Abstract
Radar systems are used in remote sensing mainly as space-borne, airborne and ground-based Synthetic Aperture Radar (SAR), scatterometer and Doppler radar. Those systems are composed of expensive equipments and require expertise and professional skills for operation. Because of the limitation in getting experiences of the radar and SAR systems and its operations in ordinary universities and institutions, it is difficult to learn and exercise essential principles of radar hardware which are essential to understand and develop new application fields. To overcome those difficulties, in this paper, we present the construction and experiment of a low-cost educational radar system based on the blueprints of the MIT Cantenna system. The radar system was operated in three modes. Firstly, the velocity of moving cars was measured in Doppler radar mode. Secondly, the range of two moving targets were measured in radar mode with range resolution. Lastly, 2D images were constructed in GB-SAR mode to enhance the azimuth resolution. Additionally, we simulated the SAR raw data to compare Deramp-FFT and ${\omega}-k$ algorithms and to analyze the effect of antenna positional error for SAR focusing. We expect the system can be further developed into a light-weight SAR system onboard a unmanned aerial vehicle by improving the system with higher sampling frequency, I/Q acquisition, and more stable circuit design.
원격탐사에서 주로 사용되는 레이다 시스템에는 인공위성, 항공기 및 지상용 SAR 시스템을 비롯하여 산란계와 도플러 레이다 등이 있다. 이러한 시스템들은 고가의 장비들로 구성되며, 운용하는 데에 매우 전문적인 기술을 필요로 한다. 일반적인 대학이나 연구소에서는 장비의 구성과 운용에 대한 경험을 얻기 힘들기 때문에 레이다 및 SAR를 이용한 새로운 적용 분야를 이해하고 개척해 나아가는데 필수적인 하드웨어적 원리를 배우고 실습하기에 어려운 실정이다. 이를 극복하기 위하여 이 논문에서는 미국 MIT에서 제공하는 Cantenna 시스템의 설계도를 기반으로 한 레이다 시스템을 저가로 제작하고 실험한 내용을 소개한다. 제작된 레이다는 총 세 가지의 방식으로 운영되었는데, 첫째, 도플러 레이다를 이용하여 이동하는 차량의 속도를 측정하였고 둘째, 거리해상도를 가지는 레이다 방식을 이용하여 이동하는 두 물체의 움직임을 측정하였다. 마지막으로, 지상용 SAR 방식으로 방위각 해상도를 높여 이차원의 영상을 획득하였다. 추가적으로 영상화에 사용되는 Deramp-FFT 알고리즘과 ${\omega}-k$ 알고리즘의 비교 및 안테나의 위치 측정 오차에 따른 영향을 분석하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다. 향후 샘플링 주파수의 증가, I/Q 샘플링 및 보다 안정적인 회로를 구현하면 무인 항공기에 탑재할 수 있는 가벼운 SAR 시스템으로도 발전할 수 있을 것으로 기대된다.
