KR101252485B1 - Method of fast imaging for bistatic radar and apparatus of the same - Google Patents

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박규철
선선구
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Abstract

PURPOSE: A high-speed image formation method and a high-speed image formation device for a bistatic radar are provided to increase an image processing speed without degrading the image quality of a radar by transceiving electromagnetic waves through a bistatic technique and by performing a dechirping process. CONSTITUTION: A signal processing unit receives dechirped data Sr{ta, te} from a data conversion unit(S110) and performs a fast Fourier transform on the dechirped data in the azimuthal direction(S120). RCMC(Range Cell Migration Correction) is performed for compensating for the difference of a distance cell from the center of a radar observation point in a distance-time domain using a frequency scaling function for the converted Sr{fa, te}(S130), and SRC(Secondary Range Compression) is performed for additional compression(S140). Afterward, the signal processing unit performs a fast Fourier transformation on the data completed with the RCMC and the SRC in the distance direction(S150), and performs the azimuthal angle scaling on the converted data into a distance-frequency domain using a frequency scaling function(S160). Finally, the signal processing unit performs an inverse fast Fourier transformation on the azimuthal angle scaled data in the azimuthal direction(S170).

Description

바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법 및 고속 영상 형성 장치{METHOD OF FAST IMAGING FOR BISTATIC RADAR AND APPARATUS OF THE SAME}High-speed image forming method and high-speed image forming apparatus of bistatic radars {METHOD OF FAST IMAGING FOR BISTATIC RADAR AND APPARATUS OF THE SAME}

본 발명은 스케일링 함수를 이용한 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법 및 고속 영상 형성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fast image forming method and a high speed image forming apparatus of a bistatic radar using a scaling function.

바이스태틱(bistatic) 송수신 구조를 가진 근거리 관측 레이더는, 수신 신호를 디처핑(dechirping)하여 데이터를 처리할 수 있다. 근거리 관측 레이더의 디처핑된(dechirped) 데이터를 처리하는 영상 처리 알고리즘으로서 Back-projection 알고리즘, W-K 알고리즘 등이 알려져 있다.A near-field observation radar having a bistatic transmission / reception structure may decipher a received signal to process data. Back-projection algorithms, W-K algorithms and the like are known as image processing algorithms for processing dechirped data of near-field observation radars.

이러한 영상 처리 알고리즘들은 매우 정교한 영상을 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 영상 처리 알고리즘들에 의해 영상 처리를 수행할 경우, 처리 속도가 느리다는 단점이 있다. 따라서, 높은 갱신율이 요구되는 시스템에 이러한 영상 처리 알고리즘을 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.These image processing algorithms can form very sophisticated images. However, when image processing is performed by such image processing algorithms, there is a disadvantage that the processing speed is slow. Therefore, there is a problem that it is difficult to apply such an image processing algorithm to a system requiring a high update rate.

따라서, 영상 품질이 크게 저하되지 않으면서, 처리 속도가 빠른 영상 처리 방법을 도입할 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, there is a need to introduce an image processing method having a high processing speed without significantly deteriorating the image quality.

본 발명의 목적은 영상 품질이 크게 저하되지 않으면서, 영상 처리 속도가 빠른 영상 형성 방법 및 영상 형성 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image forming method and an image forming apparatus having a high image processing speed without significantly deteriorating the image quality.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법은, 바이스태틱(bistatic) 방식으로 전파를 송수신하여 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 데이터에 대해 디처핑 프로세스(dechirping precess)를 수행하는 단계; 상기 디처핑 프로세스를 통해 디처핑된(dechirped) 데이터를 이용하여 주파수 스케일링 함수를 도출하는 단계; 및 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.A high speed image forming method of a bistatic radar according to an embodiment of the present invention, the method comprising: obtaining data by transmitting and receiving radio waves in a bistatic manner; Performing a dechipping process on the obtained data; Deriving a frequency scaling function using the dechirped data through the dechirping process; And acquiring image data using the frequency scaling function.

실시 예에 있어서, 상기 디처핑 프로세스는, 송신 주파수 및 수신 주파수 간의 비트 주파수 차이를 구하는 프로세스인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the dechirping process is a process of obtaining a bit frequency difference between a transmission frequency and a reception frequency.

실시 예에 있어서, 상기 디처핑된 데이터는 아래의 수학식과 같이 표현될 수 있다.In an embodiment, the dechirped data may be expressed as in the following equation.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure 112012081865072-pat00001
Figure 112012081865072-pat00001

(ta: 방위각 방향 시간, te: 거리 방향 시간, Rtgt: 표적과 안테나 간 거리, λ: 파장, ke: 처프 모듈레이션 비율(chirp modulation rate), C: 빛의 속도)(t a : azimuth direction time, t e : distance direction time, R tgt : distance between target and antenna, λ: wavelength, k e : chirp modulation rate, C: speed of light)

실시 예에 있어서, 상기 디처핑된 데이터를 이용하여 주파수 스케일링 함수를 도출하는 단계는, 상기 디처핑된 데이터가 방위각 시간 영역에서 방위각 주파수 영역으로 변환되도록, 상기 디처핑된 데이터를 방위각 방향으로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하는 단계를 포함할 수 있다.The deriving of the frequency scaling function by using the dechirped data may include: performing fast Fourier transforming of the dechirped data in an azimuth direction such that the dechirped data is converted from an azimuthal time domain to an azimuthal frequency domain. The method may include a fast fourier transform (FFT).

실시 예에 있어서, 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계는, 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 거리 시간 영역에서 레이더 관측 지점의 중심에 대해 RCMC(Range Cell Migration Correction)를 수행하는 단계; 및 상기 RCMC가 수행된 데이터에 대해 SRC(Secondary Range Compression)를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The obtaining of image data using the frequency scaling function may include performing range cell migration correction (RCMC) on the center of a radar observation point in a distance time domain using the frequency scaling function; And performing SRC (Secondary Range Compression) on the data performed by the RCMC.

실시 예에 있어서, 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계는, 상기 RCMC 및 상기 SRC가 수행된 데이터가 거리 시간 영역에서 거리 주파수 영역으로 변환되도록, 상기 RCMC 및 상기 SRC가 수행된 데이터를 거리 방향으로 고속 푸리에 변환하는 단계를 포함할 수 있다.The acquiring of the image data by using the frequency scaling function may include performing data of the RCMC and the SRC so that the data on which the RCMC and the SRC are performed is converted from a distance time domain to a distance frequency domain. Fast Fourier transform in the distance direction.

실시 예에 있어서, 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계는, 상기 거리 주파수 영역으로 변환된 데이터를 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 방위각 스케일링(Azimuth scaling)을 수행하는 단계; 및 상기 방위각 스케일링된 데이터가 방위각 주파수 영역에서 방위각 시간 영역으로 변환되도록, 상기 방위각 스케일링된 데이터를 방위각 방향으로 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)하는 단계를 포함할 수 있다.The obtaining of the image data using the frequency scaling function may include performing azimuth scaling on the data converted into the distance frequency domain using the frequency scaling function; And performing an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) on the azimuth scaled data in the azimuth direction such that the azimuth scaled data is transformed from the azimuth frequency domain to the azimuth time domain.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치는, 바이스태틱 방식으로 전파를 송수신하여 데이터를 획득하는 레이더 송수신부; 상기 획득된 데이터에 대해 디처핑 프로세스(dechirping precess)를 수행하는 데이터 변환부; 및 상기 디처핑 프로세스를 통해 디처핑된(dechirped) 데이터를 이용하여 주파수 스케일링 함수를 도출하고, 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 신호 처리부를 포함한다.A high speed image forming apparatus of a bistatic radar according to an embodiment of the present invention, a radar transceiver for obtaining data by transmitting and receiving radio waves in a bistatic manner; A data converter configured to perform a dechipping process on the obtained data; And a signal processor for deriving a frequency scaling function by using dechirped data through the dechirping process and obtaining image data by using the frequency scaling function.

본 발명에 의하면, 영상 품질이 크게 저하되지 않으면서, 처리 속도가 빠른 영상 처리 방법이 사용자에게 제공될 수 있다.According to the present invention, an image processing method having a high processing speed can be provided to a user without greatly degrading the image quality.

이에 따라, 국방 로봇(예를 들어, 무인 차량)과 같이 실시간 전방 관측 기능이 필요한 플랫폼에 바이스태틱 레이더를 장착할 경우, 영상 형성을 위한 고속 신호 처리가 가능한 본 발명을 기술적으로 적용할 수 있다.Accordingly, when the bistatic radar is mounted on a platform requiring a real-time forward observation function such as a defense robot (for example, an unmanned vehicle), the present invention can be applied technically to enable high-speed signal processing for image formation.

도 1은 본 발명에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치를 보여주는 개념도이다.
도 3은 도 1에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 도 1에 따른 시뮬레이션 데이터의 표적 배치도이다.
도 5는 기존의 영상 처리 알고리즘 중 Back-projection 알고리즘의 영상 데이터 처리 결과를 보여주는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상 데이터 처리 결과를 보여주는 개념도이다.1 is a block diagram illustrating a high speed image forming apparatus of a bistatic radar according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a fast image forming apparatus of a bistatic radar according to FIG. 1.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a high speed image forming method of the bistatic radar according to FIG. 1.
4 is a target layout diagram of simulation data according to FIG. 1.
5 is a conceptual diagram illustrating image data processing results of a back-projection algorithm among existing image processing algorithms.
6 is a conceptual diagram illustrating a result of image data processing according to the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 하지만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

도 1은 본 발명에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치(1000)를 보여주는 블록도이고, 도 2는 도 1에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치(1000)를 보여주는 개념도이다. 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치(1000)는 레이더 송수신부(100), 데이터 변환부(200) 및 신호 처리부(300)를 포함한다.1 is a block diagram illustrating a high speed image forming apparatus 1000 of a bistatic radar according to the present invention, and FIG. 2 is a conceptual view illustrating a high speed image forming apparatus 1000 of the bistatic radar according to FIG. 1. The high speed image forming apparatus 1000 of the bistatic radar includes a radar transceiver 100, a data converter 200, and a signal processor 300.

도 1 및 도 2를 참조하면, 레이더 송수신부(100)는 바이스태틱 방식으로 전파를 송수신하여 데이터를 획득할 수 있다.1 and 2, the radar transceiver 100 may acquire data by transmitting and receiving radio waves in a bistatic manner.

데이터 변환부(200)는 획득된 데이터에 대해 디처핑 프로세스(dechirping precess)를 수행할 수 있다. 여기에서, 디처핑 프로세스란, 송신 주파수 및 수신 주파수 간의 비트 주파수 차이를 구하는 프로세스를 의미한다. 즉, 데이터 변환부(200)는 데이터량을 줄이기 위해 획득된 데이터를 디처핑된 데이터로 변환시킬 수 있다.The data converter 200 may perform a dechipping process on the obtained data. Here, the dechirping process means a process of obtaining a bit frequency difference between a transmission frequency and a reception frequency. That is, the data converter 200 may convert the obtained data into dechirped data in order to reduce the amount of data.

구체적으로, 디처핑된 데이터 Sr(ta, te)는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.In detail, the de-chipped data S r (t a , t e ) may be expressed by Equation 1 below.

Figure 112012081865072-pat00002
Figure 112012081865072-pat00002

여기에서, ta는 방위각 방향 시간을 의미하고, te는 거리 방향 시간을 의미한다. Rtgt는 표적과 안테나 간 거리를 의미하고, λ는 파장을 의미하며, ke는 처프 모듈레이션 비율(chirp modulation rate)을 의미하고, C는 빛의 속도를 의미한다.Here, t a means azimuth direction time and t e means distance direction time. R tgt denotes the distance between the target and the antenna, λ denotes the wavelength, k e denotes the chirp modulation rate, and C denotes the speed of light.

또한, Rtgt는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.In addition, R tgt may be expressed as Equation 2 below.

Figure 112012081865072-pat00003
Figure 112012081865072-pat00003

여기에서, Rt는 표적과 송신 안테나 간 거리를 의미하고, Ro는 표적과 안테나 간 가장 근접한 거리(closest approach)를 의미하며, V는 송수신 안테나의 방위각 방향의 이동 속도를 의미한다.Here, R t means the distance between the target and the transmitting antenna, R o means the closest approach (closest approach) between the target and the antenna, V is the moving speed in the azimuth direction of the transmitting and receiving antenna.

신호 처리부(300)는 디처핑 프로세스를 통해 디처핑된(dechirped) 데이터를 이용하여 주파수 스케일링 함수를 도출하고, 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득할 수 있다.The signal processor 300 may derive a frequency scaling function by using dechirped data through a dechipping process, and obtain image data by using the frequency scaling function.

구체적으로, 신호 처리부(300)는 디처핑된 데이터가 방위각 시간 영역에서 방위각 주파수 영역으로 변환되도록, 디처핑된 데이터를 방위각 방향으로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)할 수 있다. 이에 따라, 주파수 스케일링 함수가 도출될 수 있다.In detail, the signal processor 300 may perform fast Fourier transform (FFT) on the de-chiffed data in the azimuth direction so that the de-chipped data is converted from the azimuth time domain to the azimuth frequency domain. Accordingly, a frequency scaling function can be derived.

다음으로, 신호 처리부(300)는 주파수 스케일링 함수를 이용하여 거리 시간 영역에서 레이더 관측 지점의 중심에 대해 거리 셀의 차이를 보상하기 위한 RCMC(Range Cell Migration Correction) 및 추가적인 거리 압축을 위한 SRC(Secondary Range Compression)를 수행할 수 있다.Next, the signal processor 300 uses a frequency scaling function to perform range cell migration correction (RCMC) for compensating the difference of the distance cells with respect to the center of the radar observation point in the distance time domain, and SRC (Secondary) for additional distance compression. Range Compression) can be performed.

이후, 신호 처리부(300)는 RCMC 및 SRC가 수행된 데이터가 거리 시간 영역에서 거리 주파수 영역으로 변환되도록, RCMC 및 SRC가 수행된 데이터를 거리 방향으로 고속 푸리에 변환하고, 거리 주파수 영역으로 변환된 데이터를 주파수 스케일링 함수를 이용하여 방위각 스케일링(Azimuth scaling)을 수행할 수 있다.Thereafter, the signal processor 300 performs fast Fourier transform on the RCMC and SRC data in the distance direction so that the data on which the RCMC and SRC is performed is converted from the distance time domain to the distance frequency domain, and then converts the data to the distance frequency domain. Azimuth scaling may be performed using a frequency scaling function.

다음으로, 신호 처리부(300)는 방위각 스케일링된 데이터가 방위각 주파수 영역에서 방위각 시간 영역으로 변환되도록, 방위각 스케일링된 데이터를 방위각 방향으로 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)할 수 있다.Next, the signal processor 300 may perform an inverse fast Fourier transform (IFFT) on the azimuth scaled data in the azimuth direction so that the azimuth scaled data is converted from the azimuth frequency domain to the azimuth time domain.

도 3은 도 1에 따른 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법을 보여주는 순서도이다. 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치(1000, 도 1 참조)는 레이더 송수신부(100, 도 1 참조), 데이터 변환부(200, 도 1 참조) 및 신호 처리부(300, 도 1 참조)를 포함한다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a high speed image forming method of the bistatic radar according to FIG. 1. The high speed image forming apparatus 1000 of the bistatic radar 1000 (see FIG. 1) includes a radar transceiver unit 100 (see FIG. 1), a data converter 200 (see FIG. 1), and a signal processor 300 (see FIG. 1). .

도 3을 참조하면, 우선, 신호 처리부(300)가 데이터 변환부(200)로부터 디처핑된 데이터 Sr(ta, te)를 수신하는 단계(S110)가 진행된다.Referring to FIG. 3, first, a signal processing unit 300 receives a dechipping data S r (t a , t e ) from the data converter 200 (S110).

이후, 신호 처리부(300)가 디처핑된 데이터를 방위각 방향으로 고속 푸리에 변환하는 단계(S120)가 진행된다. 이는 디처핑된 데이터를 방위각 시간 영역에서 방위각 주파수 영역으로 변환하기 위함이다. 이에 따라, 주파수 스케일링 함수가 도출될 수 있다.Thereafter, the signal processor 300 performs a fast Fourier transform on the dechirped data in the azimuth direction (S120). This is to convert the de-chipped data from the azimuth time domain to the azimuth frequency domain. Accordingly, a frequency scaling function can be derived.

디처핑된 데이터에 대해 방위각 방향으로 고속 푸리에 변환이 수행된 결과 Sr(fa, te)는 아래의 수학식 3과 같다.As a result of performing the fast Fourier transform in the azimuth direction on the de-chipped data, S r (f a , t e ) is expressed by Equation 3 below.

Figure 112012081865072-pat00004
Figure 112012081865072-pat00004

여기에서, fa는 방위각 방향 주파수를 의미하고, ta0는 표적이 존재하는 경우의 방위각 방향 시간을 의미한다. 이때, SRC는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 또한, β는 주파수 스케일링 함수를 의미하며, 아래의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.Here, f a means azimuth direction frequency and t a0 means azimuth direction time when a target exists. In this case, the SRC may be expressed as Equation 4 below. In addition, β denotes a frequency scaling function, and may be calculated as shown in Equation 5 below.

Figure 112012081865072-pat00005
Figure 112012081865072-pat00005

Figure 112012081865072-pat00006
Figure 112012081865072-pat00006

다음으로, 이와 같이 변환된 Sr(fa, te)에 대해 주파수 스케일링 함수를 이용하여 거리 시간 영역에서 레이더 관측 지점의 중심에 대해 거리 셀의 차이를 보상하기 위한 RCMC를 수행하는 단계(S130) 및 추가적인 거리 압축을 위한 SRC를 수행하는 단계(S140)가 진행된다.Next, performing RCMC on the transformed S r (f a , t e ) using the frequency scaling function to compensate the difference of the distance cells with respect to the center of the radar observation point in the distance time domain (S130). And SRC for additional distance compression (S140).

RCMC는 변환된 Sr(fa, te)에 대해 H1을 곱함으로써 수행될 수 있다. H1은 아래의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.RCMC may be performed by multiplying H 1 by the converted S r (f a , t e ). H 1 may be expressed as Equation 6 below.

Figure 112012081865072-pat00007
Figure 112012081865072-pat00007

여기에서, Rref는 관측 영상의 중심까지의 거리를 의미하고, Rtref는 송신 안테나로부터 관측 영상의 중심까지의 거리를 의미한다.Here, R ref means the distance from the center of the observed image, and R tref means the distance from the transmitting antenna to the center of the observed image.

또한, SRC는 RCMC가 수행된 결과에 H2(또는,

Figure 112012081865072-pat00008
)를 곱함으로써 수행될 수 있다. H2는 아래의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.In addition, the SRC is determined by the H 2 (or,
Figure 112012081865072-pat00008
Can be performed by multiplying H 2 may be expressed by Equation 7 below.

Figure 112012081865072-pat00009
Figure 112012081865072-pat00009

이후, 신호 처리부(300)가 RCMC 및 SRC가 수행된 데이터를 거리 방향으로 고속 푸리에 변환하는 단계(S150)가 진행된다. 이는 RCMC 및 SRC가 수행된 데이터를 거리 시간 영역에서 거리 주파수 영역으로 변환하기 위함이다.Thereafter, the signal processor 300 performs a fast Fourier transform of the data on which the RCMC and the SRC have been performed in the distance direction (S150). This is to convert the data performed by the RCMC and SRC from the distance time domain to the distance frequency domain.

RCMC 및 SRC가 수행된 데이터에 대해 거리 방향으로 고속 푸리에 변환이 수행된 결과 Sr(fa, fe)는 아래의 수학식 8과 같다.As a result of performing fast Fourier transform in the distance direction on the data on which RCMC and SRC are performed, S r (f a , f e ) is expressed by Equation 8 below.

Figure 112012081865072-pat00010
Figure 112012081865072-pat00010

여기에서, fe는 거리 방향 주파수를 의미하고, Tp는 시간 영역에서의 시간 폭을 의미한다.Here, f e means the distance direction frequency, T p means the time width in the time domain.

다음으로, 신호 처리부(300)가 거리 주파수 영역으로 변환된 데이터를 주파수 스케일링 함수를 이용하여 방위각 스케일링을 수행하는 단계(S160)가 진행된다.Next, in step S160, the signal processing unit 300 performs azimuth scaling on the data converted into the distance frequency domain by using a frequency scaling function.

구체적으로, 신호 처리부(300)는 변환된 Sr(fa, fe)에 대해 H3를 곱함으로써 방위각 스케일링을 수행할 수 있다. H3는 아래의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.In detail, the signal processor 300 may perform azimuth scaling by multiplying H 3 with respect to the converted S r (f a , f e ). H 3 may be expressed as Equation 9 below.

Figure 112012081865072-pat00011
Figure 112012081865072-pat00011

이후, 신호 처리부(300)가 방위각 스케일링된 데이터를 방위각 방향으로 역 고속 푸리에 변환하는 단계(S170)가 진행된다. 이는 방위각 스케일링된 데이터를 방위각 주파수 영역에서 방위각 시간 영역으로 변환하기 위함이다.Thereafter, the signal processor 300 performs an inverse fast Fourier transform on the azimuth scaled data in the azimuth direction (S170). This is to convert the azimuth scaled data from the azimuth frequency domain to the azimuth time domain.

구체적으로, 신호 처리부(300)는 변환된 Sr(fa, fe)에 대해 H4를 곱함으로써 역 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다. H4는 아래의 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.In detail, the signal processor 300 may perform inverse fast Fourier transform by multiplying H 4 by the converted S r (f a , f e ). H 4 may be expressed as Equation 10 below.

Figure 112012081865072-pat00012
Figure 112012081865072-pat00012

최종적으로, 신호 처리부(300)가 아래의 수학식 11과 같은 영상 데이터를 획득하는 단계(S180)가 진행된다.Finally, in step S180, the signal processor 300 acquires image data as shown in Equation 11 below.

Figure 112012081865072-pat00013
Figure 112012081865072-pat00013

도 4는 도 1에 따른 시뮬레이션 데이터의 표적 배치도이다. 도 5는 기존의 영상 처리 알고리즘 중 Back-projection 알고리즘의 영상 데이터 처리 결과를 보여주는 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 영상 데이터 처리 결과를 보여주는 개념도이다.4 is a target layout diagram of simulation data according to FIG. 1. 5 is a conceptual diagram illustrating image data processing results of a back-projection algorithm among existing image processing algorithms, and FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating image data processing results according to the present invention.

기존의 영상 처리 알고리즘 중 Back-projection 알고리즘을 이용하여 도 4와 같은 표적 배치에 대해 영상 형성을 하는 경우, 도 5와 같은 처리 결과가 획득될 수 있다. 이 경우, MATLAB 상에서 처리 시간이 약 6.98초 소요되었다.When image formation is performed on the target arrangement as shown in FIG. 4 using the back-projection algorithm among the existing image processing algorithms, the processing result as shown in FIG. 5 may be obtained. In this case, the processing time took about 6.98 seconds on MATLAB.

반면, 본 명세서에서 제안하는 알고리즘을 이용하여 도 4와 같은 표적 배치에 대해 영상 형성을 하는 경우, 도 6과 같은 처리 결과가 획득될 수 있다. 이 경우, MATLAB 상에서 처리 시간이 약 0.25초 소요되었다.On the other hand, when image formation is performed on the target configuration as shown in FIG. 4 using the algorithm proposed in this specification, the processing result as shown in FIG. 6 may be obtained. In this case, the processing time took about 0.25 seconds on MATLAB.

여기에서, Back-projection 알고리즘을 이용하여 영상을 형성하는 것에 비해, 본 명세서에서 제안하는 알고리즘은 그 처리 속도를 비약적으로 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 그리고, 본 명세서에서 제안하는 알고리즘을 적용하더라도 도 5 및 도 6의 이미지들을 비교해보았을 때, 영상 품질의 큰 저하가 발생하지 않았음을 알 수 있다.Here, it can be seen that the algorithm proposed in the present disclosure can significantly improve the processing speed, compared to forming an image using the back-projection algorithm. In addition, even when the algorithm proposed in the present specification is applied, it can be seen that a significant deterioration of the image quality does not occur when comparing the images of FIGS. 5 and 6.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 영상 품질이 크게 저하되지 않으면서, 처리 속도가 빠른 영상 처리 방법이 사용자에게 제공될 수 있다. 이에 따라, 국방 로봇(예를 들어, 무인 차량)과 같이 실시간 전방 관측 기능이 필요한 플랫폼에 바이스태틱 레이더를 장착할 경우, 영상 형성을 위한 고속 신호 처리가 가능한 본 발명을 기술적으로 적용할 수 있다.As a result, according to the present invention, an image processing method having a high processing speed can be provided to a user without greatly degrading the image quality. Accordingly, when the bistatic radar is mounted on a platform requiring a real-time forward observation function such as a defense robot (for example, an unmanned vehicle), the present invention can be applied technically to enable high-speed signal processing for image formation.

상기와 같이 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법 및 고속 영상 형성 장치는 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.As described above, the high speed image forming method and the high speed image forming apparatus of the bistatic radar are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be modified in various ways so that various modifications may be made. Or some may be selectively combined.

Claims (8)

바이스태틱(bistatic) 방식으로 전파를 송수신하여 데이터를 획득하는 단계;
상기 획득된 데이터에 대해 디처핑 프로세스(dechirping precess)를 수행하는 단계;
상기 디처핑 프로세스를 통해 디처핑된(dechirped) 데이터를 이용하여 주파수 스케일링 함수를 도출하는 단계; 및
상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계를 포함하고,
상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 단계는,
상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 거리 시간 영역에서 레이더 관측 지점의 중심에 대해 RCMC(Range Cell Migration Correction)를 수행하는 단계;
상기 RCMC가 수행된 데이터에 대해 SRC(Secondary Range Compression)를 수행하는 단계;
상기 RCMC 및 상기 SRC가 수행된 데이터가 거리 시간 영역에서 거리 주파수 영역으로 변환되도록, 상기 RCMC 및 상기 SRC가 수행된 데이터를 거리 방향으로 고속 푸리에 변환하는 단계;
상기 거리 주파수 영역으로 변환된 데이터를 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 방위각 스케일링(Azimuth scaling)을 수행하는 단계; 및
상기 방위각 스케일링된 데이터가 방위각 주파수 영역에서 방위각 시간 영역으로 변환되도록, 상기 방위각 스케일링된 데이터를 방위각 방향으로 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법.Obtaining data by transmitting and receiving radio waves in a bistatic manner;
Performing a dechipping process on the obtained data;
Deriving a frequency scaling function using the dechirped data through the dechirping process; And
Obtaining image data using the frequency scaling function;
Acquiring image data by using the frequency scaling function,
Performing range cell migration correction (RCMC) on a center of a radar observation point in a distance time domain using the frequency scaling function;
Performing SRC (Secondary Range Compression) on the data performed by the RCMC;
Fast Fourier transforming the data performed by the RCMC and the SRC in a distance direction so that the data performed by the RCMC and the SRC are converted from a distance time domain to a distance frequency domain;
Performing azimuth scaling on the data converted into the distance frequency domain by using the frequency scaling function; And
And a bidirectional static radar comprising an inverse fast Fourier transform (IFFT) in the azimuth direction such that the azimuth scaled data is transformed from an azimuth frequency domain to an azimuth time domain. High speed image formation method. 제 1 항에 있어서,
상기 디처핑 프로세스는,
송신 주파수 및 수신 주파수 간의 비트 주파수 차이를 구하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법.The method of claim 1,
The dechirping process,
A method of forming a high speed image of a bistatic radar, characterized by a process of obtaining a bit frequency difference between a transmission frequency and a reception frequency. 제 2 항에 있어서,
상기 디처핑된 데이터는 아래의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법.
[수학식]
Figure 112012081865072-pat00014

(ta: 방위각 방향 시간, te: 거리 방향 시간, Rtgt: 표적과 안테나 간 거리, λ: 파장, ke: 처프 모듈레이션 비율(chirp modulation rate), C: 빛의 속도)The method of claim 2,
The dechirped data is expressed by the following equation.
[Mathematical Expression]
Figure 112012081865072-pat00014

(t a : azimuth direction time, t e : distance direction time, R tgt : distance between target and antenna, λ: wavelength, k e : chirp modulation rate, C: speed of light) 제 1 항에 있어서,
상기 디처핑된 데이터를 이용하여 주파수 스케일링 함수를 도출하는 단계는,
상기 디처핑된 데이터가 방위각 시간 영역에서 방위각 주파수 영역으로 변환되도록, 상기 디처핑된 데이터를 방위각 방향으로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 방법.The method of claim 1,
Deriving a frequency scaling function using the dechirped data may include:
Fast Fourier transform (FFT) in the azimuthal direction such that the dechirped data is transformed from azimuthal time domain to azimuthal frequency domain Image formation method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 바이스태틱 방식으로 전파를 송수신하여 데이터를 획득하는 레이더 송수신부;
상기 획득된 데이터에 대해 디처핑 프로세스(dechirping precess)를 수행하는 데이터 변환부; 및
상기 디처핑 프로세스를 통해 디처핑된(dechirped) 데이터를 이용하여 주파수 스케일링 함수를 도출하고,
상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 영상 데이터를 획득하는 신호 처리부를 포함하고,
상기 신호 처리부는,
상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 거리 시간 영역에서 레이더 관측 지점의 중심에 대해 RCMC(Range Cell Migration Correction)를 수행하고,
상기 RCMC가 수행된 데이터에 대해 SRC(Secondary Range Compression)를 수행하고,
상기 RCMC 및 상기 SRC가 수행된 데이터가 거리 시간 영역에서 거리 주파수 영역으로 변환되도록, 상기 RCMC 및 상기 SRC가 수행된 데이터를 거리 방향으로 고속 푸리에 변환하고,
상기 거리 주파수 영역으로 변환된 데이터를 상기 주파수 스케일링 함수를 이용하여 방위각 스케일링(Azimuth scaling)을 수행하고,
상기 방위각 스케일링된 데이터가 방위각 주파수 영역에서 방위각 시간 영역으로 변환되도록, 상기 방위각 스케일링된 데이터를 방위각 방향으로 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)하는 것을 특징으로 하는 바이스태틱 레이더의 고속 영상 형성 장치.A radar transceiver transmitting and receiving a radio wave in a bistatic manner to obtain data;
A data converter configured to perform a dechipping process on the obtained data; And
Using the dechirped data through the dechirping process to derive a frequency scaling function,
A signal processor for acquiring image data using the frequency scaling function;
The signal processing unit,
Range Cell Migration Correction (RCMC) is performed on the center of the radar observation point in the distance time domain by using the frequency scaling function.
SRC (Secondary Range Compression) is performed on the data performed by the RCMC,
Perform fast Fourier transform of the RCMC and SRC data in a distance direction so that the data on which the RCMC and the SRC is performed is converted from a distance time domain to a distance frequency domain,
Azimuth scaling is performed on the data converted into the distance frequency domain by using the frequency scaling function.
Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) of the azimuth scaled data in the azimuth direction so that the azimuth scaled data is transformed from the azimuth frequency domain to the azimuth time domain. Device.
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