ISAR 영상을 이용한 효과적인 편대비행 표적식별 연구

차상빈,최인오,정주호,박상홍 대한임베디드공학회 2022 대한임베디드공학회논문지 Vol.17 No.1

Monostatic/Bistatic inverse synthetic aperture radar (ISAR) images are two-dimensional radar cross section (RCS) distributions of a target. When there are many targets in a single radar beam, ISAR images are generated with targets overlapped, so it is difficult to perform the targets identification using the trained database. In addition, it is inefficient to perform target identification using only single monostatic and bistatic ISAR images separately because each method has its own advantages and weaknesses. Therefore, this paper analyzes multiple targets identification performances using monostatic/bistatic ISAR images and proposes a method of identification through fusion of two ISAR images. To identify multiple targets, we use image combination technique using trained single target images. Simulation results show effectiveness of proposed method.

움직이는 사람에 대한 비접촉식 생체신호추정 연구

차상빈,윤세원,박상홍,김경태,최인오 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.11

최근 레이다 센서를 활용한 사람의 비접촉식 생체신호추정 연구가 활발히 진행되어 왔다. 하지만, 사람의 상체가 원하지 않게 움직일 경우, 생체신호에 의한 미세 움직임보다 큰 상체 움직임에 의해 극심한 위상 변조가 발생되고, 이는 비접촉식 생체신호추정 성능을 매우 저하시킨다. 따라서, 본 논문에서는 상체가 움직이는 사람에 대한 비접촉식 생체신호추정을 수행하기 위하여 IR-UWB(impulse-radio ultra-wideband) 레이다 복소 수신신호를 사용한 새로운 상체 움직임 보상기법을 제안한다. 먼저, IR-UWB 레이다 복소 수신신호의 거리-펄스시간 도메인에서 주값분해를 통한 표적 복소 신호벡터를 추출한다. 다음으로 표적 복소 신호 벡터의 주파수 스펙트럼에 대한 엔트로피 최소화를 통한 상체 움직임 보상을수행한다. IR-UWB 상용 레이다를 활용한 실험을 통해, 제안된 기법으로 움직이는 사람에 대한 생체신호추정이 가능함을 검증하였다.

모노스태틱/바이스태틱 ISAR 영상 융합을 통한 표적식별 연구

차상빈(Sang-Bin Cha),윤세원(Se-Won Yoon),황석현(Seok-Hyun Hwang),김민(Min-Kim),정주호(Joo-Ho Jung),임진환(Jin-Hwan Lim),박상홍(Sang-Hong Park) 한국정보기술학회 2018 한국정보기술학회논문지 Vol.16 No.12

Inverse Synthetic Aperture Radar(ISAR) image is 2-dimensional radar cross section distributions of a target. For target approaching along radar’s line of sight(LOS), the bistatic ISAR can compensate for the weakness of the monostatic ISAR which can not obtain the vertical resolution of the image. However, bistatic ISAR have longer processing times and variability in scattering mechanisms than monostatic ISAR, so target identification using only bistatic ISAR images can be inefficient. Therefore, this paper analyzes target identification performance using monostatic and bistatic ISAR images of targets approaching along radar’s LOS and proposes a method of target identification through fusion of two radars. Simulation results demonstrate that identification performance through fusion is more efficient than identification performance using only monostatic, bistatic ISAR images.

편대비행 ISAR 영상 형성을 위한 위상보정 기법 분석

차상빈(Sang-Bin Cha),윤세원(Se-Won Yoon),황석현(Seok-Hyun Hwang),강민석(Min-Seok Kang),정주호(Joo Ho Jung),박상홍(Sang-Hong Park) 한국정보기술학회 2018 한국정보기술학회논문지 Vol.16 No.5

Inverse Synthetic Aperture Radar(ISAR) image is 2-dimensional RCS(Radar Cross Section) distribution of a target. In ISAR imaging, the translational motion of the target seriously blurs the image so it must be compensated for. The main step in compensating for the translational motion is the phase adjustment which compensates for the phase errors after the range alignment. However, existing methods are conducted assuming the solo flight, which can yield degraded performance when applied to targets in formation flight. Therefore, this paper introduces four existing methods for translational motion compensation, analyzes the performance of the four methods in ISAR imaging of targets in formation flight. Simulation results demonstrate that the minimum Tsallis entropy phase adjustment method were the most adequate for the formation flight.

걸어 다니는 사람의 생체신호탐지를 위한 움직임 보상기법 연구

차상빈(Sangbin Cha),박상홍(Sanghong Park),김경태(Kyungtae Kim),최인오(Inoh Choi) 한국전자파학회 2021 한국전자파학회논문지 Vol.32 No.11

최근 사물인터넷(internet of things: IoT) 산업의 발전으로 인하여, 레이다 센서를 활용한 실내 재실자의 비접촉식 생체신호탐지 연구가 활발히 진행되어 왔다. 이때, 대부분의 생체신호탐지 연구들은 폐와 심장에 의한 미세한 움직임만 가지는 정지한 사람의 레이다 수신신호로부터 위상변화를 추출한 후, 이 위상변화에 대한 스펙트럼 분석을 통해 수행되어 왔다. 하지만, 사람이 걸어 다닐 경우, 생체신호보다 상대적으로 큰 움직임에 의해 극심한 위상변화가 발생되고, 이는 생체신호탐지 성능을 매우 저하시킨다. 따라서, 본 논문에서는 걸어 다니는 사람에 대한 생체신호탐지를 수행하기 위하여, 걸음 움직임을 보상하기 위한 새로운 기법을 제안한다. 먼저, 걸어 다니는 사람의 레이다 수신신호 모델링을 수행한 후, 이를 사용하여 생체신호탐지에 대한 걸음 움직임의 영향을 면밀히 분석한다. 그리고 앞서 분석된 결과들을 바탕으로 걸음 움직임을 실시간 보상하기 위한 이동평균필터 및 최빈값 기반의 알고리즘을 새로 제안한다. 상용 IR-UWB(impulse-radio ultra-wideband) 레이다를 활용한 실험을 통해, 제안된 기법으로 걸어 다니는 사람에 대한 실시간 생체신호탐지가 성공적으로 수행될 수 있음을 확인하였다. The non-contact vital sign detection of an individual in indoor environments using a radar sensor has been widely researched by recent advances in the IoT industry. Most of these studies have been conducted by analyzing the spectrum of extracted phase variations in the echo signal of a motionless individual that has only micro-motion (that is, vital signs) caused by both the lung and the heart. However, in the case of a walking individual, the performance of the vital sign detection using conventional methods may be rapidly degraded owing to extreme phase fluctuations caused by the relatively large movement of the individual compared to the vital sign motions. To address this problem, we propose a new motion compensation method for the vital sign detection of a walking individual. First, we conduct a modeling of the echo signal for a walking individual using a radar and discuss problems in vital sign detection. Next, a new algorithm for real-time motion compensation is suggested based on a moving averaging filter and mode in statistics. In the experiments using an IR-UWB (Impulse-radio ultra-wideband) radar, we observed that the proposed method performed a successful real-time vital sign detection of a walking individual.

다기능 레이다 자원 관리를 위한 효율적인 드웰 타임 할당 기법

차상빈(Sangbin Cha),박상홍(Sanghong Park),정주호(Jooho Jung),김우찬(Woochan Kim),최인오(Inoh Choi) 한국정보기술학회 2023 한국정보기술학회논문지 Vol.21 No.5

Recently, several methods for multi-functional radar resource management (RRM), which performs many tasks with limited resource, have been widely developed. Especially, a balanced allocation of dwell time, which is an important parameter for search and tracking tasks, is necessary to achieve the RRM, so the conventional methods for RRM have been conducted by using optimization algorithms. However, there are many difficulties in applying the optimization methods to multi-functional radar in terms of design and operation. Therefore, in this paper, we propose an efficient dwell time allocation method to address these difficulties. First, we mathematically analyze the relationship between search and tracking tasks with dwell time, and discuss the difficulties for RRM. Next, by previously defining the optimal number of pulses for dwell time according to several allocation modes, the efficiency for RRM can be improved.

Monostatic/Bistatic/Multistatic 미세도플러 영상을 융합한 효과적인 탄도미사일 식별 연구

손재환,차상빈,정주호,최인오,박상홍 한국정보기술학회 2023 한국정보기술학회논문지 Vol.21 No.11

탄도미사일은 탄도 궤적을 따르는 미사일의 한 종류이며, 탄두의 낮은 레이더 단면적(RCS, Radar Cross Section) 및 고속의 특성으로 인하여 큰 위협이 되고 있다. 특히 중간단계에서 탄도미사일 요격 시 탄두와 매우 유사한 RCS 및 속도를 가지는 기만체로 인하여 요격 성능이 매우 저하될 수 있으므로, 최근 두 표적의 미세운동 차이로 인한 미세도플러(MD)를 사용하여 구별하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 대부분의 연구는 단일 레이더를 사용하여 2차원 시간-주파수 영상에서 구분이 수행되므로, 미세도플러 대역폭이 큰 관측각에서 구분율이 높으며 그렇지 않을 경우 매우 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 최근 개발된 모노스태틱/바이스태틱/멀티스태틱 미세도플러 영상형성 기법을 활용하여 미세도플러 영상을 형성한 후, 이를 융합하여 관측각도 변화에 영향을 적게 받는 구분결과를 얻는 기법을 제안한다. The ballistic missile(BM) is a kind of missile following the ballistic trajectory and is a major threat due to the low radar cross section(RCS) and the high speed. Especially, when intercepting BM in the midcourse phase, the intercept accuracy can significantly decrease due to the decoy with the RCS and the velocity similar to those of the warhead. For this reason, researches to classify the warhead and the decoy are actively carried out by exploiting micro-Doppler(MD) caused by the difference of the micro-motion. However, because most of researches are conduced by using a single radar, the classification accuracy is high if the target is observed at an aspect angle yielding wide MD bandwidth and if not, the accuracy can be degraded considerably. To solve this problem, we suggest an efficient method robust to the variation of the aspect angle by fusing MD images obtained by using the recently proposed monostatic/bistatic/multistaitc modeling methods.

모노스태틱, 바이스태틱 HRRP를 이용한 편대비행 대수추정

황석현,차상빈,윤세원,정주호,임진환,박상홍 한국정보기술학회 2019 한국정보기술학회논문지 Vol.17 No.3

Estimating the number of the targets in formation flight is a very important task in identifying the target. This paper proposes an algorithm that can estimate the number of formation flight using monostatic and bistatic high resolution range profiles (HRRPs). Using the RELAX Algorithm, single and multiple targets are distinguished and HRRPs are reconstructed. In addition, the MUSIC Algorithm and CFAR detector are applied to obtain distinct scatterers of each target of the multiple targets. In order to overcome the limitations of the monostatic radar vulnerable to targets flying in the line-of-sight direction, the data from the bistatic radar were fused so the number of targets were successfully estimated regardless of the signal-to-noise ratio variation. 편대비행 표적식별에 있어 편대비행 대수추정은 매우 중요한 과제다. 이에 본 논문에서는 모노스태틱, 바이스태틱 HRRP를 이용하여 편대비행 대수를 추정할 수 있는 알고리즘을 제안한다. RELAX Algorithm을 이용해 단일표적과 다중표적을 구별하고, HRRP를 재구성한다. 이를 이용하여 MUSIC Algorithm 및 CFAR Detector를 이용해 다수표적일 경우 표적마다의 구분된 산란점을 얻는다. 구분된 산란점의 상관관계를 활용해 편대비행 대수를 추정한다. 레이더 시야에서 비행기가 겹쳐진 상황까지 고려하여 알고리즘을 제안했고, LOS 진행방향 표적에 취약한 모노스태틱 레이더의 한계를 극복하기 위해 바이스태틱 레이더와 융합하였다. 시뮬레이션 결과SNR 변화에도 문제없이 편대비행 대수추정을 할 수 있었다.

국내 목조문화재에 대한 지중 흰개미 피해 및 모니터링 현황

임익균,차현석,강원철,이상빈,한규성,Im, Ik-Gyun,Cha, Hyun-Seok,Kang, Won-Chul,Lee, Sang-Bin,Han, Gyu-Seong 한국문화재보존과학회 2021 보존과학회지 Vol.37 No.3

본 연구에서는 전국 및 지역별 지중 흰개미 정기 모니터링 실시 기관들의 결과보고서를 바탕으로 국내 목조문화재의 지역별, 지정별 지중 흰개미 피해 및 관리 현황을 파악하였다. 또한 조사 내용들을 바탕으로 GIS 프로그램을 이용하여 전국 2,805건의 조사 대상 목조문화재에 대한 지중 흰개미 가해흔 및 가해 진행 현황 지도를 제작하였다. 현황 지도 제작 결과, 2018년~2019년의 기간 동안 총 486건의 목조문화재에서 지중 흰개미 가해흔이 확인되었으며, 그중 143건(약 29.4%)에서 지중 흰개미 권역 유입 및 목부재 가해가 진행 중인 것으로 확인되었다. 위와 같이 조사된 피해 현황 자료의 접근성을 높이기 위하여 Map API를 활용한 웹 플랫폼 및 웹 어플리케이션을 제작하였다. 또한 기관별 결과보고서에서 확인된 지중 흰개미 모니터링 방안으로는 탐지견, 육안관찰, 예찰기, 극초단파 장비 등이 지중 흰개미의 유입 유무 파악 방안으로 적용되고 있으나 유입된 지중 흰개미 군체의 영역 범위를 판단할 모니터링 조사 방안은 현재 적용되고 있지 않은 것으로 확인되었다. 이에 따라 지중 흰개미 군체 모니터링 조사 시, 대상 목조문화재의 가해 영역 범위 산정 등 현황 파악을 위한 염색약 처리 및 Mark-Release-Recapture법의 적용이 필요할 것으로 판단된다. In this study, the status of damage by subterranean termites and their management according to the region and type of domestic wooden cultural properties were identified. This was based on the survey reports of agencies conducting regular nationwide and regional monitoring of subterranean termites. In addition, using geographical information system (GIS) based on the survey contents, a map was constructed of termite infestation and its progress on 2,805 wooden cultural properties that were surveyed nationwide. Based on the map produced, a total of 486 cases of termite infestation were confirmed in wooden cultural properties during 2018-2019, of which 143 cases (approximately 29.4%) were confirmed to be owing to the invasion of termites in the ground and infestation of wood materials. A web platform and an application using a mapping application program interface were created to increase accessibility to the investigated damage status data. The methods employed by each institution for investigating and monitoring the invasion of termites in the ground included the use of detection dogs, visual observation, installation of wood specimens made of pine, and microwave equipment. However, it was confirmed that monitoring and survey methods were not applied to determine the territorial range of the subterranean termite colonies. Accordingly, the use of dyeing and mark-release-recapture methods were deemed necessary to understand the current status, such as calculating the scope of the target wooden cultural property, when monitoring subterranean termite colonies.

드론과 조류의 분별을 위한 효과적인 미세 도플러 특성벡터 연구

윤세원,차상빈,황석현,정주호,박상홍 한국정보기술학회 2019 한국정보기술학회논문지 Vol.17 No.4

In recent years, military use of drones and active use in the private sector have led to the need for security technologies. However, because the size and speed of the drones are similar to those of birds and the Radar Cross Section(RCS) is small, it is necessary to distinguish between each other using the micro motion differences. In this paper, we use realistic physical optics (PO) -based modeling rather than point scattering modeling, and use it as a feature in the time and frequency domain based on Micro-Doppler images and examined the suitability of the features on the basis of 'mono-static' and 'bi-static' respectively. And we performed 300 repetitive simulations in each SNR environment through simulation. As a result, SNR> 15dB, in mono-static, showed more than 90% discrimination ability in both features and in bi-static showed, more than 90% in one feature. 최근 들어 드론의 군사적사용과 민간에서의 활발한 사용으로 인해 보안을 목적으로한 탐지기술의 필요성이 대두되고 있다. 하지만 드론의 크기와 속력이 조류와 유사하고 레이더 단면적(RCS, Radar Cross Section)이 작기 때문에 서로의 미세운동 차이를 이용하여 분별할 필요가 있다. 본 논문에서는 점 산란 모델링보다 현실적인 PO(Physical Optics) 기반 모델링을 사용하여 미세도플러 영상을 기반으로 시간과 주파수 도메인에서의 반복주기를 특성벡터로 삼고 모노스태틱(Mono-static)과 바이스태틱(Bi-static) 각각의 기반에서 특성벡터의 적절성을 검토하였다. 그리고 시뮬레이션을 통해 각 SNR 환경에서 300번의 반복 시뮬레이션을 수행하였다. 결과적으로, SNR>15dB, 모노스태틱에서는 두 특징에서 90% 이상의 식별 능력을 나타내었고 바이스태틱에서는 하나의 특성벡터에서 90% 이상을 나타냈다.