DRFM을 이용한 SAR 재밍 알고리즘 개발

권순구(Soon-Koo Kweon),김진우(Jin-Woo Kim),신희섭(Hee-Sub Shin),유응노(Eung-Noh You) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.11

본 논문에서는 SAR(synthetic aperture radar) 영상을 기만하기 위해 DRFM(digital radio frequency memory)을 이용하여 허위표적을 생성하는 방법을 제시한다. 먼저 SAR 플랫폼의 속도, PRF(pulse repetition frequency), 경사거리 변수에 의한 거리방향, 방위방향 허위표적 생성방법을 기하학적으로 분석한 다음, 근사화를 통해 직관적이고 간단하게 적용 가능한 SAR 재밍 알고리즘을 개발한다. 개발한 알고리즘은 RDA(range Doppler algorithm) 기법으로 경사거리 별 SAR 영상 모의를 통해 검증하였다. 그 결과, 방위방향 허위표적은 동일한 시간지연인 경우, 경사거리에 비례하여 표적의 위치가 이동하였고, 거리방향 허위표적은 경사거리와 상관없이 동일한 위치에 표적이 생성되었다. This paper presents an active decoy algorithm using digital radio frequency memory for synthetic aperture radar (SAR) image jamming. First, we analyzed a geometric method for deceptive target generation according to parameters such as SAR velocity, pulse repetition frequency, and slant range. We developed a simple and easy-to-use SAR jamming algorithm using linear approximation. Additionally, we validated the SAR jamming algorithm using a range doppler algorithm with various slant range parameters. As a result, the position of the deceptive target for the azimuth direction was moved in proportion to the slant range, and a deceptive target for the range direction was generated at the same position regardless of the slant range.

1차 Vector Radiative Transfer 기법을 이용한 옥수수 생육에 따른 후방산란 특성 분석

권순구(Soon-Koo Kweon),황지환(Ji-Hwan Hwang),박신명(Sin-myeong Park),홍성욱(Sungwook Hong),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.4

본 연구에서는 위성 SAR 영상을 이용한 초목층 정보 예측을 위해 옥수수의 생육에 따른 후방 산란 계수 변화를 분석한다. 이를 위하여 지상형 산란계 시스템을 이용하여 옥수수 밭의 후방 산란 계수를 측정하였으며, 지표면 정보를 입력변수로 한 1차 VRT(Vector Radiative Transfer) 기법을 이용하여 후방 산란 계수를 계산하여 측정값과 비교/분석한다. 그 결과, 생육 초기에는 옥수수보다 토양에서의 산란이 지배적이었으며, 옥수수의 밀도가 증가하면서 잎의 분포의 영향으로 입사각이 증가하면서 후방 산란 계수가 점차 상승하는 특징을 보였다. 측정 데이터와 1차 VRT 계산 오차는 평균 RMSE (Root Mean Square Error)가 VV-편파에서 1.32 dB이었고, HH-편파에서 0.99 dB이었다. 또한, 1차 VRT 계산을 통해LAI (Leaf Area Index) 변화에 따른 작물과 토양에서의 산란 영향을 분석하였다. In this study, we analyzed the effect of corn growth on the radar backscattering coefficient. At first, we measured the backscattering coefficients of various corn fields using a polarimetric scatterometer system. The backscattering coefficients of the corn fields were also computed using the 1st-order VRT(Vector Radiative Transfer) model with field-measured input parameters. Then, we analyzed the experimental and numerical backscattering coefficients of corn fields. As a result, we found that the backscatter from an underlying soil layer is dominant for early growing stage. On the other hand, for vegetative stage with a higher LAI(Leaf-Area-Index), the backscatter from vegetation canopy becomes dominant, and its backscattering coefficients increase as incidence angle increases because of the effect of leaf angle distribution. It was also found that the estimated backscattering coefficients agree quite well with the field-measured radar backscattering coefficients with an RMSE(Root Mean Square Error) of 1.32 dB for VV-polarization and 0.99 dB for HH-polarization. Finally, we compared the backscattering characteristics of vegetation and soil layers with various LAI values.

지표면 산란 계수 예측을 위한 정확한 지표면 거칠기 변수 측정 방법 및 오차 분석

권순구(Soon-Koo Kweon),황지환(Ji-Hwan Hwang),오이석(Yisok Oh),홍성욱(Sungwook Hong) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.1

지표면의 후방 산란 계수를 계산하는 지표면 산란 모델의 입력 변수로는 크게 수분함유량과 지표면 거칠기가 있고, 산란 계수 계산에 있어 지표면 거칠기의 영향이 수분함유량의 영향보다 크다. 본 연구에서는 지표면 거칠기의 정확한 측정 방법을 제기하고, 측정 오차를 분석한다. 이를 위하여 대표적인 지표면 거칠기 측정 장치인 pin-board profiler(1 m, 0.5 ㎝ 간격)와 laser profiler(1 m, 0.25 ㎝ 간격)를 이용하여 실제 지표면을 측정하였다. 두 측정 장치의 평균 차이는 유효 높이(RMS height)가 0.097 ㎝, 상관 길이(correlation length)가 1.828 ㎝이었다. 그리고 상관 함수, 상대오차를 분석한 결과, laser-profiler의 반복 측정에 대한 장치의 안전성이 더 좋았다. 두 측정 장치의 차이가 후방 산란 계수에 미치는 영향을 분석하기 위해 지표면 산란 모델을 이용하여 비교한 결과, 입사각 20~60°에서 1 ㏈ 이하의 차이를 보였다. The input parameters of scattering models for computing the backscattering coefficients of earth terrains are mainly soil moisture and surface roughness. The backscattering coefficients of soil surfaces are more sensitive to surface roughness than soil moisture. In this study, we propose a precise measurement method for roughness parameters and analyze measurement errors. We measured surface roughness using a pin-board profiler(1 m, 0.5 ㎝ interval) and a laser profiler(1 m, 0.25 ㎝ interval). The measurement differences between two profilers in an average sense are 0.097 ㎝ for root-mean-square (RMS) height and 1.828 ㎝ for correlation length. The analysis of the correlation functions and relative errors shows that the laser measurements are more stable than the pin-board measurements. The differences of the calculated backscattering coefficients using a surface scattering model between pin-board and laser profiler measurements are less than 1 ㏈.

표적모의장치를 이용한 SAR 장비의 성능 분석

권순구(Soon-Koo Kweon),여환용(Hwan-Yong Yeo),박성민(Sung-Min Park),한지훈(Ji-Hoon Han),정창식(Chang-Sik Jung),김기완(Ki-Wan Kim),신현익(Hyun-Ik Shin) 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.2

본 논문에서는 합성개구레이다(Synthetic Aperture Radar: SAR) 장비의 성능 분석을 위하여 레이다 표적모의장치를 설계, 제작한 결과를 선보인다. 먼저 표적모의장치의 기능과 성능에 대해 설명하고, SAR 장비와 연동하기 위한 표적 시나리오 생성방법에 대해 설명하였다. 또한 제작된 표적모의장치를 이용하여 SAR 장비의 시간지연 값을 간단하고 정확하게 측정하고 보상하는 방법을 개발하였다. 시간지연이 보상된 SAR 장비와 표적모의장치를 이용하여 SAR 영상에서 점표적을 획득하고, IRF(Impulse Response Function) 분석을 통해 성능을 분석하였다. 그 결과, 방위방향 IRF의 PSLR(Peak to Side Lobe Ratio)은 –13.25 ㏈, 해상도는 0.49 m로 이론값과 매우 유사한 값을 보였다. In this work, we have designed and manufactured radar target simulation equipment for the performance analysis of synthetic aperture radar(SAR) systems. First, we have explained the function and performance specification of the target simulation equipment and point target scenario generation for validation of the SAR system. In addition, we have developed a simple and accurate calibration method for the time delay of the SAR system using the manufactured target simulation equipment. We have analyzed the point target impulse response function of the SAR image acquired using the SAR system and the target simulation equipment. It was observed that the measured peak to side lobe ratio(=-13.25 ㏈) and resolution(=0.49 m) are in good agreement with the corresponding theoretical values.

효과적인 위성 SAR 재밍 기술 연구

권순구(Soon-Koo Kweon),김상원(Sangwon Kim) 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2023 No.05

거친 도체 표면 후방 산란 계산을 위한 모서리 효과 저감 기법

황지환(Ji-Hwan Hwang),권순구(Soon-Koo Kweon),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.5

본 연구에서는 roof-top 기저함수와 모서리 효과(edge-effect)를 저감시키기 위해 개선된 윈도우 함수를 적용한 2차원 모멘트법의 수치 해석 기법과 그 결과들을 제시한다. 모멘트법을 이용한 2차원 수치 산란 모델은 roof-top 기저함수를 적용하여 임의 방향 표면 전류 성분 표현과 계산 효율을 높였으며, 수치적으로 생성된 표면 양 끝단의 모서리에서 발생되는 산란 특성을 제거하기 위해 입사각별 가중치를 둔 개선된 윈도우 함수를 제안한다. 또한, 거칠기가 있는 표면의 산란 특성 분석을 위한 개선된 2차원 수치 해석 기법의 정확도를 검증하기 위해서 SPM(Small Perturbation Model)의 계산 결과와 비교/분석하였다. An improved numerical scattering model with the 2-dimensional moment method including roof-top basis and a modified window-function to reduce edge-effect is presented in this study. The roof-top basis function is used to depict randomly positioned surface currents and increase an efficiency of the moment method. To reduce the edge-effect which occurs at the end of numerically generated surfaces, an enhanced window-function which is weighted by incident angle variable is proposed. To validate an proposed 2-dimensional scattering model and numerical analysis techniques for randomly rough surfaces, computational results are compared and analyzed to SPM(Small Perturbation Model) as well.

능동전파반사기를 이용한 위성 SAR 시스템 방사 패턴 분석

황지환(Ji-Hwan Hwang),권순구(Soon-Koo Kweon),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.10

본 연구에서는 위성 SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템 검?보정을 위한 기반기술 습득을 위해 수행된 X-밴드 대역 능동전파반사기를 이용한 실제 위성 SAR 방사 패턴 측정 및 분석에 관한 연구 결과를 선보인다. 실험에 사용된 자체 설계/제작된 능동전파반사기는 최대 63.1 ㏈sm의 레이더 단면적(RCS: Radar Cross Section)을 가지며, 외부 수신 장치를 이용한 수신 기능을 포함한다. 위성 SAR 시스템의 방사 패턴 측정 정확도를 높이기 위해 동일한 운용 모드의 위성 SAR(COSMO-SkyMed 2/3호, hh-편파, strip-map himage mode, 해상도 3 m) 시스템을 이용하였으며, 이때, SAR 영상 데이터 내 능동전파반사기의 RCS 크기 분석을 병행하여 측정 결과의 신뢰도를 교차분석하였다. 수신된 신호로부터 추출된 위성 SAR 시스템의 방위각 방향 방사 패턴 특성은 각각 HPBW(half- power beamwidth) 0.352°, FNBW(first-null beamwidth) 0.691°, PSLR(peak to side lobe ratio) 11.17 ㏈이다. Measurement and analysis results of the extracted radiation-patterns from the field-experiments which were conducted to acquire the generic technology for calibration and validation of the satellite SAR system(Synthetic Aperture Radar) are presented in this study. Prototype of active transponder is adjustable within maximum 63.1 ㏈sm of RCS (Radar Cross Section) and includes the receiving-function with external receiver. To increase an accuracy of these field experiments, we repetitively measured satellite SAR systems of the same operating mode(i.e., COSMO-SkyMed No. 2 & 3, hh-pol., strip-map himage mode, 3 m resolution). Then, the reliability of experimental results was cross-checked through analysis of the RCS of active transponder on SAR image. The property of azimuth radiation patterns of satellite SAR system extracted from them has 0.325° of HPBW(half-power beamwidth), 0.691° of FNBW(first-null beamwidth), and 11.17 ㏈ of PSLR(peak to side lobe ratio), respectively.

지표면 영향을 고려한 삼각 전파 반사기의 RCS 분석

신종철(Jong-Chul Shin),권순구(Soon-Koo Kweon),오이석(Yisok Oh),김세영(Se-Young Kim),전병태(Byeong-Tae Jeon) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.6

위성 SAR(Synthetic Aperture Radar)를 정확하게 보정하기 위해서는 검보정에 사용되는 삼각 전파 반사기(Trihedral Corner Reflector: TCR)의 RCS(Radar Cross Section)를 정확하게 계산해야 한다. 본 연구에서는 TCR이 설치된 지표면이 TCR의 RCS 값에 얼마나 영향을 미치는지를 알아보기 위해서 지표면에서의 반사파와 TCR 모서리에서의 회절파를 이론적으로 계산하여 검보정 사이트의 지표면 상태에 따른 RCS 변화를 분석하였다. 지표면 반사파를 구하기 위해 지표면에 대한 PO 반사 계수를 이용하였으며, PO 반사 계수는 지표면 상태 변수인 거칠기와 유전율에 대한 함수이다. 중심 주파수 9.65 ㎓에서 지표면 위에 설치된 10 λ 크기 TCR의 RCS 값은 공기중의 TCR에 비해 0.46 ㏈ 변화가 발생하였고, 이 변화는 지표면의 상태 및 TCR 크기에 따라 크게는 1.55 ㏈ 정도의 차이가 날 수 있다. 지표면 영향에 따른 TCR의 RCS 값은 지표면의 거칠기가 작고 유전율이 클수록 크며, 중심 주파수가 낮고 TCR의 크기가 작을수록 크게 발생하였다. The radar cross section(RCS) of a trihedral corner reflector(TCR) should be accurately computed when it is used as an external calibration target for a satellite synthetic aperture radar(SAR) calibration campaign. This paper presents the RCS analysis on a trihedral corner reflector which is installed on a calibration site, using the wave reflection from the rough surface and the wave diffraction from the TCR edges. The results in this paper show quantitatively the effect of the front surface on the RCS of a TCR. The difference of the RCS between a TCR in air and a TCR on a ground surface is computed by including the interaction term which consists of the edge diffraction from the TCR edges and the surface reflection from the front rough surface. The reflection coefficient of a randomly rough surface is a function of the surface roughness and dielectric constant of the surface. The RCS of 10 λ size TCR on a ground is 0.46 ㏈ higher than TCR in air at 9.65 ㎓, and this can reach at maximum 1.55 ㏈ depending on a surface condition and TCR size. The effect of the front surface on the RCS of a TCR increases, as the surface roughness decreases, the soil moisture increases, and the size of TCR in wavelength decreases.

잎 두께와 수분함유량에 따른 손실판 방식 RCS 계산의 정확성 검증

박민서(Minseo Park),김한중(Han-Joong Kim),엄귀섭(Kwiseob Um),박신명(Sin-Myong Park),권순구(Soon-Koo Kweon),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.11

본 논문에서는 손실판(resistive sheet) 방식을 사용하여 풀잎이나 나뭇잎의 후방 산란 레이더 단면적(RCS: Radar Cross Section)을 계산하고, 이 모델의 정확성을 검증하여, 손실판 모델을 적용하여 계산 가능한 잎의 두께를 제시한다. 이를 위해 잎을 손실 있는 유전체 판으로 가정하고, 이 유전체 판을 resistive sheet(손실판)으로 대체한 후에 판의 두께, 유전율, 주파수에 따른 resistivity를 계산한 후에, PO(Physical Optics) 방식을 이용하여 다양한 크기와 두께 조건에서 RCS를 계산하였고, 이 계산 결과를 상용 시뮬레이터를 사용한 FEM(Finite Element Method) 방식의 수치해석 계산 결과와 비교하였다. 이 비교 결과에 의하면 유전체 판의 두께가 커질수록 오차가 증가하였으며, 예를 들어, 주파수 9.6 GHz에서 유전율이 21.4+9.7i이고, 잎 두께가 1.2 mm일 때 0.1 dB의 오차가 발생하였고, 3 mm일 때 3.74 dB의 오차가 발생하였다. 또한, 유전율이 높아질수록 이 모델 사용 가능한 최대 두께가 증가하는 경향을 보였다. 이 연구는 원격탐사 연구에서 수많은 잎이 분포되어 있을 때에 그 잎들의 산란 특성을 산란모델을 이용하여 계산하는 데에 유용하게 사용될 것이다. The accuracy of the resistive-sheet technique in calculating the RCS(Radar Cross Section) of a deciduous leaf is examined in this paper for various thicknesses and dielectric constants, and a range of thicknesses for the resistive sheet technique is proposed. At first, a leaf was assumed to be a lossy dielectric disk, and the dielectric disk was again assumed to be a resistive sheet with an appropriate resistivity for a given thickness, a dielectric constant, and a frequency. Then, the RCS of the leaf was computed using the physical optics(PO) method, and was compared with the calculation results of a numerical analysis: i.e., a commercial tool based on the FEM (Finite Element Method) technique. It was shown that the error increases as the thickness increases. The error was 0.1 dB, for example, when the thickness is 1.2 mm and 3.7 dB when the thickness is 3 mm with a dielectric constant of(21.4, 9.7) at 9.6 GHz. It was also found that the error decreases as the dielectric constant increases. This study will be very useful for calculating the scattering characteristics of numerous leaves in a vegetation canopy for estimating its radar backscatter using scattering model.