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레이더 기술, 2009년 5월 11일, 홍익대학교 오이석 1

레이더 기술 소개(Introduction to the

Radar Technology)

홍익대학교 전자전기공학부

오이석 교수

2009. 5. 11.(월). (13:00-15:00)참석해 주셔서감사합니다.


1. 레이더 (마이크로파 센서) 소개 --------------------- 3-. 레이더 종류-. 레이더 원리

2. 전자파 산란 원리 ---------------------------- 19-. 레이더 방정식, RCS-. 주파수, 편파, 입사각 특성

3. 레이더 잡음 발생 ---------------------------- 29-. 시스템 내부 잡음-. 시스템 외부 잡음 (Interference, 클러터 등)

4. 클러터 특성 ---------------------------------- 35-. 바다표면-. 육지표면

5. 잡음 억제/제거 기술 ---------------------------- 49-. 클러터 Canceller-. SAR 영상의 speckle

6. 질문과 응답 ---------------------------------- 53

차 례


1. 레이더 (마이크로파 센서) 소개

Radar (Radio detection and ranging) “Microwave Active Sensor”

Sensors:-. Passive sensors:

Human eyes (가시광선), Camera, Radiometer (Microwave, Infrared(IR))

┗ Measure Brightness Temperature

-. Active sensors:Radar (마이크로파),

┗ Measure RCS(radar cross section)

Lidar (IR)

Radar:-. Transmitter 이용 (눈, Camera와 달리 밤에도 사용)-. Microwave 이용 (IR 센서와 달리 구름, 강우에도 사용)

사람 눈에 광원이 있어서 밤에도빛을 이용해 볼 수 있다면 ???

레이더는 외계인의 눈 ???

1941년에 Radar란 약어가 처음 사용되었지만,현재는 ‘전파 센서’에 대한 일반화된 낱말임.


탐지 목표물에 따른 레이더 종류

탐지 목표에 따라:

Point target (군용, 민용):-. Range -. Angle (Direction)-. Speed (경찰 speed gun), <내 속도는 GPS 이용>

◈ FM-CW, Pulse-Doppler radars 속도와 거리 탐지◈ Electronic 또는 mechanical Scanning 각도 탐지

▶ 탐지 레이더: 2D 또는 3D Search (surveillance) radar▶ 추적 레이더: Servo-motor 제어를 이용한 목표물 tracking

Distributed Targets:-. Weather, -. Altitude-. Terrain (Remote Sensing Earth)

-. Scatterometers 산란계수-. Synthetic Aperture Radar (SAR) Images

2차 세계 대전을 거치면서레이더 기술이 급속도로 발전.


Point Target용 레이더 종류

CW (continuous wave) Radar 가장 간단한 형태의 레이더시스템

ft

ft+fD v

R̂θ

D

D

fv

vRvvRvf

∝→

=⋅

=⋅

=λ

θλλ

cos2ˆˆ2

ˆ2 차량이 접근하면 fd>0,

차량이 멀어지면 fd<0,각도가 90도이면 fd=0

fD: Doppler FrequencyR: rangev: velocity

ft+fD

CWOscillator Duplex.

Down-Converter

PA

LNADisplay and Processing

fD

ft

ft

Antenna

Switch

< ooo Speed Gun >

Speed detection


Pulse Radar

Pulse-Doppler Radar Range detection + Speed detection 출처: Pozar, Microwave

Engineering, 1998

cRTd

2=

Time delay:

R: rangec: wave speed

레이더 기술, 2009년 5월 11일, 홍익대학교 오이석

fbf1

f2 fd

7

FM-CW Radar

Range Detection Speed Detection

출처: Ulaby et al, Microwave Remote Sensing, 1986

RcTB

cR

TBf

cRTand

TB

Tf

RRR

R

R

422)ffrequencybeat (

22

b ===Δ→

==Δ

B: modulation bandwidth (Hz)TR: modulation period

)(2

1221

speedvfff

ffffff

d

dbdb

→−

=→

=+=−


Chirp (pulse compression) Radar

Pulse Radar:tP

pt

Pt: Peak transmit power 멀리까지 감지하기 위해 높아야 함device 특성상 한계가 있음

tp: pulse 폭range resolution을 위해 좁아야 함

tPpt

Chirp Radar:

Chirp Radar: FM + Pulse Peak Power를 줄여줌

Chirped pulse

tP

pt

De-chirped output

2f

1f t

t

ptE

SAW: surface acoustic wave

SAW Filter

<Transmit>

<Receive>

fIF=2-1 GHz, fLO =8 GHz fRF=10-9 GHz

fRF=10-9 GHz, fLO =11 GHz fIF=1-2 GHz

For example:

SAW Filter

FMChirp



Binary-phase-code Chirp Radar

+1

-1

δ3=t

-1+1-1 = -1

δ7=t

+1+1+1+1+1+1+1 = 7

M0877061504

1302

1

→=→=→=

−→=→=

−→=→=−→=

δδδδδδδδ

tttttttt


Distributed Target용 레이더 종류

Altimeter : measure heightScatterometer

: measure “scattering coefficient”Imaging radar

-. Side-looking airborne radar (SLAR)(real aperture radar)

-. Synthetic aperture radar (SAR)-. KOMPSAT-5 (아리랑 5호; 한국; 2010)-. Cosmo SkyMed (이태리; 2008; X-밴드)-. RADARSAT-2 (캐나다; 2007; C-밴드)-. TerraSAR-X (독일; 2007; X-밴드)-. PALSAR (일본; 2006; L-밴드)-. ENVISAT ASAR (유럽; 2002; C-밴드)

Space Shuttle “Endeavour”(1994.4, 1994.10)

(Challenger호 후속모델2010년에 폐기될 예정)


위성 레이더(KOMPSAT-5)

DataReceiver

Scattering from Earth SurfacesApplication

(금강산 댐)

Microwave Scattering

Earth Remote Sensing용 위성 레이더

자원탐사 (지질자원, 산림자원 등) <지구 온난화 주범 CO2>환경보호 (산림훼손 감시, 기름유출/폐유방출 감시, 등)재해예방 (가뭄, 홍수, 태풍 감시 등)


구름

A region of south-central Egypt

위성 광학센서와 레이더 영상 비교

광학 센서 마이크로파 센서지형

Radar Interferometry (사람의 두 눈)

Microwave 센서가 광학센서보다 좋은 점:

-. Transmission through atmosphere-. Penetrate clouds (to some extent rain).-. Penetrate into vegetation (and into ground).-. In addition to their independence of the sun


A visual show of the electromagnetic wave scattering

레이더 원리:

레이더 원리

레이더시스템

전파산란

신호처리


레이더 시스템 (Hardware)

PowerDivider

LocalOscillator

Duplex,Circulator

Down-Converter

Power Amp.

Low-Noise Amp.

AntennaPositioningSystem

Antenna

WaveformGenerator

Control and Power Supply(to all)

Signal and Data Processing

Displayand Record

Up-Converter

Band-PassFilter

Low-PassFilter


2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency [GHz].

outp

ut p

ower

[dB

m]

Receiver Harmonic Signal Generator 0dBm 1~1.5GHz sweep

LocalOscillator8.4 GHz11.83dBm

Spectrum Analyzer

Up-Converter

Down-Converter

Mixer 성능 검토

LO (8.4 GHz)

RF (9.4-9.9 GHz)

Images

IF (1-1.5 GHz)

Harmonics

Noise Level


전파 산란

안테나 전파 방사

Aperture antennas: Aperture field Field SourceLinear antennas: Current Field Source

전류분포전송선로

Dipole 안테나 Target

Induced current

유도된 전류에 의한제2 안테나 역할전파산란

레이더수신


레이더 신호처리

A/D converterDigital Signal Processing목표물 탐지

정확한 RCS 추출을 위해서는레이더 보정 (calibration) 필요

Range Ambiguity:

pp f

T 1=

Target-1 Target-2

pulse-1

T1 T2

T1 T2

pulse-2

“Ambiguous”(not distinguished)

sR

cRT s

R2

=

Ambiguity를 피하는 방법:

sp

s

pRp R

cfcR

fTT

221

<→>→>

또는 jittered pulse interval 을 이용함 1pT 2pT 3pT

낮은 PRF(pulse repetition frequency)가 요구됨

fp: pulse repetition frequency


Speed (Doppler) Ambiguity

Tp: pulse period

Td1

Tp

Td2

Td: Doppler wave period

dd f

T 1=

Ambiguous

Detects u1 instead of 3u1

레이더 PRF가 최소한 Nyquist rate 보다는 커야 함.

)2

(2 dpdp

TTff ≤≥

그러므로, Range ambiguity를 피하기 위해 PRF가 작아야하고,Doppler (speed) ambiguity를 피하기 위해서는 PRF가 커야함.

max,max, 2

2s

pd Rcff ≤≤ : PRF 요구사항 (또는 Trade-off)


2. 전파 산란 원리

X (Spatial Displacement)

Wave Height

T (Time)

Wave HeightWater Wave:Snap shot:

Float movement:

( )xkztEtzE ˆcos),( 0 −= ω

Magnitude(source,distance,etc.)

SinusoidalWave

TimeVariation

Z-directedpropagation

Vector(Polarization)

Tπ

=ω2

λπ

=2k

Time

TxE

z, distanceλxE

EM Wave:

전파전파 (電波傳播; Radiowave Propagation)


레이더 방정식

gain antennatransmit:

power er transmittaverage:t

t

G

P

24)(

R

GPRI

tt

π=

Power density at the target:

ttGP→

EIRP:Effective isotropic radiated power

레이더시스템

RCS (radar cross section): )(RI

Psc≡σ

Spherical surface area: 24 Rπ→

R

Psc=scattered power in a direction σ)(RIPsc =

recI←σ

)(RI

Point targets:


Received signal Power (W) at receiver: Ps

erecs AIP =

where Ae is the effective aperture area: πλ

4

2DAe =

( ) ( )( )W

RGGP

R

AGPP rtt

etts σ

πλσ

π43

2

22 44== : Radar equation (bistatic)

Power density (W/m2) at receiver: Irec

( )222244

)(4 R

GPR

RIR

PI ttscrec

π

σπ

σπ

===

레이더 방정식 (계속)

Radar equation (mono-static) ( )( )W

RGPP ts σπ

λ43

22

4=


( )( )

dsRgA

areaillum

ill ∫=.

4

2

,,φθ

φθ

Distributed targets:

( )

레이더 방정식 (계속)

( )

( ) illt

St

tS

r

AG

P

dsRgG

P

dsR

gGPP

03

220

4

20

3

220

043

2220

4

),(),(

4

),(4

),(

σπ

λφθ

φθσπ

λ

σφθπ

λφθ

=

∫=

∫=

여기서, illumination integral:

Antenna

Illuminated area(foot print)

R

0σ : 산란계수 (scattering coefficient)단위는 dB

σ : RCS (point target) 단위는 m2, 또는 dBsm (dBm2)


Microwave

Ionospherereflection

주파수

출처: Curlander & McDonoughSynthetic Aperture Radar,Systems and Signal Processing, Wiley Series, 1991.

Water vapor: 22 GHzOxygen: 60, 120 GHz

L-band: 1 - 2 GHzC-band: 4 - 8 GHzX-band: 8 - 12 GHz

Absorption


0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Inner leg length, a (m)

RC

S (d

Bsm

)

X-band (9.65GHz)C-band (5.3GHz)L-band (1.27GHz)

크기와 주파수의 변화에 따른Corner Reflector의 RCS

주파수의 변화에 따른Conducting sphere의 RCS

주파수 (계속)

22

2

4)(

34

34

λπ

λ

πσ aaa== (정면의

경우) Optical 영역: 2aπσ =

출처: Pozar, Microwave Engineering, 1998


편파 (polarization)

: shape of the locus of the E vector tipat a given point in space as a function of time.

( ) ( ) jkzjyx eeyaxazE −δ+= ˆˆ

π=δ ,0PolarizationLinear

Circular

Elliptical

2, π

±=δ= yx aa

Other Cases

Conditions Examples

xeEzE jkz ˆ)( 0−=

( ) ( ) jkzeyjxzE −−= ˆˆ

( ) ( ) jkzeyjxzE −−= ˆ2ˆ

Perpendicular Polarization Parallel Polarization

iE

iHx

z⊗

iEiH x

z•


편파 (polarization) (계속)

Polarimetric Scatterometer :(다중편파 측정용 레이더)

Tx

Rx

SW-1

SW-2

Circulator

Circulator

Transmitter

Receiver

V

V

H

HSW-1 SW-2

V - V H - V V - H H - H

OMT

HornAntenna

E

HPS (Hongik PolarimetricScatterometer)


편파 (polarization) (계속)

Power Line (전력선) 탐지

전력선 탐지의 어려운 점: RCS가 낮아서 Clutter 크기보다 작음

Stranded Wire 뭉치이므로교차 편파를 이용

Power Line Smooth Cylinder

35 GHz 레이더측정 결과

교차편파

(철조망 탐지: HH-편파) 출처: Sarabandi et al., IEEE Trans. AES, Apr. 1994.


입사각

: Plate: Trihedral Corner Reflector (TCR): Sphere

RCS: 레이더 변수(주파수 , 편파, 입사각)목표물 변수 (크기, 모양, 재질)

F-117 Nighthawk (Stealth)(평면과 흡수체 이용)

(정면에서는 RCS가 0.01 m2라고 주장)

RC

S (

dBsm

)

Angle (수평각)

정면

φ

Sphere6개에 대한RCS 계산 결과

각도에 따른 변화> 25 dB


3. 레이더 잡음 발생원

Internal Sources:-. Thermal noise-. System noise

External Sources:-. Multi-path-. Clutter-. Precipitation-. Ionosphere

Ps

Pn

Measured Power Ratio: Pr/Pt

Switch나, Pulse이용하면 없어짐

poweroutput noise average:poweroutput arget receiver t:

n

sPPOutput signal to noise ratio: SNR0=Ps/Pn


Thermal noise power N0:여기서 k=Boltzmann’s constant, 1.38x10-23 J/K

T0=Temperature (K),B=bandwidth (system) (Hz)

BkTPn 0=

BFkTPn 0=System Noise :

Signal-to-noise Ratio:

BFkTR

GPBFkT

PSNR

2ts

o0

43

2

0 )4( π

σλ==

1≥=≡noso

nisi

o

iPPPP

SNRSNRF여기서 F=noise figure

Reduction of System Noise:-. Use noise-free (clean) devices-. Impedance matching (reduce internal reflections)

시스템 내부 잡음


Multi-paths

Multi-path 영향이 큼

Multipath-induced

null pattern

α

α

α

마른 토양

αεα

αεα

αεαε

αεαε

2

2

2

2

cossin

cossin

,cossin

cossin

−+

−−=Γ

−+

−−=Γ

r

rh

rr

rrv

v: vertical pol.h: horizontal pol.

반사계수:

바다표면에서의 반사

출처: Levanon, Radar Principles, 1988

α: grazing angle=900 –incidence angle, θ


Clutter (클러터)

Radar Clutter

Radar Scattering fromDistributed Targets

High ResolutionImaging Radar

(SAR)

Radar Remote SensingFrom 1960s.For civilian, military,and environmental applications.

VolumeScattering

SurfaceScattering

Point target용 Radar에서는 Clutter 영향을 제거해야 함.클러터가 외부 잡음의 주요 원인.

Remote Sensing 분야에서는 Clutter가 target 임.


Precipitation/ Atmosphere

출처: Pozar, Microwave Engineering, 1998

대기권에서의 평균 감쇠 (HH-편파)

대기권에서의 굴절 현상

비 영향 (우주에서 지면까지)



Jamming

ECM (Electronic Countermeasure): 레이더 운용을 방해-. Chaff (small aluminum strips)-. 레이더 decoy-. RCS alteration (RF absorbing material)-. 레이더 jamming

signal-to-interference ratio (SIR) 저하 유도

ECCM (Electronic Counter-Countermeasure): ECM을 무력화 시킴 레이더 (또는 missile seeker) 운용을 방어함

-. Frequency hopping-. Sidelobe cancellation, Decoy antenna-. Polarization

▶ Barrage jammers: 연막 재머로 레이더의 잡음 증가▶ Repeater jammers: 레이더 신호 조작후 레이더로 되돌려 보냄 (ghost 생성)

CDMA 또는GSM Jammer

첨 단 ECCM 기 능 을갖춘 Patriot Missile 방어 시스템

Trailer-mounted Raytheon MPQ-53 C-Band tracking radar: can identify 100 targets.


4. 클러터 특성

대표적인 클러터 (지구표면 산란):

바다표면-. 풍향과 풍속-. 강과 바다

육지표면-. 갯벌, 운동장 등의 맨땅-. 잔디, 밭, 논 등의 짧은 풀 층-. 과수원, 산 등의 높은 나무 층

인공구조물-. 도심지-. 철탑

` -. 풍력발전기-. 기타

클러터 측정용 scatterometer

X-, C-, L-밴드안테나들

CalibrationTarget 지지대

송수신기


바다 표면 (목표물 -후방산란- )

PIA11197: Newest Ocean-Observing Satellite Records Recent Sea Level Changes

“Ocean Surface Topography Mission (OSTM)/Jason-2, launched on June 20, 2008. OSTM/Jason-2 is the third altimeter mission. The first, Topex/Poseidon, launched in 1992 and was decommissioned in 2006. It was followed by Jason-1, which launched in 2001 and is still in operation.”

출처: NASA Homepage


바다 표면 (클러터 -반사계수-)

Sea surface

Back-scatter

Forwardscatter

Forward scatter 영향이Backscatter 영향보다 훨씬 큼.

Multipath 영향은 주로 낮은grazing angle에서 발생.

전파 반사계수 계산 결과

출처: Barton, Modern Radar System Analysis, 1988

Brewster angle

)1(tan 1B

rεα −=

α=grazing angle (이 그림에서는 ψ)

0=Γv


바다 표면 (클러터 -페이딩 현상- )

레이더

육지바다

섬

직접파

간접파 (multi-paths)

레이더 높이=10 m비행체 높이=100 m일 경우에Multipath 하나만(잔잔한 바다 표면)고려했을 경우의 레이더수신 전력

Fading 현상 60 80 100 120-50

-45

-40

-35

Distance (m)

Rec

eive

d P

ower

(dB

w)

Multi-paths 영향


풍향과 풍속에 따른 바다 표면 산란계수

출처: Ulaby et al, Microwave Remote Sensing, 1986 & Levanon, Radar Principles, 1988

X-밴드, HH-pol.

X-밴드, VV-pol.

: 풍속

: 풍속

각도

각도

산란

계수

산란

계수

계산된 바다의 후방산란계수

풍속+풍향

표면거칠기

염분+주파수

유전율


바다 표면 산란계수 계산

풍속과 바다표면 rms height 관계

0128.00092.0)108768.8( 24 +×+××= − UUrmsσ

해양연구원 데이터

풍속과 유의파고 관계

Physical optics (PO) 산란 모델

바다표면 변수: 표면 거칠기

레이더 변수:주파수, 입사

가, 편파유전율

풍속과 풍향

레이더 산란계수

40


육지 표면: 갯벌 등

Surface Roughness:

Smooth surface Rough surface

Back-scatter Forward

scatter

Back-scatter Forward

scatter

Soil Moisture:Back-scatter

Forwardscatter

Back-scatter

Forwardscatter

Wet surface Dry surface


육지 표면 레이더 산란

육지표면에서의 전파 산란 특성


거친 표면

판판한 표면

VVHH

VH,HV


육지 표면: 풀 층

I0 Its

1 2a 2b 5 4b

Vegetationcanopy

3 4a

Ground

Diffuse boundary

ScatteringMechanisms

I0 Its

1 2a 2b 54b

Vegetationcanopy

3 4a

Ground

Diffuseboundary


I0 Its

1 2a 2b 54b

Vegetationcanopy

3 4a

Ground

Diffuseboundary


레이더 후방산란 레이더 전방산란

레이더 후방산란: 레이더 안테나의 sidelobe에 의한 클러터 잡음 생성레이더 전방산란: multi-path 영향으로 지면에서 높지 않은 목표물에게

매우 큰 fading 형상을 초래하게 됨

레이더 산란계수 계산: 주로 Radiative Transfer 모델을 이용함.-. Particle (잎, 줄기, 기둥) 산란 특성-. Particle 분포 통계 자료 (크기, 모양, 방향, 밀도, 수분함유량 등)-. Transformation matrix 등 계산 후 산란계수 산출


육지 표면: 논

10 20 30 40 50 60 70 80

-50

-40

-30

-20

-10

0

Angle (Degree)

Bac

ksca

tt. C

oeff.

(dB

)

: Meas. (vv-pol): Total : I-V-S

: I-V-W-S: I-W-V-S : I-W-V-W-S: I-W-S

10 20 30 40 50 60 70 80 -40

-30

-20

-10

0

10

Angle (Degree)

Bac

ksca

tt. C

oeff.

(dB

)

: Meas. (vv-pol): Total : I-V-S

: I-V-W-S: I-W-V-S : I-W-V-W-S: I-W-S

Water

I-V-S I-V-W-S I-W-V-S I-W-V-W-S I-W-S (1) (2) (3) (4) (5)

Laptop computer

Network Analyzer

Tower

Antenna Support

OMT Antenna측정용 레이더 (scatterometer) 계산용 모델 (Radiative Transfer)

2006년 6월 12일 2006년 7월 24일VV-편파의 경우

출처: Oh et al., IEEE Trans. GRS, Aug. 2009.


I0 Its

1 2a 2b 5 4b

Vegetation canopy

3 4a

Ground

Diffuseboundary


Scattering mechanisms1 : I, G, C, G, S 2b : I, G, C, S2a : I, C, G, S3 : I, C, S4b : I, G, T, S4a : I, T, G, S5 : I, G, S

나무 층 산란 모델링

# Classes Input parameters Value (예)

1 Mv (moisture content) 0.15

2GroundSurface S (rms height) [cm] 0.5

3 Vegetation height [m] 5

4Length [Cm] 6

5Width [Cm] 3

6Leaf

Density [m³] 5007

Length [m] 0.58 Branch

VegetationLayer

Density [m³] 10

9 Length [m] 2.5

10Trunk

Density [m²] 0.1

Radiative Transfer Method


0 10 20 30 40 50 60 70

-40

-30

-20

-10

0

10

Angle (Degree)

Back

scat

t. C

oeff.

(dB)

: Total: G-C-G : C-G/ G-C : C : T-G/ G-T : G

나무 층 산란 계수

)/exp()/exp()(

),(),()/exp(1)/exp(),(),(

)()/exp()/exp(1

),(),(1

)/exp(),(),(),(1

),(),(),()/exp(1)/exp(),(),(

),(),()/exp(1

000

001

60000

0001

500

0000

001

4000

000001

3000

001

2000000

000001

1

000000

μμμ

φμεπφμεμμ

μφμεπφμε

μμμμ

φμεπφμεμ

μφμφμεπφμεμ

φμεπφμεπφμμμ

μφμφμε

πφμεπφμμμ

dKHKR

AdK

dKA

RHKdK

A

dKRA

ARdK

dKRA

RdKT

ctt

ttc

ctt

ttc

cc

ccc

cce

cc

ccc

−−

−+

−−

++

−

−−

−+

−−

+

−−⋅

+−+

−+−⋅

−−+

−++

−′++

+−+′−+

−′⋅

+−+′−=

)/exp()()/exp( 000 μμμ dkGdkT eeg−+ −⋅−=

수식복잡

pqpq T00 cos4 θπσ =

gc TTT +=

mv = 0.15 cm3/cm3, s = 0.5 cm, h = 5 m, nl = 100 m-3, ll = 6 cm, Wl = 3 cm, nb =10 m-3, lb = 0.5 m, nt= 0.1 m-3, and lt =2.5 m

5.3 GHz, HH-편파의 경우숲 산란계수 계산 결과

출처: 오이석 외, JKEES 5(4), Dec. 2005.


PFA

Noise Power

False-alarm rate:Threshold level과 Noise (clutter) level의 비(ratio)에 매우 민감함.

47

클러터 잡음

출처: Levanon, Radar Principles, 1988

Envelo

pe

Time

Targets

Noise

Threshold

RMS Noise

:::

FA

T

P

Vβ

Threshold level

Noise RMS level

Probability of false alarm

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−=∫

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−= ∞

2

2

2

2

2 2exp

2exp

βββT

VFAV

drrrPT

Noise alone

Signal+noise

PFA

PD

VT


인공구조물

사각판 또는 실린더 형태의 금속 조합RCS계산에 physical optics (PO) 모델 사용

RCS ∝ A(면적), A/λ2, Sinc 함수

송전 철탑풍력발전기

157m high, (해저부터 184m)Rotor 직경: 126m Turbines: 5MW

제부도 연결 송전철탑

RC

S (d

Bsm

) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

Angle (Degree)

레이더

θ

사각판 또는 실린더

PO 모델을 이용한 RCS 계산

: 길이가 5 파장인 경우

hh-pol.

vv-pol.


5. 레이더 클러터 잡음 억제/제거 기술MTI: moving target indicator detect Doppler shift

pD t

f 1>

one pulse is sufficient

pD t

f 1<

(large fd)

-. A-scope displaysweep for different time; Vdiff vs. timeno change for fixed target, changes for moving targets

-. PPI (plan position indicator) display

many pulse is needed sampling rate > Nyquist rate

(small fd)

range

angle ▶ need to eliminate d-c component of fixed targets

Employ a ‘Delay-line Canceller’

)2

(2 dpdp

TTff ≤≥→


Delay-line Canceller

ReceiverFull-wave

rectifier

Subtractercircuit

Delay-line

T=1/PRF

Peak Detector

Video signal from a target:

cRftfkV td /4],2sin[ 001 πφφπ =−=Signal from previous transmission

])(2sin[ 02 φπ −−= TtfkV d

)sin(2],)2/(2cos[

])2/(2cos[)2sin(2

0

0

21

TfkAwhereTtfAV

TtfTfkVVV

d

d

dd

πφπ

φππ

=−−=→

−−=

Output from subtracter

−=

V is a cosine wave with frequency of 2πfd. Blind speeds: when fd=nfp =n/T

)sin(2.. TfkAmagnorm dπ=≡

pfT 1= fp=PRF

No

rm.

mag

.df

pf pf2 pf30Frequency Response


Delay-line Canceller (계속)

Clutter spectrum: zero Doppler에 집중되어 있지 않고,Gaussian 분포를 가짐.

No

rm.

mag

.df

pf pf20

pf pf2

Clutter spectrum Cancellation Clutter

foldover

Single canceller:

Double canceller:

Subtractercircuit

Delay-line

T=1/PRF

Subtractercircuit

Delay-line

T=1/PRF

)2()(2)()]()([

)()(

TtfTtftfTTtfTtf

Ttftf

−+−−=−−−−−

−−

Cascade:)(sin4.. 2 Tfmagnorm dπ→

No

rm.

mag

.

df0

DoubleCancellation

SingleCancellation


영상 레이더의 경우

Speckle: 잡음 제거해야 함Texture: 질감 정보가 있음 제거하면 안됨▶TerraSAR-X image of

Valencia, Spain. (SpotLight, HH-pol.)

강 표면의 산란계수는 같아야 하므로 이 얼룩은speckle(잡음)에의한 것으로 볼 수있음.

다른 texture (질감)을 보임.

출처: http://www.infoterra.de/terrasar-x/radar-imagery

Speckle (잡음)제거방식:

-. Multi-lookaverage

-. 3x3 windows(Jong-Sen Lee)

-. Other windows


6. 질의와 응답

끝까지자리를 지켜주셔서

감사합니다.

더 궁금한 사항이 있으면, 다음으로 연락주세요[email protected]

? ?

Astronomy Picture; 2008.10.5

출처: apod.nasa.gov

mailto:[email protected]

레이더 기술 소개 - huniv.hongik.ac.krhuniv.hongik.ac.kr/~rflab/pdf/radartechnology_2009...

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