KR20230007753A - Image decoding apparatus for sea surface based on airborn and method of decoding image using the same - Google Patents

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KR20230007753A KR1020210088463A KR20210088463A KR20230007753A KR 20230007753 A KR20230007753 A KR 20230007753A KR 1020210088463 A KR1020210088463 A KR 1020210088463A KR 20210088463 A KR20210088463 A KR 20210088463A KR 20230007753 A KR20230007753 A KR 20230007753A
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Abstract

An aircraft-based sea surface image restoration device comprises a waveform generator, a distributor, an antenna member, a first mixer, a first raw data generating unit, a delay signal value generating unit, a shortened signal value generating unit, a delay signal correction unit, a second mixer, a second raw data generating unit, a reverse projection unit, and an image restoration unit. The delay signal value generating unit receives a signal generated from the waveform generator and generates a delay signal value linked to a beat frequency. The shortened signal value generating unit generates a shortened signal value corresponding to the delay signal value. The delay signal correction unit receives the delay signal value and the shortened signal value and generates a shortened delay signal. The second mixer mixes a reception wave with the shortened delay signal to generate a second demodulated signal. The second raw data generating unit generates second raw data from the second demodulated signal. The reverse projection unit calculates a function value for each pixel in a composite aperture surface. The image restoration unit restores an image in the composite aperture surface. According to the present invention, the image restoration device can construct a radar system that is not affected by the total reflection characteristics of the sea surface.

Description

항공기기반 해수면 영상복원장치 및 이를 이용한 영상복원방법{IMAGE DECODING APPARATUS FOR SEA SURFACE BASED ON AIRBORN AND METHOD OF DECODING IMAGE USING THE SAME}Aircraft-based sea level image restoration device and image restoration method using the same

본 발명은 항공기기반 해수면 영상복원장치 및 이를 이용한 영상복원방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공기에 의해 측정된 FMCW-SAR(Frequency Modulated Continuous Wave - Synthetic Aperture Radar)를 이용하여 응급상황에 해수면 영상을 복원할 수 있는 영상복원장치 및 이를 이용한 영상복원방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aircraft-based sea level image restoration device and an image restoration method using the same, and more particularly, to a sea level image in an emergency using FMCW-SAR (Frequency Modulated Continuous Wave - Synthetic Aperture Radar) measured by an aircraft. It relates to an image restoration device capable of restoring and an image restoration method using the same.

지구환경조사는 방대한 지역의 지질, 해양, 생태 등을 조사하는 분야로서, 현장조사, 실내실험, 원격탐사 등을 포함한다.Global environment research is a field that investigates the geology, ocean, and ecology of a vast area, and includes field investigations, indoor experiments, and remote sensing.

현장조사는 지표탐사, 보링, 물리탐사 등 직접현장을 방문하여 육안 또는 각종 조사장비를 이용한 조사를 포함한다. 현장조사는 그 정확도가 높기 때문에 현재까지도 정밀측정이 필요한 경우에 널리 사용된다. 실내실험은 현장에서 직접 측정하기 어려운 화학적, 물리적 특성 등을 실험실 내의 정밀계측장비를 이용하여 측정한다. 현장조사와 실내실험은 그 정확도가 높은 장점이 있으나, 시간적·공간적 제약으로 인하여 넓은 지역, 원격지, 격오지, 해양 등에 적용하기 쉽지 않다.On-site investigation includes direct site visits such as surface exploration, boring, and physical exploration, and surveys using the naked eye or various survey equipment. Because of its high accuracy, field surveys are still widely used when precise measurements are required. In indoor experiments, chemical and physical properties that are difficult to directly measure in the field are measured using precision measuring equipment in the laboratory. Field investigations and indoor experiments have the advantage of high accuracy, but due to temporal and spatial constraints, it is not easy to apply them to large areas, remote areas, remote areas, and the ocean.

최근에는 원격탐사기술의 발달로 인하여 항공기를 이용한 원격탐사가 널리 이용되고 있다. 특히, 화산폭발, 지진, 태풍 등의 재난상황이나 빙하, 조수, 파도, 해양오염과 같은 환경모니터링에 있어서 원격탐사가 매우 유용하다.Recently, remote sensing using aircraft has been widely used due to the development of remote sensing technology. In particular, remote sensing is very useful in disaster situations such as volcanic eruptions, earthquakes, and typhoons, or environmental monitoring such as glaciers, tides, waves, and marine pollution.

일반적인 원격탐사장비는 인공위성이나 항공기에 탑재된 레이더를 이용한다. 인공위성의 경우 넓은 지역을 원거리에서 측정하는 것이 가능하지만, 많은 비용이 소요되고 측정지점과의 거리가 멀기 때문에 정밀한 데이터를 얻는 것이 어렵다.Common remote sensing equipment uses radar mounted on satellites or aircraft. In the case of artificial satellites, it is possible to measure a large area from a long distance, but it is difficult to obtain precise data because it is expensive and the distance from the measurement point is long.

항공기의 경우 인공위성과 비교할 때 비교적 저렴한 가격에 근거리 측정이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 항공기를 운행하는 동안 대기상태, 기상, 엔진, 등의 원인에 의해 지속적인 요동과 진동이 발생한다. 항공기의 요동과 진동은 데이터의 품질을 저하시키지만 공중을 운행하는 항공기의 특성상 이를 완전히 제거하는 것이 불가능하다.In the case of aircraft, compared to satellites, it has the advantage of being able to measure short distances at a relatively low price. However, continuous fluctuations and vibrations occur due to atmospheric conditions, weather, engines, etc. while operating the aircraft. The shaking and vibration of the aircraft degrades the quality of the data, but it is impossible to completely eliminate them due to the nature of the aircraft flying in the air.

이러한 문제점들 중에서 특히 해수면의 전반사 특성으로 인하여 바다 표면이 검은색으로 표시되는 문제점이 있다.Among these problems, there is a problem in that the sea surface is displayed in black due to the total reflection characteristic of the sea surface.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국등록특허 제1784178호("해양변위 관측용 산란계 시스템")과 같이 후방산란계수를 별도로 추출하여 거리-도플러 2차원 데이터와 비교하는 방법이 있다. 그러나 위 대한민국등록특허 제1784178호의 경우, 일반적인 FMCW-SAR 레이더 시스템이 아니라 별도의 해양변위 관측용 산란계 시스템을 구축해야 하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, there is a method of separately extracting the backscatter coefficient and comparing it with distance-Doppler 2-dimensional data, such as Korean Patent Registration No. 1784178 ("scatter system for ocean displacement observation"). However, in the case of the above Korean Patent Registration No. 1784178, there is a problem in that a separate laying hen system for ocean displacement observation must be built instead of a general FMCW-SAR radar system.

종래의 기술들은 대한민국등록특허 제10-1839041 ("연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템 및 이 시스템의 SAR 영상 복원방법"), 대한민국등록특허 제10-2192332 ("FMCW 레이더에서의 누설 신호 감쇄를 위한 진보된 방법 및 이를 적용한 레이더 시스템"), 대한민국등록특허 제10-2156489 ("항공기기반 영상복원장치 및 이를 이용한 영상복원방법"), 대한민국등록특허 제10-2156490 ("항공기기반 분할영상복원장치 및 이를 이용한 분할영상복원방법")과 같이 주로 항공기 요동, 지향각오류 등과 같이 항공기를 이용한 지상관측에서 발생하는 오류들을 보정하는 기술들이 개발되어 왔다.Conventional technologies include Korean Patent Registration No. 10-1839041 ("FMCW-SAR system using continuous movement effect correction technique and method for restoring SAR image of this system"), Korean Patent Registration No. 10-2192332 ("Leakage signal in FMCW radar") Advanced method for attenuation and radar system using the same"), Republic of Korea Patent Registration No. 10-2156489 ("Aircraft-based image restoration device and image restoration method using the same"), Republic of Korea Patent Registration No. 10-2156490 ("Aircraft-based segmented image Restoration apparatus and split image restoration method using the same") have been developed to correct errors occurring in ground observation using aircraft, such as aircraft shaking and beam angle errors.

그러나 위와 같은 발명들에 의하더라도 해수면의 전반사특성으로 인하여 바다 표면이 검은색으로 나타나는 문제점을 해결하지 못한다.However, even according to the above inventions, the problem of the sea surface appearing black due to the total reflection characteristic of the sea surface cannot be solved.

대한민국등록특허 제10-1784178 (2017.9.27.)Korean Registered Patent No. 10-1784178 (2017.9.27.) 대한민국등록특허 제10-1839041 (2018.3.9.)Korean Registered Patent No. 10-1839041 (2018.3.9.) 대한민국등록특허 제10-2192332 (2020.12.11.)Korean Registered Patent No. 10-2192332 (2020.12.11.) 대한민국등록특허 제10-2156489 (2020.9.9.)Korean Registered Patent No. 10-2156489 (2020.9.9.) 대한민국등록특허 제10-2156490 (2020.9.9.)Korean Registered Patent No. 10-2156490 (2020.9.9.) 대한민국등록특허 제10-2258202 (2021.5.24.)Korean Registered Patent No. 10-2258202 (2021.5.24.)

본 발명의 목적은 항공기에 의해 측정된 FMCW-SAR(Frequency Modulated Continuous Wave - Synthetic Aperture Radar)를 이용하여 응급상황에 해수면 영상을 복원할 수 있는 영상복원장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an image restoration device capable of restoring a sea level image in an emergency using FMCW-SAR (Frequency Modulated Continuous Wave-Synthetic Aperture Radar) measured by an aircraft.

본 발명의 목적은 항공기에 의해 측정된 FMCW-SAR(Frequency Modulated Continuous Wave - Synthetic Aperture Radar)를 이용하여 응급상황에 해수면 영상을 복원할 수 있는 영상복원장치를 이용하는 영상복원방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an image restoration method using an image restoration device capable of restoring a sea level image in an emergency using FMCW-SAR (Frequency Modulated Continuous Wave - Synthetic Aperture Radar) measured by an aircraft.

본 발명의 일 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치는 파형발생기, 분배기, 안테나부재, 제1 믹서, 제1 원시데이터생성부, 지연신호값 생성부, 단축신호값 생성부, 지연신호 보정부, 제2 믹서, 제2 원시데이터 생성부, 역투영부, 및 영상복원부를 포함한다. 상기 파형발생기는 송신파와 동일한 파형의 신호를 생성한다. 상기 분배기는 상기 파형발생기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배한다. 상기 안테나부재는 상기 분배기에 연결되며, 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와, 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함한다. 상기 제1 믹서는 상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며, 상기 분배기로부터 수신된 분배된 신호 및 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하여 제1 복조신호를 생성한다. 상기 제1 원시데이터 생성부는 상기 제1 믹서에 연결되며, 상기 제1 믹서에 의해 생성되는 상기 제1 복조신호로부터 제1 원시데이터를 생성한다. 상기 지연신호값 생성부는 상기 분배기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 생성된 신호를 인가받아 상기 파형발생기로부터 인가받은 신호의 비트주파수에 연동되는 지연신호값을 생성한다. 상기 단축신호값 생성부는 상기 지연신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부로부터 인가받은 상기 지연신호값에 대응되는 단축신호값을 생성한다. 상기 지연신호 보정부는 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부로부터 각각 상기 지연신호값 및 상기 단축신호값을 인가받아 단축된 지연신호를 생성한다. 상기 제2 믹서는 상기 수신안테나 및 상기 지연신호 보정부에 연결되며, 상기 수신안테나로부터 인가받은 상기 수신파와 상기 지연신호 보정부로부터 수신된 상기 단축된 지연신호를 혼합하여 제2 복조신호를 생성한다. 상기 제2 원시데이터 생성부는 상기 제2 믹서에 연결되며, 상기 제2 믹서로부터 인가받은 상기 제2 복조신호로부터 제2 원시데이터를 생성한다. 상기 역투영부는 상기 제1 원시데이터 및 상기 제2 원시데이터를 인가받아 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산한다. 상기 영상복원부는 상기 역투영부에 연결되며, 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원한다.An aircraft-based sea level image restoration apparatus according to an embodiment of the present invention includes a waveform generator, a divider, an antenna member, a first mixer, a first raw data generator, a delay signal value generator, a shortened signal value generator, and a delay signal corrector. , a second mixer, a second raw data generator, a back projection unit, and an image restoration unit. The waveform generator generates a signal of the same waveform as the transmission wave. The divider is connected to the waveform generator, receives and distributes the signal generated from the waveform generator. The antenna member is connected to the splitter, and includes a transmit antenna for receiving the divided signal from the splitter and transmitting the transmit wave to the ground surface, and a receive antenna for receiving the receive wave reflected from the ground surface. The first mixer is connected to the divider and the reception antenna, and generates a first demodulation signal by mixing the divided signal received from the divider and the reception wave received from the reception antenna. The first raw data generator is connected to the first mixer and generates first raw data from the first demodulated signal generated by the first mixer. The delay signal value generator is connected to the divider, receives the signal generated from the waveform generator, and generates a delay signal value linked to the bit frequency of the signal received from the waveform generator. The shortened signal value generating unit is connected to the delayed signal value generating unit and generates a shortened signal value corresponding to the delayed signal value applied from the delayed signal value generating unit. The delay signal correction unit is connected to the delay signal value generator and the shortened signal value generator, receives the delayed signal value and the shortened signal value from the delayed signal value generator and the shortened signal value generator, respectively, and shortens the signal. generate a delayed signal. The second mixer is connected to the reception antenna and the delay signal correction unit, and generates a second demodulation signal by mixing the received wave applied from the reception antenna and the shortened delay signal received from the delay signal correction unit. . The second raw data generator is connected to the second mixer and generates second raw data from the second demodulation signal applied from the second mixer. The back projection unit receives the first raw data and the second raw data and calculates a function value for each pixel within the composite aperture. The image restoration unit is connected to the back projection unit, and restores an image within the composite aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit.

일 실시예에서, 상기 제2 복조신호는 상기 제1 복조신호에 비해 낮은 입사각을 가질 수 있다.In one embodiment, the second demodulation signal may have a lower incident angle than the first demodulation signal.

일 실시예에서, 상기 제1 원시데이터 생성부 및 상기 제2 원시데이터 생성부에 연결되며, 상기 제1 원시데이터 생성부 및 상기 제2 원시데이터 생성부로부터 상기 제1 원시데이터 및 상기 제2 원시데이터를 인가받아 합산 원시데이터를 생성하는 원시데이터 합산부를 더 포함하고, 상기 역투영부는 상기 원시데이터 합산부에 연결되어 상기 합산 원시데이터를 인가받을 수 있다.In one embodiment, the first raw data generator and the second raw data generator are connected, and the first raw data and the second raw data are obtained from the first raw data generator and the second raw data generator. A raw data summing unit configured to receive data and generate summed raw data may be further included, and the back-projection unit may be connected to the raw data summator to receive the summed raw data.

일 실시예에서, 상기 송신파는 [식 1]과 같이 시간의 함수로 나타내고([식 1]에서, t는 시간을 나타내며, S0(t)는 송신파를 나타내며, f0는 중심주파수를 나타내고, Kr은 변조율을 나타낸다),In one embodiment, the transmission wave is represented as a function of time as in [Equation 1] (in [Equation 1], t represents time, S 0 (t) represents the transmission wave, f 0 represents the center frequency, , K r represents the modulation rate),

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 수신파는 [식 2]와 같이 시간 및 상기 안테나 부재의 위치(u)에 대한 함수로 나타낼 수 있다([식 2]에서, t는 시간을 나타내며, u는 안테나 부재(110, 120)의 위치를 나타내고, Sr(t,u)는 송신파를 나타내며, f0는 중심주파수를 나타내고, Kr은 변조율을 나타내며, τ는 지연시간을 나타낸다).The received wave may be expressed as a function of time and the position (u) of the antenna member as shown in [Equation 2] (in [Equation 2], t represents time, and u represents the position of the antenna members 110 and 120 , S r (t, u) represents a transmission wave, f 0 represents a center frequency, K r represents a modulation rate, and τ represents a delay time).

[식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

일 실시예에서, 상기 제1 원시데이터 생성부는 [식 3]을 이용하여 상기 송신파의 입사각을 전후하여 반전력빔폭 영역에 해당하는 합성개구면 이미지에 해당하는 상기 제1 원시데이터를 생성할 수 있다([식 3]에서, τ(u)는 목표물지연시간을 나타내며 [식 4]에 의해 구해지며, [식 4]에서, R(u)는 항공기의 위치(u)와 목표물 사이의 거리를 나타내며, (x,y,z)는 목표물의 좌표를 나타내고, (ux,uy,uz)는 항공기의 좌표를 나타내며, c는 광속을 나타낸다).In one embodiment, the first raw data generator may generate the first raw data corresponding to a synthetic aperture image corresponding to a half-power beam width region before and after the incident angle of the transmission wave using [Equation 3]. (In [Equation 3], τ(u) represents the target delay time and is obtained by [Equation 4]. In [Equation 4], R(u) represents the distance between the aircraft's position (u) and the target. (x,y,z) represent the coordinates of the target, (u x ,u y ,u z ) represent the coordinates of the aircraft, and c represent the speed of light).

[식 3][Equation 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

[식 4][Equation 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

일 실시예에서, 상기 지연신호값 생성부는 상기 비트주파수의 1/2를 지연신호값으로 생성할 수 있다. 또한, 상기 지연신호값 생성부는 [식 6]과 같이 지연신호값을 설정할 수 있다([식 6]에서, Rd는 항공기와 지표면 사이의 직선거리를 나타내며, c는 광속을 나타낸다).In one embodiment, the delay signal value generator may generate 1/2 of the bit frequency as a delay signal value. In addition, the delay signal value generation unit may set the delay signal value as shown in [Equation 6] (in [Equation 6], R d represents the straight line distance between the aircraft and the ground, and c represents the speed of light).

[식 6][Equation 6]

Figure pat00005
Figure pat00005

일 실시예에서, 상기 단축신호값 생성부는 [식 8]을 이용하여 상기 단축신호값을 설정할 수 있다([식 8]에서, H0는 항공기의 고도를 나타내며, c는 광속을 나타낸다).In one embodiment, the short signal value generation unit may set the short signal value using [Equation 8] (in [Equation 8], H 0 represents the altitude of the aircraft and c represents the speed of light).

[식 8][Equation 8]

Figure pat00006
Figure pat00006

일 실시예에서, 상기 단축신호값 생성부는 상기 지연신호값의 0.1 내지 0.2를 곱한 값을 상기 단축신호값으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 단축신호값 생성부는 상기 지연신호값의 0.15를 곱한 값을 상기 단축신호값으로 설정할 수 있다.In one embodiment, the shortened signal value generator may set a value obtained by multiplying the delayed signal value by 0.1 to 0.2 as the shortened signal value. Also, the shortened signal value generator may set a value obtained by multiplying the delayed signal value by 0.15 as the shortened signal value.

일 실시예에서, 상기 단축신호값 생성부는 상기 제2 복조신호를 생성하는 송신파의 각도가 3.5°내지 35°가 되도록 설정할 수 있다.In one embodiment, the shortened signal value generating unit may set an angle of a transmission wave generating the second demodulation signal to be 3.5° to 35°.

일 실시예에서, 상기 지연신호 보정부는 [식 9]를 이용하여 단축된 지연신호를 생성할 수 있다([식 9]에서, f0는 중심주파수를 나타내고, t는 시간을 나타내며, d는 지연신호값을 나타내고, △d는 단축신호값을 나타내며, Kr은 변조율을 나타낸다).In one embodiment, the delay signal correction unit may generate a shortened delay signal using [Equation 9] (in [Equation 9], f 0 represents the center frequency, t represents time, and d represents the delay represents a signal value, Δd represents a shortened signal value, and K r represents a modulation rate).

[식 9][Equation 9]

Figure pat00007
Figure pat00007

일 실시예에서, 상기 제2 원시데이터 생성부는 상기 제2 복조신호로부터 [식 10]을 이용하여 상기 제2 원시데이터를 생성할 수 있다([식 10]에서, t는 시간을 나타내며, u는 항공기의 위치를 나타내고, Sr(t,u)는 수신파를 나타내고, Ssd*(t,u)는 제2 복조신호의 정합필터를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, Kr은 변조율을 나타내고, d는 지연신호값을 나타내며, △d는 단축신호값을 나타내고, τ(u)는 목표물지연시간으로 상기 [식 4]와 같이 나타낼 수 있다).In one embodiment, the second raw data generator may generate the second raw data from the second demodulation signal using [Equation 10] (in [Equation 10], t represents time, and u is represents the position of the aircraft, Sr(t,u) represents the received wave, S sd *(t,u) represents the matched filter of the second demodulation signal, f 0 represents the center frequency, K r represents the modulation rate , d represents the delay signal value, Δd represents the shortened signal value, and τ(u) is the target delay time, which can be expressed as in [Equation 4] above).

[식 10][Equation 10]

Figure pat00008
Figure pat00008

일 실시예에서, 상기 역투영부는 [식 11]을 이용하여 각 화소별 함수값을 산정할 수 있다([식 11]에서, f(xi,yj)는 ij번째 화소의 함수값을 나타내며, P는 전체 화소의 개수를 나타내며, p는 각 함수값에 대응되는 화소의 번호를 나타내며, Wp는 p번째 수신신호의 크기함수를 나타내고, t는 시간을 나타내며, up는 p번째 수신신호에 대응되는 안테나부재의 위치를 나타내고, Ssddc(t,up)는 단축된 지연신호에 대응되는 복조신호를 나타내며, S* M(td(up))는 단축된 지연신호에 대응되는 복조신호의 정합필터를 나타낸다).In one embodiment, the back projection unit may calculate a function value for each pixel using [Equation 11] (in [Equation 11], f(x i ,y j ) represents the function value of the ij th pixel, , P represents the number of total pixels, p represents the number of pixels corresponding to each function value, Wp represents the magnitude function of the p-th received signal, t represents time, and u p represents the p-th received signal represents the position of the corresponding antenna member, S sddc (t, u p ) represents the demodulation signal corresponding to the shortened delay signal, and S * M (t d (u p )) represents the demodulation corresponding to the shortened delay signal represents a matched filter of the signal).

[식 11][Equation 11]

Figure pat00009
Figure pat00009

본 발명의 일 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치는 파형발생기, 분배기, 안테나부재, 지연신호값 생성부, 단축신호값 생성부, 지연신호 보정부, 제2 믹서, 제2 원시데이터 생성부, 역투영부, 및 영상복원부를 포함한다. 상기 파형발생기는 송신파와 동일한 파형의 신호를 생성한다. 상기 분배기는 상기 파형발생기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배한다. 상기 안테나부재는 상기 분배기에 연결되며, 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와, 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함한다. 상기 지연신호값 생성부는 상기 분배기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 생성된 신호를 인가받아 상기 파형발생기로부터 인가받은 신호의 비트주파수에 연동되는 지연신호값을 생성한다. 상기 단축신호값 생성부는 상기 지연신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부로부터 인가받은 상기 지연신호값에 대응되는 단축신호값을 생성한다. 상기 지연신호 보정부는 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부로부터 각각 상기 지연신호값 및 상기 단축신호값을 인가받아 단축된 지연신호를 생성한다. 상기 제2 믹서는 상기 수신안테나 및 상기 지연신호 보정부에 연결되며, 상기 수신안테나로부터 인가받은 상기 수신파와 상기 지연신호 보정부로부터 수신된 상기 단축된 지연신호를 혼합하여 제2 복조신호를 생성한다. 상기 제2 원시데이터 생성부는 상기 제2 믹서에 연결되며, 상기 제2 믹서로부터 인가받은 상기 제2 복조신호로부터 제2 원시데이터를 생성한다. 상기 역투영부는 상기 제2 원시데이터를 인가받아 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산한다. 상기 영상복원부는 상기 역투영부에 연결되며, 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원한다. 상기 지연신호 보정부는 [식 9]를 이용하여 단축된 지연신호를 생성하며, 상기 제2 원시데이터 생성부는 상기 제2 복조신호로부터 [식 10]을 이용하여 상기 제2 원시데이터를 생성한다([식 9]에서, f0는 중심주파수를 나타내고, t는 시간을 나타내며, d는 지연신호값을 나타내고, △d는 단축신호값을 나타내며, Kr은 변조율을 나타내며, [식 10]에서, t는 시간을 나타내며, u는 항공기의 위치를 나타내고, Sr(t,u)는 수신파를 나타내고, Ssd*(t,u)는 제2 복조신호의 정합필터를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, Kr은 변조율을 나타내고, d는 지연신호값을 나타내며, △d는 단축신호값을 나타내고, τ(u)는 목표물지연시간으로 [식 4]와 같이 나타내며, [식 4]에서, R(u)는 항공기의 위치(u)와 목표물 사이의 거리를 나타내며, (x,y,z)는 목표물의 좌표를 나타내고, (ux,uy,uz)는 항공기의 좌표를 나타내며, c는 광속을 나타낸다).An aircraft-based sea level image restoration apparatus according to an embodiment of the present invention includes a waveform generator, a divider, an antenna member, a delay signal value generator, a shortened signal value generator, a delay signal corrector, a second mixer, and a second raw data generator. , a back projection unit, and an image restoration unit. The waveform generator generates a signal of the same waveform as the transmission wave. The divider is connected to the waveform generator, receives and distributes the signal generated from the waveform generator. The antenna member is connected to the splitter, and includes a transmit antenna for receiving the divided signal from the splitter and transmitting the transmit wave to the ground surface, and a receive antenna for receiving the receive wave reflected from the ground surface. The delay signal value generator is connected to the divider, receives the signal generated from the waveform generator, and generates a delay signal value linked to the bit frequency of the signal received from the waveform generator. The shortened signal value generating unit is connected to the delayed signal value generating unit and generates a shortened signal value corresponding to the delayed signal value applied from the delayed signal value generating unit. The delay signal correction unit is connected to the delay signal value generator and the shortened signal value generator, receives the delayed signal value and the shortened signal value from the delayed signal value generator and the shortened signal value generator, respectively, and shortens the signal. generate a delayed signal. The second mixer is connected to the reception antenna and the delay signal correction unit, and generates a second demodulation signal by mixing the received wave applied from the reception antenna and the shortened delay signal received from the delay signal correction unit. . The second raw data generator is connected to the second mixer and generates second raw data from the second demodulation signal applied from the second mixer. The back projection unit receives the second raw data and calculates a function value for each pixel in the composite aperture. The image restoration unit is connected to the back projection unit, and restores an image within the composite aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit. The delay signal correction unit generates a shortened delay signal using [Equation 9], and the second raw data generation unit generates the second raw data from the second demodulation signal using [Equation 10] ([ In Equation 9], f 0 represents the center frequency, t represents time, d represents the delay signal value, Δd represents the shortened signal value, K r represents the modulation rate, and in [Equation 10], t represents time, u represents the position of the aircraft, Sr(t,u) represents the received wave, S sd *(t,u) represents the matched filter of the second demodulation signal, f 0 represents the center frequency , where K r represents the modulation rate, d represents the delay signal value, Δd represents the shortened signal value, and τ(u) represents the target delay time as shown in [Equation 4], in [Equation 4] , R(u) represents the distance between the position (u) of the aircraft and the target, (x,y,z) represents the coordinates of the target, (u x ,u y ,u z ) represents the coordinates of the aircraft , c represents the speed of light).

[식 4][Equation 4]

Figure pat00010
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[식 9][Equation 9]

Figure pat00011
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[식 10][Equation 10]

Figure pat00012
Figure pat00012

본 발명의 일 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법에 있어서, 상기 항공기기반 해수면 영상복원장치는 송신파와 동일한 파형의 신호를 생성하는 파형발생기와, 상기 파형발생기에 연결되며 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배하는 분배기와, 상기 분배기에 연결되며 송신파를 송신하는 송신안테나와, 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부재와, 상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며 제1 복조신호를 생성하는 제1 믹서와, 상기 제1 믹서에 연결되며 제1 원시데이터를 생성하는 제1 원시데이터 생성부와, 상기 분배기에 연결되며 지연신호값을 생성하는 지연신호값 생성부와, 상기 지연신호값 생성부에 연결되며 단축신호값을 생성하는 단축신호값 생성부와, 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부에 연결되며 단축된 지연신호를 생성하는 지연신호 보정부와, 상기 수신안테나 및 상기 지연신호 보정부에 연결되며 제2 복조신호를 생성하는 제2 믹서와, 상기 제2 믹서에 연결되며 상기 제2 믹서로부터 인가받은 상기 제2 복조신호로부터 제2 원시데이터를 생성하는 제2 원시데이터 생성부와, 상기 제1 원시데이터 생성부 및 상기 제2 원시데이터 생성부에 연결되며 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산하는 역투영부와, 상기 역투영부에 연결되며 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원하는 영상복원부를 포함한다. 상기 항공기기반 해수면 영상복원방법에 있어서, 먼저 상기 송신안테나를 이용하여 상기 송신파를 상기 지표면 상으로 송신하고, 상기 지표면으로부터 반사된 상기 수신파를 상기 수신안테나를 통하여 수신한다. 이어서, 상기 제1 믹서를 이용하여 상기 분배기로부터 분배된 신호 및 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하여 상기 제1 복조신호를 생성한다. 이후에, 상기 제1 원시데이터 생성부를 이용하여 상기 제1 복조신호로부터 상기 제1 원시데이터를 생성한다. 계속해서, 상기 지연신호값 생성부를 이용하여, 상기 파형발생기로부터 생성된 신호를 인가받아 상기 파형발생기로부터 인가받은 신호의 비트주파수에 연동되는 상기 지연신호값을 생성한다. 이어서, 상기 단축신호값 생성부를 이용하여, 상기 지연신호값에 대응되는 상기 단축신호값을 생성한다. 이후에, 상기 지연신호 보정부를 이용하여, 상기 지연신호값 및 상기 단축신호값을 이용하여 상기 단축된 지연신호를 생성한다. 계속해서, 상기 제2 믹서를 이용하여 상기 수신파와 상기 단축된 지연신호를 혼합하여 상기 제2 복조신호를 생성한다. 이어서, 상기 제2 원시데이터 생성부를 이용하여 상기 제2 복조신호로부터 상기 제2 원시데이터를 생성한다. 이후에, 상기 역투영부를 이용하여 상기 제1 원시데이터 및 상기 제2 원시데이터를 인가받아 상기 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산한다. 계속해서, 상기 영상복원부를 이용하여 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원한다.In the image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration device according to an embodiment of the present invention, the aircraft-based sea level image restoration device is connected to a waveform generator for generating a signal of the same waveform as a transmission wave and the waveform generator, An antenna member including a divider receiving and distributing the signal generated from the waveform generator, a transmit antenna connected to the divider for transmitting a transmit wave, and a receive antenna for receiving a receive wave, connected to the divider and the receive antenna a first mixer for generating a first demodulation signal; a first raw data generating unit connected to the first mixer and generating first raw data; and a delayed signal value connected to the divider and generating a delayed signal value. a delay signal value generator connected to the delayed signal value generator and generating a shortened signal value; and a delay signal connected to the delay signal value generator and the shortened signal value generator to generate a shortened delay signal. A correction unit, a second mixer connected to the reception antenna and the delay signal correction unit and generating a second demodulation signal; a second raw data generator that generates raw data; an inverse projection unit that is connected to the first raw data generator and the second raw data generator and calculates a function value for each pixel within the composite aperture; and an image restoration unit that is connected to and restores an image within the composite aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit. In the aircraft-based sea level image restoration method, first, the transmission wave is transmitted onto the ground surface using the transmission antenna, and the reception wave reflected from the land surface is received through the reception antenna. Subsequently, the first demodulation signal is generated by mixing the signal distributed from the divider and the received wave received from the reception antenna using the first mixer. Thereafter, the first raw data is generated from the first demodulation signal using the first raw data generator. Then, by using the delay signal value generation unit, the signal generated from the waveform generator is applied and the delay signal value linked to the bit frequency of the signal applied from the waveform generator is generated. Subsequently, the shortened signal value corresponding to the delayed signal value is generated using the shortened signal value generator. Thereafter, the shortened delay signal is generated using the delay signal value and the shortened signal value by using the delay signal correction unit. Subsequently, the second demodulation signal is generated by mixing the received wave and the shortened delayed signal using the second mixer. Subsequently, the second raw data is generated from the second demodulated signal using the second raw data generator. Thereafter, the first raw data and the second raw data are applied using the back projection unit, and a function value for each pixel within the composite aperture is calculated. Subsequently, the image in the composite aperture is restored using the function value for each pixel applied from the back projection unit by using the image restoration unit.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 항공기기반 해수면 영상복원장치에서 해수면의 전반사특성의 영향을 받지 않는 레이더 시스템의 구축이 가능하다.According to the present invention as described above, it is possible to build a radar system that is not affected by the total reflection characteristics of the sea level in the aircraft-based sea level image restoration device.

또한 별도의 고가의 장비를 구축할 필요 없이 단축된 지연신호값을 적용하는 간단한 개조만으로 해수면의 전반사특성의 영향을 손쉽게 제거할 수 있다. 기존의 FMCE-SAR 레이더 시스템의 대부분 구성요소들을 그대로 사용할 수 있으므로 탐사비용 및 시간이 감소한다.In addition, it is possible to easily remove the effect of the total reflection characteristics of the sea surface by simple modification by applying a shortened delay signal value without the need to build a separate expensive equipment. Since most of the components of the existing FMCE-SAR radar system can be used as is, exploration cost and time are reduced.

또한, 해수면의 다양한 영역에서 발생하는 현상을 정확히 관측하기 위해서 지연신호값에 추가적으로 단축신호값을 적용하여, 파형발생기의 신호에 따라 기설정된 지연신호값에 구속되지 않고 자유롭게 해수면 상의 지점을 관측할 수 있다.In addition, in order to accurately observe phenomena occurring in various areas of the sea surface, a shortened signal value is applied in addition to the delay signal value, so that points on the sea surface can be observed freely without being bound to the preset delay signal value according to the signal of the waveform generator. there is.

또한, 실제 항공기 실험을 통하여 본 발명의 구성을 갖는 항공기기반 해수면 영상복원장치는 송신파의 각도가 3.5°내지 35°의 범위에서 적절한 해상도 및 전반사특성이 제거된 양질의 해수면 영상을 획득할 수 있다. 또한, 적절한 해상도 및 전반사특성이 제거된 양질의 해수면 영상을 획득하기 위하여, 지연신호값은 샘플링주파수의 1/2이며, 단축신호값은 지연신호값에 0.1 내지 0.2를 곱한 값을 가질 수 있다.In addition, through actual aircraft experiments, the aircraft-based sea level image restoration device having the configuration of the present invention can acquire high-quality sea level images with appropriate resolution and total reflection characteristics removed in the range of the transmission wave angle from 3.5 ° to 35 °. . In addition, in order to obtain a high-quality sea surface image with appropriate resolution and total reflection characteristics removed, the delay signal value is 1/2 of the sampling frequency, and the shortened signal value may have a value obtained by multiplying the delay signal value by 0.1 to 0.2.

또한, 지연신호값과 단축신호값을 동시에 적용하기 때문에, 지연신호값만을 적용하는 경우에 발생되는 해상도가 낮은 영역을 용이하게 제거할 수 있다.In addition, since the delayed signal value and the shortened signal value are simultaneously applied, it is possible to easily remove an area with low resolution generated when only the delayed signal value is applied.

또한, 지연된 단축거리를 임의로 조정하는 것이 불가능한 경우에도, 항공기의 고도를 조정하는 것으로 용이하게 해수면 관측을 수행할 수 있다.In addition, even when it is impossible to arbitrarily adjust the delayed shortened distance, sea level observation can be easily performed by adjusting the altitude of the aircraft.

도 1은 본 발명의 비교실시예에 따른 항공기기반 영상복원장치가 적용되는 해상관측방법을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용하여 얻어진 합성개구면 영상을 나타내는 이미지이다.
도 3은 도 2의 I-I' 라인의 신호세기를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 제1 믹서로부터 출력되는 제1 복조신호를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5에 도시된 제1 복조신호에 의해 처리되는 영역을 나타내는 이미지이다.
도 7은 다른 실시예에서 지연신호값만을 이용하여 생성된 복조신호를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 1에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 제2 믹서로부터 출력되는 제2 복조신호를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 8에 도시된 제2 복조신호에 의해 처리되는 영역을 나타내는 이미지이다.
도 10은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치를 나타내는 블록도이다.
도 12는 도 11에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법을 나타내는 개념도이다.
도 14 내지 도 19는 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 실험예 1을 나타내는 그래프들이다.
도 20은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 실험예 2의 합성개구면 위치를 나타내는 이미지이다.
도 21은 도 20의 정상 셋업(normal setup)으로 표시된 지상관측영역에 대응되는 제1 복조신호를 복원한 지상관측 영상을 나타내는 이미지이다.
도 22는 도 20의 인접 영역(near zone)으로 표시된 해수면관측 영상을 나타내는 이미지이다.
도 23은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용하여, 지표면 상에 송신파의 각도가 0°인 영역부터 49°인 영역을 관측한 이미지이다.
도 24는 도 23에 도시된 영상의 수평방향 해상도를 나타내는 그래프이다.
도 25는 도 23에 도시된 영상의 수평방향 해상도와 수직방향 해상도를 함께 표시한 그래프이다.
도 26은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 제1 복조신호를 이용하여 복원된 해수면 영상을 나타내는 이미지이다.
도 27은 도 26에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 단면도로 중첩하여 나타내는 그래프이다.
도 28은 도 4에 도시된 항공기기반 영상복원장치의 제2 복조신호를 이용하여 복원된 해수면 영상을 나타내는 이미지이다.
도 29는 도 28에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 단면도로 중첩하여 나타내는 그래프이다.
도 30은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치가 두 개의 채널을 갖도록 구성되고 제2 복조신호를 이용하여 복원한 해수면 영상을 나타내는 이미지이다.
도 31은 도 30에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 중첩하여 도시한 그래프이다.
도 32는 두 채널로부터 생성된 신호를 간섭계(interfeormetry) 신호처리를 하여 위상(phase) 성분을 도시한 이미지이다.
도 33은 도 32에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 중첩하여 도시한 그래프이다.
도 34는 두 채널로부터 생성된 신호를 간섭계(interfeormetry) 신호처리를 하여 긴밀도(coherence)를 도시한 이미지이다.
도 35 내지 도 40은 항공기를 다양한 해수면 상에 비행시켜서 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용하여 해수면 영상을 복원한 이미지들이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a marine observation method to which an aircraft-based image restoration apparatus according to a comparative embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is an image showing a synthetic aperture image obtained using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a graph showing signal strength of line II′ of FIG. 2 .
4 is a block diagram showing an aircraft-based sea level image restoration apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a first demodulation signal output from a first mixer of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 1 .
FIG. 6 is an image showing a region processed by the first demodulation signal shown in FIG. 5 .
7 is a graph showing a demodulation signal generated using only delay signal values in another embodiment.
FIG. 8 is a graph showing a second demodulation signal output from a second mixer of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 1 .
FIG. 9 is an image showing a region processed by the second demodulation signal shown in FIG. 8 .
10 is a flowchart illustrating an image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 .
11 is a block diagram showing an aircraft-based sea level image restoration apparatus according to another embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating an image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 11 .
13 is a conceptual diagram illustrating an image restoration method using an aircraft-based sea level image restoration apparatus according to another embodiment of the present invention.
14 to 19 are graphs illustrating Experimental Example 1 using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 .
FIG. 20 is an image showing the position of the composite aperture of Experimental Example 2 using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 .
FIG. 21 is an image showing a terrestrial observation image obtained by reconstructing a first demodulation signal corresponding to a terrestrial observation area indicated by a normal setup in FIG. 20 .
FIG. 22 is an image showing a sea level observation image indicated as a near zone in FIG. 20 .
23 is an image obtained by using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 to observe an area where the angle of a transmitted wave is 0° to 49° on the ground surface.
FIG. 24 is a graph showing resolution in the horizontal direction of the image shown in FIG. 23 .
FIG. 25 is a graph showing the resolution in the horizontal direction and the resolution in the vertical direction of the image shown in FIG. 23 together.
FIG. 26 is an image showing a sea level image restored using the first demodulation signal of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 .
FIG. 27 is a graph showing function values for each pixel of the image shown in FIG. 26 by overlapping cross-sectional views.
28 is an image showing a sea level image restored using the second demodulation signal of the aircraft-based image restoration apparatus shown in FIG. 4 .
FIG. 29 is a graph showing function values for each pixel of the image shown in FIG. 28 by overlapping cross-sectional views.
30 is an image showing a sea level image restored using a second demodulation signal in which the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 is configured to have two channels.
FIG. 31 is a graph showing the overlapping function values of each pixel of the image shown in FIG. 30 .
32 is an image showing phase components by interferometry signal processing on signals generated from two channels.
FIG. 33 is a graph showing the overlapping function values of each pixel of the image shown in FIG. 32 .
34 is an image showing coherence by performing interferometry signal processing on signals generated from two channels.
35 to 40 are images obtained by restoring sea level images using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 by flying an aircraft over various sea levels.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 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. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, 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 the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

도 1은 본 발명의 비교실시예에 따른 항공기기반 영상복원장치가 적용되는 해상관측방법을 나타내는 개념도이다. 도 1에서, 항공기는 해안선에 인접한 해상에서 해안선을 따라서 관측을 수행하며, θi,sea는 송신파가 해상관측을 위하여 조사되는 경우의 입사각을 나타내고, θi,land는 송신파가 지상관측을 위하여 조사되는 경우의 입사각을 나타낸다.1 is a conceptual diagram illustrating a marine observation method to which an aircraft-based image restoration apparatus according to a comparative embodiment of the present invention is applied. In FIG. 1, the aircraft performs observation along the coastline in the sea adjacent to the coastline, θ i,sea represents the angle of incidence when the transmitted wave is irradiated for maritime observation, and θ i,land represents the incident angle when the transmitted wave is irradiated for terrestrial observation. Indicates the angle of incidence when irradiated for

도 2는 도 1에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용하여 얻어신 합성개구면 영상을 나타내는 이미지이다. 도 2에서, 가로축은 거리방향(m)을 나타내고, 세로축은 방위방향(m)을 나타낸다.FIG. 2 is an image showing a synthetic aperture image obtained using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 1 . 2, the horizontal axis represents the distance direction (m), and the vertical axis represents the azimuth direction (m).

도 3은 도 2의 I-I' 라인의 신호세기를 나타내는 그래프이다. 도 3에서, 가로축은 거리방향(m)을 나타내며, 세로방향은 신호세기(dB)를 나타낸다.FIG. 3 is a graph showing signal strength of line II′ of FIG. 2 . In FIG. 3, the horizontal axis represents the distance direction (m), and the vertical axis represents the signal strength (dB).

도 1 내지 도 3을 참조하면, 비교실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치는 지상관측을 목적으로 최적화되어 있기 때문에, 지상의 지형이나 구조물을 관측하는데는 용이하나, 바다표면의 전파응답특성이 매우 낮아서 합성개구면 상에서 해수면은 검은색으로 표시되는 문제점이 있다.1 to 3, since the aircraft-based sea level image restoration apparatus according to the comparative embodiment is optimized for the purpose of ground observation, it is easy to observe the terrain or structures on the ground, but the radio response characteristics of the sea surface Since it is very low, there is a problem in that the sea level is displayed in black on the synthetic aperture.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram showing an aircraft-based sea level image restoration apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 항공기기반 해수면영상 복원장치는 안테나부재(110, 120), 파형발생기(150), 분배기(160), 제1 믹서(205), 제1 원시데이터 생성부(210), 지연신호값 생성부(301), 단축신호값 생성부(3030), 지연신호 보정부(305), 제2 믹서(307), 제2 원시데이터 생성부(310), 원시데이터 합산부(320), 역투영부(230), 및 영상복원부(240)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the aircraft-based sea level image restoration apparatus includes antenna members 110 and 120, a waveform generator 150, a divider 160, a first mixer 205, a first raw data generator 210, a delay A signal value generator 301, a shortened signal value generator 3030, a delayed signal corrector 305, a second mixer 307, a second raw data generator 310, a raw data adder 320, It includes a back projection unit 230 and an image restoration unit 240 .

파형발생기(150)는 송신파(2)와 동일한 파형의 신호를 발생시킨다. 파형발생기(150)는 삼각파, 톱니파, 등의 다양한 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 톱니파는 시간에 따라 주파수가 일정하게 증가하다가 소정의 주기마다 주파수가 초기화되었다가 다시 일정하게 증가하는 파형을 의미한다. 톱니파는 거리에 따른 도플러 주파수를 직접 측정할 수 있어서, 거리에 따른 속도정보를 제공할 수 있다.The waveform generator 150 generates a signal of the same waveform as the transmission wave 2. The waveform generator 150 may generate various signals such as a triangular wave, a sawtooth wave, and the like. For example, a sawtooth wave refers to a waveform whose frequency constantly increases with time, and then the frequency is initialized and then constantly increased again at predetermined intervals. Since the sawtooth wave can directly measure the Doppler frequency according to distance, it can provide speed information according to distance.

분배기(160)는 파형발생기(150), 안테나부재(110, 120)의 송신안테나(110), 제1 믹서(Mixer, 205), 및 지연신호값 생성부(301)에 연결된다. 분배기(160)는 파형발생기(150)로부터 발생된 신호를 인가받아 송신안테나(110), 제1 믹서(205), 및 지연신호값 생성부(301)에 분배한다.The divider 160 is connected to the waveform generator 150, the transmission antenna 110 of the antenna members 110 and 120, the first mixer 205, and the delay signal value generator 301. The divider 160 receives the signal generated from the waveform generator 150 and distributes it to the transmission antenna 110, the first mixer 205, and the delay signal value generator 301.

안테나부재(110, 120)는 분배기(160)로부터 인가받은 신호를 송신파(2)를 송신하고, 해수면으로부터 반사되는 수신파(4)를 수신한다. 본 실시예에서, 안테나부재(110, 120)는 송신파(2)를 송신하는 송신안테나(110) 및 수신파(4)를 수신하는 수신안테나(120)를 포함한다.The antenna members 110 and 120 transmit the transmission wave 2 of the signal applied from the distributor 160 and receive the reception wave 4 reflected from the sea level. In this embodiment, the antenna members 110 and 120 include a transmission antenna 110 for transmitting the transmission wave 2 and a reception antenna 120 for receiving the reception wave 4.

안테나 부재(110, 120)의 송신안테나(110)를 통하여 송신되는 송신파(2)는 [식 1]과 같이 시간에 대한 함수로 나타낼 수 있다.The transmission wave 2 transmitted through the transmission antenna 110 of the antenna members 110 and 120 can be expressed as a function of time as shown in [Equation 1].

[식 1][Equation 1]

Figure pat00013
Figure pat00013

[식 1]에서, t는 시간을 나타내며, S0(t)는 송신파를 나타내며, f0는 중심주파수를 나타내고, Kr은 변조율을 나타낸다.In [Equation 1], t represents time, S 0 (t) represents a transmission wave, f 0 represents a center frequency, and K r represents a modulation rate.

안테나 부재(110, 120)의 수신안테나(120)를 통하여 수신되는 수신파(4)는 [식 2]와 같이 시간 및 안테나 부재(110, 120)의 위치(u)에 대한 함수로 나타낼 수 있다.The received wave 4 received through the reception antenna 120 of the antenna members 110 and 120 can be expressed as a function of time and the position u of the antenna members 110 and 120 as shown in [Equation 2]. .

[식 2][Equation 2]

Figure pat00014
Figure pat00014

[식 2]에서, t는 시간을 나타내며, u는 안테나 부재(110, 120)의 위치를 나타내고, Sr(t,u)는 송신파를 나타내며, f0는 중심주파수를 나타내고, Kr은 변조율을 나타내며, τ는 지연시간을 나타낸다.In [Equation 2], t represents time, u represents the position of the antenna members 110 and 120, S r (t, u) represents the transmitted wave, f 0 represents the center frequency, and K r represents represents the modulation rate, and τ represents the delay time.

제1 믹서(205)는 분배기(160) 및 수신안테나(120)에 연결되어, 분배기(160) 및 수신안테나(120)로부터 각각 수신된 분배된 신호 및 수신파(4)를 혼합하여 제1 복조신호를 생성한다.The first mixer 205 is connected to the splitter 160 and the receiving antenna 120, mixes the divided signal and the received wave 4 received from the splitter 160 and the receiving antenna 120, and performs first demodulation. generate a signal

도 5는 도 1에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 제1 믹서로부터 출력되는 제1 복조신호를 나타내는 그래프이다. 도 5에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 신호세기(dB)를 나타내며, d는 지연신호값을 나타내고, △d는 신호단축*단축신호값을 나타내며, fs는 샘플링주파수를 나타내고, fb는 비트주파수를 나타낸다.FIG. 5 is a graph showing a first demodulation signal output from a first mixer of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 1 . 5, the horizontal axis represents the frequency, the vertical axis represents the signal strength (dB), d represents the delay signal value, Δd represents the signal shortening * shortened signal value, f s represents the sampling frequency, f b represents the beat frequency.

도 5를 참조하면, 제1 믹서(205)는 실선 그래프로 표시된 영역(좌측 부분)은 제1 믹서(205)에 의해 제1 원시데이터가 생성되는 영역을 나타낸다. 점선 그래프로 표시된 영역(우측 부분)은 제1 믹서(205)의 처리범위를 벗어나는 영역을 나타낸다.Referring to FIG. 5 , in the first mixer 205, an area (left part) displayed as a solid line graph indicates an area where first raw data is generated by the first mixer 205. An area (right part) indicated by a dotted line graph represents an area out of the processing range of the first mixer 205 .

제1 믹서(205)는 지연신호값(d) 또는 단축신호값(△d)을 고려하지 않고, 제1 믹서(205)를 통하여 파형발생기(150)의 신호와 수신파(4)를 그대로 혼합한다.The first mixer 205 mixes the signal of the waveform generator 150 and the received wave 4 as they are through the first mixer 205 without considering the delay signal value d or the shortened signal value Δd. do.

제1 원시데이터 생성부(210)는 제1 믹서(205)에 연결되며, 제1 믹서(205)에 의해 생성된 제1 복조신호로부터 [식 3]을 이용하여 제1 원시데이터를 생성한다. 제1 원시데이터는 송신파(2)의 입사각을 전후하여 반전력빔폭(HPBWθ) 영역에 해당하는 합성개구면 이미지에 대응되며, 본 발명에서는 지상관측 영상을 나타낸다.The first raw data generator 210 is connected to the first mixer 205 and generates first raw data from the first demodulation signal generated by the first mixer 205 using [Equation 3]. The first raw data corresponds to a composite aperture image corresponding to the half power beam width (HPBW θ ) region before and after the incident angle of the transmission wave 2, and represents a terrestrial observation image in the present invention.

[식 3][Equation 3]

Figure pat00015
Figure pat00015

[식 3]에서, τ(u)는 목표물지연시간으로 [식 4]와 같이 나타낼 수 있다.In [Equation 3], τ(u) is the target delay time and can be expressed as in [Equation 4].

[식 4][Equation 4]

Figure pat00016
Figure pat00016

도 6은 도 5에 도시된 제1 복조신호에 의해 처리되는 영역을 나타내는 이미지이다. 도 6에서, 송신파(2)의 입사각은 45°이며, HPBWθ는 반전력빔폭을 나타내고, H0는 항공기의 고도를 나타내며, Rd는 송신파(2)의 최소 입사각에 대응되는 항공기와 지표면 사이의 지상관측거리(Ground Range)를 나타내며, Rg는 지표면 상의 거리를 나타내고, Rg,c는 지상관측의 중심까지의 거리를 나타내며, Rg,1은 지상관측의 최소거리를 나타내고, Rg,2는 지상관측의 최장거리를 나타낸다.FIG. 6 is an image showing a region processed by the first demodulation signal shown in FIG. 5 . In FIG. 6, the incident angle of the transmission wave 2 is 45°, HPBW θ represents the half-power beam width, H 0 represents the altitude of the aircraft, and R d represents the aircraft corresponding to the minimum incident angle of the transmission wave 2 and Represents the ground range between ground surfaces, R g represents the distance on the ground surface, R g,c represents the distance to the center of the ground observation, R g,1 represents the minimum distance of the ground observation, R g,2 represents the longest distance for ground observation.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 믹서(205)에 의해 생성된 제1 복조신호는 반사파(4) 중에서 기설정된 입사각(예, θi = 45°)을 중심으로 하는 반사파(4)에 대응된다. 관찰대상이 되는 영역(예, 지표면)은 지상관측의 최소거리(Rg,1)로부터 최대거리(Rg,2)의 사이에 배치된다.5 and 6, the first demodulation signal generated by the first mixer 205 is applied to the reflected wave 4 centered at a preset angle of incidence (eg, θ i = 45°) among the reflected waves 4. Corresponds. The area to be observed (eg, the ground surface) is arranged between the minimum distance (R g,1 ) and the maximum distance (R g,2 ) of ground observation.

도 4를 다시 참조하면, 지연신호값 생성부(301)는 분배기(160)에 연결되어, 파형발생기(150)로부터 생성된 신호를 인가받아 파형발생기(150)로부터 인가받은 신호의 비트주파수(fb)에 대응되는 지연신호값(d)을 생성한다. 본 발명의 실시예에서, 지연신호값(d)은 주파수의 단위로 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 지연신호값 생성부(301)는 비트주파수(fb)의 1/2에 해당하는 값을 지연신호값(d)으로 설정할 수 있다.Referring again to FIG. 4, the delayed signal value generator 301 is connected to the divider 160 and receives the signal generated from the waveform generator 150, and receives the bit frequency (f) of the signal received from the waveform generator 150. A delay signal value (d) corresponding to b ) is generated. In an embodiment of the present invention, the delay signal value (d) may be expressed in a unit of frequency. In one embodiment, the delay signal value generator 301 may set a value corresponding to 1/2 of the bit frequency f b as the delay signal value d.

지연신호값(d)을 고려하는 지연신호는 [식 5]와 같이 시간(t)의 함수로 나타낼 수 있다.The delay signal considering the delay signal value d can be expressed as a function of time t as shown in [Equation 5].

[식 5][Equation 5]

Figure pat00017
Figure pat00017

[식 5]에서 지연신호값(d)은 하기의 [식 6]과 같이 송신파(2)의 최소 입사각에 대응되는 항공기와 지표면 사이의 직선거리(Ground Range; Rg)와 광속(c)의 함수로 나타낼 수 있다.In [Equation 5], the delay signal value (d) is the linear distance between the aircraft and the ground corresponding to the minimum incident angle of the transmitted wave (2) (Ground Range; R g ) and the speed of light (c) as shown in [Equation 6] below. can be expressed as a function of

[식 6][Equation 6]

Figure pat00018
Figure pat00018

도 7은 다른 실시예에서 지연신호값만을 이용하여 생성된 복조신호를 나타내는 그래프이다. 도 7에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 신호세기(dB)를 나타내며, d는 지연신호값을 나타내고, fs는 샘플링주파수를 나타내며, fb는 비트주파수를 나타낸다.7 is a graph showing a demodulation signal generated using only delay signal values in another embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis represents the frequency, the vertical axis represents the signal strength (dB), d represents the delay signal value, f s represents the sampling frequency, and f b represents the bit frequency.

도 7을 참조하면, [식 2]에 의해 표현되는 수신파(4)와 [식 5]에 의해 표현되는 지연신호를 복조하여 생성된 지연복조신호(Sddc(t,u))는 [식 7]과 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 7, the delay demodulation signal S ddc (t, u) generated by demodulating the received wave 4 represented by [Equation 2] and the delay signal represented by [Equation 5] is 7].

[식 7][Equation 7]

Figure pat00019
Figure pat00019

[식 7]에서, τ(u)는 목표물지연시간으로 [식 4]와 같이 나타낼 수 있다.In [Equation 7], τ(u) is the target delay time and can be expressed as in [Equation 4].

도 7에서, 실선 그래프로 표시된 영역(좌측 부분)은 지연복조신호(Sddc(t,u))를 이용하여 원시데이터가 생성되는 영역을 나타낸다. 점선 그래프로 표시된 영역(우측 부분)은 지연믹서(Sddc(t,u))의 처리범위를 벗어나는 역역을 나타낸다.In FIG. 7, an area (left part) indicated by a solid line graph indicates an area where raw data is generated using the delayed demodulation signal S ddc (t, u). A region (right part) indicated by a dotted line graph represents a region out of the processing range of the delay mixer S ddc (t, u).

지연신호값(d)만을 적용하여 지연복조신호(Sddc(t,u))를 생성하는 경우, 관측범위를 변경하여 항공기에 인접한 해수면 영역을 관측하는 것이 가능하다. 그러나 지연신호값(d)은 비트주파수(fb)의 중간값으로 파형발생기(150)에 의해 기설정된 값이기 때문에, 전파(2,4)의 입사범위 및 반사범위를 임의로 조절하는 것이 불가능하다. 또한, 비트주파수(fb)의 중간값인 지연신호값(d) 부근에서는 해상도가 급격히 저하되기 때문에 합성개구면 내에서 복원된 영상을 제대로 인식하기 어렵다.When the delay demodulation signal S ddc (t, u) is generated by applying only the delay signal value d, it is possible to observe the sea surface area adjacent to the aircraft by changing the observation range. However, since the delay signal value (d) is a value preset by the waveform generator 150 as an intermediate value of the beat frequency (f b ), it is impossible to arbitrarily adjust the incident range and reflection range of the radio waves 2 and 4. . In addition, it is difficult to properly recognize a reconstructed image within a synthesized aperture because the resolution rapidly decreases near the delay signal value d, which is an intermediate value of the bit frequency f b .

본 발명의 실시예에서는, 해수면의 다양한 영역에서 발생하는 현상을 정확히 관측하기 위해서는 지연신호값(d)에 추가적으로 단축신호값(△d)을 적용한다. 본 발명의 실시예에서, 단축신호값(△d)은 주파수의 단위로 나타낼 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 제2믹서(307)에 지연신호값(d)과 단축신호값(△d)을 동시에 적용하여 원하는 지점의 해수면 영역을 정확히 관측할 수 있다. 이하, 제2믹서(307)에 지연신호값(d)과 단축신호값(△d)을 동시에 적용하는 구성을 설명한다.In an embodiment of the present invention, in order to accurately observe phenomena occurring in various areas of the sea surface, a short signal value Δd is additionally applied to the delay signal value d. In an embodiment of the present invention, the shortened signal value (Δd) may be expressed in a unit of frequency. In the embodiment of the present invention, the sea surface area at a desired point can be accurately observed by simultaneously applying the delay signal value d and the shortened signal value Δd to the second mixer 307 . Hereinafter, a configuration in which the delay signal value d and the shortened signal value Δd are simultaneously applied to the second mixer 307 will be described.

도 4를 다시 참조하면, 단축신호값 생성부(303)는 지연신호값 생성부(301)에 연결되며, 지연신호값 생성부(301)로부터 인가받은 지연신호값(d)에 대응되는 단축신호값(△d)을 생성한다. 예를 들어, 단축신호값(△d) 또는 단축된 지연신호값(d-△d)은 하기의 [식 8]을 이용하여 결정할 수 있다.Referring back to FIG. 4, the shortened signal value generator 303 is connected to the delayed signal value generator 301, and the shortened signal corresponding to the delayed signal value d received from the delayed signal value generator 301. Produces a value (Δd). For example, the shortened signal value (Δd) or the shortened delayed signal value (d−Δd) can be determined using the following [Equation 8].

[식 8][Equation 8]

Figure pat00020
Figure pat00020

[식 8]에서, H0는 항공기의 고도를 나타내며, c는 광속을 나타낸다.In [Equation 8], H 0 represents the altitude of the aircraft, and c represents the speed of light.

다른 실시예에서, 단축신호값(△d)은 지연신호값(d)에 기설정된 단축비율(예, 0.1 내지 0.2)을 곱하여 결정할 수도 있다. 이때, 단축신호값(△d)이 지연신호값(d)의 0.1 보다 작은 경우에는 복원된 영상의 해상도가 낮아지는 문제점이 있으며, 0.2보다 큰 값을 갖는 경우에는 영상이 검은색으로 표시되는 문제점이 있다. 바람직하게는, 단축신호값(△d)은 지연신호값(d)에 0.15를 곱한 값일 수 있다.In another embodiment, the shortened signal value Δd may be determined by multiplying the delayed signal value d by a preset shortening ratio (eg, 0.1 to 0.2). At this time, if the shortened signal value (Δd) is smaller than 0.1 of the delayed signal value (d), there is a problem that the resolution of the restored image is lowered, and if it has a value larger than 0.2, the image is displayed in black. there is Preferably, the shortened signal value (Δd) may be a value obtained by multiplying the delayed signal value (d) by 0.15.

또 다른 실시예에서, 단축신호값(△d)은 합성개구면 내에서 항공기기반 해수면 영상복원장치의 탐지대상이 되는 영역에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 지연된 단축신호값(d-△d)은 제2 복조신호를 생성하는 송신파(도 4의 2)의 각도(도 9의 굵은 점선부분)가 3.5°내지 35°가 되도록 설정될 수 있다. 송신파의 각도가 3.5°보다 작은 경우에는 복원된 영상의 거리방향 해상도가 급격히 저하되어 표시된 영상을 해석할 수 없다. 송신파의 각도가 35°보다 큰 경우에는 해수면의 전반사특성으로 인하여 바다표면이 검은색으로 나타나게 된다.In another embodiment, the shortened signal value Δd may be changed according to an area to be detected by the aircraft-based sea level image restoration device within the composite aperture. For example, the delayed shortened signal value (d-Δd) may be set so that the angle (thick dotted line in FIG. 9) of the transmission wave (2 in FIG. 4) generating the second demodulation signal is 3.5° to 35°. can If the angle of the transmission wave is smaller than 3.5°, the distance direction resolution of the reconstructed image rapidly deteriorates and the displayed image cannot be interpreted. When the angle of the transmitted wave is greater than 35°, the sea surface appears black due to the total reflection characteristic of the sea surface.

지연신호 보정부(305)는 지연신호값 생성부(301) 및 단축신호값 생성부(303)에 연결되어, 지연신호값 생성부(301) 및 단축신호값 생성부(303)로부터 각각 지연신호값(d) 및 단축신호값(△d)을 인가받는다. 지연신호 보정부(305)는 지연신호값(d)에서 단축신호값(△d)을 빼서 단축된 지연신호값(d-△d = d')을 이용하여 단축된 지연신호(Ssd(t))를 생성한다.The delay signal correction unit 305 is connected to the delay signal value generation unit 301 and the short signal value generation unit 303, and the delayed signal value generation unit 301 and the short signal value generation unit 303 respectively output the delayed signals. The value d and the shortened signal value Δd are applied. The delay signal correction unit 305 subtracts the shortened signal value (Δd) from the delay signal value (d) and uses the shortened delay signal value (d-Δd = d') to obtain a shortened delay signal (S sd (t) )) to generate

지연신호 보정부(305)에 의해 생성되는 단축된 지연신호(Ssd(t))는 [식 9]를 이용하여 나타낼 수 있다.The shortened delay signal S sd (t) generated by the delay signal correction unit 305 can be expressed using [Equation 9].

[식 9][Equation 9]

Figure pat00021
Figure pat00021

제2 믹서(307)는 수신안테나(120) 및 지연신호 보정부(305)에 연결되어, 수신안테나(120)로부터 인가받은 수신파(4)와 지연신호 보정부(305)로부터 인가받은 단축된 지연신호(Ssd(t))를 혼합하여 제2 복조신호를 생성한다. 제2 믹서(307)는 제2 복조신호를 제2 원시데이터 생성부(310)로 인가한다.The second mixer 307 is connected to the reception antenna 120 and the delayed signal correction unit 305, and transmits the received wave 4 received from the reception antenna 120 and the shortened signal received from the delay signal correction unit 305. A second demodulation signal is generated by mixing the delay signal S sd (t). The second mixer 307 applies the second demodulation signal to the second raw data generator 310 .

도 8은 도 1에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 제2 믹서로부터 출력되는 제2 복조신호를 나타내는 그래프이다. 도 8에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 신호세기(dB)를 나타내며, d는 지연신호값을 나타내고, △d는 신호단축*단축신호값을 나타내며, fs는 샘플링주파수를 나타내고, fb는 비트주파수를 나타낸다.FIG. 8 is a graph showing a second demodulation signal output from a second mixer of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 1 . 8, the horizontal axis represents the frequency, the vertical axis represents the signal strength (dB), d represents the delay signal value, Δd represents the signal shortening * shortened signal value, f s represents the sampling frequency, f b represents the beat frequency.

도 1 및 도 8을 참조하면, 실선 그래프로 표시된 영역(좌측 부분)은 제2 믹서(307)에 의해 제2 원시데이터가 생성되는 영역을 나타낸다. 점선 그래프로 표시된 영역(우측 부분)은 제2 믹서(307)의 처리범위를 벗어나는 역역을 나타낸다.Referring to FIGS. 1 and 8 , an area (left part) indicated by a solid line graph indicates an area where second raw data is generated by the second mixer 307 . An area (right part) indicated by a dotted line graph represents a region outside the processing range of the second mixer 307.

제2 믹서(307)는 지연신호값(d) 및 단축신호값(△d)을 동시에 고려하여 생성된 단축된 지연신호값(d-△d)를 이용하여 수신파(4)를 지연시킨다.The second mixer 307 delays the received wave 4 using a shortened delay signal value (d-Δd) generated by simultaneously considering the delay signal value (d) and the shortened signal value (Δd).

도 4를 다시 참조하면, 제2 원시데이터 생성부(310)는 제2 믹서(307)에 연결되어, 제2 복조신호로부터 [식 10]과 같은 제2 원시데이터를 생성한다.Referring back to FIG. 4 , the second raw data generator 310 is connected to the second mixer 307 and generates second raw data such as [Equation 10] from the second demodulated signal.

[식 10][Equation 10]

Figure pat00022
Figure pat00022

[식 10]에서, t는 시간을 나타내며, u는 항공기의 위치를 나타내고, Sr(t,u)는 수신파를 나타내고, Ssd*(t,u)는 제2 복조신호의 정합필터를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, Kr은 변조율을 나타내고, d는 지연신호값을 나타내며, △d는 단축신호값을 나타내고, τ(u)는 목표물지연시간으로 전술한 [식 4]와 같이 나타낼 수 있다.In [Equation 10], t represents time, u represents the position of the aircraft, Sr(t,u) represents the received wave, S sd *(t,u) represents the matched filter of the second demodulation signal, , f 0 denotes the center frequency, K r denotes the modulation rate, d denotes the delay signal value, Δd denotes the shortened signal value, and τ(u) denotes the target delay time. can be shown together.

도 9는 도 8에 도시된 제2 복조신호에 의해 처리되는 영역을 나타내는 이미지이다. 도 9에서, 송신파(2)의 입사각과, 반전력빔폭(HPVWθ), 항공기 고도(H0)는 도 6과 동일하되, 지상관측의 최소거리(R'g,1) 및 지상관측의 최장거리(R'g,2)는 단축된 지연신호값(d-△d = d')의 영향으로 도 6과 비교할 때 항공기에 인접한 방향으로 이동된다. 따라서, 송신파(2)의 최소 입사각에 대응되는 항공기와 지표면 사이의 직선거리는 지상관측거리(Ground Range, Rd)보다 감소하여 지연된 단축거리(R'd)을 갖는다. 즉, 지연된 단축거리(R'd)는 지상관측거리(Rd)보다 작은 값을 갖는다(R'd<Rd).FIG. 9 is an image showing a region processed by the second demodulation signal shown in FIG. 8 . In FIG. 9, the incident angle of the transmission wave 2, the half power beam width (HPVW θ ), and the aircraft altitude (H 0 ) are the same as those in FIG. 6, but the minimum distance (R' g,1 ) of ground observation and ground observation The longest distance (R' g,2 ) is moved in a direction adjacent to the aircraft compared to FIG. 6 due to the shortened delay signal value (d-Δd = d'). Therefore, the straight line distance between the aircraft and the ground corresponding to the minimum incident angle of the transmission wave (2) has a delayed short distance (R' d ) that is less than the ground observation distance (Ground Range, R d ). That is, the delayed shortened distance (R' d ) has a smaller value than the ground observation distance (R d ) (R' d <R d ).

도 4를 다시 참조하면, 원시데이터 합산부(320)는 제1 원시데이터 생성부(210) 및 제2 원시데이터 생성부(310)에 연결되어, 제1 원시데이터 생성부(210) 및 제2 원시데이터 생성부(310)로부터 각각 제1 원시데이터 및 제2 원시데이터를 인가받아 합산 원시데이터를 생성한다. 합산 원시데이터는 지상의 형상을 나타내는 제1 원시데이터 및 해수면의 형상을 나타내는 제2 원시데이터를 포함한다. 다른 실시예에서, 원시데이터 합산부(320)가 생략되고, 제1 원시데이터 생성부(210) 및 제2 원시데이터 생성부(310)로부터 각각 생성된 제1 원시데이터 및 제2 원시테이터가 직접 역투영부로 인가될 수도 있다.Referring back to FIG. 4 , the raw data summing unit 320 is connected to the first raw data generator 210 and the second raw data generator 310, so that the first raw data generator 210 and the second raw data generator 210 The first raw data and the second raw data are respectively applied from the raw data generating unit 310 to generate summed raw data. The summed raw data includes first raw data representing the shape of the ground and second raw data representing the shape of the sea surface. In another embodiment, the raw data summing unit 320 is omitted, and the first raw data and the second raw data respectively generated from the first raw data generator 210 and the second raw data generator 310 are directly It may be applied to the back projection unit.

역투영부(230)는 원시데이터 합산부(320)에 연결되어 합산 원시데이터를 인가받아 각 화소별 함수값을 연산한다. 역투영부(230)는 [식 11]의 연산을 수행하여 각 화소별로 연산한 함수값을 산정한다.The back projection unit 230 is connected to the raw data summing unit 320 and receives the summed raw data to calculate a function value for each pixel. The back projection unit 230 calculates the calculated function value for each pixel by performing the operation of [Equation 11].

[식 11][Equation 11]

Figure pat00023
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[식 11]에서, f(xi,yj)는 ij번째 화소의 함수값을 나타내며, P는 전체 화소의 개수를 나타내며, p는 각 함수값에 대응되는 화소의 번호를 나타내며, Wp는 p번째 수신신호의 크기함수를 나타내고, t는 시간을 나타내며, up는 p번째 수신신호에 대응되는 안테나부재의 위치를 나타내고, Ssddc(t,up)는 단축된 지연신호에 대응되는 복조신호를 나타내며, S* M(td(up))는 단축된 지연신호에 대응되는 복조신호의 정합필터를 나타낸다.In [Equation 11], f(x i ,y j ) denotes the function value of the ij th pixel, P denotes the total number of pixels, p denotes the number of pixels corresponding to each function value, and Wp is p Represents the magnitude function of the th received signal, t represents time, u p represents the position of the antenna member corresponding to the p th received signal, S sddc (t, u p ) is a demodulation signal corresponding to the shortened delay signal , and S * M (t d (u p )) represents a matched filter of a demodulation signal corresponding to the shortened delay signal.

영상복원부(240)는 역투영부(230)에 연결되고, 역투영부(230)로부터 인가받은 각 화소별 함수값을 이용하여 합성개구면 내의 영상을 복원한다.The image restoration unit 240 is connected to the back projection unit 230 and restores an image within the synthetic aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit 230 .

도 10은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating an image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 .

도 4 및 도 10을 참조하면, 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법에 있어서, 먼저 파형발생기(150)를 이용하여 송신파(2)와 동일한 파형의 신호를 발생시키고, 분배기(160)를 이용하여 파형발생기(150)로부터 전달받은 신호를 분배한다(S100). 구체적으로, 분배기(160)를 이용하여 분배된 신호를 송신안테나(110), 제1 믹서(205), 및 지연신호값 생성부(301)로 전달한다.4 and 10, in the image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration device, first, a signal having the same waveform as the transmission wave 2 is generated using a waveform generator 150, and a divider 160 The signal received from the waveform generator 150 is distributed using (S100). Specifically, the divided signal is transmitted to the transmission antenna 110, the first mixer 205, and the delayed signal value generator 301 using the divider 160.

이어서, 송신안테나(110)를 이용하여 분배된 신호로부터 송신파(2)를 생성하여 목표물로 송신한다(S110). 송신파(2)는 [식 1]과 같이 시간(t)의 함수로 나타낼 수 있다. 송신파(2)는 목표물로부터 반사되어 수신파(4)가 생성된다. 수신파(4)는 [식 2]와 같이 시간(t)과 안테나 부재(110,120)의 위치(u)에 대한 함수로 나타낼 수 있다.Subsequently, a transmission wave 2 is generated from the distributed signal using the transmission antenna 110 and transmitted to the target (S110). The transmission wave 2 can be expressed as a function of time t as in [Equation 1]. The transmission wave 2 is reflected from the target and a reception wave 4 is generated. The received wave 4 can be expressed as a function of the time t and the position u of the antenna members 110 and 120 as shown in [Equation 2].

이후에, 수신안테나(120)를 이용하여 목표물로부터 반사된 수신파(4)를 수신한다(S120).Then, the reception wave 4 reflected from the target is received using the reception antenna 120 (S120).

계속해서, 분배기(160)를 통하여 분배된 신호와 수신파(4)를 혼합하여 제1 원시데이터를 생성한다(S130). 구체적으로, 제1 믹서(205)를 이용하여 분배기(160)를 통하여 분배된 신호를 수신안테나(120)를 통하여 수신된 수신파(4)와 혼합한다. 제1 원시데이터 생성부(210)는 [식 3]을 이용하여 제1 믹서(205)로부터 수신한 신호로부터 입사각을 전후하여 반전역빔폭에 대응되는 제1 원시데이터를 생성한다. 제1 원시데이터는 도 5의 실선그래프 부분 및 도 6의 선내부분에 대응된다.Subsequently, the first raw data is generated by mixing the signal distributed through the divider 160 and the received wave 4 (S130). Specifically, the signal distributed through the divider 160 is mixed with the received wave 4 received through the reception antenna 120 using the first mixer 205 . The first raw data generation unit 210 generates first raw data corresponding to the inverse inverse beam width before and after the incident angle from the signal received from the first mixer 205 using [Equation 3]. The first raw data corresponds to the solid line graph part in FIG. 5 and the in-line part in FIG. 6 .

이어서, 지연신호값 생성부(301)를 이용하여 분배된 신호로부터 지연신호값을 생성한다(S140). 구체적으로 지연신호값 생성부(301)는 [식 6]과 같이 송신파(2)의 최소 입사각에 대응되는 항공기와 지표면 사이의 직선거리(Ground Range; Rg)와 광속(c)을 이용하여 지연신호값(d)을 생성할 수 있다.Subsequently, a delayed signal value is generated from the distributed signal using the delayed signal value generator 301 (S140). Specifically, the delay signal value generator 301 uses the ground range (R g ) between the aircraft and the ground surface corresponding to the minimum incident angle of the transmission wave (2) and the light speed (c) as shown in [Equation 6] A delay signal value (d) can be generated.

이후에, 단축신호값 생성부(303)를 이용하여 지연신호값(d)에 대응되는 단축신호값(△d)을 생성한다(S150). 예를 들어, 단축신호값(△d)은 [식 8]과 같이 항공기의 고도(H0)와 광속(c)을 이용하여 구할 수 있다.Thereafter, the shortened signal value Δd corresponding to the delayed signal value d is generated using the shortened signal value generator 303 (S150). For example, the shortened signal value (Δd) can be obtained using the altitude (H 0 ) of the aircraft and the speed of light (c) as shown in [Equation 8].

계속해서, 지연신호 보정부(305)를 이용하여 단축된 지연신호를 생성한다(S160). 구체적으로, 지연신호값 생성부(301) 및 단축신호값 생성부(303)으로부터 각각 생성된 지연신호값(d) 및 단축신호값(△d)을 [식 9]에 인가하여 단축된 지연신호값(d-△d = d')만큼 지연된 신호를 생성한다.Subsequently, a shortened delay signal is generated using the delay signal correction unit 305 (S160). Specifically, the delay signal shortened by applying the delay signal value (d) and the shortened signal value (Δd) generated from the delay signal value generator 301 and the shortened signal value generator 303 to [Equation 9], respectively. A signal delayed by the value (d-Δd = d') is generated.

이어서, 지연신호 보정부(305)를 통하여 생성된 단축된 지연신호와 수신파(4)를 혼합하여 제2 원시데이터를 생성한다(S170). 구체적으로, 제2 믹서(307)를 이용하여 지연신호 보정부(305)를 통하여 생성된 단축된 지연신호를 수신안테나(120)를 통하여 수신된 수신파(4)와 혼합한다. 제2 원시데이터 생성부(310)는 [식 10]을 이용하여 제2 믹서(307)로부터 수신한 신호로부터 입사각이 감소되어 해수면 영역에 대응되는 제2 원시데이터를 생성한다. 제2 원시데이터는 도 8의 실선그래프 부분 및 도 9의 선내부분에 대응된다.Subsequently, second raw data is generated by mixing the shortened delay signal generated through the delay signal correction unit 305 and the received wave 4 (S170). Specifically, the second mixer 307 is used to mix the shortened delay signal generated through the delay signal correction unit 305 with the received wave 4 received through the reception antenna 120 . The second raw data generator 310 generates second raw data corresponding to the sea surface area by decreasing the incident angle from the signal received from the second mixer 307 using [Equation 10]. The second raw data corresponds to the solid line graph part in FIG. 8 and the in-line part in FIG. 9 .

이후에, 원시데이터 합산부(320)를 이용하여 제1 원시데이터 생성부(210)로부터 인가받은 제1 원시데이터 및 제2 원시데이터 생성부(310)로부터 인가받은 제2 원시데이터를 합산한다(S180). 구체적으로, 원시데이터 합산부(320)는 지상영역에 대응되는 제1 원시데이터와 해수면영역에 대응되는 제2 원시데이터를 합산하여, 지상과 해수면을 함께 나타내는 합산 원시데이터를 생성한다. 다른 실시예에서, 제1 원시데이터를 생략하고 제2 원시데이터만을 이용하여 해수면 영역만을 관측할 수도 있다.Then, the first raw data received from the first raw data generator 210 and the second raw data received from the second raw data generator 310 are summed using the raw data summing unit 320 ( S180). Specifically, the raw data summing unit 320 sums the first raw data corresponding to the terrestrial area and the second raw data corresponding to the sea surface area to generate summed raw data representing both the land and the sea level. In another embodiment, only the sea surface area may be observed by omitting the first raw data and using only the second raw data.

계속해서, 역투영부(230)를 이용하여 합산 원시데이터를 합성개구면에 역투영한다(S190). 구체적으로, 역투영부(230)는 [식 11]을 이용하여 지상 영역과 해수면 영역을 함께 포함하는 합성개구면 상의 각 화소에 대응되는 함수값들을 산정한다.Subsequently, the summation raw data is back-projected onto the synthesis aperture using the back-projection unit 230 (S190). Specifically, the back projection unit 230 calculates function values corresponding to each pixel on the composite aperture including both the land area and the sea level area by using [Equation 11].

마지막으로, 영상복원부(240)를 이용하여 역투영부(230)로부터 인가받은 함수값들로부터 지상 영역 및 해수면 영역의 영상을 생성한다(S200). 구체적으로, 영상복원부(240)는 역투영부(230)로부터 인가받은 각 화소별 함수값을 지상 영역 및 해수면 영역을 포함하는 합성개구면 상에 투영하여 지상 영역 및 해수면 영역의 영상을 복원한다.Finally, images of the land area and the sea surface area are generated from the function values applied from the back projection unit 230 using the image restoration unit 240 (S200). Specifically, the image restoration unit 240 reconstructs images of the land area and the sea level area by projecting the function value for each pixel applied from the back projection unit 230 onto a composite aperture including the land area and the sea level area.

도 11은 본 발명의 다른 실시에에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치를 나타내는 블록도이다. 도 11에서, 제1 믹서(205), 제1 원시데이터 생성부(210), 및 원시데이터 합산부(320)가 생략된 점을 제외한 나머지 구성요소들은 도 4 내지 도 10에 도시된 실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략한다. 도 11에서 믹서(307) 및 원시데이터 생성부(310)는 도 4의 제2 믹서(307) 및 제2 원시데이터 생성부(310)와 동일한 구성요소이나, 설명의 편의상 '제2'라는 표현은 생략한다.11 is a block diagram showing an aircraft-based sea level image restoration apparatus according to another embodiment of the present invention. In FIG. 11, except for the point where the first mixer 205, the first raw data generator 210, and the raw data summing unit 320 are omitted, the remaining components are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 4 to 10. Since they are the same, duplicate descriptions of the same components will be omitted. In FIG. 11, the mixer 307 and the raw data generator 310 have the same components as the second mixer 307 and the second raw data generator 310 of FIG. 4, but are expressed as 'second' for convenience of description. is omitted.

도 11을 참조하면, 항공기기반 해수면영상 복원장치는 안테나부재(110, 120), 파형발생기(150), 분배기(160), 지연신호값 생성부(301), 단축신호값 생성부(3030), 지연신호 보정부(305), 믹서(307), 원시데이터 생성부(310), 역투영부(230), 및 영상복원부(240)를 포함한다.Referring to FIG. 11, the aircraft-based sea level image restoration device includes antenna members 110 and 120, a waveform generator 150, a divider 160, a delay signal value generator 301, a shortened signal value generator 3030, It includes a delay signal correction unit 305, a mixer 307, a raw data generator 310, an back projection unit 230, and an image restoration unit 240.

파형발생기(150)는 송신파(2)와 동일한 파형의 신호를 발생시킨다.The waveform generator 150 generates a signal of the same waveform as the transmission wave 2.

분배기(160)는 파형발생기(150), 안테나부재(110, 120)의 송신안테나(110) 및 지연신호값 생성부(301)에 연결되어, 파형발생기(150)로부터 발생된 신호를 인가받아 송신안테나(110) 및 지연신호값 생성부(301)에 분배한다.The divider 160 is connected to the waveform generator 150, the transmission antenna 110 of the antenna members 110 and 120, and the delay signal value generator 301, receives the signal generated from the waveform generator 150, and transmits the signal. distributed to the antenna 110 and the delayed signal value generator 301.

안테나부재(110, 120)는 분배기(160)로부터 인가받은 신호를 송신파(2)를 송신하고, 해수면으로부터 반사되는 수신파(4)를 수신한다.The antenna members 110 and 120 transmit the transmission wave 2 of the signal applied from the distributor 160 and receive the reception wave 4 reflected from the sea level.

지연신호값 생성부(301)는 분배기(160)에 연결되어, 파형발생기(150)로부터 생성된 신호를 인가받아 파형발생기(150)로부터 인가받은 신호의 비트주파수(fb)에 대응되는 지연신호값(d)을 생성한다.The delay signal value generator 301 is connected to the divider 160 and receives the signal generated from the waveform generator 150, and receives the delay signal corresponding to the bit frequency f b of the signal applied from the waveform generator 150. produces a value (d).

지연신호값(d)을 고려하는 지연신호는 [식 5]와 같이 시간(t)의 함수로 나타낼 수 있으며, 지연신호값(d)은 [식 6]과 같이 송신파(2)의 최소 입사각에 대응되는 항공기와 지표면 사이의 직선거리(Ground Range; Rg)와 광속(c)의 함수로 나타낼 수 있다.The delay signal considering the delay signal value (d) can be expressed as a function of time (t) as in [Equation 5], and the delay signal value (d) is the minimum incident angle of the transmission wave (2) as in [Equation 6]. It can be expressed as a function of the ground range (R g ) and the speed of light (c) between the aircraft and the ground surface corresponding to .

단축신호값 생성부(303)는 지연신호값 생성부(301)에 연결되며, [식 8]과 같이 지연신호값 생성부(301)로부터 인가받은 지연신호값(d)에 대응되는 단축신호값(△d)을 생성한다.The shortened signal value generator 303 is connected to the delayed signal value generator 301, and the shortened signal value corresponding to the delayed signal value d applied from the delayed signal value generator 301 as shown in [Equation 8] (Δd).

지연신호 보정부(305)는 지연신호값 생성부(301) 및 단축신호값 생성부(303)에 연결되어, 지연신호값 생성부(301) 및 단축신호값 생성부(303)로부터 각각 지연신호값(d) 및 단축신호값(△d)을 인가받는다. 지연신호 보정부(305)는 지연신호값(d)에서 단축신호값(△d)을 빼서 단축된 지연신호값(d-△d = d')을 이용하여 [식 9]와 같이 단축된 지연신호(Ssd(t))를 생성한다.The delay signal correction unit 305 is connected to the delay signal value generation unit 301 and the short signal value generation unit 303, and the delayed signal value generation unit 301 and the short signal value generation unit 303 respectively output the delayed signals. The value d and the shortened signal value Δd are applied. The delay signal correction unit 305 subtracts the shortened signal value (Δd) from the delay signal value (d) and uses the shortened delay signal value (d-Δd = d') as shown in [Equation 9]. Generates a signal S sd (t).

믹서(307)는 수신안테나(120) 및 지연신호 보정부(305)에 연결되어, 수신안테나(120) 및 지연신호 보정부(305)로부터 각각 수신파(4) 및 단축된 지연신호(Ssd(t))를 인가받는다. 제2 믹서(307)는 수신파(4)와 단축된 지연신호(Ssd(t))를 혼합하여 원시데이터 생성부(310)로 인가한다.The mixer 307 is connected to the receiving antenna 120 and the delayed signal correcting unit 305, and receives the received wave 4 and the shortened delayed signal S sd from the receiving antenna 120 and the delayed signal correcting unit 305, respectively. (t)) is authorized. The second mixer 307 mixes the received wave 4 and the shortened delay signal S sd (t) and applies the mixture to the raw data generator 310.

원시데이터 생성부(310)는 믹서(307)에 연결되어, 믹서(307)로부터 인가받은 수신파(4)와 단축된 지연신호(Ssd(t))를 이용하여 아래의 [식 10]과 같은 복조신호를 생성한다. 본 발명의 실시예에서, 원시데이터는 해수면의 형상에 대응된다.The raw data generation unit 310 is connected to the mixer 307, and uses the received wave 4 and the shortened delay signal S sd (t) received from the mixer 307 to generate the following [Equation 10] and generate the same demodulation signal. In an embodiment of the present invention, the raw data corresponds to the shape of the sea surface.

역투영부(230)는 원시데이터 생성부(310)에 연결되어 원시데이터를 인가받아 [식 11]의 연산을 수행하여 각 화소별 함수값을 연산한다.The back projection unit 230 is connected to the raw data generator 310 and receives the raw data, and calculates the function value for each pixel by performing the operation of [Equation 11].

영상복원부(240)는 역투영부(230)에 연결되고, 역투영부(230)로부터 인가받은 각 화소별 함수값을 이용하여 해수면 영역을 나타내는 합성개구면 내의 영상을 복원한다.The image restoration unit 240 is connected to the back projection unit 230 and restores an image within the composite aperture representing the sea level area using the function value for each pixel applied from the back projection unit 230 .

도 12는 도 11에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법을 나타내는 흐름도이다.12 is a flowchart illustrating an image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 11 .

도 11 및 도 12를 참조하면, 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법에 있어서, 먼저 파형발생기(150)를 이용하여 송신파(2)와 동일한 파형의 신호를 발생시키고, 분배기(160)를 이용하여 파형발생기(150)로부터 전달받은 신호를 분배한다(S300).Referring to FIGS. 11 and 12, in the image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration device, first, a signal having the same waveform as the transmission wave 2 is generated using a waveform generator 150, and a divider 160 The signal received from the waveform generator 150 is distributed using (S300).

이어서, 송신안테나(110)를 이용하여 분배된 신호로부터 송신파(2)를 생성하여 목표물로 송신한다(S310).Subsequently, a transmission wave 2 is generated from the distributed signal using the transmission antenna 110 and transmitted to the target (S310).

이후에, 수신안테나(120)를 이용하여 목표물로부터 반사된 수신파(4)를 수신한다(S320).Then, the reception wave 4 reflected from the target is received using the reception antenna 120 (S320).

이어서, 지연신호값 생성부(301)를 이용하여 분배된 신호로부터 지연신호값을 생성한다(S330).Subsequently, a delayed signal value is generated from the distributed signal using the delayed signal value generator 301 (S330).

이후에, 단축신호값 생성부(303)를 이용하여 지연신호값(d)에 대응되는 단축신호값(△d)을 생성한다(S340).Thereafter, a shortened signal value Δd corresponding to the delayed signal value d is generated using the shortened signal value generator 303 (S340).

계속해서, 지연신호 보정부(305)를 이용하여 단축된 지연신호를 생성한다(S350).Subsequently, a shortened delay signal is generated using the delay signal correction unit 305 (S350).

이어서, 믹서(307) 및 원시데이터 생성부(310)를 이용하여 지연신호 보정부(305)를 통하여 생성된 단축된 지연신호와 수신파(4)를 혼합하여 제2 원시데이터를 생성한다(S360).Subsequently, second raw data is generated by mixing the shortened delay signal generated through the delay signal corrector 305 and the received wave 4 using the mixer 307 and the raw data generator 310 (S360). ).

이후에, 역투영부(230)를 이용하여 합산 원시데이터를 합성개구면에 역투영한다(S370). 구체적으로, 역투영부(230)는 [식 11]을 이용하여 해수면 영역을 나타내는 합성개구면 상의 각 화소에 대응되는 함수값들을 산정한다Thereafter, the summation raw data is back-projected onto the synthesis aperture using the back-projection unit 230 (S370). Specifically, the back projection unit 230 calculates function values corresponding to each pixel on the synthetic aperture representing the sea level area using [Equation 11].

마지막으로, 영상복원부(240)를 이용하여 역투영부(230)로부터 인가받은 함수값들로부터 해수면 영역의 영상을 생성한다(S380).Finally, an image of the sea surface area is generated from the function values applied from the back projection unit 230 using the image restoration unit 240 (S380).

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법을 나타내는 개념도이다. 도 13에서, 항공기기반 해수면 영상복원장치는 도 4 내지 도 12에 도시된 영상복원장치가 사용되되, 지연신호 보정부(305)에 연결되며 항공기의 고도를 변경하는 고도보정부(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다.13 is a conceptual diagram illustrating an image restoration method using an aircraft-based sea level image restoration apparatus according to another embodiment of the present invention. In FIG. 13, the aircraft-based sea level image restoration device uses the image restoration device shown in FIGS. 4 to 12, and an altitude correction unit (not shown) connected to the delay signal correction unit 305 and changing the altitude of the aircraft. may be further included.

도 13을 참조하면, 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법에 있어서, 고도보정부(도시되지 않음)를 이용하여 항공기 고도를 지상관측 고도(H0)에서의 지상관측거리(Rd)와 동일한 값을 갖는 지연된 단축거리(R'd)를 갖는 해상관측고도(H2)로 설정하는 단계를 더 포함한다.Referring to FIG. 13, in the image restoration method using the aircraft-based sea level image restoration device, an altitude correction unit (not shown) is used to set the aircraft altitude to the ground observation distance (Rd) and the ground observation distance (Rd) at the ground observation altitude (H 0 ). A step of setting the marine observation altitude (H 2 ) having the delayed shortened distance (R'd) having the same value is further included.

구체적으로, 지상관측거리(Ground Range, Rd)는 송신파(2)의 입사각(예, 45°)에서 반전력빔폭(HPBWθ)을 고려하여 설정된 최소 입사각에 대응하는 항공기와 지표면 사이의 최소거리를 나타내고, 지연된 단축거리(R'd)는 송신안테나(110)가 해수면을 관측하도록 설정된 최소 입사각에 대응하는 항공기와 지표면 사이의 최소거리를 나타낸다.Specifically, the ground range (Ground Range, R d ) is the minimum distance between the aircraft and the ground corresponding to the minimum incident angle set in consideration of the half-power beam width (HPBW θ ) at the incident angle (eg, 45°) of the transmission wave (2). Indicates the distance, and the delayed shortened distance R′ d represents the minimum distance between the aircraft and the ground surface corresponding to the minimum incident angle at which the transmission antenna 110 is set to observe the sea level.

본 실시예에서, 지연된 단축거리(R'd)와 지상관측거리(Rd)를 동일한 값으로 설정하려면, 항공기의 고도가 지상관측용 고도(H0)보다 소정값(△H)만큼 증가된 해수면 관측용 고도(H2)로 변경하면 된다. 예를 들어, [식 8]의 고도값을 변경함으로써 지상관측용 설정을 해수면관측용 설정으로 변경할 수 있다.In this embodiment, in order to set the delayed shortened distance (R' d ) and the ground observation distance (R d ) to the same value, the altitude of the aircraft is increased by a predetermined value (ΔH) from the ground observation altitude (H 0 ) Just change it to the altitude for sea level observation (H 2 ). For example, by changing the altitude value of [Equation 8], the setting for ground observation can be changed to the setting for sea level observation.

이후 도 10 또는 도 12에 도시된 단계들을 수행하여 해수면 관측을 실시할 수 있다. 이후의 단계들은 도 10 또는 도 12에 도시된 단계들과 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.Thereafter, sea level observation may be performed by performing the steps shown in FIG. 10 or FIG. 12 . Subsequent steps are the same as those shown in FIG. 10 or 12, and therefore, duplicate descriptions of the same components are omitted.

상기와 같은 본 실시예에 따르면, 지연된 단축거리(R'd)를 임의로 조정하는 것이 불가능한 경우에도, 항공기의 고도를 조정하는 것으로 용이하게 해수면 관측을 수행할 수 있다.According to the present embodiment as described above, even when it is impossible to arbitrarily adjust the delayed shortened distance R′ d , it is possible to easily perform sea level observation by adjusting the altitude of the aircraft.

실험예 1Experimental Example 1

도 14 내지 도 19는 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 실험예 1을 나타내는 그래프들이다. 도 4, 도 14 내지 도 21에서, 송신파(2)의 주파수는 10.25 GHz이었고, 송신파(2)의 대역폭은 500 MHz이었으며, 송신파(2)의 송신출력은 최대 1 Watt(30 dBm)이었고, 샘플링 속도는 1.2 MHz이었으며, 해상도는 경사거리(slant range) 기준으로 0.3 m이었고, 자료수집시간은 30초 이었으며, 펄스 반복 빈도(pluse repeatition frequency, PRF)는 1 KHz이었고, 반전력빔폭(HPBW)은 E-field에서 11.4°이었으며, H-field에서 37.9°이었고, 수평편파(HH-polarization)이 사용되었으며, 수신채널은 기준선(baseline)이 48.26 cm인 2채널이었고, 비행고도(H0)는 500 m이었다.14 to 19 are graphs illustrating Experimental Example 1 using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 . 4, 14 to 21, the frequency of the transmission wave (2) was 10.25 GHz, the bandwidth of the transmission wave (2) was 500 MHz, and the transmission power of the transmission wave (2) was 1 Watt (30 dBm) at most , the sampling rate was 1.2 MHz, the resolution was 0.3 m based on the slant range, the data collection time was 30 seconds, the pulse repetition frequency (PRF) was 1 KHz, and the half-power beam width ( HPBW) was 11.4° in the E-field and 37.9° in the H-field, horizontal polarization was used, the receiving channel was 2 channels with a baseline of 48.26 cm, and the flight altitude (H 0 ) was 500 m.

이하, 송신파(도 4의 2)의 해수면 상에서 신호감쇄특성을 분석한다.Hereinafter, the signal attenuation characteristics on the sea level of the transmission wave (2 in FIG. 4) are analyzed.

해수면 상에서 신호감쇄특성(A(θinc))은 [식 12]와 같이 입사각(θinc)의 함수로 나타낼 수 있다.The signal attenuation characteristic (A(θ inc )) on the sea level can be expressed as a function of the incident angle (θ inc ) as shown in [Equation 12].

[식 12][Equation 12]

Figure pat00024
Figure pat00024

[식 12]에서, θinc는 입사각을 나타내며, σ°는 후방산란계수(backscattering coefficients)를 나타내고, R은 거리방향에 따른 거리를 나타내며, H는 고도를 나타낸다. 신호감쇄특성(A(θinc))은 해수면 상에서의 전파응답특성과, 방사패턴, 및 거리감쇄를 곱하여 구할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 전파응답특성은 후방산란계수(backscattering coefficients, σ°)로 나타낼 수 있다.In [Equation 12], θ inc represents the incident angle, σ ° represents the backscattering coefficients, R represents the distance along the distance direction, and H represents the altitude. The signal attenuation characteristic (A(θ inc )) can be obtained by multiplying the radio wave response characteristic on the sea level, the radiation pattern, and the distance attenuation. In an embodiment of the present invention, the propagation response characteristics can be represented by backscattering coefficients (σ°).

도 14는 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 송신파(2)의 입사각(θinc)에 따른 후방산란계수(backscattering coefficients, σ°)를 나타내는 그래프이고, 도 15는 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 송신파(2)의 전파응답특성을 수직편파(VV)와 수평편파(HH)로 구분하여 나타낸 그래프이다. 도 14에서, HH는 수평편파의 편광응답특성(response of horizontal polarization)을 나타내며, IEM-exp.는 적분방정식(integral equation model, IEM) 실험모델을 나타내고, IEM-Gaus.는 적분방정식 가우시안 실험모델을 나타내며, Exp.+Gaus.는 상기 두 가지 방식을 혼합한 실험모델을 나타내고, Means.는 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치에서 송신파(2)의 입사각이 각 0°, 10°, 20°, 30°, 40°, 50°에서 후방산란계수(backscattering coefficients, σ°)의 실제 측정값을 나타낸다. 도 15에서, VV는 수직편파의 평광응답특성(response of vertical polarization)을 나타내고, HH는 수직편파의 평광응답특성(response of horizontal ppolarization)을 나타낸다. 도 14 및 도 15의 가로축은 입사각(θinc)을 나타내고, 세로축은 후방산란계수(backscattering coefficients, σ°)를 나타낸다.14 is a graph showing backscattering coefficients (σ°) according to the incident angle (θ inc ) of the transmission wave 2 of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4, and FIG. 15 is shown in FIG. It is a graph showing the radio wave response characteristics of the transmitted wave (2) of the aircraft-based sea level image restoration device divided into vertical polarization (VV) and horizontal polarization (HH). In FIG. 14, HH represents the response of horizontal polarization, IEM-exp. represents the integral equation model (IEM) experimental model, and IEM-Gaus. represents the integral equation Gaussian experimental model. Indicates, Exp. + Gaus. indicates an experimental model that combines the above two methods, and Means. indicates that the angle of incidence of the transmission wave 2 in the aircraft-based sea level image restoration device shown in FIG. 4 is 0 ° and 10 °, respectively. , the actual measured values of the backscattering coefficients (σ°) at 20°, 30°, 40°, and 50°. In FIG. 15, VV represents a response of vertical polarization, and HH represents a response of horizontal polarization. In FIGS. 14 and 15, the horizontal axis represents the incident angle (θ inc ), and the vertical axis represents backscattering coefficients (σ°).

도 14를 참조하면, 해수면 상의 전파응답특성을 나타내는 후방산란계수(backscattering coefficients, σ°)는 입사각(θinc)이 증가할수록 감소하였다. 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 전파응답특성(정사각형 기호)은 적분방정식 실험모델(IEM-exp.)과 적분방정식 가우시안 실험모델(IEM-Gaus.)을 혼합한 실험모델(실선부분)과 유사한 결과를 나타냈다.Referring to FIG. 14 , backscattering coefficients (σ°) representing radio wave response characteristics on the sea level decreased as the incident angle (θ inc ) increased. The radio wave response characteristics (square symbols) of the aircraft-based sea level image restoration device shown in FIG. ) gave similar results.

도 15를 참조하면, 수직편파의 편광응답특성(resposne of vertical polarization, VV)이 수평편파의 편광응답특성(response of horizontal polarization, HH)에 비해 높은 전파응답특성을 나타냈다.Referring to FIG. 15, the response of vertical polarization (VV) of vertical polarization showed higher propagation response characteristics than the response of horizontal polarization (HH).

도 16은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 상하각(elevation angles, θev)에 따른 안테나 방사패턴(dB)을 나타내는 그래프이고, 도 17은 도 14 및 도 15에 도시된 전파응답특성에 도 16의 방사패턴을 곱하여 얻은 신호세기를 나타내는 그래프이다. 도 16에서, 가로축은 상하각(elevation angles, θev)을 나타내고, 세로축은 방사패턴(dB)을 나타낸다. 도 15에서, 가로축은 입사각(θinc)을 나타내고, 세로축은 전파응답특성과 방사패턴을 함께 고려한 신호세기(dB)를 나타낸다.16 is a graph showing antenna radiation patterns (dB) according to elevation angles (θ ev ) of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4, and FIG. 17 is a radio wave response shown in FIGS. 14 and 15 It is a graph showing the signal strength obtained by multiplying the characteristics by the radiation pattern of FIG. 16. In FIG. 16, the horizontal axis represents elevation angles (θ ev ), and the vertical axis represents the radiation pattern (dB). In FIG. 15, the horizontal axis represents the incident angle (θ inc ), and the vertical axis represents the signal strength (dB) considering both the radio response characteristics and the radiation pattern.

도 16을 참조하면, 송신안테나(110)의 상하각(elevation angle, θev)이 0°인 경우에 방사패턴의 영향이 없었으나, 상하각(elevation angle, θev)이 0°로부터 멀어질수록 방사패턴의 영향이 증가하였다.Referring to FIG. 16, when the elevation angle (θ ev ) of the transmission antenna 110 is 0°, there is no effect of the radiation pattern, but the elevation angle (θ ev ) is far from 0°. As the radiation pattern increased, the effect of the radiation pattern increased.

도 17을 참조하면, 도 14 및 도 15의 전파응답특성과 도 16의 방사패턴을 함께 고려하면, 입사각(θinc)이 증가할수록 신호세기가 완만하게 증가하였다.Referring to FIG. 17, considering the radio wave response characteristics of FIGS. 14 and 15 and the radiation pattern of FIG. 16, the signal strength gradually increased as the incident angle (θ inc ) increased.

도 18은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치에서 도 14 내지 도 17에 도시된 전파응답특성, 방사패턴, 거리감쇄를 함께 고려한 입사각별 해수면 전파응답특성(또는 신호감쇄특성)을 나타내는 그래프이고, 도 19는 도 14 내지 도 18에 도시된 전파응답특성, 방사패턴, 거리감쇄를 함께 고려한 지표면상의 거리(ground range)별 해수면 전파응답특성(또는 신호감쇄특성)을 나타내는 그래프이다. 도 19에서, 가로축은 항공기를 기준으로 하는 지표면상의 거리(ground range)를 나타내고, 세로축은 정규화된 신호감쇄특성(normalized attenuation of range, dB)을 나타낸다. 도 18 및 도 19에서, 가로축은 입사각(θinc)을 나타내고, 세로축은 정규화된 신호감쇄특성(normalized attenuation of range, dB)을 나타내며, 굵은 실선은 [식 12]에 의해 계산된 수직편파의 편광응답특성(VV)을 나타내고, 굵은 점선은 [식 12]에 의해 계산된 수평편파의 편광응답특성(HH)을 나타내며, 얇은 실선은 수직편파의 정규화된 신호감쇄특성을 나타내고, 얇은 점선은 수평편파의 정규화된 신호감쇄특성을 나타낸다.18 is a graph showing sea level radio wave response characteristics (or signal attenuation characteristics) for each incident angle considering the radio wave response characteristics, radiation patterns, and distance attenuation shown in FIGS. 14 to 17 in the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 19 is a graph showing sea level radio wave response characteristics (or signal attenuation characteristics) for each ground range considering the radio wave response characteristics, radiation patterns, and distance attenuation shown in FIGS. 14 to 18 together. In FIG. 19, the horizontal axis represents the ground range relative to the aircraft, and the vertical axis represents the normalized attenuation of range (dB). 18 and 19, the horizontal axis represents the incident angle (θ inc ), the vertical axis represents the normalized attenuation of range (dB), and the thick solid line represents the polarization of the vertical polarization calculated by [Equation 12] It represents the response characteristic (VV), the thick dotted line represents the polarization response characteristic (HH) of horizontal polarization calculated by [Equation 12], the thin solid line represents the normalized signal attenuation characteristic of vertical polarization, and the thin dotted line represents the horizontal polarization represents the normalized signal attenuation characteristics of

도 18을 참조하면, 입사각(θinc)이 증가할수록 거리감쇄가 증가하였으며, 해수면 영상복원을 위한 신호감쇄의 임계치를 -25 dB로 하였을 때, 입사각 30°이하의 범위에서 해수면 영상복원이 가능하였다.Referring to FIG. 18, the distance attenuation increased as the incident angle (θ inc ) increased, and when the threshold of signal attenuation for sea level image restoration was set to -25 dB, sea level image restoration was possible in the range of 30 ° or less of the incident angle .

도 19를 참조하면, 지표면상의 거리(ground range)가 증가할수록 거리감쇄가 증가하였으며, 해수면 영상복원을 위한 신호감쇄의 임계치를 -25 dB로 하였을 때, 비행고도(H0)가 500 m에서 지표면상의 거리(ground range) 300 m이하의 범위에서 해수면 영상복원이 가능하였다. 본 실험예 1에서, 항공기를 기준으로 해수면 영상복원이 가능한 지표면상의 거리는 비행고도(H0)의 60% 이하의 값을 나타냈다.Referring to FIG. 19, the distance attenuation increased as the ground range increased, and when the threshold of signal attenuation for sea level image restoration was set to -25 dB, the flight altitude (H 0 ) was 500 m above the ground surface Sea level image restoration was possible in the range of 300 m or less in the ground range. In this Experimental Example 1, the distance on the ground surface where sea level image restoration is possible based on the aircraft showed a value of 60% or less of the flight altitude (H 0 ).

실험예 2Experimental Example 2

본 실험예 2에서는, 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 해안선으로부터 200 m의 거리만큼 이격된 해수면 상을 비행하면서 얻은 데이터를 이용하여 영상을 복원하였다.In this Experimental Example 2, the image was restored using data obtained while flying the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 over the sea surface separated by a distance of 200 m from the coastline.

도 20은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 실험예 2의 합성개구면 위치를 나타내는 이미지이다. 도 4 및 도 20에서, 송신파(2)의 주파수는 10.25 GHz이었고, 송신파(2)의 대역폭은 500 MHz이었으며, 송신파(2)의 송신출력은 최대 1 Watt(30 dBm)이었고, 샘플링 속도는 1.2 MHz이었으며, 해상도는 경사거리(slant range) 기준으로 0.3 m이었고, 자료수집시간은 30초 이었으며, 펄스 반복 빈도(pluse repeatition frequency, PRF)는 1 KHz이었고, 반전력빔폭(HPBW)은 E-field에서 11.4°이었으며, H-field에서 37.9°이었고, 수평편파(HH-polarization)이 사용되었으며, 수신채널은 기준선(baseline)이 48.26 cm인 2채널이었고, 비행고도(H0)는 500 m이었고, 비행거리는 1 km이었으며, 해안선으로부터 평균 200 m 이격된 해수면 상을 비행하였다.FIG. 20 is an image showing the position of the composite aperture of Experimental Example 2 using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 . 4 and 20, the frequency of the transmission wave 2 was 10.25 GHz, the bandwidth of the transmission wave 2 was 500 MHz, the transmit power of the transmission wave 2 was a maximum of 1 Watt (30 dBm), and the sampling The speed was 1.2 MHz, the resolution was 0.3 m based on the slant range, the data collection time was 30 seconds, the pulse repetition frequency (PRF) was 1 KHz, and the half power beam width (HPBW) was It was 11.4° in the E-field, 37.9° in the H-field, HH-polarization was used, the receiving channel was 2 channels with a baseline of 48.26 cm, and the flight altitude (H 0 ) was 500 m, the flight distance was 1 km, and it flew over the sea surface at an average distance of 200 m from the coastline.

항공기기반 해수면 영상복원장치의 제1 믹서(205)로부터 출력되는 제1 복조신호는 송신파(도 4의 2)의 지상관측 최소거리(도 6의 Rg,1)는 300 m이었고, 지상관측 최대거리(도 6의 Rg,2)는 1,000 m이었으며, 반전력빔폭(도 6의 HPBWθ)에 대응되는 송신파의 각도는 30° 내지 63°이었고, 해상도는 0.3 m 이었으며, 복원된 영상의 잡음신호는 -22.5 dB 이하였다.In the first demodulation signal output from the first mixer 205 of the aircraft-based sea level image restoration apparatus, the minimum ground observation distance (R g,1 in FIG. 6) of the transmission wave (2 in FIG. 4) was 300 m, and the ground observation The maximum distance (R g,2 in FIG. 6 ) was 1,000 m, the angle of the transmission wave corresponding to the half power beam width (HPBW θ in FIG. 6 ) was 30° to 63°, the resolution was 0.3 m, and the reconstructed image The noise signal of was less than -22.5 dB.

항공기기반 해수면 영상복원장치의 제2 믹서(307)로부터 출력되는 제2 복조신호는 지연신호값인 지연시간(dechirp-delay, d)은 3.9 μs이었으며, 단축신호값(△d)은 0.6 μs이었으며, 단축된 지연신호값인 단축된 지연시간(d-△d)은 3.3 μs( 2H0/c, H0는 고도, c는 광속)이었다. 송신파(도 4의 2)의 지상관측 최소거리(도 9의 R'g,1)는 30 m이었으며, 지상관측 최대거리(도 9의 R'g,2)는 600 m이었고 단축된 지연신호값에 의해 보정되어 해수면을 관측하는 송신파의 각도는 3.5° 내지 49°이었으나, 제2 복조신호를 통하여 유의미한 해수면 영상이 관측될 수 있는 해수면의 최대거리는 항공기의 지표면 상의 위치를 기준으로 350 m까지 였었고 유의미한 해수면 영상을 획득할 수 있는 최대 입사각은 35°이었다. 제2 복조신호를 통하여 복원한 해수면 영상의 해상도는 0.5 m 내지 3.5 m 이었고, 복원된 영상의 잡음신호는 -22.5 dB 이하였다.The delay time (dechirp-delay, d) of the second demodulation signal output from the second mixer 307 of the aircraft-based sea level image restoration device was 3.9 μs, and the shortened signal value (Δd) was 0.6 μs. , the shortened delay time (d-Δd), which is the shortened delay signal value, was 3.3 μs (2H 0 /c, H 0 is altitude, c is light speed). The minimum ground observation distance (R' g,1 in FIG. 9) of the transmission wave (2 in FIG. 4) was 30 m, and the maximum ground observation distance (R' g,2 in FIG. 9) was 600 m and the shortened delay signal The angle of the transmitted wave for observing the sea level after being corrected by the value was 3.5° to 49°, but the maximum distance of the sea level at which a meaningful sea level image can be observed through the second demodulation signal is up to 350 m based on the position of the aircraft on the ground. and the maximum incident angle at which significant sea level images could be acquired was 35°. The resolution of the sea level image reconstructed through the second demodulation signal was 0.5 m to 3.5 m, and the noise signal of the reconstructed image was -22.5 dB or less.

도 20은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 실험예 2의 실험구역을 나타내는 이미지이다. 도 20에서, 항공기는 해안선으로부터 바다쪽으로 200 m정도 이격된 라인을 따라서 운행하였으며, Az는 방위방향을 나타내고, Rg는 거리방향(또는 지상관측거리(Ground Range))을 나타낸다. 우측의 정상 셋업(normal setup)으로 표시된 영역(하얀색 점선 표시부분)은 제1 믹서(205)로부터 출력되는 제1 복조신호에 의해 지상관측 영상이 복원되는 영역을 나타내고, 좌측의 인접 영역(near zone)으로 표시된 영역(노란색 점선 표시부분)은 제2 믹서(307)로부터 출력되는 제2 복조신호에 의해 해수면관측 영상이 복원되는 영역으로, 소위 응급설정(emergency setup)을 나타낸다. 빔 센터(Beam center)는 송신파(도 4의 2)에 의해 관측되는 영역의 중심선을 나타낸다.20 is an image showing an experimental area of Experimental Example 2 using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 . In FIG. 20, the aircraft traveled along a line spaced about 200 m from the coastline toward the sea, where Az represents an azimuth direction and Rg represents a distance direction (or ground range). The area indicated by the normal setup on the right (white dotted line) indicates an area where the ground observation image is restored by the first demodulation signal output from the first mixer 205, and the adjacent area on the left (near zone ) (yellow dotted line) is an area where the sea level observation image is restored by the second demodulation signal output from the second mixer 307, and represents a so-called emergency setup. The beam center indicates the center line of the area observed by the transmission wave (2 in FIG. 4).

도 21은 도 20의 정상 셋업(normal setup)으로 표시된 지상관측영역에 대응되는 제1 복조신호를 복원한 지상관측 영상을 나타내는 이미지이고, 도 22는 도 20의 인접 영역(near zone)으로 표시된 해수면관측 영상을 나타내는 이미지이다. 도 21 및 도 22의 가로축은 항공기로부터의 지상관측거리(Ground Range)를 나타내고, 세로축은 방위방향(azimuth) 거리를 나타내며, 우측의 막대는 각 화소별로 [식 11]에 의해 구해진 함수값(dB)을 나타낸다.FIG. 21 is an image showing a terrestrial observation image obtained by restoring a first demodulation signal corresponding to the terrestrial observation area indicated by the normal setup of FIG. 20, and FIG. It is an image representing an observation image. 21 and 22, the horizontal axis represents the ground range from the aircraft, the vertical axis represents the azimuth distance, and the bar on the right represents the function value (dB) obtained by [Equation 11] for each pixel. ).

도 21을 참조하면, 지상부분의 영상은 용이하게 복원되었으나, 해수면부분은 해수면의 전반사특성으로 인하여 검은색으로 표시되었다.Referring to FIG. 21, the image of the ground portion was easily restored, but the sea surface portion was displayed in black due to the total reflection characteristics of the sea surface.

도 22를 참조하면, 해수면부분의 영상이 검은색으로 표시되지 않고, 해수면의 상태에 따라 회색과 검은색이 얼룩처럼 표시되었다.Referring to FIG. 22, the image of the sea level is not displayed in black, but gray and black are displayed like spots according to the state of the sea level.

실험예 3Experimental Example 3

단축된 지연신호값에 의해 보정되어 해수면을 관측하는 송신파의 각도를 3.5°이상으로 하는 이유를 설명하기 위하여, 송신파의 각도가 0°인 영역부터 49°인 영역까지 지표면 영상을 복원하는 실험예 3을 수행하였다. 본 실험예 3에서는 해수면의 전반사특성을 제거하기 위하여 지표면 영상만을 관측하여 복원하였다.In order to explain the reason why the angle of the transmission wave for observing the sea level is 3.5° or more, corrected by the shortened delay signal value, an experiment of restoring the ground surface image from the area where the angle of the transmission wave is 0° to the area where the angle is 49° Example 3 was performed. In Experimental Example 3, only the surface image was observed and restored in order to remove the total reflection characteristics of the sea surface.

본 실험예 3에서 송신파의 각도 및 지표면 영상만을 복원하였다는 점을 제외한 나머지 실험조건들은 실험예 2와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 실험예 3에서, 송신파의 각도가 0°인 영역부터 49°인 영역은 송신파(도 4의 2)의 지상관측 최소거리(도 9의 R'g,1)가 0 m에서 지상관측 최대거리(도 9의 R'g,2)가 600 m인 영역에 대응된다.Except for the fact that only the angle of the transmission wave and the ground surface image were restored in Experimental Example 3, the rest of the experimental conditions are the same as those in Experimental Example 2, so duplicate descriptions of the same components will be omitted. In Experimental Example 3, in the area where the angle of the transmission wave is 0 ° to 49 °, the minimum ground observation distance (R' g,1 in FIG. 9) of the transmission wave (2 in FIG. 4) is 0 m and the maximum ground observation distance is 0 m. This corresponds to a region where the distance (R′ g,2 in FIG. 9 ) is 600 m.

도 23은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용하여, 지표면 상에 송신파의 각도가 0°인 영역부터 49°인 영역을 관측한 이미지이고, 도 24는 도 23에 도시된 영상의 수평방향 해상도를 나타내는 그래프이며, 도 25는 도 23에 도시된 영상의 수평방향 해상도와 수직방향 해상도를 함께 표시한 그래프이다. 도 23 및 도 25에서 가로축은 거리방향을 나타내며, 세로축은 방위방향을 나타낸다. 도 24에서 가로폭은 거리방향을 나타내고, 세로축은 해상도를 나타낸다. 도 25에서 △Rg(R)은 거리(R)의 함수로 나타내는 거리방향 해상도이며, △Az(R)는 거리(R)의 함수로 나타내는 방위방향 해상도이다.23 is an image obtained by using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4, observing an area where the angle of the transmitted wave is 0° to 49° on the ground surface, and FIG. 24 is an image shown in FIG. 23 25 is a graph showing the resolution in the horizontal direction and the resolution in the vertical direction of the image shown in FIG. 23 together. 23 and 25, the horizontal axis represents the distance direction, and the vertical axis represents the azimuth direction. In FIG. 24, the horizontal width represents the distance direction, and the vertical axis represents the resolution. In FIG. 25, ΔRg(R) is a distance direction resolution expressed as a function of distance (R), and ΔAz(R) is an azimuth direction resolution expressed as a function of distance (R).

도 23 내지 도 25를 참조하면, 송신파의 각도가 0°에 가까워질수록 거리방향 해상도가 급격히 저하되었으며, 송신파의 각도가 3.5°보다 작아지면 거리방향 해상도가 3.5 m를 초과하여 복원된 영상이 일그러져서 표시되었다. 또한 송신파의 각도가 증가하면 방위방향 해상도가 조금씩 증가했다.23 to 25, as the angle of the transmission wave approaches 0°, the resolution in the distance direction rapidly decreases, and when the angle of the transmission wave is smaller than 3.5°, the resolution in the distance direction exceeds 3.5 m and the reconstructed image was displayed distorted. Also, as the angle of the transmitted wave increased, the azimuth resolution slightly increased.

상기와 같은 본 실험예 3에 따르면, 제2 복조신호를 생성하는 송신파의 각도가 3.5°이상을 유지하도록 단축된 지연신호값(d-△d, 3.3μs)이 설정되어야 영상복원이 가능하다.According to Experimental Example 3 as described above, image restoration is possible only when the shortened delay signal value (d-Δd, 3.3 μs) is set so that the angle of the transmission wave generating the second demodulation signal maintains 3.5° or more. .

실험예 4Experimental Example 4

단축된 지연신호값에 의해 보정되어 해수면을 관측하는 송신파의 각도를 35°이하로 설정하는 이유를 설명하기 위하여, 송신파의 각도가 3.5°인 영역부터 49°인 영역까지 해수면 영상을 복원하는 실험예 4를 수행하였다. 본 실험예 4에서는 해수면의 전반사특성을 고려하기 위하여 전체 영역을 해수면 영역으로 구성하여 관측하였다.In order to explain why the angle of the transmission wave for observing the sea level is set to 35 ° or less, which is corrected by the shortened delay signal value, the sea level image is restored from the region where the angle of the transmission wave is 3.5 ° to the region of 49 ° Experimental Example 4 was performed. In Experimental Example 4, the entire area was configured as the sea level area and observed in order to consider the total reflection characteristics of the sea level.

본 실험예 4에서 송신파의 각도 및 해수면 영상만을 복원하였다는 점을 제외한 나머지 실험조건들은 실험예 2와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.Except for the fact that only the angle of the transmission wave and the sea level image were restored in Experimental Example 4, the rest of the experimental conditions are the same as those in Experimental Example 2, so duplicate descriptions of the same components will be omitted.

도 26은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 제1 복조신호를 이용하여 복원된 해수면 영상을 나타내는 이미지이며, 도 27은 도 26에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 단면도로 중첩하여 나타내는 그래프이고, 도 28은 도 4에 도시된 항공기기반 영상복원장치의 제2 복조신호를 이용하여 복원된 해수면 영상을 나타내는 이미지이고, 도 29는 도 28에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 단면도로 중첩하여 나타내는 그래프이다. 도 26 및 도 28에서, 가로축은 거리방향을 나타내고, 세로축은 방위방향을 나타내며, 우측의 막대는 [식 11]에 의해 구해진 각 화소별 함수값(dB)을 나타낸다. 도 27 및 도 29에서, 가로축은 거리방향을 나타내며 세로축은 [식 11]에 의해 구해진 화소별 함수값(dB)을 나타내며, 실선은 동일한 거리방향 지상관측거리를 갖는 함수값들의 평균값을 나타낸다.26 is an image showing a sea level image restored using the first demodulation signal of the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4, and FIG. 27 is a cross-sectional view of function values for each pixel of the image shown in FIG. 28 is an image showing a sea level image restored using the second demodulation signal of the aircraft-based image restoration apparatus shown in FIG. 4, and FIG. 29 is a function value for each pixel of the image shown in FIG. 28 It is a graph showing superimposed cross-sectional view. 26 and 28, the horizontal axis represents the distance direction, the vertical axis represents the azimuth direction, and the bar on the right represents the function value (dB) for each pixel obtained by [Equation 11]. 27 and 29, the horizontal axis represents the distance direction, and the vertical axis represents the function value (dB) for each pixel obtained by [Equation 11], and the solid line represents the average value of function values having the same ground observation distance in the distance direction.

도 26 및 도 27을 참조하면, 제1 복조신호는 송신파의 각도가 30°를 넘어가기 때문에, 좌측 극히 일부를 제외하고는 해수면 영상이 제대로 표시되지 않았다.Referring to FIGS. 26 and 27 , since the angle of the transmission wave of the first demodulation signal exceeds 30°, sea level images are not properly displayed except for a very small portion on the left side.

도 28 및 도 29를 참조하면, 제2 복조신호의 경우, 송신파의 각도가 35°에 해당하는 350 m 이내의 거리에서 함수값이 증가하였다. 따라서 시인가능한 해수면 영상으로 표시되었다.Referring to FIGS. 28 and 29 , in the case of the second demodulation signal, the function value increased at a distance of less than 350 m corresponding to a transmission wave angle of 35°. Therefore, it was displayed as a visible sea level image.

상기와 같은 본 실험예 4에 따르면, 제2 복조신호를 생성하는 송신파의 각도가 35°이하를 유지하도록 단축된 지연신호값(d-△d, 3.3μs)이 설정되어야 영상복원이 가능하다.According to Experimental Example 4 as described above, image restoration is possible only when the shortened delay signal value (d-Δd, 3.3 μs) is set so that the angle of the transmission wave generating the second demodulation signal is maintained at 35° or less. .

실험예 5Experimental Example 5

단축된 지연신호값에 의해 보정되어 해수면을 관측하는 송신파의 각도를 3.5° 이상 35°이하로 설정하는 이유를 설명하기 위하여, 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치가 두 개의 채널을 갖도록 구성된 실험예 5를 수행하였다.In order to explain the reason for setting the angle of the transmission wave corrected by the shortened delay signal value and observing the sea level to 3.5 ° or more and 35 ° or less, the aircraft-based sea level image restoration device shown in FIG. 4 has two channels The configured Experimental Example 5 was performed.

본 실험예 5에서 항공기기반 해수면 영상복원장치가 두 개의 채널을 갖는 점을 제외한 나머지 실험조건들은 실험예 4와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.In this Experimental Example 5, except that the aircraft-based sea level image restoration device has two channels, the rest of the experimental conditions are the same as those of Experimental Example 4, so duplicate descriptions of the same components are omitted.

도 30은 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치가 두 개의 채널을 갖도록 구성되고 제2 복조신호를 이용하여 복원한 해수면 영상을 나타내는 이미지이고, 도 31은 도 30에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 중첩하여 도시한 그래프이며, 도 32는 두 채널로부터 생성된 신호를 간섭계(interfeormetry) 신호처리를 하여 위상(phase) 성분을 도시한 이미지이며, 도 33은 도 32에 도시된 영상의 각 화소별 함수값을 중첩하여 도시한 그래프이고, 도 34는 두 채널로부터 생성된 신호를 간섭계(interfeormetry) 신호처리를 하여 긴밀도(coherence)를 도시한 이미지이다. 도 30, 도 32, 도 34에서 가로축은 거리방향(range)을 나타내고, 세로축은 방위방향(azimuth)을 나타낸다. 도 30, 도 32, 도 34의 우측 막대형상은 각각 [식 11]에 의해 구해진 각 화소별 함수값, 간섭계 신호처리를 이용한 각 화소별 긴밀도 값, 간섭계 신호처리를 이용한 각 화소별 위상성분을 나타낸다. 도 31, 도 33에서 가로축은 송신파의 입사각을 나타내고 세로축은 각 화소별 함수값을 나타내며, 실선부분은 동일한 거리방향 지상관측거리를 갖는 함수값들의 평균값을 나타낸다.30 is an image showing a sea level image reconstructed using a second demodulation signal in which the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 is configured to have two channels, and FIG. 31 is each pixel of the image shown in FIG. 30 32 is an image showing phase components by interferometric signal processing of signals generated from two channels, and FIG. 33 is a graph of the image shown in FIG. 34 is an image showing coherence by interferometric signal processing of signals generated from two channels. 30, 32, and 34, the horizontal axis represents the distance direction (range), and the vertical axis represents the azimuth direction (azimuth). The right bar shapes in FIGS. 30, 32, and 34 represent the function value for each pixel obtained by [Equation 11], the closeness value for each pixel using interferometric signal processing, and the phase component for each pixel using interferometric signal processing. indicate 31 and 33, the horizontal axis represents the incident angle of the transmitted wave, and the vertical axis represents the function value for each pixel, and the solid line represents the average value of function values having the same ground observation distance in the distance direction.

도 30 내지 도 34를 참조하면, 송신파의 각도가 35°를 초과하는 경우, 간섭계(Interfeormetry) 신호처리를 이용한 긴밀도(coherence)분석과 위상(phase) 분석의 신뢰도가 급격히 저하되었다.Referring to FIGS. 30 to 34 , when the angle of the transmission wave exceeds 35°, the reliability of coherence analysis and phase analysis using interferometry signal processing is rapidly reduced.

따라서, 제2 복조신호를 생성하는 송신파의 각도가 35°이하를 유지하도록 단축된 지연신호값(d-△d, 3.3μs)이 설정되어야 해수면 영상복원이 가능하다.Therefore, sea level image restoration is possible only when the shortened delay signal value (d-Δd, 3.3 μs) is set so that the angle of the transmission wave generating the second demodulation signal is maintained at 35° or less.

실험예 6Experimental Example 6

도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치의 검증을 위하여 항공기를 다양한 해수면 상에 비행시켜서 해수면 영상을 복원하였다.To verify the aircraft-based sea level image restoration device shown in FIG. 4, the sea level image was restored by flying the aircraft over various sea levels.

본 실험예 6에서 다양한 해수면 상에 항공기를 비행시켰다는 점을 제외한 나머지 실험조건들은 실험예 2와 동일하므로 동일한 구성요소들에 대한 중복되는 설명은 생략한다.In this Experimental Example 6, except that the aircraft was flown on various sea levels, the rest of the experimental conditions are the same as those of Experimental Example 2, so duplicate descriptions of the same components are omitted.

도 35 내지 도 40은 항공기를 다양한 해수면 상에 비행시켜서 도 4에 도시된 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용하여 해수면 영상을 복원한 이미지들이다.35 to 40 are images obtained by restoring sea level images using the aircraft-based sea level image restoration apparatus shown in FIG. 4 by flying an aircraft over various sea levels.

도 35 내지 도 40을 참조하면, 송신파의 입사각이 3.5°이상 35°이하인 30 m 내지 350 m 영역(항공기 고도(H0)가 500m인 경우)에서 양호한 해수면 영상이 복원되었다.Referring to FIGS. 35 to 40, a good sea surface image was reconstructed in a region of 30 m to 350 m (when the aircraft altitude (H 0 ) is 500 m) where the incident angle of the transmitted wave is 3.5° or more and 35° or less.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 항공기기반 해수면 영상복원장치에서 해수면의 전반사특성의 영향을 받지 않는 레이더 시스템의 구축이 가능하다.According to the present invention as described above, it is possible to build a radar system that is not affected by the total reflection characteristics of the sea level in the aircraft-based sea level image restoration device.

또한 별도의 고가의 장비를 구축할 필요 없이 단축된 지연신호값을 적용하는 간단한 개조만으로 해수면의 전반사특성의 영향을 손쉽게 제거할 수 있다. 기존의 FMCE-SAR 레이더 시스템의 대부분 구성요소들을 그대로 사용할 수 있으므로 탐사비용 및 시간이 감소한다.In addition, it is possible to easily remove the effect of the total reflection characteristics of the sea surface by simple modification by applying a shortened delay signal value without the need to build a separate expensive equipment. Since most of the components of the existing FMCE-SAR radar system can be used as is, exploration cost and time are reduced.

또한, 해수면의 다양한 영역에서 발생하는 현상을 정확히 관측하기 위해서 지연신호값에 추가적으로 단축신호값을 적용하여, 파형발생기의 신호에 따라 기설정된 지연신호값에 구속되지 않고 자유롭게 해수면 상의 지점을 관측할 수 있다.In addition, in order to accurately observe phenomena occurring in various areas of the sea surface, a shortened signal value is applied in addition to the delay signal value, so that points on the sea surface can be observed freely without being bound to the preset delay signal value according to the signal of the waveform generator. there is.

또한, 실제 항공기 실험을 통하여 본 발명의 구성을 갖는 항공기기반 해수면 영상복원장치는 송신파의 각도가 3.5°내지 35°의 범위에서 적절한 해상도 및 전반사특성이 제거된 양질의 해수면 영상을 획득할 수 있다. 또한, 적절한 해상도 및 전반사특성이 제거된 양질의 해수면 영상을 획득하기 위하여, 지연신호값은 샘플링주파수의 1/2이며, 단축신호값은 지연신호값에 0.1 내지 0.2를 곱한 값을 가질 수 있다.In addition, through actual aircraft experiments, the aircraft-based sea level image restoration device having the configuration of the present invention can acquire high-quality sea level images with appropriate resolution and total reflection characteristics removed in the range of the transmission wave angle from 3.5 ° to 35 °. . In addition, in order to obtain a high-quality sea surface image with appropriate resolution and total reflection characteristics removed, the delay signal value is 1/2 of the sampling frequency, and the shortened signal value may have a value obtained by multiplying the delay signal value by 0.1 to 0.2.

또한, 지연신호값과 단축신호값을 동시에 적용하기 때문에, 지연신호값만을 적용하는 경우에 발생되는 해상도가 낮은 영역을 용이하게 제거할 수 있다.In addition, since the delayed signal value and the shortened signal value are simultaneously applied, it is possible to easily remove an area with low resolution generated when only the delayed signal value is applied.

또한, 지연된 단축거리를 임의로 조정하는 것이 불가능한 경우에도, 항공기의 고도를 조정하는 것으로 용이하게 해수면 관측을 수행할 수 있다.In addition, even when it is impossible to arbitrarily adjust the delayed shortened distance, sea level observation can be easily performed by adjusting the altitude of the aircraft.

본 발명은 항공뷰, 지형도 작성, 해양탐사, 원격탐사, 인공위성탐사, 항공기탐사, 부유실험장치를 이용한 탐사, 조류탐사, 기상탐사, 군사용 등의 용도로 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.The present invention has industrial applicability that can be used for purposes such as aerial view, topographical mapping, marine exploration, remote sensing, satellite exploration, aircraft exploration, exploration using a floating experimental device, bird exploration, meteorological exploration, and military purposes.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 실용신안등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the utility model registration claims below. You will understand that there is

2 : 송신파 4 : 수신파
110, 120 : 안테나부재 150 : 파형발생기
160 : 분배기 205 : 제1 믹서
301 : 지연신호값 생성부 d : 지연신호값
303 : 단축신호값 생성부 △d : 단축신호값
305 : 지연신호 보정부 307 : 제2 믹서
210 : 제1 원시데이터생성부 310 : 제2 원시데이터생성부
320 : 원시데이터합산부 230 : 역투영부
240 : 영상복원부
2: transmit wave 4: receive wave
110, 120: antenna member 150: waveform generator
160: distributor 205: first mixer
301: delay signal value generation unit d: delay signal value
303: short signal value generating unit △d: short signal value
305: delay signal correction unit 307: second mixer
210: first raw data generator 310: second raw data generator
320: raw data summation unit 230: back projection unit
240: image restoration unit

Claims (6)

송신파와 동일한 파형의 신호를 생성하는 파형발생기;
상기 파형발생기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배하는 분배기;
상기 분배기에 연결되며, 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와, 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부재;
상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며, 상기 분배기로부터 수신횐 분배된 신호 및 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하여 제1 복조신호를 생성하는 제1 믹서;
상기 제1 믹서에 연결되며, 상기 제1 믹서에 의해 생성되는 상기 제1 복조신호로부터 제1 원시데이터를 생성하는 제1 원시데이터 생성부;
상기 분배기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 생성된 신호를 인가받아 상기 파형발생기로부터 인가받은 신호의 비트주파수에 연동되는 지연신호값을 생성하는 지연신호값 생성부;
상기 지연신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부로부터 인가받은 상기 지연신호값에 대응되는 단축신호값을 생성하는 단축신호값 생성부;
상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부로부터 각각 상기 지연신호값 및 상기 단축신호값을 인가받아 단축된 지연신호를 생성하는 지연신호 보정부;
상기 수신안테나 및 상기 지연신호 보정부에 연결되며, 상기 수신안테나로부터 인가받은 상기 수신파와 상기 지연신호 보정부로부터 수신된 상기 단축된 지연신호를 혼합하여 제2 복조신호를 생성하는 제2 믹서;
상기 제2 믹서에 연결되며, 상기 제2 믹서로부터 인가받은 상기 제2 복조신호로부터 제2 원시데이터를 생성하는 제2 원시데이터 생성부;
상기 제1 원시데이터 및 상기 제2 원시데이터를 인가받아 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산하는 역투영부; 및
상기 역투영부에 연결되며, 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원하는 영상복원부를 포함하는 항공기기반 해수면 영상복원장치.
a waveform generator for generating a signal of the same waveform as the transmission wave;
a divider connected to the waveform generator and receiving and distributing the signal generated from the waveform generator;
an antenna member connected to the distributor, including a transmission antenna for receiving the divided signal from the distributor and transmitting the transmission wave to the ground surface, and a reception antenna for receiving the reception wave reflected from the ground surface;
a first mixer connected to the divider and the reception antenna and generating a first demodulation signal by mixing the divided signal received from the divider and the received wave received from the reception antenna;
a first raw data generator connected to the first mixer and configured to generate first raw data from the first demodulated signal generated by the first mixer;
a delay signal value generation unit connected to the divider, receiving the signal generated from the waveform generator and generating a delay signal value linked to the bit frequency of the signal received from the waveform generator;
a shortened signal value generating unit connected to the delayed signal value generating unit and configured to generate a shortened signal value corresponding to the delayed signal value applied from the delayed signal value generating unit;
It is connected to the delayed signal value generator and the shortened signal value generator, and generates a shortened delay signal by receiving the delay signal value and the shortened signal value from the delayed signal value generator and the shortened signal value generator, respectively. a delay signal correction unit;
a second mixer connected to the reception antenna and the delayed signal compensator, mixing the received wave applied from the reception antenna with the shortened delay signal received from the delay signal compensator to generate a second demodulation signal;
a second raw data generator connected to the second mixer and configured to generate second raw data from the second demodulation signal applied from the second mixer;
an inverse projection unit which receives the first raw data and the second raw data and calculates a function value for each pixel within a composite aperture; and
An aircraft-based sea level image restoration device comprising an image restoration unit connected to the back projection unit and restoring an image within the synthetic aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit.
제1항에 있어서, 상기 제1 원시데이터 생성부 및 상기 제2 원시데이터 생성부에 연결되며, 상기 제1 원시데이터 생성부 및 상기 제2 원시데이터 생성부로부터 상기 제1 원시데이터 및 상기 제2 원시데이터를 인가받아 합상 원시데이터를 생성하는 원시데이터 합산부를 더 포함하고, 상기 역투영부는 상기 원시데이터 합산부에 연결되어 상기 합산 원시데이터를 인가받는 것을 특징으로 하는 항공기기반 해수면 영상복원장치.The method of claim 1, connected to the first raw data generator and the second raw data generator, wherein the first raw data and the second raw data are obtained from the first raw data generator and the second raw data generator. The aircraft-based sea surface image restoration apparatus, characterized in that it further comprises a raw data summing unit for receiving raw data and generating summed raw data, wherein the reverse projection unit is connected to the raw data summing unit and receives the summed raw data. 제1항에 있어서, 상기 지연신호값 생성부는 상기 비트주파수의 1/2를 지연신호값으로 생성하고, 상기 단축신호값 생성부는 상기 지연신호값의 0.1 내지 0.2를 곱한 값을 상기 단축신호값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 항공기기반 해수면 영상복원장치.The shortened signal value according to claim 1, wherein the delayed signal value generating unit generates 1/2 of the bit frequency as the delayed signal value, and the shortened signal value generating unit multiplies the delayed signal value by 0.1 to 0.2 as the shortened signal value. Aircraft-based sea level image restoration device, characterized in that for setting. 제1항에 있어서, 상기 단축신호값 생성부는 상기 제2 복조신호를 생성하는 송신파의 각도가 3.5°내지 35°가 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 항공기기반 해수면 영상복원장치.The aircraft-based sea level image restoration apparatus according to claim 1, wherein the shortened signal value generator sets the angle of the transmission wave generating the second demodulation signal to be 3.5° to 35°. 송신파와 동일한 파형의 신호를 생성하는 파형발생기;
상기 파형발생기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배하는 분배기;
상기 분배기에 연결되며, 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와, 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부재;
상기 분배기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 생성된 신호를 인가받아 상기 파형발생기로부터 인가받은 신호의 비트주파수에 연동되는 지연신호값을 생성하는 지연신호값 생성부;
상기 지연신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부로부터 인가받은 상기 지연신호값에 대응되는 단축신호값을 생성하는 단축신호값 생성부;
상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부에 연결되며, 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부로부터 각각 상기 지연신호값 및 상기 단축신호값을 인가받아 단축된 지연신호를 생성하는 지연신호 보정부;
상기 수신안테나 및 상기 지연신호 보정부에 연결되며, 상기 수신안테나로부터 인가받은 상기 수신파와 상기 지연신호 보정부로부터 수신된 상기 단축된 지연신호를 혼합하여 복조신호를 생성하는 믹서;
상기 믹서에 연결되며, 상기 믹서로부터 인가받은 상기 복조신호로부터 원시데이터를 생성하는 원시데이터 생성부;
상기 원시데이터를 인가받아 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산하는 역투영부; 및
상기 역투영부에 연결되며, 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원하는 영상복원부를 포함하되,
상기 지연신호 보정부는 [식 1]을 이용하여 단축된 지연신호를 생성하고([식 1]에서, f0는 중심주파수를 나타내고, t는 시간을 나타내며, d는 지연신호값을 나타내고, △d는 단축신호값을 나타내며, Kr은 변조율을 나타낸다),
[식 1]
Figure pat00025

상기 원시데이터 생성부는 상기 복조신호로부터 [식 2]를 이용하여 상기 원시데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 항공기기반 해수면 영상복원장치.
[식 2]
Figure pat00026

([식 2]에서, t는 시간을 나타내며, u는 항공기의 위치를 나타내고, Sr(t,u)는 수신파를 나타내고, Ssd*(t,u)는 제2 복조신호의 정합필터를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, Kr은 변조율을 나타내고, d는 지연신호값을 나타내며, △d는 단축신호값을 나타내고, τ(u)는 목표물지연시간으로 [식 3]와 같이 나타낼 수 있다)
[식 3]
Figure pat00027

([식 3]에서, R(u)는 항공기의 위치(u)와 목표물 사이의 거리를 나타내며, (x,y,z)는 목표물의 좌표를 나타내고, (ux,uy,uz)는 항공기의 좌표를 나타내며, c는 광속을 나타낸다)
a waveform generator for generating a signal of the same waveform as the transmission wave;
a divider connected to the waveform generator and receiving and distributing the signal generated from the waveform generator;
an antenna member connected to the distributor, including a transmission antenna for receiving the divided signal from the distributor and transmitting the transmission wave to the ground surface, and a reception antenna for receiving the reception wave reflected from the ground surface;
a delay signal value generation unit connected to the divider, receiving the signal generated from the waveform generator and generating a delay signal value linked to the bit frequency of the signal received from the waveform generator;
a shortened signal value generating unit connected to the delayed signal value generating unit and configured to generate a shortened signal value corresponding to the delayed signal value applied from the delayed signal value generating unit;
It is connected to the delayed signal value generator and the shortened signal value generator, and generates a shortened delay signal by receiving the delay signal value and the shortened signal value from the delayed signal value generator and the shortened signal value generator, respectively. a delay signal correction unit;
a mixer connected to the reception antenna and the delayed signal correction unit, mixing the received wave applied from the reception antenna with the shortened delay signal received from the delay signal correction unit to generate a demodulation signal;
a raw data generator connected to the mixer and configured to generate raw data from the demodulation signal received from the mixer;
an inverse projection unit that receives the raw data and calculates a function value for each pixel within the composite aperture; and
An image restoration unit connected to the back projection unit and restoring an image within the composite aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit,
The delay signal correction unit generates a shortened delay signal using [Equation 1] (in [Equation 1], f 0 represents the center frequency, t represents time, d represents the delay signal value, and Δd denotes the shortened signal value, and K r denotes the modulation rate),
[Equation 1]
Figure pat00025

The aircraft-based sea level image restoration device, characterized in that the raw data generator generates the raw data from the demodulation signal using [Equation 2].
[Equation 2]
Figure pat00026

(In [Equation 2], t represents time, u represents the position of the aircraft, Sr (t, u) represents the received wave, and S sd * (t, u) represents the matched filter of the second demodulation signal where f 0 represents the center frequency, K r represents the modulation rate, d represents the delay signal value, Δd represents the shortened signal value, and τ(u) is the target delay time as shown in [Equation 3] can show)
[Equation 3]
Figure pat00027

(In [Equation 3], R(u) represents the distance between the position (u) of the aircraft and the target, (x, y, z) represents the coordinates of the target, (u x , u y , u z ) denotes the coordinates of the aircraft, and c denotes the speed of light)
송신파와 동일한 파형의 신호를 생성하는 파형발생기와, 상기 파형발생기에 연결되며 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배하는 분배기와, 상기 분배기에 연결되며 송신파를 송신하는 송신안테나와, 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부재와, 상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며 제1 복조신호를 생성하는 제1 믹서와, 상기 제1 믹서에 연결되며 제1 원시데이터를 생성하는 제1 원시데이터 생성부와, 상기 분배기에 연결되며 지연신호값을 생성하는 지연신호값 생성부와, 상기 지연신호값 생성부에 연결되며 단축신호값을 생성하는 단축신호값 생성부와, 상기 지연신호값 생성부 및 상기 단축신호값 생성부에 연결되며 단축된 지연신호를 생성하는 지연신호 보정부와, 상기 수신안테나 및 상기 지연신호 보정부에 연결되며 제2 복조신호를 생성하는 제2 믹서와, 상기 제2 믹서에 연결되며 상기 제2 믹서로부터 인가받은 상기 제2 복조신호로부터 제2 원시데이터를 생성하는 제2 원시데이터 생성부와, 상기 제1 원시데이터 생성부 및 상기 제2 원시데이터 생성부에 연결되며 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산하는 역투영부와, 상기 역투영부에 연결되며 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원하는 영상복원부를 포함하는 항공기기반 해수면 영상복원장치를 이용한 영상복원방법에 있어서,
상기 송신안테나를 이용하여 상기 송신파를 상기 지표면 상으로 송신하고, 상기 지표면으로부터 반사된 상기 수신파를 상기 수신안테나를 통하여 수신하는 단계;
상기 제1 믹서를 이용하여 상기 분배기로부터 수신횐 분배된 신호 및 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하여 상기 제1 복조신호를 생성하는 단계;
상기 제1 원시데이터 생성부를 이용하여 상기 제1 복조신호로부터 상기 제1 원시데이터를 생성하는 단계;
상기 지연신호값 생성부를 이용하여, 상기 파형발생기로부터 생성된 신호를 인가받아 상기 파형발생기로부터 인가받은 신호의 비트주파수에 연동되는 상기 지연신호값을 생성하는 단계;
상기 단축신호값 생성부를 이용하여, 상기 지연신호값에 대응되는 상기 단축신호값을 생성하는 단계;
상기 지연신호 보정부를 이용하여, 상기 지연신호값 및 상기 단축신호값을 이용하여 상기 단축된 지연신호를 생성하는 단계;
상기 제2 믹서를 이용하여 상기 수신파와 상기 단축된 지연신호를 혼합하여 상기 제2 복조신호를 생성하는 단계;
상기 제2 원시데이터 생성부를 이용하여 상기 제2 복조신호로부터 상기 제2 원시데이터를 생성하는 단계;
상기 역투영부를 이용하여 상기 제1 원시데이터 및 상기 제2 원시데이터를 인가받아 상기 합성개구면 내의 각 화소별 함수값을 연산하는 단계; 및
상기 영상복원부를 이용하여 상기 역투영부로부터 인가받은 상기 각 화소별 함수값을 이용하여 상기 합성개구면 내의 영상을 복원하는 단계를 포함하는 영상복원방법.
A waveform generator for generating a signal of the same waveform as the transmitted wave, a divider connected to the waveform generator and receiving and distributing the signal generated from the waveform generator, a transmit antenna connected to the divider and transmitting a transmit wave, and a receive wave An antenna member including a receiving antenna for receiving, a first mixer connected to the splitter and the receiving antenna and generating a first demodulation signal, and a first source connected to the first mixer and generating first raw data A data generator, a delayed signal value generator connected to the divider and configured to generate a delayed signal value, a shortened signal value generator connected to the delayed signal value generator and configured to generate a shortened signal value, and a delayed signal value generator a delay signal correction unit connected to the receiving antenna and the delay signal correction unit and connected to the received antenna and the delay signal correction unit to generate a second demodulation signal; 2 a second raw data generator connected to a mixer and configured to generate second raw data from the second demodulation signal applied from the second mixer, and connected to the first raw data generator and the second raw data generator and an image restoration unit connected to the back projection unit and restoring an image within the synthesis aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit. In the image restoration method using an aircraft-based sea level image restoration device comprising:
transmitting the transmission wave onto the ground surface using the transmission antenna, and receiving the reception wave reflected from the ground surface through the reception antenna;
generating the first demodulation signal by mixing the distributed signal received from the divider and the received wave received from the reception antenna using the first mixer;
generating the first raw data from the first demodulated signal using the first raw data generator;
receiving the signal generated from the waveform generator and generating the delay signal value linked to the bit frequency of the signal received from the waveform generator, using the delay signal value generator;
generating the shortened signal value corresponding to the delayed signal value by using the shortened signal value generator;
generating the shortened delay signal using the delay signal value and the shortened signal value by using the delay signal correction unit;
generating the second demodulation signal by mixing the received wave and the shortened delay signal using the second mixer;
generating the second raw data from the second demodulation signal using the second raw data generator;
receiving the first raw data and the second raw data using the back-projection unit and calculating a function value for each pixel within the composite aperture; and
and restoring an image within the composite aperture using the function value for each pixel applied from the back projection unit by using the image restoration unit.
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