KR101601152B1 - 레이더 영상 신호 처리 방법 및 그 시스템 - Google Patents
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Abstract
레이더 영상 신호 처리 방법 및 그 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법은 레이더 영상 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 단계; 상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시키는 단계; 상기 중심 주파수가 이동된 시간 영역의 신호 데이터 각각을 주파수 영역으로 변환하는 단계; 상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 미리 설정된 값으로 변경하는 단계; 상기 미리 설정된 값으로 변경된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 단계; 및 상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 데시메이션(decimation)을 수행하여 발신 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 레이더 영상 신호 처리 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더 영상 신호의 품질 저하 없이 데이터 크기를 감소시켜 고해상도 영상을 획득할 수 있는 레이더 영상 신호 처리 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 레이더(Radio Detection And Ranging: RADAR)는 송신기 구성과 수신기 구성을 모두 포함하여, 물체의 위치 또는 방향의 탐지와 거리 또는 속도의 측정을 주요 기능으로 한다. 그 가운데 피탐지체의 거리 및 속도의 측정은 각각 전파의 전파 속도와 전파 소요 시간 및 반사 혹은 산란된 전파가 포함하고 있는 도플러 효과에 의한 주파수 편이의 측정에 바탕을 둔다.
합성 개구 레이더(SAR: Synthetic Aperture Radar)는 일반적인 레이더들과는 달리 레이더로부터 송신되는 탐지신호가 지상에 위치하는 물체로부터 반사되는 것을 이용하여 지상의 물체에 대한 3차원 영상 정보를 생성하여 제공할 수 있는 레이더로써 기상 상태와 상관없이 활용 가능한 장점을 가진다.
이러한 SAR는 기상의 변화나 낮과 밤에 크게 영향받지 않기 때문에 위성을 통한 환경 및 재난감시 분야에서 주목받고 있다. 우리나라도 소형위성을 지구 저궤도(low earth orbit)에 띄워서 정찰업무를 수행하기 위한 움직임을 보이고 있다. 이러한 SAR 를 통해 고해상도의 품질 높은 영상을 획득하기 위해서는 큰 데이터 레이트(data rate)가 요구된다.
기존에 고해상도의 영상을 획득하기 위한 방법들로, 데시메이션(decimation) 기법과 디램핑(deramping) 기법이 있다. 하지만, 하드웨어 레벨에서의 데시메이션(decimation) 기법은 신호품질의 저하가 발생할 우려가 있으며, 디램핑(deramping) 기법은 시간 동기화(time sync)를 정확히 맞추지 못하면 성능이 크게 저하되는 문제점이 있다.
이와 같이, 현재 사용되고 있는 하드웨어 사양의 한계로 인하여 고해상도에서 요구하는 데이터 레이트를 처리할 수 없으며, 따라서, 신호품질에 영향을 주지 않으면서 데이터 레이트를 줄일 수 있는 방법의 필요성이 대두된다.
본 발명의 실시예들은, 레이더 영상 신호의 품질 저하 없이 데이터 크기를 감소시켜 고해상도 영상을 획득할 수 있는 레이더 영상 신호 처리 방법 및 그 시스템을 제공한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법은 레이더 영상 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 단계; 상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시키는 단계; 상기 중심 주파수가 이동된 시간 영역의 신호 데이터 각각을 주파수 영역으로 변환하는 단계; 상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 미리 설정된 값으로 변경하는 단계; 상기 미리 설정된 값으로 변경된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 단계; 및 상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 데시메이션(decimation)을 수행하여 발신 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시키는 단계는 상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 상기 중심 주파수를 0으로 주파수 이동시킬 수 있다.
상기 발신 신호를 생성하는 단계는 상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 샘플링 주파수 영역과 영상 신호 주파수 영역의 비율을 이용한 데시메이션을 수행함으로써, 상기 발신 신호를 생성할 수 있다.
상기 주파수 영역으로 변환하는 단계는 디지털 푸리에 변환(DFT; Digital Fourier Transform)을 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환하고, 상기 시간 영역으로 변환하는 단계는 역 디지털 푸리에 변환(IDFT; Inverse DFT)을 이용하여 상기 시간 영역으로 변환할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법은 상기 발신 신호를 수신하고, 상기 수신된 발신 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 단계; 상기 분할된 시구간들 각각의 데이터에 대하여, 주파수 영역으로 변환하는 단계; 상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 제로-패딩(zero-padding)을 수행하는 단계; 상기 제로-패딩이 수행된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 단계; 및 상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 데이터 각각에 대하여, 중심 주파수를 상기 미리 설정된 주파수에서 이전 중심 주파수로의 주파수 이동을 수행하여 복원 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템은 레이더 영상 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 제1 분할부; 상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시키는 주파수 이동부; 상기 중심 주파수가 이동된 시간 영역의 신호 데이터 각각을 주파수 영역으로 변환하는 제1 변환부; 상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 미리 설정된 값으로 변경하는 변경부; 상기 미리 설정된 값으로 변경된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 제2 변환부; 및 상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 데시메이션(decimation)을 수행하여 발신 신호를 생성하는 제1 생성부를 포함한다.
상기 주파수 이동부는 상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 상기 중심 주파수를 0으로 주파수 이동시킬 수 있다.
상기 생성부는 상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 샘플링 주파수 영역과 영상 신호 주파수 영역의 비율을 이용한 데시메이션을 수행함으로써, 상기 발신 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 변환부는 디지털 푸리에 변환(DFT; Digital Fourier Transform)을 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환하고, 상기 제2 변환부는 역 디지털 푸리에 변환(IDFT; Inverse DFT)을 이용하여 상기 시간 영역으로 변환할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템은 상기 발신 신호를 수신하고, 상기 수신된 발신 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 제2 분할부; 상기 분할된 시구간들 각각의 데이터에 대하여, 주파수 영역으로 변환하는 제3 변환부; 상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 제로-패딩(zero-padding)을 수행하는 제로 패딩부; 상기 제로-패딩이 수행된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 제4 변환부; 및 상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 데이터 각각에 대하여, 중심 주파수를 상기 미리 설정된 주파수에서 이전 중심 주파수로의 주파수 이동을 수행하여 복원 신호를 생성하는 제2 생성부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 레이더 영상 신호의 품질 저하 없이 데이터 크기를 감소시켜 고해상도 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 하드웨어적인 추가 구성없이 데이터 크기를 감소시켜 고해상도 영상을 획득할 수 있기 때문에 시스템 구축 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법의 영상 신호 압축 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 SAR 데이터 압축 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 3은 영상 신호 압축 과정에서의 각 시구간별 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법의 영상 신호 복원 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5는 데이터 복원 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 zero-padding을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템에서의 영상 신호 압축 과정에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템에서의 영상 신호 복원 과정에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 SAR 데이터 압축 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 3은 영상 신호 압축 과정에서의 각 시구간별 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법의 영상 신호 복원 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5는 데이터 복원 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 zero-padding을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템에서의 영상 신호 압축 과정에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템에서의 영상 신호 복원 과정에 대한 구성을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 실시예들은, 레이더 영상 신호 예를 들어, SAR 영상 신호의 품질 저하 없이 데이터 크기를 감소시켜 고해상도 영상을 획득하는 것을 그 요지로 한다.
여기서, 본 발명의 실시예들은, 디지털 푸리에 변환(DFT; Digital Fourier Transform)를 사용함으로써, 하나의 샘플링 윈도우(sampling window) 내에서 구간을 분할하는 방식이 다를 수 있으며, FFT(Fast Fourier Transform)과는 다른 하드웨어 구조를 가질 뿐만 아니라 시구간의 크기를 자유롭게 설정할 수 있어서 데이터 압축비를 보다 좋게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법의 영상 신호 압축 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 레이더 영상 신호를 압축한 발신 신호를 생성하여 발신하는 장치 예를 들어, 위성에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 레이더 영상 신호를 압축하는 과정은 레이더 예를 들어, SAR에 의해 생성된 레이더 영상 신호에 대한 데이터 압축을 위하여, 하나의 샘플링 윈도우를 미리 설정된 크기를 가지는 복수의 시구간들로 분할한다(S110).
여기서, 단계 S110은 효율적인 데시메이션(decimation)을 수행하기 위하여, 신호 영역대를 고려하는 시구간 분할을 수행할 수 있으며, 샘플링 윈도우 크기와 펄스 폭을 이용하여 시구간 분할을 수행함으로써, 각 시구간별 시작 샘플 번호와 끝 샘플 번호를 획득할 수 있다.
단계 S110에 의해 복수의 시구간들로 분할되면, 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시킨다(S120).
여기서, 단계 S120은 복수의 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 0으로 이동시킴으로써, 주파수 이동(frequency shift)를 수행할 수 있다.
단계 S120은 각 시구간별로 영상 신호 스펙트럼의 중심이 0이 되도록 주파수 이동을 수행하는 단계로서, 각 시구간별 시작 시간과 끝 시간, 시간에 대한 첩 신호 주파수의 증가 비율(chirp rate)를 이용한 주파수 이동을 수행함으로써, 각 시구간별 주파수 이동 폭을 획득할 수 있다.
단계 S120에 의해 중심 주파수가 미리 설정된 주파수로 이동되면 중심 주파수가 이동된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, DFT를 수행함으로써, 신호 데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다(S130).
여기서, 단계 S130은 시간 영역의 신호 데이터를 주파수 영역으로 변환하는 단계로, 시간 영역에서의 각 시구간별 신호 데이터를 DFT 함으로써, 주파수 영역에서의 각 시구간별 신호 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S130에 의해 시간 영역의 신호 데이터 각각이 주파수 영역으로 변환되면, 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 미리 설정된 값으로 변경하는 마스킹(masking)을 수행한다(S140).
여기서, 단계 S140은 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 0으로 변경함으로써, 마스킹을 수행할 수 있다.
단계 S140은 영상 신호 영역을 제외한 주파수 성분을 제거하여 데시메이션 시 에일리어싱(aliasing)을 방지하는 단계로, 주파수 영역에서의 각 시구간별 신호 데이터, 각 시구간 별 주파수 이동 폭, 샘플링 주파수를 이용한 마스킹을 수행함으로써, 영상신호 영역을 제외한 주파수 영역대가 0으로 처리된 신호 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S140에 의해 마스킹이 수행되면, 미리 설정된 값으로 변경된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, IDFT를 수행함으로써, 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환한다(S150).
여기서, 단계 S150은 주파수 영역의 신호 데이터를 시간 영역으로 변환하는 단계로, 주파수 영역에서의 영상 신호 영역을 제외한 주파수 영역대가 0으로 처리된 각 신호 데이터를 IDFT 함으로써, 시간 영역으로 변환된 각 시구간별 신호 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S150에 의하여 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환된 각 시구간별 신호 데이터에 대하여, 데시메이션(decimation)을 수행함으로써, 영상 신호의 품질 저하 없이 데이터 크기를 감소시킨 발신 신호를 생성한다(S160).
여기서, 단계 S160은 샘플링 주파수 영역과 영상 신호 주파수 영역의 비율을 이용하여 데시메이션을 수행하고, 각 시구간별 데시메이션 결과에 기초하여 발신 신호를 생성하는 단계로, 시간 영역으로 변환된 데이터, 각 시구간 별 주파수 이동 폭, 샘플링 주파수를 이용한 데시메이션을 수행함으로써, 각 시구간별 데시메이션이 수행된 데이터를 획득하고, 획득된 각 시구간별 데시메이션이 수행된 데이터를 이용하여 발신 신호를 생성할 수 있다. 즉, 단계 S160은 각 시구간별 신호 데이터의 샘플링 주파수와 영상 신호 대역폭의 크기로부터 계산한 비율로 데시메이션을 수행함으로써, 발신 신호를 생성할 수 있다.
이러한 레이더 영상 신호 압축 과정은 레이더 영상 신호를 획득하고 압축하여 발신하는 장치 예를 들어, 위성 등에서 수행될 수 있으며, 레이더 영상 신호 압축 과정에 대해 도 2와 도 3을 참조하여 조금 더 설명하면 다음과 같다.
도 2는 SAR 데이터 압축 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이고, 도 3은 영상 신호 압축 과정에서의 각 시구간별 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다. 여기서, 도 3은 도 2의 과정을 주파수 영역에서 도시한 것이다.
도 3에 도시된 Δt는 해당 시구간의 크기를 의미하고, Fsmax는 샘플링 주파수를 의미하며, Fcut은 샘플링 주파수에서 해당 구간의 중심주파수를 뺀 값을 의미한다.
도 2와 도 3을 참조하면, SAR 데이터 압축 과정(100)은 데이터 압축을 위하여 샘플링 윈도우를 복수의 시구간(interval 1 ~ interval n)으로 분할하여 각각의 시구간에 대하여 압축 프로세스를 실행한다(110).
그리고, 각 시구간(interval 1 ~ interval n)의 중심주파수가 0이되도록 시간 영역에서 주파수 이동(frequency shift)을 수행한다(120).
디지털 푸리에 변환(DFT)을 통하여 시간 영역의 신호 데이터를 주파수 영역으로 변환(130)하고, 변환된 데이터에서 영상 신호가 존재하는 구간을 제외한 모든 주파수 성분을 0으로 변경하는 마스킹(masking)을 수행한다(140). 이 신호를 역 디지털 푸리에 변환(IDFT)을 통하여 다시 시간 영역의 값으로 변환한다(150). 이후, 각 시구간별로 계산된 비율에 따라서 데시메이션을 수행하여 발신 신호를 생성한다(160).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 방법의 영상 신호 복원 과정에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 레이더 영상 신호를 복원하는 과정은 도 1의 단계 S160에 의해 생성된 발신 신호가 송신측 예를 들어, 위성으로부터 전송되어 수신되면 수신된 수신 신호로부터 레이더 영상 신호를 복원하기 위하여, 수신 신호에 대한 하나의 샘플링 윈도우를 미리 설정된 크기를 가지는 복수의 시구간들로 분할한다(S410).
여기서, 단계 S410은 도 1의 단계 S110과 같은 개수의 시구간으로 분할할 수 있으며, 샘플링 윈도우 크기와 펄스 폭을 이용하여 시구간 분할을 수행함으로써, 각 시구간별 시작 샘플 번호와 끝 샘플 번호를 획득할 수 있다.
단계 S410에 의해 복수의 시구간들로 분할되면, 분할된 시구간들 각각의 데이터에 대하여, DFT를 수행함으로써, 데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다(S420).
여기서, 단계 S420은 시간 영역의 데이터를 주파수 영역으로 변환하는 단계로, 시간 영역에서의 각 시구간별 데이터를 DFT 함으로써, 주파수 영역에서의 각 시구간별 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S420에 의해 시간 영역의 데이터 각각이 주파수 영역으로 변환되면, 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 제로-패딩(zero-padding)을 수행한다(S430).
여기서, 단계 S430은 데시메이션된 데이터를 샘플링 주파수에 맞게 확장하고, 영상신호 영역이 아닌 주파수 성분은 0으로 설정하는 단계로, 주파수 영역에서의 각 시구간별 데이터에 대하여 제로-패딩을 수행함으로써, 각 시구간별 제로-패딩 처리된 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S430에 의해 복수의 시구간별 각각의 데이터에 대하여 제로-패딩 처리된 데이터가 획득되면, 복수의 시구간별 각각의 제로-패딩 처리된 데이터에 대하여, IDFT를 수행함으로써, 주파수 영역의 데이터를 시간 영역의 데이터로 변환한다(S440).
여기서, 단계 S440은 주파수 영역의 데이터를 시간 영역으로 변환하는 단계로, 주파수 영역에서의 제로-패딩 처리된 각 데이터를 IDFT 함으로써, 시간 영역으로 변환된 각 시구간별 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S440에 의해 제로-패딩 처리된 각 데이터가 주파수 영역으로 변환되면 IDFT 처리된 데이터 각각에 대하여, 주파수 이동을 수행하여 복원 신호를 생성한다(S450).
여기서, 단계 S450은 도 1의 레이더 영상 신호를 압축하는 과정에서 이동된 주파수를 원래 영역으로 복원하는 단계로서, 시간 영역에서의 각 시구간별 데이터, 각 시구간 별 주파수 이동 폭을 이용한 주파수 이동을 수행함으로써, 레이저 영상 신호 데이터가 복원된 복원 신호를 생성할 수 있다.
이러한 레이더 영상 신호 복원 과정은 발신 신호를 수신하고 복원하는 장치 예를 들어, 지상국 등에서 수행될 수 있으며, 레이더 영상 신호를 복원하는 과정에 대해 도 5와 도 6을 참조하여 조금 더 설명하면 다음과 같다.
도 5는 데이터 복원 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이고, 도 6은 zero-padding을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 Fs는 신호의 대역폭을 의미하고, Fsmax는 샘플링 주파수를 의미한다.
도 5와 도 6을 참조하면, 데이터 복원 과정(200)은 도 1을 통해 압축되어 발신된 발신 신호를 수신하여 원래의 신호로 복원하기 위한 프로세스를 실행하는 것으로, 복원 프로세스는 샘플링 윈도우를 복수의 시구간(interval 1 ~ interval n)으로 분할하여 각각의 시구간에 대하여 복원 프로세스를 실행한다(210).
복원 프로세스는 복수의 시구간들 각각에 대하여 수행한 후, 결과값들을 취합하는 형태로 이루어진다. 복수의 시구간들 각각에 대하여, 수신된 신호를 디지털 푸리에 변환(DFT)을 통하여 주파수 영역으로 변환(210)하고, 변환된 신호 값에 제로-패딩(zero-padding)을 수행하여 샘플링 주파수와 같은 영역대의 신호로 만들어준다(230).
여기서, 제로-패딩에 대한 과정은 도 6에 도시된 바와 같이, 데시메이션된 데이터를 샘플링 주파수(Fsmax)에 맞게 확장하고, 영상신호 영역(received data)이 아닌 주파수 성분을 0으로 설정한다.
이 신호를 역 디지털 푸리에 변환(IDFT)을 통해 시간 영역의 데이터로 변환한다(240). 그리고 이 신호의 중심 주파수가 원래 신호의 중심 주파수와 같은 값이 되도록 주파수 이동(frequency shift)을 수행하여 시구간들 각각의 신호를 복원함으로써, 복원 신호를 생성한다(250).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 레이더 영상 신호의 품질 저하 없이 데이터 크기를 감소시켜 고해상도 영상을 획득할 수 있으며, 하드웨어적인 추가 구성없이 데이터 크기를 감소시켜 고해상도 영상을 획득할 수 있기 때문에 시스템 구축 비용을 줄일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템에서의 영상 신호 압축 과정에 대한 구성을 나타낸 것으로, 도 1 내지 도 3의 방법을 수행하는 영상 신호 압축 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 위성 등에 구성되는 영상 신호 압축 장치(700)는 제1 분할부(710), 주파수 이동부(720), 제1 변환부(730), 변경부(740), 제2 변환부(750) 및 제1 생성부(760)를 포함한다.
제1 분할부(710)는 레이더 예를 들어, SAR에 의해 생성된 레이더 영상 신호에 대한 데이터 압축을 위하여, 하나의 샘플링 윈도우를 미리 설정된 크기를 가지는 복수의 시구간들로 분할한다.
여기서, 제1 분할부(710)는 효율적인 데시메이션(decimation)을 수행하기 위하여, 신호 영역대를 고려하는 시구간 분할을 수행할 수 있으며, 샘플링 윈도우 크기와 펄스 폭을 이용하여 시구간 분할을 수행함으로써, 각 시구간별 시작 샘플 번호와 끝 샘플 번호를 획득할 수 있다.
주파수 이동부(720)는 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시킨다.
여기서, 주파수 이동부(720)는 복수의 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 0으로 이동시킴으로써, 주파수 이동(frequency shift)를 수행할 수 있으며, 각 시구간별 시작 시간과 끝 시간, 시간에 대한 첩 신호 주파수의 증가 비율(chirp rate)를 이용한 주파수 이동을 수행함으로써, 각 시구간별 주파수 이동 폭을 획득할 수 있다.
제1 변환부(730)는 중심 주파수가 이동된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, DFT를 수행함으로써, 신호 데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다.
변경부(740)는 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 미리 설정된 값으로 변경하는 마스킹(masking)을 수행한다.
여기서, 변경부(740)는 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 0으로 변경함으로써, 마스킹을 수행할 수 있다.
이 때, 변경부(740)는 영상 신호 영역을 제외한 주파수 성분을 제거하여 데시메이션 시 에일리어싱(aliasing)을 방지하는 구성 수단으로, 주파수 영역에서의 각 시구간별 신호 데이터, 각 시구간 별 주파수 이동 폭, 샘플링 주파수를 이용한 마스킹을 수행함으로써, 영상신호 영역을 제외한 주파수 영역대가 0으로 처리된 신호 데이터를 획득할 수 있다.
제2 변환부(750)는 미리 설정된 값으로 변경된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, IDFT를 수행함으로써, 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환한다.
제1 생성부(760)는 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환된 각 시구간별 신호 데이터에 대하여, 데시메이션(decimation)을 수행함으로써, 영상 신호의 품질 저하 없이 데이터 크기를 감소시킨 발신 신호를 생성한다.
여기서, 제1 생성부(760)는 샘플링 주파수 영역과 영상 신호 주파수 영역의 비율을 이용하여 데시메이션을 수행하고, 각 시구간별 데시메이션 결과에 기초하여 발신 신호를 생성하는 구성 수단으로, 시간 영역으로 변환된 데이터, 각 시구간 별 주파수 이동 폭, 샘플링 주파수를 이용한 데시메이션을 수행함으로써, 각 시구간별 데시메이션이 수행된 데이터를 획득하고, 획득된 각 시구간별 데시메이션이 수행된 데이터를 이용하여 발신 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제1 생성부(760)는 각 시구간별 신호 데이터의 샘플링 주파수와 영상 신호 대역폭의 크기로부터 계산한 비율로 데시메이션을 수행함으로써, 발신 신호를 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 영상 신호 처리 시스템에서의 영상 신호 복원 과정에 대한 구성을 나타낸 것으로, 도 4 내지 도 6의 방법을 수행하는 영상 신호 복원 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 위성국 등에 구성되는 영상 신호 복원 장치(800)는 제2 분할부(810), 제3 변환부(820), 제로 패딩부(830), 제4 변환부(840) 및 제2 생성부(850)를 포함한다.
제2 분할부(810)는 위성과 같은 도 7의 장치(700)로부터 전송된 발신 신호가 수신되면 수신된 수신 신호로부터 레이더 영상 신호를 복원하기 위하여, 수신 신호에 대한 하나의 샘플링 윈도우를 미리 설정된 크기를 가지는 복수의 시구간들로 분할한다.
여기서, 제2 분할부(810)는 도 7의 제1 분할부(710)와 같은 개수의 시구간으로 분할할 수 있으며, 샘플링 윈도우 크기와 펄스 폭을 이용하여 시구간 분할을 수행함으로써, 각 시구간별 시작 샘플 번호와 끝 샘플 번호를 획득할 수 있다.
제3 변환부(820)는 분할된 시구간들 각각의 데이터에 대하여, DFT를 수행함으로써, 데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다.
제로 패딩부(830)는 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 제로-패딩(zero-padding)을 수행한다.
여기서, 제로 패딩부(830)는 데시메이션된 데이터를 샘플링 주파수에 맞게 확장하고, 영상신호 영역이 아닌 주파수 성분은 0으로 설정하는 구성 수단으로, 주파수 영역에서의 각 시구간별 데이터에 대하여 제로-패딩을 수행함으로써, 각 시구간별 제로-패딩 처리된 데이터를 획득할 수 있다.
제4 변환부(840)는 복수의 시구간별 각각의 제로-패딩 처리된 데이터에 대하여, IDFT를 수행함으로써, 주파수 영역의 데이터를 시간 영역의 데이터로 변환한다.
제2 생성부(850)는 제로-패딩 처리된 각 데이터가 주파수 영역으로 변환되면 IDFT 처리된 데이터 각각에 대하여, 주파수 이동(frequency shift)을 수행하여 복원 신호를 생성한다.
여기서, 제2 생성부(850)는 도 7의 장치(700)에서 레이더 영상 신호를 압축하는 과정에서 이동된 주파수를 원래 영역으로 복원하는 구성 수단으로, 시간 영역에서의 각 시구간별 데이터, 각 시구간 별 주파수 이동 폭을 이용한 주파수 이동을 수행함으로써, 레이저 영상 신호 데이터가 복원된 복원 신호를 생성할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (10)
- 레이더 영상 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 단계;
상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시키는 단계;
상기 중심 주파수가 이동된 시간 영역의 신호 데이터 각각을 주파수 영역으로 변환하는 단계;
상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 미리 설정된 값으로 변경하는 단계;
상기 미리 설정된 값으로 변경된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 단계; 및
상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 데시메이션(decimation)을 수행하여 발신 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 레이더 영상 신호 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시키는 단계는
상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 상기 중심 주파수를 0으로 주파수 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 발신 신호를 생성하는 단계는
상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 샘플링 주파수 영역과 영상 신호 주파수 영역의 비율을 이용한 데시메이션을 수행함으로써, 상기 발신 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 주파수 영역으로 변환하는 단계는
디지털 푸리에 변환(DFT; Digital Fourier Transform)을 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환하고,
상기 시간 영역으로 변환하는 단계는
역 디지털 푸리에 변환(IDFT; Inverse DFT)을 이용하여 상기 시간 영역으로 변환하는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 발신 신호를 수신하고, 상기 수신된 발신 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 단계;
상기 분할된 시구간들 각각의 데이터에 대하여, 주파수 영역으로 변환하는 단계;
상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 제로-패딩(zero-padding)을 수행하는 단계;
상기 제로-패딩이 수행된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 단계; 및
상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 데이터 각각에 대하여, 중심 주파수를 상기 미리 설정된 주파수에서 이전 중심 주파수로의 주파수 이동을 수행하여 복원 신호를 생성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 방법. - 레이더 영상 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 제1 분할부;
상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 중심 주파수를 미리 설정된 주파수로 이동시키는 주파수 이동부;
상기 중심 주파수가 이동된 시간 영역의 신호 데이터 각각을 주파수 영역으로 변환하는 제1 변환부;
상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 영상 신호가 존재하지 않는 주파수 성분을 미리 설정된 값으로 변경하는 변경부;
상기 미리 설정된 값으로 변경된 주파수 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 제2 변환부; 및
상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 데시메이션(decimation)을 수행하여 발신 신호를 생성하는 제1 생성부
를 포함하는 레이더 영상 신호 처리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 주파수 이동부는
상기 분할된 시구간들 각각의 신호 데이터에 대하여, 상기 중심 주파수를 0으로 주파수 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 생성부는
상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 신호 데이터 각각에 대하여, 샘플링 주파수 영역과 영상 신호 주파수 영역의 비율을 이용한 데시메이션을 수행함으로써, 상기 발신 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제1 변환부는
디지털 푸리에 변환(DFT; Digital Fourier Transform)을 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환하고,
상기 제2 변환부는
역 디지털 푸리에 변환(IDFT; Inverse DFT)을 이용하여 상기 시간 영역으로 변환하는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 발신 신호를 수신하고, 상기 수신된 발신 신호를 복수의 시구간들로 분할하는 제2 분할부;
상기 분할된 시구간들 각각의 데이터에 대하여, 주파수 영역으로 변환하는 제3 변환부;
상기 주파수 영역으로 변환된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 제로-패딩(zero-padding)을 수행하는 제로 패딩부;
상기 제로-패딩이 수행된 주파수 영역의 데이터 각각에 대하여, 시간 영역으로 변환하는 제4 변환부; 및
상기 시간 영역으로 변환된 시간 영역의 데이터 각각에 대하여, 중심 주파수를 상기 미리 설정된 주파수에서 이전 중심 주파수로의 주파수 이동을 수행하여 복원 신호를 생성하는 제2 생성부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 영상 신호 처리 시스템.
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