KR20200061018A - Synthetic aperture radar system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 소형 무인기 탑재용 영상레이더 시스템과 재난지역 탐사에 관한 것으로, 소형 저전력 전파영상레이다를 구현 하고 사람이 직접 접근 할 수 없고, 광학 카메라로 탐사가 어려운 기상이나 재난상황에 투입 되어 실시간 탐사 결과를 지상으로 전송하여 모니터링 및 분석 할 수 있도록 하는 레이더 장치이다.The present invention relates to a small unmanned aerial vehicle image radar system and a disaster area exploration, which implements a small low-power radio video radar and cannot be accessed directly by humans, and is put into a difficult weather or disaster situation with an optical camera, resulting in real-time exploration It is a radar device that can be transmitted to the ground for monitoring and analysis.
레이다 영상은 합성방법에 따라 RAR(Real Aperture Radar)과 SAR(Synthetic Aperture Radar)로 나뉠 수 있다. RAR(Real Aperture Radar)은 비행방향의 오른편에 거리 방향(range direction)으로 좁은 각의 빔을 송신(transmit)하고 반사신호를 레이다 영상으로 변환하는 합성기술로서, 대부분의 항공기 탑재 측면관측 레이다(side looking airborne radar, SLAR)가 이에 속하며, 안테나 위치의 변화에 따른 위상 보상(phase compensation) 없이 합성함으로써 거리에 따라 횡거리 분해능이 다른 특징이 있다. SAR(Synthetic Apdrture Radar)(합성 개구 레이더)은 움직이는 레이다에서 수집된 신호들의 펄스간 비교(pulse-to-pulse comparison) 방법을 이용하여 실제 안테나 빔폭이 제공하는 것보다 높은 방위 방향의 해상도를 얻는데 특징이 있다. 이러한 특징을 가지는 레이다 영상을 이용하는 경우, 전자파를 이용할 때 보다 비, 구름, 안개 등 기상 조건이나 주야간 등 일기와 관계없이 고품질의 영상을 획득할 수 있는 시스템이다. 또한, 반송파(carrier wave)를 발생하여 대상물체로부터 반사 및 산란되는 파를 수신하는 센서이므로 낮과 밤 모두 관측이 가능하다.Radar images can be divided into RAR (Real Aperture Radar) and SAR (Synthetic Aperture Radar) according to the synthesis method. RAR (Real Aperture Radar) is a synthesis technology that transmits a narrow angle beam in the range direction on the right side of the flight direction and converts the reflected signal into a radar image. Looking airborne radar (SLAR) belongs to this, and the lateral distance resolution is different depending on the distance by synthesizing without phase compensation according to the change of the antenna position. SAR (Synthetic Apdrture Radar) (Synthetic Aperture Radar) uses a pulse-to-pulse comparison method of signals collected from a moving radar to achieve higher azimuth resolution than the actual antenna beam width provides. There is this. In the case of using radar images having this feature, it is a system that can acquire high-quality images regardless of weather conditions such as rain, clouds, and fog, and weather, such as day and night, when using electromagnetic waves. In addition, it is a sensor that receives a wave that is reflected and scattered from an object by generating a carrier wave, so it can be observed both day and night.
SAR 시스템 구조상 공중에서 지상 및 해양을 관찰하는 레이더로써, 원래 군사용으로 개발되었고, 현재에도 많은 비중을 차지하고 있으나, 점차 민간 분야에서도 많이 이용되는 추세이다. 최근에는 예를 들어, 일기 예보, 지리 정보 구축, 연구 분야 등 민수 분야에도 많이 이용된다.Due to the structure of the SAR system, it is a radar that observes the ground and the ocean from the air. Recently, it is widely used in civilian fields such as weather forecasting, geographic information construction, and research.
SAR은 공중에서 지상 및 해양에 대해 레이다파를 순차적을 쏜 후 레이다파가 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 선착순으로 합성하여 지상지형도를 만들어내는 레이다 시스템이다. 레이다를 사용하기 때문에 주간 야간 악천후를 가리지 않는다. SAR을 장착하는 플랫폼에는 특별한 제한이 없다. 최근에는 최신형 전투기의 기체마다 장착되어 있고, 헬리콥터, 대형정찰기를 비롯하여 무인 정찰기에도 장착되고 있으며 인공위성에도 장착되고 있다.SAR is a radar system that creates a ground topographical map by first-come-first-served synthesis of a minute time difference in which radar waves are reflected on a curved surface after sequentially shooting radar waves from the air to the ground and the ocean. Because it uses radar, it doesn't cover day and night bad weather. There are no special restrictions on the platform equipped with SAR. Recently, it is installed in each aircraft of the latest fighter jets, and it is also installed in helicopters, large reconnaissance aircraft, unmanned reconnaissance aircraft, and satellites.
레이다는 원리적으로는 짧고 강한 펄스 전파 빔을 목표지역에 쏘아 그 반사파가 레이다 안테나로 돌아오는 시간을 측정하여 2차원 영상을 구성하는 장치이다. 그런데 이 레이다의 해상력을 높이려면 전파 빔이 가늘고 예리해서 목표지역의 좁은 부분에서 나오는 반사파만 골라 수신할 수 있어야 하고(방위 해상도) 내보내는 전파 펄스 자체가 시간적으로 짧아서 반사파도 짧은 펄스로 돌아와야 한다.(거리 해상도) 전자파의 분산이나 굴절을 최소화하기 위해서 되도록 높은 주파수 즉 짧은 파장의 전파를 사용해야 한다.In principle, a radar is a device that constructs a two-dimensional image by measuring the time at which the reflected wave returns to the radar antenna by shooting a short and strong pulsed radio wave beam at the target area. However, in order to increase the resolution of this radar, the propagation beam must be thin and sharp so that only the reflected waves from a narrow part of the target area can be picked up and received (orientation resolution), and the emitted propagation pulse itself is short in time, so the reflected wave must return as a short pulse.( Distance resolution) In order to minimize the dispersion or refraction of electromagnetic waves, radio waves with high frequencies, that is, short wavelengths, should be used as much as possible.
방위해상도를 높이기 위해 예리한 방향성을 가진 오목거울처럼 생긴 포물면 안테나(parabolic anntena)를 쓰는데 이 안테나의 직경이 전파의 파장에 비해 크면 클수록 전파의 회절이 적어져서 예리하게 빔을 한 지점으로 집속하여 보내고 있고 또 받을 수 있다. 이는 천체망원경으로 토성이나 목성같은 천체를 자세히 찍으려면 직경이 큰 렌즈나 반사경을 가진 천체망원경을 사용하여야하는 것과 같은 원리이다. 단지 배율만 높이면 빛의 회절 때문에 상이 뭉개져서 알아볼 수 없게 된다. 안테나의 직경을 전파의 파장으로 나눈 값을 안테나 개구비(開口比, Aperture Ratio, AR)라고 하는데 이 개구비가 클수록 빔이 예리해지고 안테나 이득(gain)도 높아진다. 그러나 항공기에 탑재해야 하는 안테나는 크기나 무게에 제한이 있고 또 큰 안테나를 빠르게 회전시키는 것도 곤란하다. 전파의 파장을 짧게 하는 데도 기술적 한계나 감쇠가 심해지는 등 실용적 문제가 있으므로 종래의 레이다로는 그 해상도에 제한이 있을 수밖에 없다.In order to increase the azimuth resolution, a parabolic antenna that looks like a concave mirror with sharp directionality is used. The larger the diameter of the antenna is compared to the wavelength of the radio wave, the smaller the diffraction of the radio wave, and the sharper the beam is focused and sent to one point. You can get it again. This is the same principle as using an astronomical telescope with a large-diameter lens or a reflector in order to take detailed pictures of Saturn or Jupiter with an astronomical telescope. If only the magnification is increased, the image is crushed due to the diffraction of light, making it unrecognizable. The value obtained by dividing the diameter of the antenna by the wavelength of the radio wave is called the antenna aperture ratio (AR). The larger the aperture ratio, the sharper the beam and the higher the antenna gain. However, the antenna that must be mounted on the aircraft is limited in size and weight, and it is difficult to rotate a large antenna quickly. In order to shorten the wavelength of the radio wave, there are practical problems such as increased technical limitations and attenuation, so the resolution of the conventional radar is limited.
그래서 안테나의 직경을 크게 하지 않으면서도 높은 방위해상도를 얻을 수 있도록 개발한 것이 합성개구 레이다이다. 합성개구 레이다에서 사용하는 전파 빔은 비교적 펄스폭도 넓고 안테나 직경도 작아서 빔의 각도 범위도 넓은 편이다. 그 대신 레이다를 비행기나 인공위성에 싣고서 빠르게 이동을 하면서 레이다 반사파를 연속적으로 수신한다. 이렇게 하면 전파가 반사되어 돌아오는 동안 이동한 거리만큼 마치 레이다 안테나의 직경이 길어지는 효과가 나타나므로 보다 예리하게 반사파를 수신할 수 있게 된다. 그러므로 공중에서 넓은 범위의 지상의 고해상도의 영상을 획득하는 데 아주 효과적이다.Therefore, the synthetic aperture radar was developed to obtain high azimuth resolution without increasing the antenna diameter. The propagation beam used in the synthetic aperture radar has a relatively wide pulse width and a small antenna diameter, so the beam has a wide angular range. Instead, the radar is loaded onto an airplane or satellite and moves rapidly to receive radar reflected waves continuously. In this way, since the effect of increasing the diameter of the radar antenna as much as the distance traveled during the return of the radio wave is reflected, the reflected wave can be more sharply received. Therefore, it is very effective for obtaining a wide range of high-resolution images in the air.
고속으로 이동하며 위상이 일치하는(coherent) 전파 빔을 방사하면 전파 빔을 방사한 안테나의 위치와 반사되어 돌아온 반사파를 수신하는 안테나의 위치가 상당한 차이가 나고 이 위치 차이가 수신된 전파의 도플러 편이(Doppler Shift)로 나타난다. 이 도플러 편이의 상대적 편이 특성을 이용해서 대상물과 레이다 안테나 사이의 거리차에 대한 위상보정 방식을 쓰거나 수신지점은 다르지만 위상이 같은 신호를 더하여 합성된 안테나 신호를 획득한다. 즉 레이다가 이동한다는 것을 이용하여 개구면이 작은 안테나로 수신된 연속적인 여러 개의 레이다 신호들을 합성하여 개구면이 큰 안테나의 개구면을 수학적 방법으로 합성한다는 것이다. 그래서 합성개구(合成開口)(synthetic aperture radar, SAR) 레이다라는 이름이 붙은 것이다. 실제로는 빠르게 이동하며 수신한 여러 신호들을 정지한 레이다의 영상처럼 선명하게 보이게 하려면 복잡한 신호처리가 필요하다.When moving at high speed and emitting a coherent propagation beam, there is a significant difference between the position of the antenna that emits the propagation beam and the position of the antenna that receives the reflected return wave, and this position difference is the Doppler shift of the received radio wave. (Doppler Shift). By using the relative shift characteristic of the Doppler shift, a phase correction method for a distance difference between an object and a radar antenna is used, or a synthesized antenna signal is obtained by adding signals having different phases with the same receiving point. That is, the radar is moved to synthesize a plurality of successive radar signals received by the antenna having a small aperture, and the aperture of the antenna having a large aperture is synthesized by a mathematical method. That is why it is called the synthetic aperture radar (SAR) radar. In practice, complex signal processing is required to make the received multiple signals look as clear as the image of a stationary radar.
반사된 가시광선의 강도만을 기록하는 광학센서와는 달리 SAR는 각 화소의 정보가 복소수이다. 복소수는 절댓값과 편각을 가지는데, SAR 영상에서의 절댓값은 해당 지형 또는 물체의 레이다 반사도와 직접적인 연관이 있고, 편각은 전자기파의 위상으로 레이다와 목표물 사이의 거리 정보를 일부 가지게 된다. 대부분의 SAR의 해상도는 사용하는 전자기파의 파장에 비하여 매우 길기 때문에 하나의 SAR 영상에서 볼 수 있는 위상 정보는 큰 의미를 가지기 힘든 값들이다.Unlike optical sensors that record only the intensity of reflected visible light, SAR has a complex number of information in each pixel. The complex number has an absolute value and a declination angle, and the absolute value in the SAR image is directly related to the radar reflectivity of the corresponding terrain or object, and the declination is the phase of the electromagnetic wave, which has some distance information between the radar and the target. Since the resolution of most SARs is very long compared to the wavelength of the electromagnetic wave used, the phase information that can be seen in one SAR image is a value that has little significance.
두 개의 서로 다른 SAR가 유사한 위치에서 같은 지역을 관측하는 경우에는 두 SAR 영상을 간섭시켜서 지표의 3차원 정보를 얻을 수가 있다. 레이다에서 물체까지의 거리가 같은 지점들은 제로-도플러 평면 위에 원호를 이루게 되므로 아직 완전히 정해진 것은 아니다. 두 SAR 영상의 위상차이(간섭위상)는 목표물과 두 레이다 사이의 거리 차이에 비례하고, 같은 간섭 위상을 가지는 지점들은 두 레이다의 중점을 원점으로 하여 방사상으로 뻗어나간다. 레이다에 매우 가까운 곳에서 동일 간섭위상의 자취는 쌍곡선을 이루지만 (두 점에서 거리 차이가 같은 지점을 연결한 선이 쌍곡선이다), SAR 영상이 찍히는 정도의 먼 거리에서는 직선으로 근사해도 무방한 경우가 많다. 두 레이다의 위치는 이미 알고 있으므로, 목표물에서 산란이 일어났던 위치는, 관측된 만큼의 간섭 위상에 해당하는 직선과 레이다로부터의 거리를 나타내는 원의 교점이 되어, 하나로 정해질 수 있다. 이 교점은 지표의 기복이 있을 경우 평면 위나 아래에 있게 되므로 3차원 정보를 얻을 수 있게 되는 것이다.When two different SARs observe the same area at a similar location, the three-dimensional information of the surface can be obtained by interfering with two SAR images. Points with the same distance from the radar to the object form an arc on the zero-Doppler plane, which is not yet fully defined. The phase difference (interference phase) of two SAR images is proportional to the distance difference between the target and the two radars, and points having the same interference phase extend radially with the center point of the two radars as the origin. If the trace of the same interference phase forms a hyperbola at a location very close to the radar (the line connecting the points with the same distance difference between the two points is a hyperbola), but it is okay to approximate it in a straight line at a distance far enough to capture the SAR There are many. Since the positions of the two radars are already known, the position where the scattering occurred in the target can be determined as a point of intersection between a straight line corresponding to the observed interference phase and a distance from the radar. This intersecting point can be obtained above or below the plane when there is an ups and downs of the surface, so that 3D information can be obtained.
두 레이다가 조금 떨어진 곳에서 동시에 지표를 관측하게 되면, 지표의 기복을 관측하게 된다. 한편 시간 차이를 두고 같은 경로를 따라가면서 같은 지표를 관측하게 되면, 관측되는 간섭위상은 두 관측 사이에 있었던 지표나 목표물의 움직임에 비례하게 된다. 매우 짧은 시간 간격을 두게 되면 자동차나 해파와 같이 빠른 움직임을 포착할 수 있을 뿐만 아니라 거리방향 속도를 구할 수 있게 되며, 수 개월에서 수 년에 걸친 시간 간격을 통해서는 지표의 융기와 침하와 같이 천천히 일어나는 변화를 정량적으로 관찰하게 된다. 그 정확도는 사용되는 전자기 파장의 길이에 비례하며, 좋은 조건에서는 연간 수 밀리미터 정도의 지표 변위를 관측할 수 있기 때문에 지진과 화산의 감시에 응용되고 있다. 지상 이동 표적 탐지 (GMTI)역시 같은 원리에 기반하고 있다. When two radars observe the surface simultaneously from a small distance, they observe the relief of the surface. On the other hand, if the same indicator is observed while following the same path with a time difference, the observed interference phase is proportional to the movement of the indicator or target between the two observations. With very short time intervals, you can not only catch fast movements like cars or sea waves, but you can also find distance speeds, and over a period of months to years, you can see slow movements, such as uplifts and subsidence. The changes that occur are quantitatively observed. Its accuracy is proportional to the length of the electromagnetic wavelength used, and under good conditions, it can be applied to the monitoring of earthquakes and volcanoes because it can observe surface displacements of several millimeters per year. Ground movement target detection (GMTI) is also based on the same principle.
영상 레이더는 고정된 지상 표적에 대해 레이더가 상대적으로 이동하면서 안테나를 통해 전자파를 송수신하여 지상 표적에 대한 도플러 정보를 통해 영상을 합성하는 시스템이다. 이러한 영상 레이더의 성능을 정확히 측정하기 위해, 비행 시험이 필수적으로 요구된다. 지상 표적으로부터 수신되는 도플러 성분을 펄스 반복 주기 동안 순차적으로 안테나 폭에 비례하여 모사할 수 있다면, 영상 레이더에서 요구되는 방위 방향의 해상도 시험이 수행될 수 있다.An image radar is a system that transmits and receives electromagnetic waves through an antenna while a radar moves relative to a fixed ground target to synthesize an image through Doppler information about the ground target. In order to accurately measure the performance of such a radar, flight testing is essential. If the Doppler component received from the ground target can be sequentially simulated in proportion to the antenna width during the pulse repetition period, an azimuth resolution test required for the image radar may be performed.
한편, 기존 SAR시스템은 크기, 소모전력, 무게 등의 제약으로 인공위성, 항공기 등의 대형 Platform에 탑재되어 이동하면서 사용되는 것이 일반적으로 사용자가 원하는 시점과 장소에 바로 투입하여 사용하는 데는 제약이 있다. On the other hand, the existing SAR system is limited in size, power consumption, weight, etc., and is mounted on a large platform such as an artificial satellite or aircraft, and is used while moving. It is generally limited to the user's desired time and place.
본 발명은 소형 무인 항공기에 장착하여 운용할 수 있는 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템을 제공하는 것을 목표로 한다. The present invention aims to provide a video unmanned aerial vehicle radar system that can be mounted and operated on a small unmanned aerial vehicle.
본 발명은,The present invention,
밀리미터파 안테나, 파형 발생기, 송수신기, 송수신 타이밍과 제어를 수행하고 수신된 RF 신호를 암축 알고리듬이 적용된 raw 데이터로 변환하여 전송하는 디지털 수신기, 및 제1데이터링크를 포함하는 소형 무인기에 탑재되는 레이더부; 및A radar unit mounted on a small unmanned aerial vehicle including a millimeter wave antenna, a waveform generator, a transceiver, a digital receiver that performs transmission and reception timing and control, and converts and transmits the received RF signal to raw data with an encryption algorithm applied, and a first data link. ; And
상기 제1데이터링크와 통신 연결하는 제2 데이터링크, 상기 제2데이터링크에 의해 수신된 상기 raw 데이터를 압축 해제 및 신호처리 하여 영상 화면으로 전환하는 신호처리장치, 상기 레이더부를 제어하고 상기 영상화면을 디스플레이하는 신호 분석 장치를 포함하는 지상체를 포함하는 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템을 제공한다.A second data link in communication with the first data link, a signal processing device that decompresses and processes the raw data received by the second data link and converts it into a video screen, controls the radar unit, and controls the video screen. It provides an image radar system for mounting a small unmanned aerial vehicle including a terrestrial body including a signal analysis device for displaying a.
상기 제1데이터 링크와 상기 제2데이터링크는 ISM 대역의 데이터링크를 구성하는 것을 특징으로 한다.The first data link and the second data link constitute an ISM band data link.
상기 파형발생기는 PLL&VCO 단일칩 구성을 적용 하여 LFM의 Cirp 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.The waveform generator is characterized by generating a Cirp signal of the LFM by applying the PLL&VCO single chip configuration.
상기 송수신기는 송신기 1채널, 수신기 2채널로 구성되고, E-BAND용 6체배기, 혼합기, 증폭기를 통해 FMCW 송수신 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.The transceiver is composed of 1 channel of the transmitter and 2 channels of the receiver, and is characterized in that it performs the FMCW transmission and reception function through the 6-folder for E-BAND, a mixer, and an amplifier.
상기 제1 및 제2 데이터링크는 WIFI 시스템을 활용 하며 거리 1KM에서 30Mbps 이상의 전송속도를 가지는 것을 특징으로 한다.The first and second data links utilize a WIFI system and are characterized by having a transmission speed of 30 Mbps or more at a distance of 1 KM.
본 발명은 소형 무인 항공기에 장착하여 운용할 수 있는 SAR 시스템을 제공하여, 다양한 분야에 응용할 수 있는 기회를 제공한다. 즉, 긴급을 요하는 재난 현장, 주기적 반복 분석을 요하는 지반변화탐사, 산림 및 작황 상태 탐사, 토목분야 등의 현장에 필요 시점에 투입하여 광학 카메라로 수행할 수 없는 정보를 실시간 획득하고 데이터링크를 통해 지상으로 전송하여 실시간 이미지화와 분석을 가능하게 한다. 이는 여러 산업에 다양한 응용 환경을 제공하며 SAR 레이다의 보편화를 가능하게 하는 효과가 있다.The present invention provides an SAR system that can be mounted and operated in a small unmanned aerial vehicle, thereby providing an opportunity to be applied to various fields. In other words, it is possible to put in real time information that cannot be performed by an optical camera by inserting it into a site such as a disaster site that requires emergency, ground change exploration that requires periodic iterative analysis, forest and crop condition exploration, and civil engineering fields, and data link It is transmitted to the ground to enable real-time imaging and analysis. This provides various application environments to various industries and has the effect of making SAR radar universal.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템의 레이더부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템의 지상체의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1의 레이더부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더부의 조립 상태를 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 4의 실시예에 따른 레이더부가 소형 무인기에 탑재된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상체가 구현된 상태를 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a radar unit of a small unmanned aerial vehicle mounted image radar system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing the configuration of the ground body of the image radar system for mounting a small unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention. It is a figure showing the structure of the radar part of FIG.
3 is a view showing the configuration of a radar unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing an assembled state of the radar unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a state in which the radar unit according to the embodiment of FIG. 4 is mounted on a small unmanned aerial vehicle.
6 is a view showing a state in which a ground body is implemented according to an embodiment of the present invention.
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.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are exemplified only for the purpose of illustrating the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention These can be implemented 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 according to the concept of the present invention can be applied to various changes and have various forms, so the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosure forms, and includes modifications, equivalents, or substitutes included in 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.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, 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.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Expressions describing the relationship between the components, for example, "between" and "immediately between" or "directly adjacent to" should be interpreted similarly.
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 only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "include" or "have" are intended to designate the presence of a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof as described, one or more other features or numbers, It should be understood that the presence or addition possibilities of steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
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 a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined herein. Does 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. The same reference numerals in each drawing denote the same members.
도 1 및 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1 은 소형 무인기 및 레이더부를 도시하고, 도 2 는 지상체를 도시한다. 도시되는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템은 소형 무인기에 탑재되는 레이더부(1000)와 레이더부(1000)와 통신하는 지상체(2000)로 구성된다.1 and 2 are views showing a video radar system for mounting a small unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention. 1 shows a small unmanned aerial vehicle and a radar unit, and FIG. 2 shows a ground body. As shown, the image radar system for mounting a small unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention includes a radar unit 1000 mounted on a small unmanned aerial vehicle and a ground body 2000 communicating with the radar unit 1000.
레이더부(1000)는 디지털 수신기(100), 송수신기(102), 파형발생기(103), 밀리미터웨이브 안테나 (104), 데이터 링크(105), 전원(106), 메모리(103)를 포함한다. 파형발생기(103)는 저전력 동작을 위하여 PLL&VCO 단일 칩 구성을 적용하여 LFM의 Cirp 신호를 생성한다. 송수신기(102)는 TX 1CH, RX 2CH로 구성되고 E-BAND용 6체배기와 혼합기, 증폭기를 통해 FMCW 송수신 기능을 수행 한다. 디지털 수신기(100)는 레이다부(1000)의 송수신 타이밍과 제어를 수행하고, 수신된 RF신호를 압축 알고리듬이 적용된 Raw 데이터로 변환하여 제1데이터링크(105)로 전송한다. 제1데이터링크(105)는 WIFI 시스템을 활용하며 거리 1KM에서 30Mbps 이상의 전송속도를 갖는 것이 바람직하다. 밀리미터 웨이브 안테나(104)는 송신용 1EA, 수신용 2EA로 구성된다.The radar unit 1000 includes a
지상체(2000)는 신호처리장치(107), 신호분석장치(108), 메모리(109), 전원(110), 제2데이터링크(111)를 포함한다. 후처리 신호처리장치(107)는 데이터 링크(105,111)를 통해 레이더부(1000)로부터 전송된 Raw 데이터 압축 해제 및 신호처리 프로세싱하여 영상 화면으로 전환한다. 신호분석장치(108)는 레이더를 제어하고 영상화면을 디스플레이한다.The ground body 2000 includes a
SAR의 고해상도 영상획득 기능은 넓은 표적영역에 대해 고해상도로 영상을 수집하는 기능이다. 기본적으로, 고해상도 영상을 얻기 위해서는 거리 방향 해상도는 송신대역폭과 비례하기 때문에, 송신대역폭이 클수록 높은 거리 방향 해상도를 얻을 수 있다. 방위각 방향 해상도는 송신파장이 짧을수록, 안테나 크기가 작을수록 좋아지게 되는데, 이것은 이 경우 결과적으로 얻을 수 있는 도플러대역폭이 증가하게 되기 때문이다. SAR 이론에서, 해상도와 표적 영역의 면적은 절충 관계에 있기 때문에, 표적 영역에 대한 해상도를 개선하려고 하면 표적 영역이 줄어들게 되고, 영상화하려는 표적 영역을 넓히려고 하면, 해상도가 감소하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 SAR은 부품의 소형화를 위하여 사용주파수는 밀리미터파장의 E-BAND, 높은 해상도를 위해 송신대역폭 1GHz 이상, 거리 100m 이상, 해상도 30cm 이하의 소형 SAR 이다. 레이더부(1000)에서 생성된 SAR의 Raw Data를 지상체(2000)로 송신하여 SAR 영상을 합성할 수 있도록 하는 것이며 이를 위하여 ISM 대역의 Datalink(105,111)를 구성하여 이를 구현한다. 이는 레이더부(1000)의 경우 안테나(104)로부터 수신된 RF 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하고 필요한 전처리 작업을 진행하는 DRX(Digital Receiver)(100), 변환된 데이터를 지상체에 무선으로 보내기 위한 Datalink(105)로 구성되고, 지상체(2000)의 경우 레이더부(1000)에서 전처리된 SAR 데이터를 수신하여 신호처리장치(Processing Unit,107)에서 이를 실시간으로 SAR 데이터를 연산하여 영상으로 변환할 수 있도록 구성한다.The high-resolution image acquisition function of SAR is a function that collects images at high resolution over a wide target area. Basically, in order to obtain a high resolution image, since the resolution in the distance direction is proportional to the transmission bandwidth, the larger the transmission bandwidth, the higher the resolution in the distance direction. The resolution in the azimuth direction is better as the transmission wavelength is shorter and the antenna size is smaller, because in this case, the resulting Doppler bandwidth increases. In the SAR theory, since the resolution and the area of the target area are compromised, the target area is reduced when trying to improve the resolution for the target area, and the resolution is decreased when the target area to be imaged is widened. The SAR according to the embodiment of the present invention is a small-sized SAR having an E-BAND of millimeter wavelength, a transmission bandwidth of 1 GHz or more, a distance of 100 m or more, and a resolution of 30 cm or less for high resolution. The raw data of the SAR generated by the radar unit 1000 is transmitted to the terrestrial body 2000 so that SAR images can be synthesized. To this end,
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 소형 무인기 탑재용 cm급 영상레이더 시스템은 고성능 SAR 애플리케이션의 새로운 발전을 대표하는 SAR (Synthetic Aperture Radar) 시스템이다. 군대, 민간 및 과학 분야에서 SAR 기술이 점점 더 자주 사용되고 원격 감지, 감시, 정찰 및 환경 모니터링 기능을 제공함으로써 적합한 센서 제품군으로 확장 가능며 충분히 작고 낮은 질량의 SAR 장비의 유용성은 사용 가능한 기술 범위를 쉽게 확장 할 수 있다.As described above, the cm-class image radar system for mounting a small unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention is a SAR (Synthetic Aperture Radar) system representing a new development of a high performance SAR application. SAR technology is increasingly used in the military, civilian, and scientific fields, providing remote sensing, surveillance, reconnaissance, and environmental monitoring capabilities that can be extended to a suitable sensor family, and the availability of a sufficiently small and low-mass SAR instrument makes it easy to extend the available technology range. Can be expanded
100 : 디지털수신기(DRX)
101 : 데이터 저장메모리
102 : 레이더 송수신기
103 : 파형발생기
104 : 밀리미터웨이브 안테나
105 : 제1데이터링크
106 : 레이다본체 전원공급유닛
107 ; 지상체 후처리 신호처리장치
108 : 신호분석장치
109 : 후처리 신호처리장치 저장메모리
110 : 지상체 전원공급유닛
111 : 제2 데이터링크100: digital receiver (DRX)
101: data storage memory
102: radar transceiver
103: waveform generator
104: millimeter wave antenna
105: first data link
106: radar body power supply unit
107; Ground body post-processing signal processing device
108: signal analysis device
109: Post-processing signal processing device storage memory
110: terrestrial power supply unit
111: second data link
Claims (5)
상기 제1데이터링크와 통신 연결하는 제2 데이터링크, 상기 제2데이터링크에 의해 수신된 상기 raw 데이터를 압축 해제 및 신호처리 하여 영상 화면으로 전환하는 신호처리장치, 상기 레이더부를 제어하고 상기 영상화면을 디스플레이하는 신호 분석 장치를 포함하는 지상체를 포함하는 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템.A radar unit mounted on a small unmanned aerial vehicle including a millimeter wave antenna, a waveform generator, a transceiver, a digital receiver that performs transmission and reception timing and control, and converts and transmits the received RF signal to raw data with an encryption algorithm, and a first data link. ; And
A second data link in communication with the first data link, a signal processing device that decompresses and processes the raw data received by the second data link and converts it into a video screen, controls the radar unit, and controls the video screen. Small image unmanned aerial vehicle radar system including a ground body including a signal analysis device for displaying.
상기 제1데이터 링크와 상기 제2데이터링크는 ISM 대역의 데이터링크를 구성하는 것을 특징으로 하는 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템.According to claim 1,
The first data link and the second data link is a video radar system for mounting a small UAV, characterized in that it constitutes a data link in the ISM band.
상기 파형발생기는 PLL&VCO 단일칩 구성을 적용 하여 LFM의 Cirp 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템.According to claim 1,
The waveform generator is applied to the PLL & VCO single-chip configuration to generate a Cirp signal of the LFM Small unmanned aerial vehicle mounted radar system.
상기 송수신기는 송신기 1채널, 수신기 2채널로 구성되고, E-BAND용 6cpqorldhk 혼합기 증폭기를 통해 FMCW 송수신 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템.According to claim 1,
The transceiver is composed of 1 channel of the transmitter and 2 channels of the receiver, and is equipped with a small UAV video radar system, characterized in that performing a FMCW transmission and reception function through a 6cpqorldhk mixer amplifier for E-BAND.
상기 제1 및 제2 데이터링크는 WIFI 시스템을 활용 하며 거리 1KM에서 30Mbps 이상의 전송속도를 가지는 것을 특징으로 하는 소형 무인기 탑재용 영상 레이더 시스템.According to claim 1,
The first and second data links utilize a WIFI system, and have a transmission speed of 30 Mbps or more at a distance of 1 KM.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180146329A KR20200061018A (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Synthetic aperture radar system |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20200061018A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111929683A (en) * | 2020-07-28 | 2020-11-13 | 中国自然资源航空物探遥感中心 | Landslide deformation accumulation area prediction model generation method and landslide deformation accumulation area prediction method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101320508B1 (en) | 2012-09-13 | 2013-10-23 | 국방과학연구소 | Device for efficiency test of synthetic aperture radar |
| KR101437747B1 (en) | 2012-12-27 | 2014-09-05 | 한국항공우주연구원 | Apparatus and method for image processing |
-
2018
- 2018-11-23 KR KR1020180146329A patent/KR20200061018A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
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| KR101320508B1 (en) | 2012-09-13 | 2013-10-23 | 국방과학연구소 | Device for efficiency test of synthetic aperture radar |
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| CN111929683A (en) * | 2020-07-28 | 2020-11-13 | 中国自然资源航空物探遥感中心 | Landslide deformation accumulation area prediction model generation method and landslide deformation accumulation area prediction method |
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