통계분포에 기반한 고해상도 SAR 영상의 변화탐지 알고리즘 구현 및 적용

이기웅 ( Kiwoong Lee ),강서리 ( Seoli Kang ),김아름 ( Ahleum Kim ),송경민 ( Kyungmin Song ),이우경 ( Wookyung Lee ) 대한원격탐사학회 2015 大韓遠隔探査學會誌 Vol.31 No.3

최근 위성 Synthetic Aperture Radar (SAR) 영상의 해상도가 개선됨에 따라 이에 대한 수요가 증가할 것으로 보이며 향후 새로운 응용시장으로 성장할 것으로 예측되고 있다. 특히, 화산이나 지진과 같은 자연 재해에 대한 예측이나 지형의 미세한 변화를 탐지하기 위한 용도로 SAR 영상의 활용도가 증가하고 있다. 기존의 변화탐지 알고리즘을 고해상도 SAR 영상에 적용할 경우, 영상간의 기하학적 구조, 스펙클의 영향 등으로 변화탐지 정확도가 저하될 수 있다. 또한, SAR 영상의 경우 지형적 특성에 따라 영상의 통계적 분포가 다르므로 영상의 통계분포를 반영한 임계값 추정이 필요하다. 본 연구에서는 고해상도 SAR 영상의 통계적 분포특성을 반영하여 임계값을 이용하는 변화탐지 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘의 성능을 시험하기 위해 SAR 영상 시뮬레이션을 수행하여 성능을 시험하고 검증하였다. 마지막으로 Cosmo-Skymed 과 다목적실용위성-5 영상에 각각 적용하여 검증하고 비교한 결과를 제시한다 Synthetic Aperture Radar is able to provide images of wide coverage in day, night, and all-weather conditions. Recently, as the SAR image resolution improves up to the sub-meter level, the applications are rapidly expanding accordingly. Especially there is a growing interest in the use of geographic information of high resolution SAR images and the change detection will be one of the most important technique for their applications. In this paper, an automatic threshold tracking and change detection algorithm is proposed applicable to high-resolution SAR images. To detect changes within SAR image, a reference image is generated using log-ratio operator and its amplitude distribution is estimated through K-S test. Assuming SAR image has a non-gaussian amplitude distribution, a generalized thresholding technique is applied using Kittler and Illingworth minimum-error estimation. Also, MoLC parametric estimation method is adopted to improve the algorithm performance on rough ground target. The implemented algorithm is tested and verified on the simulated SAR raw data. Then, it is applied to the spaceborne high-resolution SAR images taken by Cosmo-Skymed and KOMPSAT-5 and the performances are analyzed and compared.

압축센싱 기반의 UWB 클러터 제거를 통한 비행 드론의 근거리 탐지 성능 개선

이새미 ( Saemi Lee ),천형일 ( Hyungil Chun ),이우경 ( Wookyung Lee ) 한국국방기술학회 2021 한국국방기술학회 논문지 Vol.3 No.1

UWB(Ultra Wideband Radar) 레이더는 매우 좁은 펄스를 사용하여 근거리 드론을 보다 높은 분해능으로 탐지 가능 하고, 광대역을 사용하여 투과성이 좋아 효율적인 물체 탐지에 적합하다. 본 연구에서는 군집 드론 시스템에서는 이동 드론의 충돌 방지를 위해 레이다 센서를 도입한다. UWB 레이더를 이용해 드론을 탐지하는 실험을 수행하고, 드론 탐지 신호의 거리 및 속도 정보 정확도를 개선하기 위한 방안을 제안한다. 탐지 정확도를 개선하기 위해서는 수신 잡음을 제거하는 과정이 필요한데, 기존의 LMS 적응 필터를 이용하면 표적신호를 클러터로 판단해 오경보율을 높이는 현상이 발생한다. 본 논문에서는 압축센싱 기반의 알고리즘을 적용한 선별적 필터 알고리즘을 설계하여 오경보율을 일정하게 유지하면서 클러터를 효과적으로 제거하는 방안을 제시하고자 한다. UWB (Ultra Wideband Radar) radar is suitable for efficient object detection using very narrow pulses with high permeability. With minimal power consumption, it can detect near-field drones with high resolution. In this study, experiments are we performed to detect drones using UWB radar and proposed a method to improve the accuracy of distance and velocity information of received signals. In order to improve the detection accuracy, attempt is made to suppress clutter noise in received signals. Conventional LMS adaptive filter often suffer from errors in target detection due to strong nearby clutter leading to increased false alarm rate. In this paper, a compressive sensing based adaptive filter is proposed to effectively remove clutter while maintaining false alarm rate by designing adaptive CFAR.

Squint 빔 분할을 통한 고해상도 SAR 영상 구현

문민정(Minjung Moon),이우경(Wookyung Lee),한승훈(Seung-hoon Han),조재형(Jae-Hyoung Cho),문효이(Hyoi Moon) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.4

항공기 SAR(Synthetic Aperture Radar)에서 실시간 고해상도 영상을 획득하기 위해 전방관측 모드로 운용할 경우, 기하학적 왜곡에 의한 영향을 받게 된다. 일반적인 SAR 영상 처리 알고리즘 중에서도 항공 탑재체의 요동 보상에 유리한 PFA(Polar Format Algorithm)는 제한된 영역에서 높은 영상 품질과 고속 연산 효율성을 갖는다. 반면 전방 관측 모드에서의 데이터 왜곡의 증가로 PFA의 주 알고리즘인 보간 계산의 오차가 증가하여 영상의 품질이 저하되며, 이는 고해상도 영상 확장에 제한이 된다. 본 논문에서는 PFA 알고리즘의 오차를 개선하기 위해 안테나 빔 조향 영역을 분할한 후 제한된 영역의 서브 영상을 병합하여 SAR 영상을 생성하는 알고리즘을 제시한다. 서로 다른 영역의 SAR 신호를 저대역에서 취합하고, 고대역에서 정합하여 전방관측 모드에서의 왜곡을 억제하면서 광역의 고해상도 영상을 생성할 수 있음을 보인다. Airborne synthetic aperture radars(SARs) are vulnerable to geometric distortion when operated in the squinted mode. The polar format algorithm(PFA) is preferred owing to its convenient motion compensation, good image quality, and efficient computational performance. As a major drawback of the conventional PFA, the increase in data distortion under the forward-looking mode results in interpolation errors, thereby deteriorating image quality. In this paper, we propose a high-resolution SAR processing method based on the sub-aperture division PFA. In this approach, multiple antenna beams are imposed on extended areas divided by sub-aperture regions. Antenna beam steering is implemented from multiple platforms to simultaneously collect raw data from the sub-apertures. Thereafter, multiple sub-data images, each featuring low-resolution qualities, are processed in parallel to compensate for phase distortion and further merged to obtain a complete SAR image over an extended area. The results show that the synthesized SAR image yields an improved quality with enhanced resolution.

실시간 SAR 영상 생성을 위한 Range Doppler 알고리즘의 FPGA 기반 가속화

정동민(Dongmin Jeong),이우경(Wookyung Lee),정윤호(Yunho Jung) 한국전기전자학회 2021 전기전자학회논문지 Vol.25 No.4

본 논문에서는 실시간 SAR (synthetic aperture radar) 영상 생성을 위한 RDA (range Doppler algorithm)의 FPGA 기반 가속화 기법을 제안한다. RDA의 연산 과정인 거리 및 방위 압축 연산을 가속하기 위한 시스토릭 어레이 구조 기반 정합 필터와 RCM (range cell migration)을 보상해 주기 위한 고속의 sinc 보간 연산기의 하드웨어 구조를 제시하고, Xilinx Alveo FPGA에 다채널 커널 형태로 구현하여 가속을 진행하였다. 제안된 구조의 하드웨어를 사용하여 4096×4096 크기의 영상 생성 시간을 측정한 결과, Nvidia RTX3090 GPU를 사용하여 SAR 영상을 생성하는 시간보다 약 2배 가속이 가능함을 확인하였다. 또한, 제안된 가속 하드웨어는 60,247개의 CLB LUT, 103,728개의 CLB register, 20개의 block RAM tile과 592개의 DPS로 구현 가능하며, 최대 동작속도는 312 ㎒임을 확인하였다. In this paper, an FPGA-based acceleration scheme of range Doppler algorithm (RDA) is proposed for the real time synthetic aperture radar (SAR) imaging. Hardware architectures of matched filter based on systolic array architecture and a high speed sinc interpolator to compensate range cell migration (RCM) are presented. In addition, the proposed hardware was implemented and accelerated on Xilinx Alveo FPGA. Experimental results for 4096×4096-size SAR imaging showed that FPGA-based implementation achieves 2 times acceleration compared to GPU-based design. It was also confirmed the proposed design can be implemented with 60,247 CLB LUTs, 103,728 CLB registers, 20 block RAM tiles and 592 DPSs at the operating frequency of 312 ㎒.

차량용 레이다를 이용한 SAR 이미지 형성 및 요동 보상 기법 분석

강성욱(Kang Sung-wook),이성욱(Lee Seongwook),이우경(Lee Wookyung) 한국통신학회 2023 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.6

DTV 신호를 이용한 PCL레이다 기술 분석 및 실험

천형일(HyungIl Chun),문민정(Minjeong Moon),이우경(WooKyung Lee) 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2019 No.11

광역 MIMO SAR 영상 획득을 위한 다중 잡음 OFDM 파형 활용 연구

문민정(Minjung Moon),송경민(Kyungmin Song),이우경(Wookyung Lee),유상범(Sang-Burm Ryu),이현철(Hyeon-Cheol Lee),이상규(Sang-Gyu Lee) 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.6

최근 위성 SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템의 개발은 광역 관측을 수행하는 동시에, 고해상도 영상을 확보하는 방향으로 확장되고 있다. 일반적인 위성 SAR 시스템에서는 광역의 고해상도 영상을 획득하는 과정에서 방위 및 거리방향의 모호성 문제가 유발되어 영상 품질의 저하가 발생한다. 다중 입출력 장치를 사용하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) SAR 기술은 상호 상관성이 낮은 파형군을 적용하여 관측폭을 확장하면서도 영상 품질을 유지하는 기법으로 제안되고 있다. 본 논문에서는 상호 직교 특성을 갖는 다중 잡음 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 파형을 설계하고, 다중 파형 모드에서의 영상 품질 분석을 수행하여 광역 고해상도 SAR 모드에 적용 가능성을 제시한다. Future spaceborne satellite synthetic aperture radar(SAR) system is expected to acquire high-resolution images over wide swath areas. Conventional SAR systems suffer from ambiguity problems in both azimuth and range directions that lead to image quality degradation. Recently, multiple input multiple output(MIMO) SAR techniques having multiple orthogonal waveforms are proposed to overcome the conventional ambiguity problems in wide-swath imaging modes. In this paper, noisy orthogonal frequency division multiplex(OFDM) waveforms are developed to reduce the ambiguity problems and suppress the image quality degradation. SAR simulations are performed to evaluate the performance of the proposed technique for wide-swath SAR imaging.