KR20230073609A - Method for accelerating phase gradient autofocus of synthetic aperture radar for unmanned aerial vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for accelerating phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar (SAR) for an unmanned aerial vehicle, which comprises the steps of: in order to compensate for images caused by the fluctuation of the unmanned aerial vehicle and the measurement error of an inertial measurement unit (IMU) in the SAR using the unmanned aerial vehicle, splitting the image into a plurality of column-directed (LAZ) blocks and row-directed (LR) blocks, and sequentially attaching the plurality of LR blocks (LR) belonging to a second column and columns after the second column after the plurality of (LR) blocks belonging to a first column, thereby generating modulated (LR*LAZ) blocks; performing parallel processing on the images of the modulated (LR*LAZ) blocks using a graphics processing unit (GPU), to perform a phase gradient autofocus (PGA) operation including Azimuth fast Fourier transform (FFT), maximum scattering point extraction, windowing, phase error derivative estimation, phase error extraction, and phase correction; and after phase gradient autofocus operation of the modulated blocks is completed, performing demodulation into the plurality of (LAZ) blocks and the plurality of LR blocks. The present invention can greatly improve the processing speed and quality of the SAR images.

Description

무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법{Method for accelerating phase gradient autofocus of synthetic aperture radar for unmanned aerial vehicle}Method for accelerating phase gradient autofocus of synthetic aperture radar for unmanned aerial vehicle}

본 발명은 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus)의 연산 가속화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상을 다중블록으로 변조한 후 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산을 그래픽 처리 유닛(GPU; Graphic Processing Unit)을 활용해 가속화하여, 무인 항공기를 이용한 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)에서 기체 요동에 의한 영상 품질 왜곡을 고속으로 보정할 수 있는 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an operation acceleration method for Phase Gradient Autofocus (PGA) of a Synthetic Aperture Radar (SAR) for an unmanned aerial vehicle, and more particularly, to a Synthetic Aperture Radar (SAR) After modulating the image of ) into multiple blocks, the Phase Gradient Autofocus (PGA) operation is accelerated using a Graphic Processing Unit (GPU) to obtain synthetic aperture radar (SAR) using an unmanned aerial vehicle. A method for accelerating the phase gradient autofocus of synthetic aperture radar for unmanned aerial vehicles capable of high-speed correction of image quality distortion due to aircraft fluctuation in Aperture Radar.

RF(Radio Frequency) 신호는 주야간 및 전천후 시에도 원거리 광범위 지역 정찰을 위해 널리 이용되고 있다. 상술한 RF(Radio Frequency) 신호를 이용한 레이더 시스템으로서는, 항공기에 레이더를 탑재하여 고해상도 레이더 영상을 획득하는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar) 시스템과, 고정된 레이더를 사용하여 움직이는 표적에 대한 레이더 영상을 획득하는 역합성 개구 레이더(ISAR; Inverse Synthetic Aperture Radar) 시스템이 각광 받고 있다.RF (Radio Frequency) signals are widely used for long-distance and wide-area reconnaissance even in day and night conditions and in all weather conditions. As a radar system using the above-described RF (Radio Frequency) signal, a synthetic aperture radar (SAR) system for acquiring a high-resolution radar image by mounting a radar on an aircraft and a radar for a moving target using a fixed radar An Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) system that acquires images is in the spotlight.

이 중 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar) 시스템은 항공기 이동에 의해 개구면(Aperture)이 넓어지는 효과가 있으므로, 고해상도 레이더 영상을 획득할 수 있는 장점이 있지만, 무인 항공기의 요동과 관성항법장치(IMU; Inertial Measurement Unit)의 측정 오차에 의한 영상 왜곡을 보상하기 위해 자동 초점(Autofocus) 방법 적용이 필요하며, 이러한 자동 초점(Autofocus)의 대표적인 방법으로는 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus)이 있다. Among them, the Synthetic Aperture Radar (SAR) system has the effect of widening the aperture due to the movement of the aircraft, so it has the advantage of obtaining high-resolution radar images. In order to compensate for image distortion caused by measurement errors of the Inertial Measurement Unit (IMU), it is necessary to apply an autofocus method, and a representative method of this autofocus is a phase gradient autofocus (PGA). ) is there.

그런데 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar) 영상의 관측폭(swath)이 커질수록 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 방법은 반복 연산을 여러 번 수행해야하므로, 전체 연산 시간이 증가할 뿐만 아니라 영상의 가장자리에서 위상 오차 추정이 어려워서, 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar) 시스템의 영상 처리 속도 및 품질이 모두 저하되는 문제점이 있었다.However, as the swath of the Synthetic Aperture Radar (SAR) image increases, the Phase Gradient Autofocus (PGA) method needs to perform the iterative operation several times, which not only increases the overall computation time. In addition, it is difficult to estimate the phase error at the edge of the image, so both the image processing speed and quality of the synthetic aperture radar (SAR) system are degraded.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1738811호에 게시되어 있다.The background art of the present invention is published in Korean Patent Registration No. 10-1738811.

따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무인 항공기를 이용한 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)에서 기체 요동에 의한 영상 품질 왜곡을 해결하기 위해, 영상을 다수의 블록으로 분할하여 변조한 후 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산을 그래픽 처리 유닛(GPU; Graphic Processing Unit)을 이용하여 병렬 처리하고, 변조된 영상을 복조하여 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상 보정 연산을 가속화할 수 있는 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and the technical problem to be achieved by the present invention is to solve image quality distortion due to aircraft fluctuation in a synthetic aperture radar (SAR) using an unmanned aerial vehicle. To do this, after dividing the image into multiple blocks and modulating them, parallel processing of Phase Gradient Autofocus (PGA) operation is performed using a Graphic Processing Unit (GPU), and the modulated image is demodulated and synthesized. It is to provide a method for accelerating the phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar (SAR) for an unmanned aerial vehicle capable of accelerating an image correction operation of a synthetic aperture radar (SAR).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법은 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상이 행렬 형태로 입력되고, 상기 행렬 형태의 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상을 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)으로 분할하여, 각각의 블록 별로 상기 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상 왜곡을 보정하는 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법에 있어서, 상기 분할되어 있는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)에서 제 1열에 속한 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR) 뒤에 제 2열 이후에 속한 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)들을 순차적으로 붙여서 배열하여, 변조된 블록(LR*LAZ)을 생성하는 단계, 상기 변조된 블록(LR*LAZ)들의 영상을 그래픽 처리 유닛(GPU; Graphic Processing Unit)을 이용하여 병렬처리하여, Azimuth FFT(Fast Fourier Transform), 최대 산란점 추출, 윈도우 적용, 위상 오차 미분값 추정, 위상 오차 추출 및 위상 보정을 포함하는 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산을 수행하는 단계 및 상기 변조된 블록들의 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산이 완료된 후에, 변조된 블록(LR*LAZ)에서 상기 변조를 수행하기 전의 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)으로 복조하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, in the method for accelerating operation of the phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, the synthetic aperture radar (SAR) image is input in the form of a matrix The image of the synthetic aperture radar (SAR) in matrix form is divided into blocks LAZ in the direction of a plurality of columns (Column, Azimuth) and blocks (LR) in the direction of a plurality of rows (Row, Range). In the method of accelerating the phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle that corrects image distortion of the synthetic aperture radar (SAR) for each block, the divided synthetic aperture radar ( SAR (Synthetic Aperture Radar) in the direction of multiple rows (Row, Range) belonging to the first column in the block (LAZ) in the direction of multiple columns (Column, Azimuth) and the block (LR) in the direction of multiple rows (Row, Range) Generating a modulated block (LR*LAZ) by sequentially attaching and arranging a plurality of rows (Row, Range)-direction blocks (LR) belonging to the second column and beyond after the block (LR) of Azimuth FFT (Fast Fourier Transform), maximum scattering point extraction, window application, phase error derivative estimation, phase error extraction by processing images of (LR*LAZ) in parallel using a graphic processing unit (GPU) and performing a phase gradient autofocus (PGA) operation including phase correction, and after the phase gradient autofocus (PGA) operation of the modulated blocks is completed, the modulated block (LR* LAZ) to a block (LAZ) in the direction of a plurality of columns (Azimuth) and a block (LR) in the direction of a plurality of rows (Row, Range) of the Synthetic Aperture Radar (SAR) before performing the modulation. demodulation step is included.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법은, 상기 변조하는 단계에서는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)에서 획득되는 복소수 압축 영상 데이터 행렬 요소(Element) 각각에 그래픽 처리 유닛(GPU; Graphic Processing Unit)을 이용한 고속 병렬 연산을 위한 쓰레드(Thread) 번호(i)를 할당하고, 영상 행렬 요소(Element)들의 열(Column) 번호(ic)는 쓰레드(Thread) 번호(i)와 열(Column)의 크기(Mc)를 나머지 연산(i%Mc)으로 구하며, 영상 행렬 요소(Element)들의 행(Row) 번호(ir)는 쓰레드(Thread) 번호(i)와 열(Column)의 크기(Mc)를 정수 내림 연산(

Figure pat00001
i/Mc
Figure pat00002
)으로 구하고, 영상 행렬 요소(Element)들의 일차원 번호(in)은 상기 영상 행렬 요소(Element)들의 행(Row) 번호(ir)와 상기 열(Column)의 크기(Mc)의 곱과 상기 영상 행렬 요소(Element)들의 열(Column) 번호(ic)의 합(ir*Mc + ic)로 구하며, 블록의 열(Column) 번호(lc)는 상기 영상 행렬 요소(Element)들의 열(Column) 번호(ic)와 블록의 열(Column) 크기(Kc)를 정수 내림 연산(
Figure pat00003
ic/Kc
Figure pat00004
)으로 구하고, 블록의 행(Row) 번호(lr)는 상기 영상 행렬 요소(Element)들의 행(Row) 번호(ir)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)를 정수 내림 연산(
Figure pat00005
ir/Kr
Figure pat00006
)으로 구하며, 블록의 일차원 번호(ln)은 상기 블록의 열(Column) 번호(lc)와 행(Row, Range) 방향의 블록의 개수(Lr)의 곱과 상기 블록의 행(Row) 번호(lr)의 합(lc*Lr + lr)으로 구하며, 변조 블록의 열(Column) 번호(kc)는 상기 영상 행렬 요소(Element)들의 열(Column) 번호(ic)와 블록의 열(Column) 크기(Kc)를 나머지 연산(ic%Kc)으로 구하고, 변조 블록의 행(Row) 번호(kr)는 상기 영상 행렬 요소(Element)들의 행(Row) 번호(ir)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)를 나머지 연산(ir%Kr)과 상기 블록의 일차원 번호(ln)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)의 곱의 합(ir%Kr + ln*Kr)으로 구하며, 변조 블록의 일차원 번호(kn)은 상기 변조 블록의 행(Row) 번호(kr)와 블록의 열(Column) 크기(Kc)의 곱과 상기 변조 블록의 열(Column) 번호(kc)의 합(kr*Kc + kc)으로 구하며, 출력 영상데이터의 쓰레드(Thread) 번호를 변조 블록의 일차원 번호(kn)로, 입력 영상데이터의 쓰레드(Thread) 번호를 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)로 지정하는 것으로 상기 변조가 수행될 수 있다.In the method for accelerating operation of phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, in the modulating step, a complex compressed image data matrix element obtained from a synthetic aperture radar (SAR) Each element is assigned a thread number (i) for high-speed parallel operation using a graphic processing unit (GPU), and the column number (ic) of the image matrix elements is The thread number (i) and the column size (Mc) are obtained by the remainder operation (i%Mc), and the row number (ir) of the image matrix elements is the thread number (i) and the size (Mc) of the column are rounded down to an integer (
Figure pat00001
i/Mc
Figure pat00002
), and the one-dimensional number (in) of the image matrix elements is the product of the row number (ir) of the image matrix elements and the size (Mc) of the column and the image matrix It is obtained as the sum (ir*Mc + ic) of the column numbers (ic) of the elements, and the column number (lc) of the block is the column number (column) of the image matrix elements ( ic) and the column size (Kc) of the block by integer lowering operation (
Figure pat00003
ic/Kc
Figure pat00004
), and the row number (lr) of the block is an integer rounding operation (ir) of the image matrix elements and the row size (Kr) of the block (
Figure pat00005
ir/Kr
Figure pat00006
), and the one-dimensional number (ln) of the block is the product of the column number (lc) of the block and the number of blocks (Lr) in the row (Row, Range) direction and the row number (Row) of the block ( lr) is obtained as the sum (lc*Lr + lr), and the column number (kc) of the modulation block is the column number (ic) of the image matrix elements and the column size of the block. (Kc) is obtained by the remainder operation (ic%Kc), and the row number (kr) of the modulation block is the row number (ir) of the image matrix elements and the row size of the block. (Kr) is obtained as the sum (ir%Kr + ln*Kr) of the product of the remainder operation (ir%Kr) and the one-dimensional number (ln) of the block and the row size (Kr) of the block, The one-dimensional number (kn) is the sum (kr*Kc) of the product of the row number (kr) of the modulation block and the column size (Kc) of the modulation block and the column number (kc) of the modulation block. + kc), and designates the thread number of the output image data as the one-dimensional number (kn) of the modulation block and the thread number of the input image data as the one-dimensional number (in) of the matrix element. As such, the modulation can be performed.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법은, 상기 복조하는 단계에서는 출력 영상데이터의 쓰레드(Thread) 번호를 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)로, 입력 영상데이터의 쓰레드(Thread) 번호를 변조 블록의 일차원 번호(kn)로 지정하는 것으로 상기 복조가 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the method for accelerating operation of phase gradient autofocus of a synthesized aperture radar for an unmanned aerial vehicle, in the demodulating step, the thread number of the output image data is set to a one-dimensional number of a matrix element (Element) in), the demodulation may be performed by designating a thread number of input image data as a one-dimensional number (kn) of a modulation block.

본 발명의 실시예들에 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법은 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상을 다수의 블록으로 분할 하고, 변조한 후 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산을 병렬 처리함으로써, 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상의 처리 속도 및 품질을 크게 향상시킬 수 있다. According to embodiments of the present invention, an operation acceleration method of phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle divides an image of a synthetic aperture radar (SAR) into a plurality of blocks, modulates the phase gradient automatically By processing phase gradient autofocus (PGA) operations in parallel, the processing speed and quality of synthetic aperture radar (SAR) images can be greatly improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법의 플로차트.1 is a conceptual diagram of a method for accelerating operation of a phase gradient autofocus of a synthesized aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for accelerating operation of a phase gradient autofocus of a synthesized aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention.

따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Similar reference numerals in the drawings indicate the same or similar functions in various aspects, and the length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법의 플로차트이다.A method for accelerating an operation of phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 . 1 is a conceptual diagram of a method for accelerating operation of phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention. It is a flow chart of the calculation acceleration method of phase gradient auto focus.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법을 수행하기 위해서는, 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상이 행렬 형태로 입력되고, 상기 행렬 형태의 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상을 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)으로 분할하여, 각각의 블록 별로 상기 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상 왜곡을 보정한다.In order to perform an operation acceleration method of phase gradient autofocus of a synthetic aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, an image of a synthetic aperture radar (SAR) is input in the form of a matrix, and the matrix The image of the synthetic aperture radar (SAR) is divided into blocks (LAZ) in the direction of a plurality of columns (Column, Azimuth) and blocks (LR) in the direction of a plurality of rows (Row, Range), and each Image distortion of the Synthetic Aperture Radar (SAR) is corrected for each block.

먼저, 상기 분할되어 있는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)에서 제 1열에 속한 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR) 뒤에 제 2열 이후에 속한 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)들을 순차적으로 붙여서 배열한 후, 변조된 블록(LR*LAZ)을 생성한다.First, in a block LAZ in the direction of a plurality of columns (Azimuth) and a block (LR) in the direction of a plurality of rows (Row, Range) of the divided Synthetic Aperture Radar (SAR), a first column A plurality of row (Row, Range)-direction blocks (LR) belonging to the second column or later are sequentially attached and arranged after the block (LR) in the row (Row, Range) direction to which they belong, and then the modulated block (LR* LAZ).

다음으로, 그래픽 처리 유닛(GPU; Graphic Processing Unit)을 이용하여 블록을 병렬처리하여, Azimuth FFT(Fast Fourier Transform), 최대 산란점 추출, 윈도우 적용, 위상 오차 미분값 추정, 위상 오차 추출 및 위상 보정을 포함하는 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산을 수행한다.Next, blocks are processed in parallel using a graphic processing unit (GPU), Azimuth FFT (Fast Fourier Transform), maximum scattering point extraction, window application, phase error derivative estimation, phase error extraction, and phase correction Performs a Phase Gradient Autofocus (PGA) operation including

다음으로, 상기 변조된 블록들의 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산이 완료된 후에, 변조된 블록(LR*LAZ)에서 상기 변조를 수행하기 전의 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)으로 복조한다.Next, after the phase gradient autofocus (PGA) operation of the modulated blocks is completed, the synthetic aperture radar (SAR) before performing the modulation in the modulated block (LR * LAZ) Demodulation is performed with a block (LAZ) in the direction of a plurality of columns (Column, Azimuth) and a block (LR) in the direction of a plurality of rows (Row, Range).

이하에서는, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법의 세부 스텝에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2 , detailed steps of a method for accelerating operation of a phase gradient autofocus of a synthesized aperture radar for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)에서 출력된 왜곡 영상 데이터의 행(Row)의 크기(Mr)를 MR로 입력하고, 열(Column)의 크기(Mc)를 MAZ로 입력하며, 행(Row, Range) 방향의 블록 개수(Lr)를 LR로 입력하고, 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(Lc)를 LAZ로 입력한다.First, the size (Mr) of the row of the distorted image data output from the synthetic aperture radar (SAR) is input as MR, the size (Mc) of the column is input as MAZ, and the row Enter the number of blocks (Lr) in the (Row, Range) direction as LR, and input the block (Lc) in the column (Column, Azimuth) direction as LAZ.

다음으로, 블록의 행(Row) 크기(Kr)를 행(Row)의 크기(Mr)에서 행(Row, Range) 방향의 블록(Lr)을 나누어 계산(Mr/Lr)하고, 블록의 열(Column) 크기(Kc)를 열(Column)의 크기(Mc)에서 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(Lc)으로 나누어 계산(Mc/Lc)한다.Next, the row size (Kr) of the block is calculated (Mr/Lr) by dividing the block (Lr) in the row (Row, Range) direction from the size (Mr) of the row (Row), and the column of the block ( Column size (Kc) is calculated (Mc/Lc) by dividing the column size (Mc) by the block (Lc) in the column (Column, Azimuth) direction.

다음으로, 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상 데이터의 행렬 요소(Element)들 각각에 쓰레드(Thread) 번호(i)를 할당하고, 열(Column) 번호(ic)는 쓰레드(Thread) 번호(i)와 열(Column)의 크기(Mc)에 나머지 연산(i%Mc)을 적용하여 구하며, 행(Row) 번호(ir)는 쓰레드(Thread) 번호(i)와 열(Column)의 크기(Mc)를 정수 내림 연산(

Figure pat00007
i/Mc
Figure pat00008
)을 적용하여 구하고, 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)은 상기 행(Row) 번호(ir)와 상기 열(Column)의 크기(Mc)의 곱과 상기 열(Column) 번호(ic)의 합(ir*Mc + ic)으로 구한다.Next, a thread number (i) is assigned to each of the matrix elements of the synthetic aperture radar (SAR) image data, and a column number (ic) is a thread It is obtained by applying the remainder operation (i%Mc) to the number (i) and the column size (Mc), and the row number (ir) is the number of threads (i) and the column size (Mc). Round down the size (Mc) to an integer (
Figure pat00007
i/Mc
Figure pat00008
), and the one-dimensional number (in) of the matrix element is the product of the row number (ir) and the size (Mc) of the column and the column number (ic) It is obtained as the sum of (ir*Mc + ic).

다음으로, 블록의 열(Column) 번호(lc)는 상기 열(Column) 번호(ic)와 블록의 열(Column) 크기(Kc)를 정수 내림 연산(

Figure pat00009
ic/Kc
Figure pat00010
)을 적용하여 구하고, 블록의 행(Row) 번호(lr)는 상기 행(Row) 번호(ir)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)를 정수 내림 연산(
Figure pat00011
ir/Kr
Figure pat00012
)을 적용하여 구하며, 블록의 일차원 번호(ln)는 상기 블록의 열(Column) 번호(lc)와 행(Row, Range) 방향의 블록(Lr)의 곱과 상기 블록의 행(Row) 번호(lr)의 합(lc*Lr + lr)으로 구한다.Next, the column number (lc) of the block is an integer rounding operation of the column number (ic) and the column size (Kc) of the block (
Figure pat00009
ic/Kc
Figure pat00010
) is applied, and the row number (lr) of the block is an integer rounding operation (the row number (ir) and the row size (Kr) of the block
Figure pat00011
ir/Kr
Figure pat00012
), and the one-dimensional number (ln) of the block is the product of the column number (lc) of the block and the block (Lr) in the row (Row, Range) direction and the row number (Row) of the block ( It is obtained as the sum of lr) (lc*Lr + lr).

다음으로, 변조 블록의 열(Column) 번호(kc)는 상기 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(ic)과 블록의 열(Column) 크기(Kc)를 나머지 연산(ic%Kc)으로 구하고, 변조 블록의 행(Row) 번호(kr)는 상기 행(Row) 번호(ir)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)를 나머지 연산(ir%Kr)과 상기 블록의 일차원 번호(ln)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)의 곱의 합(ir%Kr + ln*Kr)으로 구하며, 변조 블록의 일차원 번호(kn)은 상기 변조 블록의 행(Row) 번호(kr)와 블록의 열(Column) 크기(Kc)의 곱과 상기 변조 블록의 열(Column) 번호(kc)의 합(kr*Kc + kc)으로 구한다.Next, the column number (kc) of the modulation block is obtained by calculating the block (ic) in the column (Column, Azimuth) direction and the column size (Kc) of the block by a remainder operation (ic%Kc), The row number (kr) of the modulation block is the row number (ir) and the row size (Kr) of the block, the remainder operation (ir%Kr) and the one-dimensional number (ln) of the block It is obtained as the sum (ir%Kr + ln*Kr) of the product of the row size (Kr) of the block, and the one-dimensional number (kn) of the modulation block is the row number (kr) of the modulation block and the block It is obtained as the sum (kr*Kc + kc) of the product of the column size (Kc) and the column number (kc) of the modulation block.

다음으로, 상기 분할되어 있는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상을 변조하는 단계를 수행할지, 복조하는 단계를 수행할지 판단하여, 변조하는 단계를 수행하는 경우에는, 영상 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)를 jin으로 입력하고, 변조 블록의 일차원 번호(kn)를 jout으로 출력하여, 재배열한다.Next, it is determined whether to perform the step of modulating or demodulating the image of the divided Synthetic Aperture Radar (SAR), and in the case of performing the step of modulating, the image matrix element (Element ) is input as jin, and the one-dimensional number (kn) of the modulation block is output as jout to rearrange.

한편, 복조하는 단계를 수행하는 경우에는 변조 블록의 일차원 번호(kn)를 jin으로 입력하고, 영상 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)를 jout으로 출력하여, 재배열한다.Meanwhile, in the case of performing the demodulation step, the one-dimensional number (kn) of the modulation block is input as jin, and the one-dimensional number (in) of the image matrix element (Element) is output as jout, and rearrangement is performed.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.Although the present invention has been described and illustrated in relation to preferred embodiments for illustrating the principles of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.Rather, it will be appreciated by those skilled in the art that many changes and modifications may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims.

따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. Accordingly, all such appropriate alterations and modifications and equivalents should be regarded as falling within the scope of the present invention.

Claims (3)

합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상이 행렬 형태로 입력되고, 상기 행렬 형태의 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상을 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)으로 분할하여, 각각의 블록 별로 상기 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상 왜곡을 보정하는 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법에 있어서,
상기 분할되어 있는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 다수의 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)에서 제 1열에 속한 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR) 뒤에 제 2열 이후에 속한 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)들을 순차적으로 붙여서 배열한 후, 변조된 블록(LR*LAZ)을 생성하는 단계;
상기 변조된 블록(LR*LAZ)들의 영상을 그래픽 처리 유닛(GPU; Graphic Processing Unit)을 이용하여 병렬처리하여, Azimuth FFT(Fast Fourier Transform), 최대 산란점 추출, 윈도우 적용, 위상 오차 미분값 추정, 위상 오차 추출 및 위상 보정을 포함하는 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산을 수행하는 단계; 및
상기 변조된 블록들의 위상 그레디언트 자동 초점(PGA; Phase Gradient Autofocus) 연산이 완료된 후에, 변조된 블록(LR*LAZ)에서 상기 변조를 수행하기 전의 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 다수의 열(Column, Azimuth)방향의 블록(LAZ)과 다수의 행(Row, Range) 방향의 블록(LR)으로 복조하는 단계를 포함하는 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법.
An image of a Synthetic Aperture Radar (SAR) is input in a matrix form, and the image of the Synthetic Aperture Radar (SAR) in a matrix form is transmitted to a block (LAZ) in the direction of a plurality of columns (Azimuth). and a plurality of rows (Row, Range) direction blocks (LR), for each block to compensate for the image distortion of the Synthetic Aperture Radar (SAR; Synthetic Aperture Radar Phase gradient for unmanned aerial vehicles In the calculation acceleration method of auto focus,
A plurality of blocks belonging to the first column in blocks LAZ in the direction of multiple columns (Azimuth) and blocks (LR) in the direction of multiple rows (Row, Range) of the divided Synthetic Aperture Radar (SAR). After sequentially attaching and arranging a plurality of row (Row, Range)-direction blocks (LR) belonging to the second column or later after the row (Row, Range)-direction block (LR) of the modulated block (LR * LAZ) generating;
The images of the modulated blocks (LR*LAZ) are processed in parallel using a graphic processing unit (GPU) to perform Azimuth FFT (Fast Fourier Transform), maximum scattering point extraction, window application, and phase error differential estimation. , performing a Phase Gradient Autofocus (PGA) operation including phase error extraction and phase correction; and
Multiple columns of Synthetic Aperture Radar (SAR) before performing the modulation on the modulated block (LR*LAZ) after the Phase Gradient Autofocus (PGA) calculation of the modulated blocks is completed. A method for accelerating operation of phase gradient autofocus of a synthesized aperture radar for an unmanned aerial vehicle, including demodulation into a (Column, Azimuth) direction block (LAZ) and a plurality of row (Row, Range) direction blocks (LR).
 청구항 1에 있어서,
상기 변조하는 단계에서는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상 데이터의 행렬 요소(Element)들 각각에 쓰레드(Thread) 번호(i)를 할당하고, 열(Column) 번호(ic)는 쓰레드(Thread) 번호(i)와 열(Column)의 크기(Mc)에 나머지 연산(i%Mc)을 적용하여 구하며, 행(Row) 번호(ir)는 쓰레드(Thread) 번호(i)와 열(Column)의 크기(Mc)를 정수 내림 연산(
Figure pat00013
i/Mc
Figure pat00014
)을 적용하여 구하고, 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)은 상기 행(Row) 번호(ir)와 상기 열(Column)의 크기(Mc)의 곱과 상기 열(Column) 번호(ic)의 합(ir*Mc + ic)으로 구하며, 블록의 열(Column) 번호(lc)는 상기 열(Column) 번호(ic)와 블록의 열(Column) 크기(Kc)를 정수 내림 연산(
Figure pat00015
ic/Kc
Figure pat00016
)을 적용하여 구하고, 블록의 행(Row) 번호(lr)는 상기 행(Row) 번호(ir)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)를 정수 내림 연산(
Figure pat00017
ir/Kr
Figure pat00018
)을 적용하여 구하며, 블록의 일차원 번호(ln)는 상기 블록의 열(Column) 번호(lc)와 행(Row, Range) 방향의 블록(Lr)의 곱과 상기 블록의 행(Row) 번호(lr)의 합(lc*Lr + lr)으로 구하며, 변조 블록의 열(Column) 번호(kc)는 상기 열(Column, Azimuth) 방향의 블록(ic)과 블록의 열(Column) 크기(Kc)를 나머지 연산(ic%Kc)으로 구하고, 변조 블록의 행(Row) 번호(kr)는 상기 행(Row) 번호(ir)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)를 나머지 연산(ir%Kr)과 상기 블록의 일차원 번호(ln)와 블록의 행(Row) 크기(Kr)의 곱의 합(ir%Kr + ln*Kr)으로 구하며, 변조 블록의 일차원 번호(kn)는 상기 변조 블록의 행(Row) 번호(kr)와 블록의 열(Column) 크기(Kc)의 곱과 상기 변조 블록의 열(Column) 번호(kc)의 합(kr*Kc + kc)으로 구하여, 상기 분할되어 있는 합성 개구 레이더(SAR; Synthetic Aperture Radar)의 영상을 변조하는 단계를 수행할지, 복조하는 단계를 수행할지 판단하여, 변조하는 단계를 수행하는 경우에는, 영상 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)를 jin으로 입력하고, 변조 블록의 일차원 번호(kn)를 jout으로 출력하여 재배열하여 상기 변조가 수행되는 것을 특징으로 하는 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법.
The method of claim 1,
In the modulating step, a thread number (i) is assigned to each of matrix elements of image data of a synthetic aperture radar (SAR), and a column number (ic) is a thread ( It is obtained by applying the remainder operation (i%Mc) to the Thread number (i) and the column size (Mc), and the Row number (ir) is obtained by thread number (i) and column size (Mc). ), the size (Mc) of the integer rounding operation (
Figure pat00013
i/Mc
Figure pat00014
), and the one-dimensional number (in) of the matrix element is the product of the row number (ir) and the size (Mc) of the column and the column number (ic) It is obtained by the sum (ir*Mc + ic), and the column number (lc) of the block is an integer rounding operation (the column number (ic) and the column size (Kc) of the block)
Figure pat00015
ic/Kc
Figure pat00016
) is applied, and the row number (lr) of the block is an integer rounding operation (the row number (ir) and the row size (Kr) of the block
Figure pat00017
ir/Kr
Figure pat00018
), and the one-dimensional number (ln) of the block is the product of the column number (lc) of the block and the block (Lr) in the row (Row, Range) direction and the row number (Row) of the block ( lr) is obtained as the sum (lc*Lr + lr), and the column number (kc) of the modulation block is the block (ic) in the column (Azimuth) direction and the column size (Kc) of the block is obtained by the remainder operation (ic%Kc), and the row number (kr) of the modulation block is calculated by dividing the row number (ir) and the row size (Kr) of the block by the remainder operation (ir%Kr). ) and the product of the one-dimensional number (ln) of the block and the row size (Kr) of the block (ir%Kr + ln*Kr), and the one-dimensional number (kn) of the modulation block is The divided In the case of performing the modulating step by determining whether to perform the modulating step or the demodulating step of the synthetic aperture radar (SAR) image, the one-dimensional number (in) of the image matrix element is input as jin, and the modulation is performed by outputting and rearranging the one-dimensional number (kn) of the modulation block as jout.
 청구항 2에 있어서,
상기 복조하는 단계에서는 변조 블록의 일차원 번호(kn)를 jin으로 입력하고, 영상 행렬 요소(Element)의 일차원 번호(in)를 jout으로 출력하여 재배열하여 상기 복조가 수행되는 것을 특징으로 하는 무인 항공기를 위한 합성 개구 레이더의 위상 그레디언트 자동 초점의 연산 가속화 방법.
The method of claim 2,
In the demodulation step, the one-dimensional number (kn) of the modulation block is input as jin, and the one-dimensional number (in) of the image matrix element (Element) is output as jout and rearranged to perform the demodulation. Unmanned aerial vehicle, characterized in that A Computational Acceleration Method of Phase Gradient Autofocus of Synthetic Aperture Radar for .
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