헬리콥터에 장착된 회전 안테나를 이용한 착륙지형의 이미지 생성 기법

배창식,전현무,김재학,양훈기,Bae, Chang-Sik,Jeon, Hyeon-Mu,Kim, Jae-Hak,Yang, Hoon-Gee 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.10

헬기 사고의 대부분은 시야가 제한된 상황에서 착륙 시 구조물과의 충돌에 의한 사고로 안전한 주행을 위해 레이더와 같은 보조 장비가 요구된다. 본 논문에서는 회전하는 안테나를 장착한 헬기 레이더가 착륙하는 과정에서 고정 클러터에 대한 거리-방위각 이미지를 얻는 알고리즘을 제시한다. 동일 거리에 위치한 각각의 클러터 패치로부터 수신되는 신호를 모델링하고 클러터 특성 및 도플러 특성을 분석한다. 부엽(side lobe) 성분을 억제하고 주 빔(main lobe) 신호성분을 얻기 위한 필터구조를 설계하고 이 과정에서 발생하는 문제점에 대한 해결책을 제시한다. 마지막으로 시뮬레이션에 의해 거리-방위각 도메인에서의 가상의 지형 시나리오를 생성한 후 제시한 알고리즘의 성능을 검증한다. Helicopter-related collision accidents with structures mostly occur at landing, especially in a limited visibility environment, which necessitates some secondary equipment like a radar that can generate stationary clutter image. In this paper, we propose an algorithm that makes an image of stationary ground clutter in two dimensional range and azimuth angle domain. We present a mathematical model for the received signals from each clutter patch in the iso range ring and analyze their clutter and Doppler characteristics, assuming that a helicopter-borne radar has a rotational antenna. We propose a filter structure, which suppresses side lobe signal components while extracting a main lobe signal component, and suggest a solution for a problem stemmed from the filtering process. Finally, by conducting a simulation we show the performance of the suggested imaging algorithm on a two dimensional virtual scenario of the topographic clutter.

헬기에서 회전 안테나를 이용한 착륙지형 이미징 방법

배창식(Bae Chang Sik),전현무(Jeon Hyeon Mu),김재학(Kim Jae Hak),양훈기(Yang Hoon Gee) 한국통신학회 2016 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.6

Lever-arm 오차가 SAR 요동측정 성능에 미치는 영향 분석

배창식(Chang-sik Bae),송종화(Jong-Hwa Song) 한국항공우주학회 2019 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2019 No.11

SAR-GMTI에서 지상이동표적의 속도 추정 기법

배창식(Chang-Sik Bae),전현무(Hyeon-Mu Jeon),양동혁(Dong-Hyeuk Yang),양훈기(Hoon-Gee Yang) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.2

본 논문에서는 2채널 displaced phase center antenna(DPCA) 기반의 SAR-GMTI 시스템에서 지상이동 표적의 속도 정보를 추정하는 알고리즘을 제안한다. 제시된 알고리즘에서는 이동표적의 across-track 속도는 기존의 along-track interferometry(ATI) 기법을 이용하여 추정이 가능하다고 가정한 후 표적의 along-track 속도를 추정하는 방법을 제시한다. 이를 위해 기존 이동표적 구조를 변형하여 이동표적 속도를 영으로 만들고, 이를 레이다 속도에 반영하여 레이다 속도가 변화된 새로운 기하학적 구조를 얻는다. 이후 합성 개구면(synthetic aperture) 내의 subaperture 신호에 대한 푸리에 변환을 통해 공간 주파수 중심점 위치를 이용하여 표적의 along-track 속도를 추정한다. 시뮬레이션을 통해 제안한 알고리즘의 속도 추정 성능을 검증하고, 또한 추정된 속도가 보상되어 이동표적 영상의 해상도 및 SINR이 개선됨을 보인다. A ground moving target"s velocity estimation algorithm applicable for a SAR-GMTI system using 2 channel displaced phase center antenna(DPCA) is proposed. In this algorithm, we assume target"s across-track velocity can be estimated by along-track interferometry (ATI) and present a method to estimate target"s along-track velocity. To accomplish this method, we first transform a radar-target geometry in which a moving target has zero velocity via altering a radar velocity such that target"s velocity is reflected into it and next manipulate the spectral centers of the subapertures within the synthetic aperture. The validity of the proposed algorithm is demonstrated through simulation results showing the performance of the target"s velocity estimation and the enhancement of reconstructed target image quality in terms of resolution and SINR.

항공용 전방 관측 레이다에서의 RBGM 영상 형성

배창식(Chang-Sik Bae),조재형(Jae-Hyoung Cho),홍윤석(Yunseog Hong),윤보람(Bo-Ram Yoon),김민지(Min-Ji Kim),한승훈(Seung-Hoon Han) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.6

본 논문에서는 항공용 전방 관측 레이다의 real beam ground map(RBGM) 모드를 소개하고, 개발 중인 레이다를 통해 획득한 영상을 제시한다. RBGM 모드에 대한 전반적인 내용 소개와 함께 알고리즘의 설계 및 검증 단계(M&S 분석, 지상시험, 비행시험)에서 고려되는 주요한 특징들을 각 단계에서 획득한 RBGM 영상과 함께 제시한다. 영상 분석을 통해 RBGM 모드의 특징들을 확인하고, 전방 넓은 영역에 대한 대략적인 지형 정보를 제공하는 용도로 RBGM 모드가 적합함을 보인다. In this study, we introduce the real beam ground map (RBGM) mode of airborne forward-looking radars and present the images obtained by the radar under development. In addition to an introduction to the overall contents of the RBGM mode, we present the main features considered in the algorithm design and verification steps (M&S analysis, ground test, and flight test) and the RBGM images obtained in each step. We suggest the features of the RBGM mode through the analysis of RBGM images and demonstrate that the RBGM mode is suitable for the purpose of providing rough terrain information for a wide area ahead.

이동 플랫폼 레이더에서 고도 클러터와 주엽 클러터 억제 기법

전현무,배창식,양훈기,Jeon, Hyeonmu,Bae, Chang-sik,Yang, Hoon-gee 한국정보통신학회 2018 한국정보통신학회논문지 Vol.22 No.10

이동하는 플랫폼에 탑재된 레이더는 주엽으로 수신되는 주엽 클러터 신호와 더불어 부엽에서 수신되는 고도 클러터에 의해서 표적 신호가 간섭을 받는다. 고도 클러터는 거리가 주엽 클러터에 비해 비교적 짧기 때문에 강한 신호로 레이더에 유입된다. 이러한 클러터는 레이더의 오보 확률을 높이는 주 원인으로 주엽 클러터와 고도 클러터 신호를 동시에 억제할 수 있는 기술이 요구된다. 본 논문에서는 이동 플랫폼 레이더에서 발생하는 주엽 클러터와 고도 클러터 신호를 제거하기 위해서 2개의 펄스 제거기(pulse canceller) 구조를 사용하는 클러터 억제 방법을 제시한다. 펄스 제거기를 사용함에 따른 수신신호의 상관도를 분석하고 두 영역의 클러터를 억제하기 위해서 상관도가 고려된 staggered 펄스 제거기 구조를 보인다. 마지막으로 시뮬레이션을 통해 두 개의 주파수군에 형성된 고도 클러터와 주엽 클러터 성분들이 제안된 staggered 펄스 제거기를 통해 제거되는 것을 보인다. The radar in the moving platform is interfered by the mainlobe clutter as well as the altitude clutter that is received from sidelobe. The altitude clutter is relatively short range compared to mainlobe clutter and therefore enters the radar with a strong signal. As these clutters are major reason making the probability of false alarm high, it is required to suppress both altitude clutter and mainlobe clutter. In this paper, It is proposed the clutter suppression method consisted of two pulse canceller to suppress the clutters being two frequency area in moving platform. It is analyzed the correlation of output signals according to the use of pulse canceller and provided the structure of staggered pulse canceller considered the correlation. Finally, it shows that altitude clutter and mainlobe clutter are suppressed by proposed staggered pulse canceller using the simulation.

GSC 기반 모노펄스 레이다용 클러터 추정 알고리즘

김나용(Na-Yong Kim),전현무(Hyeon-Mu Jeon),배창식(Chang-Sik Bae),박규철(Gyu-Churl Park),정용식(Young-Seek Chung),양훈기(Hoon-Gee Yang) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.7

레이다의 레이돔 형상으로 인한 플래쉬 부엽(flash lobe)으로 인해 수신신호에는 표적 성분 외에 클러터(clutter) 성분이 포함된다. 클러터는 재머와 달리 표적성분과 동일한 시간에 입력될 수 있으므로 이 경우 조향방향과 표적방향의 방향오차를 추정하는 모노펄스(monopulse) 레이다의 성능 열화를 일으킨다. 본 논문에서는 클러터 환경에서 GSC(Generalized Sidelobe Canceller) 기반 모노펄스 레이다 시스템의 성능을 개선할 수 있는 클러터 추정 알고리즘을 제시한다. 직교투영(orthogonal projection) 과정을 반복하는 알고리즘에 의해 클러터 추정 성능이 개선될 수 있는 근거를 제시하며 시뮬레이션에 의해 클러터 추정 과정이 포함된 GSC 기반 시스템이 기존 모노펄스 시스템보다 방향 추정 성능을 개선할 수 있음을 보인다. Due to the existence of flash lobe caused by the radome structure, a radar return in general contains clutter component added to target echo. Unlike jammer, clutter is apt to simultaneously coexist with target echo, which hinders a monopulse radar from estimating the angle difference between target echo direction and radar steering direction. In this paper, we propose a clutter estimation algorithm applicable to generalized sidelobe canceller(GSC) based monopulse radar. We show that clutter estimation can be achieved via iterative process of the orthogonal projections. Through simulations, the proposed GSC-based system combined with the clutter estimation can outperform the conventional monopulse system in terms of target angle estimation.

INS/GPS 통합 항법 시스템의 정지/비행 중 정렬 수행 시 자세 및 가속도계 바이어스의 가관측도에 대한 이론적 분석

조용현(Yong Hyeon Cho),박우정(Woo Jung Park),박찬국(Chan Gook Park),송종화(Jong-Hwa Song),배창식(Chang-Sik Bae) 제어로봇시스템학회 2020 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.26 No.7

This paper presents a theoretical analysis on the degree of observability of attitude and accelerometer bias under static and in-flight alignment by solving the error covariance matrix explicitly. By following the Kalman filter covariance update process, the elements of this matrix can be resolved under simple assumptions, and provide a good conformity to the simulation results. The solution consists of the magnitude of gravity, the given acceleration, and the initial covariance. By using this formula, the covariance of the estimation error, which represents the degree of observability, can be examined accurately before the estimation process. For the initial attitude covariance, set by the coarse alignment, it is shown that the error covariance of the roll, pitch, and accelerometer bias in the x and y axes decrease by half of their respective initial values under static alignment. Moreover, the estimation error variance of the yaw is shown to decrease significantly under in-flight alignment.

시각 동기화 오차가 SAR 영상에 미치는 영향 분석 및 보상

이수정(Soojeong Lee),박우정(Woo Jung Park),박찬국(Chan Gook Park),송종화(Jong-Hwa Song),배창식(Chang-Sik Bae) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.4

본 논문에서는 Synthetic Aperture Radar (SAR, 합성개구레이다) 영상 품질을 향상시키기 위해 EGI/IMU (Embedded GPS/INS, Inertial Measurement Unit) 통합 항법 시스템에서 발생하는 시각 동기화 오차의 영향을 분석하고 이를 보상하기 위해 상태변수증강 기법을 적용한다. SAR 요동 측정 알고리즘으로 항체의 위치를 추적하기 위한 EGI와 추가적으로 안테나에 장착된 IMU를 결합하는 EGI/IMU 통합 항법 시스템이 많이 이용된다. 이와 같은 EGI/IMU 통합 항법 시스템에서 센서 간의 시계가 동기화되지 않을 경우 시각 동기화 오차가 발생한다. 시각 동기화 오차가 항법 및 SAR 영상에 미치는 영향 분석을 통해 시각 동기화 오차가 SAR 영상 품질을 악화시키는 것을 확인하였다. 이를 보상하기 위해 상태변수증강 기법을 적용하고, 적용한 결과 SAR 영상 품질이 저하되지 않음을 확인하였다. 또한 기동에 따른 시각 동기화 오차 추정 성능과 가관측성을 분석하여 시각 동기화 오차를 효과적으로 추정하기 위해서는 회전 기동과 같은 시간에 따라 변화하는 기동이 필요함을 보였다. 따라서, SAR 영상에 미치는 시각 동기화 오차의 영향을 줄이기 위해서는 SAR 구간 전에 회전 기동 등 시간에 따라 변화하는 기동을 수행하여 시각 동기화 오차를 보상해주어야 한다. In this paper, to improve Synthetic Aperture Radar (SAR) image quality, the effect of time synchronization error in the EGI/IMU (Embedded GPS/INS, Inertial Measurement Unit) integrated system is analyzed and state augmentation is applied to compensate it. EGI/IMU integrated system is widely used as a SAR motion measurement algorithm, which consists of EGI mounted to obtain the trajectory and IMU mounted on the SAR antenna. In an EGI/IMU integrated system, a time synchronization error occurs when the clocks of the sensors are not synchronized. Analysis of the effect of time synchronization error on navigation solutions and SAR images confirmed that the time synchronization error deteriorates SAR image quality. The state augmentation is applied to compensate for this and as a result, the SAR image quality does not decrease. In addition, by analyzing the performance and the observability of the time synchronization error according to the maneuver, it was confirmed that the time-variant maneuver such as rotational motion is necessary to estimate the time synchronization error adequately. In order to reduce the influence of the time synchronization error on the SAR image, the time synchronization error must be compensated by performing maneuver changing over time such as a rotation before SAR operation.

매개변수 사전 오차 모델링 기법을 이용한 SAR 요동측정 알고리즘

박우정(Woo Jung Park),박용곤종(Yong-gonjong Park),이수정(Soojeong Lee),박찬국(Chan Gook Park),송종화(Jong-Hwa Song),배창식(Chang Sik Bae) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.8

항공 SAR에서 고품질의 영상을 얻기 위해서는 영상 획득 구간에서 항공기의 요동을 정확히 측정하여야 한다. 특히 요동측정을 할 때 상대적 위치오차 및 불연속성 오차를 줄여야 한다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 합성 개구 레이더(SAR)에서 실시간으로 요동측정을 하는 매개변수 사전 오차 모델링 방법(P-PEM, Pre-Parametric Error Modeling)을 제안한다. P-PEM은 기존에 본 연구진에서 제안한 항법오차를 다항식으로 모델링하여 추정하는 매개변수 오차 모델링 기법(PEM, Parametric Error Modeling)에서 확장된 기법이다. PEM은 IMU에 의한 INS 오차를 짧은 시간 동안 다항식이라 가정하여 모델링하는 요동측정기법이다. 반면, P-PEM은 다항식 오차 모델의 계수를 미리 추정하고 영상촬영단계에서 사용한다. 시뮬레이션 결과, P-PEM을 적용하면 실시간으로 불연속성 오차를 제거한 요동측정이 가능함을 확인하였다. In order to obtain high-quality images by motion compensation in the airborne synthetic aperture radar (SAR), accurate motion sensing in image acquisition section is necessary. Especially, reducing relative position error and discontinuity in motion sensing is important. To overcome the problem, we propose a pre-parametric error modeling (P-PEM) algorithm which is a real-time motion sensing algorithm for the airborne SAR in this paper. P-PEM is an extended version of parametric error modeling (PEM) method which is a motion sensing algorithm to mitigate the errors in the previous work. PEM estimates polynomial coefficients of INS error which can be assumed as a polynomial in the short term. Otherwise, P-PEM estimates polynomial coefficients in advance and uses at image acquisition section. Simulation results show that the P-PEM reduces relative position error and discontinuity effectively in real-time.