Terminal Guidance for Aerial Vehicles through Nadir-Looking Image Formation Using an Imaging Radar with a Rotating Antenna

회전하는 안테나를 가진 레이다를 이용하여 비행체 종말 유도를 위한 직하 방향 레이다 영상형성

Abstract

A linear frequency modulated pulse train waveform can be cost-effective in achieving high range resolution, and thus the synthetic aperture radar may be benefited by using the mixer output of the received signal. However, the image formation process from a mixer output is vulnerable to errors caused by stop-and-go approximation. In this paper, a nadir-looking imaging radar based on time domain correlation is proposed. Furthermore, to prevent the occurrence of ghosting effect in images, antenna placement on a rotating disk is proposed. Simulation results indicate that ghosting effect can be eliminated by employing the proposed antenna placement structure.

LFM(Linear Frequency Modulated) 펄스 열의 믹서 출력 신호를 이용하면 높은 샘플링 주파수의 ADC 없이 높은 거리해상도를 얻을 수 있으므로 합성개구레이다(synthetic aperture radar: SAR)에 사용되어 높은 해상도의 영상을 얻을 수 있다. 하지만 펄스 폭이 길거나 비행체와 표적 간의 상대속도가 빠를 때는 stop-and-go 근사화에 따른 오차가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 근사화 없이 표적의 위치마다 다른 필터를 적용하는 기법인 시간 영역 상관관계(time domain correlation: TDC)를 사용한 직하 방향 영상형성을 제안한다. 특히, 영상에서 고스트 영상(ghost image)이 나타나는 것을 막기 위해 회전하는 안테나 구조를 제안하고, 모의실험 결과에서 회전하지 않는 안테나 구조를 사용했을 때 획득한 영상과 비교, 분석한다.

그림 1. 비행체가 표적을 향하여 날아가는 개념도 Fig. 1. Geometry of areal vehicle flying towards a target.

그림 2. 비행체 내부에 탑재된 송수신 안테나의 배치 구조 Fig 2. Antenna configuration in the aerial vehicle: an Rx antenna is rotating around a Tx antenna.

그림 3. 송신하는 선형 주파수 변조 펄스 열 Fig. 3. Transmitting LFM pulse train.

그림 4. 모의실험을 위해 점으로 표현된 표적 Fig. 4. Scattering points model of a target.

그림 5. SNR=10 dB에서 고정된 안테나로 얻은 결과 Fig. 5. Result with fixed antennas when SNR=10 dB.

그림 6. SNR=10 dB에서 회전하는 수신 안테나로 얻은 결과 Fig. 6. Result with a rotating Rx antenna when SNR=10 dB.

표 1. 모의실험 파라미터 Table 1. Simulation parameters.