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Two-Pupil 광학 헤테로다인 스캐닝 시스템 기반의 힐버트 변환을 활용한 2-D 인코히어런트 이미징 구현
경민구 ( Min Gu Kyung ),도규봉 ( Kyu Bong Doh ) 한국항행학회 2012 韓國航行學會論文誌 Vol.16 No.2
지금까지의 힐버트 변환은 대부분 코히어런트 이미징에서만 활용되어 왔을 뿐 인코히어런트 이미징에 대해서는 그 적용이 미비했다. 본래의 광원 영역에서는 인코히어런트 물체의 힐버트 변환이 일정하게 중첩되는 문제가 발생하기 때문이다. 본 논문에서는 음이 아닌 강도(intensity) 분포 함수의 합성을 수행함으로써 인코히러언트 이미징의 문제점을 보완한 two-pupil 시스템을 적극 활용하여 코히어런트 이미징 대비 낮은 노이즈 특성, 물체의 위상 변화에 대한 강건함, 유연한 필터의 설계 등의 장점을 극대화한다. 제안하는 이미징 방식은 공간영역에서 광학 전달 함수를 분할하여 필터링한 후 인코히어런트 물체의 힐버트 변환을 수행한다. 이를 바탕으로 광학 시스템에서의 두 pupil을 수학적으로 분석하고 디자인하여 two-pupil 광학 헤테로다인 스캐닝 시스템을 구현할 수 있다. 모의실험을 통해 제안하는 시스템을 바탕으로 2-D 홀로그램을 도출함으로써 인코히어런트 이미징에서도 힐버트 변환의 적용이 유효함을 확인할 수 있다. 또한 복소홀로그램의 복원을 통해 힐버트 변환만을 이용한 홀로그램에 비해 공간 영역에서 선명도가 개선된 홀로그램 영상도 획득할 수 있다. The Hilbert transform, which has been hitherto discussed in coherent imaging, is for the first time investigated in the context of incoherent imaging. Because the Hilbert transform of the information is superposed coherently with the original light field. We present a two-pupil optical heterodyne scanning system and analyze mathematically the design of its two pupils such that the optical system can perform the Hilbert transform on incoherent objects. In this paper, we review and formulate the definition of an analytic signal of a function and from which we can obtain the Hilbert transform of the function. and we analyze the design of pupils so as to obtain the Hilbert transform and show some 2-D simulations. Computer simulation results of the idea clarify the theoretical results.
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류성준(Sungjun Yoo),김민철(Minchul Kim),박신명(Sinmyong Park),경민구(Min-Gu Kyung),장성훈(Sunghoon Jang),신진우(Jinwoo Shin) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.10
본 논문에서는 광소자를 이용하여 포토닉스 기반 FMCW 레이다 송수신 시스템을 설계 및 제작하고, 연동시험과 야외 환경에서 통합시험을 통해 그 성능을 검증하였다. 구현된 포토닉스 기반 레이다 시스템은 고해상도 ISAR 영상을 위해 기존 RF 신호 생성 방식에서는 기술의 제한이 있는 X-band 중심주파수의 20 %에 해당하는 대역폭을 갖는 LFM 파형을 광전변환 모듈을 이용하여 생성하고, 반사된 광대역 표적신호를 광소자를 이용하여 직접 처리한다. 실방사 시연을 위해 RF 출력전력은 장거리모드용 7 W, 단거리모드용 100 mW로 설정하였다. 모의표적장치를 이용하여 탐지추적 시험을 수행하였고, RCS 10 ㎡ 표적에 대해 탐지거리 성능을 확인하였다. 실표적 드론을 이용하여 X-band의 20 %의 대역폭을 갖는 LFM 파형으로 해상도 7.5 cm의 고해상도 ISAR 영상을 획득하였다. 본 연구를 통해 국내 포토닉스 기반 레이다의 기술 확보와 탐지/추적 및 ISAR 영상용 FMCW 레이다 기술 개발에 활용이 가능함을 확인하였다. Photonics-based radar system is designed and fabricated for X-band frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar with optical devices, and it is demonstrated by conducting system integration and far-field tests. The photonics-based radar system generates broadband linear frequency-modulated (LFM) signals with a bandwidth that is 20% of the X-band of the center frequency for high-resolution inverse synthetic-aperture radar (ISAR) images by using an electro-optical modulator. It directly processes broadband target signals with photonics devices. To perform a field test using the proposed photonics-based radar transceiver system, the output powers for the long-range and short-range modes were designed to be 7 W and 100 mW, respectively. The far-field test confirmed a detection range of the simulated target with a 10-㎡ radar cross section (RCS). A drone ISAR image with a 7.5-cm high-range resolution is achieved by applying broadband LFM signals with a bandwidth that was 20 % of the X-band. The result of this study can enhance the ability to design photonics-based radar systems and assist the development of FMCW radar for detection, tracking, and ISAR images.
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