위성영상을 이용하여 지형도를 제작하는 새로운 방법으로 레이다 간섭기법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 레이다 간섭기법은 동일한 지역을 촬영한 두 장의 SAR 영상의 위상정보를 이용하여 표고값을 추출하는 기법으로, 기존의 SPOT과 같은 광학영상에 비하여 날씨나 시간의 제약을 받지 않고 지형정보를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 즉, 영상취득의 유연성이 뛰어나며 광범위한 면적에 대하여 저렴한 표고데이터 추출이 가능하여 GIS에서의 활용 가능성 또한 밝다고 할 수 있다. 그러나 레이다 간섭기법은 SAR 시스템에 따라 발생하는 기하학적 왜곡으로 인해 일부지역에 대해서는 위상불구속화 알고리즘에 따라 표고값이 잘못 추정되거나 아예 그값을 얻지 못하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서 사용한 ERS 텐덤자료의 경우에는 산악지형에서의 수직위치 정확도가 가장 부정확했으며, 기하학적 왜곡으로는 ERS 위성의 짧은 입사각으로 인한 layover 현상이 주로 발행하였다. 위상불고속화 기법별로는 경로추적방식 알고리즘을 사용했을 경우, 산출된 표고값의 정확도는 최소제곱방식을 수행했을 경우보다 2∼5m 가량 우수하였으나 기하학적 왜곡이 발생한 지역에서의 데이터를 얻지 못하는 결과를 보였다. 이 지역에 대하여 고도민감도를 이용하여 표고값을 추정한 결과 경로추적방식의 정확도를 유지하면서 전체 영상에 대하여 표고값을 갖는 DEM을 제작할 수 있었다.
위성영상을 이용하여 지형도를 제작하는 새로운 방법으로 레이다 간섭기법이 활발히 연구되고 있다. 레이다 간섭기법은 같은 지역에 대한 두 장의 SAR 영상을 이용하여 고도값을 추출하는 방법으로, 기존의 SPOT과 같은 광학영상에 비하여 날씨나 시간의 제약을 받지 않고 지형정보를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 레이다 간섭기법을 이용하여 고도값을 추출하는 방법은 처리과정이 복잡하고 기복이 심한 지역에서의 수직위치 정확도가 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서 ERS-1과 ERS-2의 tandem 모드 SAR 영상을 사용하여 수치표고모형을 작성한 후 14개의 지상기준점에 대한 수직위치 정확도를 분석한 결과 14.06m의 오차를 보였다. 그러나 항공탑재레이다 시스템의 영상을 사용하여 수치표고 모형을 제작하면 $2{\sim}5m$의 수직위치 정확도를 얻을 수 있으므로 1/10,000이나 1/25,000 축척 지형도의 수정, 갱신에 활용할 수 있으리라 기대된다.
본 논문에서는 ESA 레이다의 성능을 향상시키기 위하여, 간섭이 예상되는 PRF를 회피하여 효과적으로 PRF(Pulse Repetition Frequency)를 설계하는 방법을 제시하고 있다. 본 논문에서 제안하는 기법은 기존의 기법에서 고려하던 송신신호 및 직하방신호(nadir)와의 간섭 이외에 빔폭과의 간섭을 새롭게 고려하고 있으며, 특히 ESA 레이다의 조향각 변화에 따른 빔 넓어짐 효과를 고려함으로써, 기존의 방법에서 회피할 수 없었던 부적절한 PRF를 회피하여 ESA 레이다의 파형설계가 가능하다. 시뮬레이션 결과를 통해 본 논문에서 제시하는 PRF 설계 기법이 기존의 방법에서 회피할 수 없었던 ESA 레이다의 간섭들을 회피하여 PRF가 설계가 가능함을 정량적 및 정성적으로 확인할 수 있었다.
지금까지 대부분의 인공위성 또는 항공기 SAR 시스템은 하나의 위상 배열 안테나를 이용하며, 단 영상을 생성하고 판독하는데 주로 사용되었지만, 차세대 SAR 시스템은 다중 편파 관측이 가능하거나 이중 채널 또는 위상 배열 안테나의 분리 모드(split-antenna mode)를 통해 간섭기법의 적용이 가능한 시스템으로 발전이 이루어지고 있다. 이러한 측면에서 이 논문은 차세대 SAR 인공위성의 새로운 분석 기법 연구와 활용 증진을 위해, 유사한 기능을 보일 수 있는 이중 채널 항공기 SAR 시스템을 구축하고, 이로부터 단일 패스 간섭기법(single-pass interferometry)을 연구한 논문이다. 공간적으로 서로 다른 위치에 있는 두 개의 SAR 채널에서 동시에 수신된 레이다 신호를 간섭적으로 처리하여, 지형의 고도 정보를 추출하거나 이동하는 물체의 속도를 탐지할 수 있도록 알고리즘을 구현하였고, 새로운 활용 분야를 모색하고자 하였다.
영상 레이다(Synthetic Aperture Radar)는 전자파를 이용하여 영상을 생성함에 따라 주 야간 상황과 무관하게 안정적인 광역 관측자료를 확보할 수 있으며 기상 제약 환경과 무관하게 전략적 상업적 목적으로의 감시 및 관찰 기능을 요구하는 임무에 광범위하게 활용될 수 있다. 그러나 SAR 위성 시스템의 경우 넓은 대역의 주파수를 사용하기 때문에 인접대역을 사용하는 레이다 시스템 및 통신기기로부터 간섭 영향에 의해 영상품질을 저하시킬 수 있다. 본 논문에서는 SAR 영상의 품질향상을 위해 간섭 제거 기법인 고유치 기반 필터(Eigen-subspace based Filter) 기법을 제안하였으며, SAR 위성의 간섭제거 알고리즘인 고유치 기반 필터 기법의 정량적인 성능 분석을 위해 일반적인 노치 필터(Notch Filter) 기법을 적용한 결과를 토대로 비교 검증하였다.
여러 분야에서 전파 장비가 복잡해지고 다양해지면서 주파수 간섭으로 인한 문제가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 국내의 상황은 협소한 영토에서 전파환경이 우수한 특정 고지대에 다수의 시스템이 밀집해 있으며, 동일 대역의 고출력 신호를 송신하는 레이다 시스템이 근거리에 배치되어 운용되는 경우도 발생하고 있다. 본 논문에서는 실제 전파간섭 현상에 대하여 간섭의 형태를 구분하고 적절한 신호간섭 파라미터를 도출하였다. 이것을 간섭기법에 반영하여 간섭신호의 전력밀도를 예측하고 실 측정을 통하여 유효성을 검증한 결과를 바탕으로 간섭시스템과 피해시스템의 운용시나리오를 분석하여 간섭을 최소화 할 수 있는 방법을 제안한다.
본 논문에서는 다중입력-다중출력(multiple-input, multiple-output: MIMO) 간섭계(interferometric) 레이다 네트워크 시스템을 기반한 MIMO 간섭계 역합성 개구면 레이다(inverse synthetic aparture radar: InISAR) 영상 형성기법에 관해 연구하였다. MIMO 간섭계 레이다 네트워크 시스템 내에서는 여러 바이스태틱 InISAR 영상들이 형성되며, 이들을 인코히리언트(incoherent)하게 합성함으로써 MIMO InISAR 영상을 형성할 수 있다. 여기서, 바이스태틱 InISAR 영상은 바이스태틱 기하구조 내에서의 표적에 대한 산란분포를 3차원의 형태로 도시한다. 상기 MIMO InISAR 영상에서는 다중 각도에서의 바이스태틱 산란 현상을 3차원의 형태로 도시하기 때문에, 표적의 다양한 산란 정보를 제공함과 더불어, 표적 식별 시 유용한 특징 벡터(feature vector)로써 활용될 수 있다. 시뮬레이션을 통해, 제안된 MIMO InISAR 영상 형성 기법을 이용함으로써 표적에 대한 다중각도에서의 바이스태틱 산란분포가 3차원의 형태로 도시되는 것을 확인할 수 있다.
본 논문은 군통신 데이터링크 장비에 대해서 주파수 자원을 효율적으로 이용하기 위하여 고속도약기법, 주파수환경센싱기법, 수신2채널기법, 수신필터뱅크부 적용 등을 이용하여 동일한 주파수 대역을 사용하는 레이다 등의 타장비와 공유할 수 있는 기법을 소개한다. 사전에 운용대역의 주파수 환경을 실시간 측정 및 분석하였고, 일차적으로 개발하려는 장비가 기존 운용하고 있는 레이다에 간섭영향성이 최소화하는 방법을 분석하였으며, 반대로 레이다가 간섭을 주는 환경에서 본 논문에서 제시한 주파수 공유기법을 사용하여 최대한 통신확률을 높이는 구조를 제시한다. 최종적으로 설계된 RF송수신기의 잡음지수, 상호혼변조(IMD)와 같은 주요 규격에 대한 모의실험을 통하여 만족여부를 사전 검증하였다.
본 논문은 1차원 배열안테나를 이용한 레이다 시스템에서 간섭 환경에 강인한 적응적 SLB 채널을 합성하는 연구에 대해 기술한 내용이다. 기존에 연구된 spatial DLC를 이용한 SLB 채널 합성은 매우 간단히 구현 가능하면서도 효과적으로 각도 방향의 부엽 신호를 blanking시킨다. 이 방식을 기반으로 correlation 행렬을 이용하여 간섭 신호를 제거하는 적응적 빔형성 기법을 추가로 적용하였다. 적응적 SLB 채널은 강한 간섭 신호를 잡음 레벨 이하로 억제시키므로, 간섭 환경에서도 좋은 SLB 성능을 보장할 수 있다. 해당 연구는 추후 평면배열안테나의 레이다 시스템으로 확장할 계획이다.
본 논문에서는 기상 레이다의 효율적 주파수 사용을 위해 직교 파형과 간섭 제거 기술을 이용한 주파수 재사용 기술을 제안하였다. 주파수 공유로 발생한 레이다간 간섭 영향을 줄이기 위해 직교 코드 시퀀스 간 상호 상관 최대값이 가장 작은 조합으로 선택하였으며, 잔여 간섭 성분 제거를 위해 CLEAN 알고리즘을 사용하였다. 전산 모의 실험 결과 재사용 기술 적용 후에도 성능 요구 조건을 만족하는 것으로 나타남으로써 현행 S 밴드 기상 레이다의 점유 주파수 8개를 1개로 줄일 수 있어 신규 주파수 확보 가능성 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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