[논문]미분을 이용한 단일채널 SAR SLC 영상 내 지상 이동물체의 탐지방법

원중선

doi:10.7780/kjrs.2014.30.2.3

미분을 이용한 단일채널 SAR SLC 영상 내 지상 이동물체의 탐지방법
A Quick-and-dirty Method for Detection of Ground Moving Targets in Single-Channel SAR Single-Look Complex (SLC) Images by Differentiation 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.30 no.2, 2014년, pp.185 - 205

초록
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SAR를 이용한 지상이동물체탐지(GMTI)는 SAR의 주요 활용 기술 중 하나이다. 최근 위성 탑재 SAR 시스템의 해상도가 높아지면서 지상이동목표물 탐지의 유용성은 더욱 강조되고 있다. 현재까지 다양한 지상이동물체탐지 기법이 개발되었으나 대부분은 다중채널 SAR 시스템을 이용하는 기술에 집중되었다. 그러나, 아직도 단일채널 SAR 영상으로부터 지상 이동물체를 탐지하는 것은 매우 어려운 문제로 남아 있는 반면 다중채널 위성 탑재 SAR 시스템은 아직은 그 활용이 현실적으로 매우 제한적인 상황이다. 일단 지상의 목표물이 탐지되고 이동속도가 3 m/s(약 10.8 km/h) 이상인 경우 그 목표물의 이동속도는 단일채널 SAR 자료라도 오차범위 약 5%의 정밀도로 복원 가능하다. 따라서 단일채널 SAR 자료로부터 지상의 이동물체 자체를 탐지하는 것이 핵심이며, 이 논문에서는 SAR Single-Look Complex(SLC) 영상자료에 미분을 적용하여 쉽고 빠르게 탐지하는 방법을 제시한다. 이 논문에서는 SAR SLC 자료의 미분 값은 도플러 중심주파수를 나타냄을 유도하고, 따라서 미분 값은 지상이동물체 탐지에 매우 효과적임을 설명하고자 한다. 이 논문에서 제시하는 미분 방법의 결과와 정밀한 속도복원 방법의 상관계수 $R^2$ 는 0.62로 나타났으며, 이는 이동물체를 탐지하는 데는 충분함을 지시한다. 이 방법은 매우 단순한 미분으로 도플러 중심주파수 분석에 근거하고 있으나 최종 자료처리에 앞서 도플러 경사도를 제거해야 하며, 적용결과의 효율성과 신뢰도는 이 도플러 경사도 제거 과정에 크게 좌우된다. 지상에 모서리 산란체를 탑재하고 이동속도를 조절한 실험용 차량과 이를 관측한 TerraSAR-X SLC 자료를 이용하여 검증을 실시하였다. 검증결과 지상 이동물체를 매우 쉽게 탐지하면서도 정지된 상태의 강한 산란체는 약 18.5 dB의 신호파워를 줄여 효과적으로 제거 하는 것으로 나타났다. 현재 이 방법은 지상의 이동속도 8.8 km/h 이상인 경우 매우 효과적이며, 아리랑-5호를 비롯한 모든 단일채널 SAR 시스템에 적용 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

SAR ground moving target indicator (GMTI) has long been an important issue for SAR advanced applications. As spatial resolution of space-borne SAR system has been significantly improved recently, the GMTI becomes a very useful tool. Various GMTI techniques have been developed particularly using multi-channel SAR systems. It is, however, still problematic to detect ground moving targets within single channel SAR images while it is not practical to access high resolution multi-channel space-borne SAR systems. Once a ground moving target is detected, it is possible to retrieve twodimensional velocities of the target from single channel space-borne SAR with an accuracy of about 5 % if moving faster than 3 m/s. This paper presents a quick-and-dirty method for detecting ground moving targets from single channel SAR single-look complex (SLC) images by differentiation. Since the signal powers of derivatives present Doppler centroid and rate, it is very efficient and effective for detection of non-stationary targets. The derivatives correlate well with velocities retrieved by a precise method with a correlation coefficient $R^2$ of 0.62, which is well enough to detect the ground moving targets. While the approach is theoretically straightforward, it is necessary to remove the effects of residual Doppler rate before finalizing the ground moving target candidates. The confidence level of results largely depends on the efficiency and effectiveness of the residual Doppler rate removal method. Application results using TerraSAR-X and truck-mounted corner reflectors validated the efficiency of the method. While the derivatives of moving targets remain easily detectable, the signal energy of stationary corner reflectors was suppressed by about 18.5 dB. It results in an easy detection of ground targets moving faster than 8.8 km/h. The proposed method is applicable to any high resolution single channel SAR systems including KOMPSAT-5.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SAR 관측에 의한 이동 물체의 탐지 및 속도복원 방법은 어떻게 구분되는가?	, 2008). SAR 관측에 의한 이동 물체의 탐지 및 속도복원 방법은 크게 단일 채널(Single channel SAR) 시스템을 이용하는 방법과 다중 채널(Multi-channel SAR) 시스템을 이용하는 방법이 있다. 다중 채널 SAR를 이용하는 기술은 clutter 잡음을 줄일 수 있으며 또한 잔여 도플러 중심주파수(Doppler centroid)를 매우 정밀하게 측정할 수 있는 능력이 있어 무인항공시스템, 항공기용 및 선진화된 위성 SAR 시스템에 적용되고 있다.
	SAR의 신호 및 영상 자료에 나타나는 지상 물체의 이동에 의한 영향은 어떤 두 가지 관점으로 연구가 진행되었는가?	영상레이더인 Synthetic Aperture Radar(SAR)의 신호 및 영상 자료에 나타나는 지상 물체의 이동에 의한 영향은 SAR 개발 초기부터 중요한 문제였으며, 이에 대해 두가지 관점에서 연구가 진행되어 왔다(Raney, 1971). 하나는 지상 물체의 이동으로 인하여 발생되는 영상 질의 저하 및 관측 대상 산란체가 다른 위치에 영상화 되는 문제점 해결을 위한 관점이며, 또 다른 관점은 이와 같은 특성을 이용하여 지상에서 이동하는 목표물을 탐지하고 그 이동 방향성 및 속도를 복원하고자 하는 활용의 관점이다. 전자의 경우 SAR 영상의 질을 개선하기 위해 다양한 연구가 수행되어 왔으며, 또한 위성 궤도를 이용 하는 경우 추가적으로 고려되어야 하는 점에 대해서도 심도 깊은 연구가 진행 되어왔다(Werness et al.
	다중 채널 SAR를 이용하는 기술의 특징은 무엇인가?	SAR 관측에 의한 이동 물체의 탐지 및 속도복원 방법은 크게 단일 채널(Single channel SAR) 시스템을 이용하는 방법과 다중 채널(Multi-channel SAR) 시스템을 이용하는 방법이 있다. 다중 채널 SAR를 이용하는 기술은 clutter 잡음을 줄일 수 있으며 또한 잔여 도플러 중심주파수(Doppler centroid)를 매우 정밀하게 측정할 수 있는 능력이 있어 무인항공시스템, 항공기용 및 선진화된 위성 SAR 시스템에 적용되고 있다. 다중 채널을 이용하는 방법은 크게 clutter의 잡음을 최소화 하기 위한 Displaced PhaseCenter Antenna(DPCA) 및 이보다 개선된 최근 방법인 SpaceTime Adaptive Processing(STAP)이 있으며, 이 방법들은 특히 clutter 잡음을 줄이는데 최적화 되어 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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