선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 CDGPS(Carrier phase Differential Global Positioning System, 반송파 차분 위성 항법)를 지상에서 후처리한 결과를 기준 APC 위치로 사용하기 위하여, 항공기를 이용한 SAR 테스트 베드 구축[3]시, 항공기에서 CDGPS 데이터를 획득할 수 있도록 장비를 구성하였다. 비행 중 획득된 GPS 데이터는 지상에서 후처리하여, 고해상(spotlight) SAR 영상 형성에 이용하였다.
제안 방법
- . APPS에 의한 위치 정확도는 절대위치 오차가 10 mm 미만이라고 알려져 있으며, 통합기준점의 위치 정확도와 큰 차이가 없기에 우리는 비행 시험 동안 임의 위치에 설정한 기준국과 APPS를 이용해 기준국의 위치 좌표를 계산하였다. CDGPS 후처리를 위해서는 상용 프로그램인 Septentrio 사의 PP-SDK(Post Processing Software Development Kit)[9]를 사용하였다.
- CDGPS 위치에 평탄화 기법을 적용한 경우의 성능 분석을 위해 일반적인 GPS/IMU에 의한 항법 위치로 SAR 영상 형성한 결과와 비교 분석을 수행하기로 한다. AF를 적용하지 않은 영상 형성 결과를 Fig.
- CDGPS 후처리 결과의 정확도를 확인하기 위해 지 상태에서 기준국 위치 대비 위치 오차를 분석하였다.
- CDGPS 후처리를 위해 이동국/기준국의 GPS 수신기를 통해서 위성의 궤도 정보와 상태(Almanac), 이력정 보(Ephemeris), 전리층 정보(Ionospheric) 그리고 위성과 수신기 사이의 거리 정보를 획득한다. Fig.
- CDGPS의 위치오차는 AF에 의한 방위 위상오차 추정치로 추정하였으며, SAR의 영상 품질은 영상에 포함된 코너 반사기(Corner Reflector, CR)를 이용하여 임 펄스 응답 함수(Impulse Response Function, IRF) 특성을 분석하였다. 요동의 특성 및 요동 보상 알고리즘에 의한 성능 저하를 최소화 하고, CDGPS의 위치를 사용했을 때의 영향만을 고려한 SAR 영상 성능 분석을 위하여, 역투영 알고리즘(Back-Projection Algorithm, BPA)을 적용하여 실제 SAR 영상 형성을 수행하였고, 자동 초점 알고리즘으로는 PGA(Phase Gradient Algorithm, PGA)을 적용하였다[12].
- CDGPS의 절대 위치 정확도는 평균 수 cm 이내로 매우 정확한 편이기에, SAR 성능 저하에 미치는 영향이 미미하므로, 성능 저하에 크게 영향을 미치게 되는 상대 오차에 대한 분석만을 수행하기로 한다. 이를 보다 세밀하게 수행하기 위해서 거리, 고도 방향으로의 변화량을 Fig.
- 비행 중 획득된 GPS 데이터는 지상에서 후처리하여, 고해상(spotlight) SAR 영상 형성에 이용하였다. SAR 영상의 대표적인 품질 지표인 해상도 및 부엽 성능을 SAR 영상을 비교/분석함으로써 CDGPS를 이용한 기준 위치의 유효성을 확인하였다. 이를 통해서 CDGPS를 이용한 영상이 실시간 SAR 요동 측정 시스템의 개발 및 평가뿐만 아니라, 새로운 요동 보상 알고리즘, 영상 형성 알고리즘, 그리고 자동초점 (Autofocus, AF) 알고리즘 개발에서 기준 영상으로 활용 가능함을 확인하였다.
- 실시간 SAR 전용 요동 측정 시스템을 개발하고, 평가하기 위한 그 첫 단계는 APC의 정확한 절대/상대 위치 측정이다. 이를 위한 방안으로 우리는 CDGPS 후처리 결과에 평탄화 기법을 적용하여 이를 APC의 기준 위치로 사용하는 방식을 제안하였고, 평탄화가 적용된 CDGPS의 위치 정보를 비행시험으로부터 획득한 실제 SAR 원시데이터에 적용하여 영상 형성을 수행하고 그 성능을 비교/분석하였다.
- CDGPS의 상대 위치의 변화량은 무작위 오차가 포함된 것처럼 고주파 형태를 보임을 알 수 있다. 실제 위치 변화량인지, 고주파 오차인지 식별하기 위해 고주파 성분의 제거 전/후 SAR 영상을 형성 후 분석하기로 하였다. 잡음처럼 보이는 고주파 성분만을 제거하기 위해 잘 알려진 Savitzky-Golay(S-G) 평탄화(smoothing) 기법[10]을 적용하였다.
- 실시간 SAR 전용 요동 측정 시스템을 개발하고, 평가하기 위한 그 첫 단계는 APC의 정확한 절대/상대 위치 측정이다. 이를 위한 방안으로 우리는 CDGPS 후처리 결과에 평탄화 기법을 적용하여 이를 APC의 기준 위치로 사용하는 방식을 제안하였고, 평탄화가 적용된 CDGPS의 위치 정보를 비행시험으로부터 획득한 실제 SAR 원시데이터에 적용하여 영상 형성을 수행하고 그 성능을 비교/분석하였다. CDGPS의 위치 정보에 포함되는 고주파 잡음은 SAR 영상의 ISLR 성능을 크게 저하시키게 되나, 평탄화 기법을 적용할 경우 영상의 품질을 크게 개선할 수 있음을 확인하였다.
대상 데이터
- 시, 항공기에서 CDGPS 데이터를 획득할 수 있도록 장비를 구성하였다. 비행 중 획득된 GPS 데이터는 지상에서 후처리하여, 고해상(spotlight) SAR 영상 형성에 이용하였다. SAR 영상의 대표적인 품질 지표인 해상도 및 부엽 성능을 SAR 영상을 비교/분석함으로써 CDGPS를 이용한 기준 위치의 유효성을 확인하였다.
- 비행체 진행 방향 기준 90°(Broadside) 방향의 표적에 대한 원시 데이터를 획득하였고, 동시에 앞서 설명한 GPS 정보 저장을 별도로 수행하였다.
- CDGPS 후처리 결과의 정확도를 확인하기 위해 지 상태에서 기준국 위치 대비 위치 오차를 분석하였다. 이를 위해 정확한 위치를 알고 있는 고정된 지점에서 GPS 수신기를 안테나에 연결하고 약 1시간 동 안 100 Hz의 GPS 데이터를 획득하였다.
이론/모형
- APPS에 의한 위치 정확도는 절대위치 오차가 10 mm 미만이라고 알려져 있으며, 통합기준점의 위치 정확도와 큰 차이가 없기에 우리는 비행 시험 동안 임의 위치에 설정한 기준국과 APPS를 이용해 기준국의 위치 좌표를 계산하였다. CDGPS 후처리를 위해서는 상용 프로그램인 Septentrio 사의 PP-SDK(Post Processing Software Development Kit)[9]를 사용하였다. CDGPS 후처리 과정을 Fig.
- GPS의 자료 획득 빈 도수는 20~100 Hz 사이에서 설정할 수 있으나, 체계 설계상 도출한 요구 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)는 수백 Hz 이상이므로 실제 펄스 방사 위치를 구하기 위해서는 보간(interpolation) 적용이 반드시 필요하다. 보간 오차를 줄이기 위해서는 획득 빈도수를 높이는 것이 유리하며, 우리는 여기에 spline 보간법을 적용하였다.
- CDGPS의 위치오차는 AF에 의한 방위 위상오차 추정치로 추정하였으며, SAR의 영상 품질은 영상에 포함된 코너 반사기(Corner Reflector, CR)를 이용하여 임 펄스 응답 함수(Impulse Response Function, IRF) 특성을 분석하였다. 요동의 특성 및 요동 보상 알고리즘에 의한 성능 저하를 최소화 하고, CDGPS의 위치를 사용했을 때의 영향만을 고려한 SAR 영상 성능 분석을 위하여, 역투영 알고리즘(Back-Projection Algorithm, BPA)을 적용하여 실제 SAR 영상 형성을 수행하였고, 자동 초점 알고리즘으로는 PGA(Phase Gradient Algorithm, PGA)을 적용하였다[12]. 역투영 알고리즘은 연산량은 많은 대신, 큰 요동이 존재하는 환경에서도 공간 변이 성능 저하가 없는 영상 형성이 가능하다고 잘 알려져 있다[12-14].
- 1은 항공 기 요동 측정을 위한 GPS 항법 자료 저장용 장비 구성을 나타낸다. 이동국과 기준국 모두 동일한 Novatel 의 OEM628[5] GPS 수신기를 사용하였고, GPS 안테나는 Antcom의 42AT1 모델[6]을 사용하였다. OEM628은 C/A코드 기반 약 1.
- 실제 위치 변화량인지, 고주파 오차인지 식별하기 위해 고주파 성분의 제거 전/후 SAR 영상을 형성 후 분석하기로 하였다. 잡음처럼 보이는 고주파 성분만을 제거하기 위해 잘 알려진 Savitzky-Golay(S-G) 평탄화(smoothing) 기법[10]을 적용하였다. S-G 평탄화 기법은 최소자승기반의 평탄화 법으로서 원하는 신호(desired waveform)의 형태와 크 기는 유지하면서 잡음만을 평탄화하기 위해 제안되었다[11].
성능/효과
- 이를 위한 방안으로 우리는 CDGPS 후처리 결과에 평탄화 기법을 적용하여 이를 APC의 기준 위치로 사용하는 방식을 제안하였고, 평탄화가 적용된 CDGPS의 위치 정보를 비행시험으로부터 획득한 실제 SAR 원시데이터에 적용하여 영상 형성을 수행하고 그 성능을 비교/분석하였다. CDGPS의 위치 정보에 포함되는 고주파 잡음은 SAR 영상의 ISLR 성능을 크게 저하시키게 되나, 평탄화 기법을 적용할 경우 영상의 품질을 크게 개선할 수 있음을 확인하였다. 이를 일반적인 GPS/IMU 위치 데이터를 적용한 영상 형성 결과와 비교 분석을 수행한 결과, CDGPS 평탄화 기법을 적용했을 때, 해상도뿐만 아니라 부엽 성능 측면에서 우수한 성능을 보임을 확인하였다.
- 다만 방 위 방향 해상도, 부엽 성능은 잔여 위치 오차로 인해 이상적인 IRF 특성 대비 다소 저하되는 면이 있으나, AF 적용 이후 최종 해상도, 부엽 성능 개선이 가능한 정도의 오차임을 확인하였다. 결론적으로 CDGPS를 이용한 영상 형성 결과의 성능 분석을 통해 CDGPS에 의한 위치가 SAR 요동 측정 시스템을 개발하고 평가하기 위한 기준 위치로서 유효함을 확인하였다.
- 즉 CDGPS를 후처리하고 여기에 평탄화 기법을 적용한 위치 정보는 절대 위치의 정확도뿐 아니라, 상대 위 치 정확도 측면에서 AF에 의한 성능 개선이 충분히 가능한 수준의 잔여 위치 오차 정확도를 제공한다. 그러므로 CDGPS보다 절대/상대 위치 정확도가 떨어지는 GPS/IMU를 기반으로 실시간 요동 측정 시스템 개발 시 위치 측정 성능 비교를 위한 기준 위치로서 충분히 유효함을 확인하였다.
- 이를 일반적인 GPS/IMU 위치 데이터를 적용한 영상 형성 결과와 비교 분석을 수행한 결과, CDGPS 평탄화 기법을 적용했을 때, 해상도뿐만 아니라 부엽 성능 측면에서 우수한 성능을 보임을 확인하였다. 다만 방 위 방향 해상도, 부엽 성능은 잔여 위치 오차로 인해 이상적인 IRF 특성 대비 다소 저하되는 면이 있으나, AF 적용 이후 최종 해상도, 부엽 성능 개선이 가능한 정도의 오차임을 확인하였다. 결론적으로 CDGPS를 이용한 영상 형성 결과의 성능 분석을 통해 CDGPS에 의한 위치가 SAR 요동 측정 시스템을 개발하고 평가하기 위한 기준 위치로서 유효함을 확인하였다.
- 12에 나타내었다. 먼저 방위 방향의 성능을 분석해 보면, 해상도 및 부엽 성능 모두 CDGPS 평탄화 적용한 결과가 우수함을 확인할 수 있으며, 거리 방향에서도 첨두 부엽 성능(Peak Side Lobe Ratio, PSLR)의 미미한 차이를 제외하고 CDGPS 평탄화 적용한 결과가 우수함을 확인할 수 있다. 다만 CDGPS 평탄화 기법으로 고주파 오차를 제거하더라도 남은 잔여 오차 성분으로 인하여 방위 해상도가 Table 1의 목표성능을 일부 벗어나고 있으므로, AF에 의한 최종 성능 개선 가능여부 확인 및 성능 분석을 수행하기 위하여 CR에 대해 AF 적용 후 IRF 분석 결과를 Fig.
- 평탄화 기법을 미적용한 위치 사용에 의한 SAR 영상 결과를 보면, 강한 반사 신호를 가진 표적들이 매우 긴 방위 부엽 신호 형태로 나타나 ISLR이 열화 되었음을 알 수 있으며, 영상 전체적으로 방위 부엽 성능이 크게 저하되었음을 쉽게 확인할 수 있다. 반면 평탄화 기법을 적용한 위치 사용 시, 방위 부엽 성능이 크게 개선되어, 방위 방향 긴 부엽신호 형태가 전혀 보이지 않으며, 영상 전체적으로도 ISLR 개선 효과가 뚜렷함을 확인할 수 있다. 즉 이러한 결과는 Fig.
- 4 는 동일한 GPS 데이터를 CDGPS로 후처리하여, 각 방향의 상대위치 변화량을 나타내었다. 상대측위기법 을 이용한 위치 보정으로 C/A코드 기반 GPS 오차 대비 East, North, Up 모든 방향에서 정확도가 대폭 향상되어 East, North 방향은 약 10 mm, Up 방향은 약 10~20 mm 이내의 상대 오차를 나타내고 있음을 확인하였다. 특히 Up 방향의 상대 위치 보정 정확도가 크게 향상되었음을 쉽게 확인할 수 있다.
- CDGPS의 위치 정보에 포함되는 고주파 잡음은 SAR 영상의 ISLR 성능을 크게 저하시키게 되나, 평탄화 기법을 적용할 경우 영상의 품질을 크게 개선할 수 있음을 확인하였다. 이를 일반적인 GPS/IMU 위치 데이터를 적용한 영상 형성 결과와 비교 분석을 수행한 결과, CDGPS 평탄화 기법을 적용했을 때, 해상도뿐만 아니라 부엽 성능 측면에서 우수한 성능을 보임을 확인하였다. 다만 방 위 방향 해상도, 부엽 성능은 잔여 위치 오차로 인해 이상적인 IRF 특성 대비 다소 저하되는 면이 있으나, AF 적용 이후 최종 해상도, 부엽 성능 개선이 가능한 정도의 오차임을 확인하였다.
- SAR 영상의 대표적인 품질 지표인 해상도 및 부엽 성능을 SAR 영상을 비교/분석함으로써 CDGPS를 이용한 기준 위치의 유효성을 확인하였다. 이를 통해서 CDGPS를 이용한 영상이 실시간 SAR 요동 측정 시스템의 개발 및 평가뿐만 아니라, 새로운 요동 보상 알고리즘, 영상 형성 알고리즘, 그리고 자동초점 (Autofocus, AF) 알고리즘 개발에서 기준 영상으로 활용 가능함을 확인하였다.
- 12에서의 방위 성능 저하 결과가 AF에 의해서 쉽게 Table 1에서 제시한 목표 성능 달성이 가능함을 확인하였다. 즉 CDGPS를 후처리하고 여기에 평탄화 기법을 적용한 위치 정보는 절대 위치의 정확도뿐 아니라, 상대 위 치 정확도 측면에서 AF에 의한 성능 개선이 충분히 가능한 수준의 잔여 위치 오차 정확도를 제공한다. 그러므로 CDGPS보다 절대/상대 위치 정확도가 떨어지는 GPS/IMU를 기반으로 실시간 요동 측정 시스템 개발 시 위치 측정 성능 비교를 위한 기준 위치로서 충분히 유효함을 확인하였다.
- 가로축이 거리(Range) 방향, 세로축이 비행(방위, Azimuth) 방향이 되며, AF를 적용하지 않은 영상 형성 결과이다. 평탄화 기법을 미적용한 위치 사용에 의한 SAR 영상 결과를 보면, 강한 반사 신호를 가진 표적들이 매우 긴 방위 부엽 신호 형태로 나타나 ISLR이 열화 되었음을 알 수 있으며, 영상 전체적으로 방위 부엽 성능이 크게 저하되었음을 쉽게 확인할 수 있다. 반면 평탄화 기법을 적용한 위치 사용 시, 방위 부엽 성능이 크게 개선되어, 방위 방향 긴 부엽신호 형태가 전혀 보이지 않으며, 영상 전체적으로도 ISLR 개선 효과가 뚜렷함을 확인할 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.