가지는 목표 지점 세트에 대하여, 합성 개구 레이더가 탐사 시작점에서 종료점까지 이동하며 탐사하는 동안 평균적인 안테나 이득을 하나의 그래프에 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이 동일한 방위 방향 좌표를 가지는 목표 지점들은 거리 방향 좌표가 다름에도 근사한 안테나 이득을 가진다.
도 7a 및 도 7b는 동일한 거리 방향 좌표를 가지는 목표 지점의 거리 방향 전력 및 방위 방향 전력을 나타내는 도면이다.
도면에서 ideal은 빔 편이 현상이 없는 경우이며, Before Comp.는 보상 전, After Comp.는 보상 후의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7a는 동일한 거리 방향 좌표를 가지는 목표 지점 1, 4 및 7에 대한 거리 방향 전력을 나타낸다. 본원 개시에 따른 빔 편이 보상으로 해상도가 증가함을 알 수 있다. 또한, 도 7b는 목표 지점 1, 4 및 7에 대한 방위 방향 전력을 나타내며 빔 편이현상에 대한 방위방향 해상도 변화는 없는 것을 참고할 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 빔 편이 보상 장치에 의해 수행되는 빔 편이 보상 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
단계 810에서, 빔 편이 보상 장치는 레이더로부터 방사된 전파가 목표 영역 내의 목표 지점으로부터 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 목표 지점은 지상의 목표 영역 내에 위치한 복수의 지점일 수 있다.
목표 지점 내에 복수의 목표 지점은 영상 중심의 목표 지점을 기준으로 거리 방향 및 방사 방향으로 소정의 거리, 예를 들어, 등 거리로 배치될 수 있으나 이에 제한되지 아니한다.
수신부는 복수의 목표 지점들 각각에서 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다.
단계 820에서, 빔 편이 보상 장치는 거리 방향 좌표축 및 방위 방향 좌표축으로 정의되는 2차원 좌표계에서 목표 지점의 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 빔 편이를 보상할 수 있다.
예를 들어, 빔 편이 보상 장치는 수신된 반사 신호에 대응하는 목표 지점의 방위 방향 좌표에 기초하여, 빔 편이로 인한 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 수신된 반사 신호를 주파수 영역에서 보상할 수 있다.
대역폭 내의 모든 주파수에서 신호가 지향 방향으로 진행할 경우, 지향 방향에 위치한 목표 지점에 대하여 주파수 영역의 안테나 이득은 일정할 수 있다. 그러나, 신호의 진행 방향을 결정하는 지향 방향은 중심 주파수를 기준으로 결정되기 때문에, 중심 주파수에서 벗어난 주파수에서 신호의 진행 방향은 중심 주파수와 다른 빔 편이 현상이 발생한다.
따라서, 목표 지점이 지향 방향에서 벗어난 편차 및 빔 편이 현상에 기초하여 목표 지점으로부터 반사되어 수신된 반사 신호의 안테나 이득이 결정될 수 있다.
수신된 반사 신호의 주파수 영역에서의 안테나 이득은 반사 신호에 대응하는 목표 지점의 방위 방향 좌표에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 플랫폼이 비행체인 경우, 비행체의 이동 경로, 속도, 목표 영역의 위치 정보 등에 기초하여 목표 지점의 주파수 영역에서의 안테나 이득은 미리 결정될 수 있다. 다른 일 예로서, 프로세서는 목표 지점으로부터 반사되어 수신된 반사 신호에 대한 안테나 이득을 산출할 수 있다.
이 때, 안테나 이득은 영상 중심의 목표 지점의 거리 방향 좌표를 기준으로 근사화될 수 있다. 따라서, 근사화된 안테나 이득은 거리 방향 좌표에 독립적이며, 방위 방향 좌표에 의존하여 결정될 수 있다.
빔 편이 보상 장치는 안테나 이득에 기초하여 수신된 신호를 보상할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 수신된 신호의 주파수 별 성분에 대하여, 주파수에 대응하는 안테나 이득의 역 이득을 적용하여 수신된 신호를 보상할 수 있다.
단계 830에서, 빔 편이 보상 장치는 보상된 수신 신호에 기초하여 목표 지점에 대한 영상을 획득할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시는 도면 내에 블록을 구현하기 위한 특정 하드웨어 및 소프트웨어를 정의하지 않지만, 당업자는 본 발명이 특정 하드웨어 또는 소프트웨어에 의한 구현에 제한되지 않으며, 임의의 종래 하드웨어 및 / 또는 소프트웨어가 본원 개시의 실시 예를 구현하는데 사용되는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 하드웨어는 본원 개시의 기능을 수행하기 위한 하나 이상의 주문형 집적 회로(application specific integrated circuits), 중앙 처리 장치(Central Processing unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processors), 디지털 신호 처리 장치(digital signal processing devices), 프로그래머블 로직 장치(programmable logic devices), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate arrays), 프로세서(processor), 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(micro controller), 마이크로 프로세서(micro processor), 전자 장치 및 기타 전자 모듈, 컴퓨터 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 빔 편이 보상 장치에 있어서,
    레이더 안테나로부터 방사되어 목표 지점으로부터 반사된 신호를 수신하는 수신부; 및
    거리 방향 좌표축 및 방위 방향 좌표축으로 정의되는 2차원 좌표계에서 목표 지점의 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 빔 편이를 보상하며,
    상기 보상된 수신 신호에 기초하여 목표 지점에 대한 영상을 획득하는 프로세서를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 수신된 신호에 상기 목표 지점에 대응하는 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득의 역 이득을 적용하여, 빔 편이를 보상하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이더는 이동 플랫폼에 구비되고,
    상기 주파수 영역에서의 안테나 이득은 상기 이동 플랫폼의 이동 경로, 속도 및 상기 목표 지점의 위치에 기초하여 획득되는, 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 레이더는,
    상기 안테나는 능동전자주사배열(Active Electronically Scanned Array: AESA) 방식의 합성 개구면 레이더(Synthetic Aperture Radar: SAR)인, 장치.
  5. 빔 편이 보상 방법에 있어서,
    레이더 안테나로부터 방사되어 목표 지점으로부터 반사된 신호를 수신하는 단계;
    거리 방향 좌표축 및 방위 방향 좌표축으로 정의되는 2차원 좌표계에서 목표 지점의 방위 방향 좌표에 대응하는 주파수 영역에서의 안테나 이득에 기초하여, 빔 편이를 보상하는 단계; 및
    상기 보상된 수신 신호에 기초하여 목표 지점에 대한 영상을 획득하는 단계를 포함하는 방법.
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