쿼드러처 압축 샘플링을 활용한 SAR 영상 복원

초록

본 논문은 SAR 시스템에 적용 가능한 새로운 아날로그‑투‑인포메이션 변환인 Quadrature Compressive Sampling(QuadCS)을 제안한다. 각 펄스마다 독립적인 확산 신호를 사용해 SAR 에코를 샘플링함으로써 전통적인 고정 확산 신호 방식보다 열간 상관도가 낮은 센싱 행렬을 얻는다. 또한, 설계된 확산 신호는 행렬‑벡터 곱 연산을 FFT 기반으로 빠르게 수행할 수 있는 구조를 제공한다. 실험 결과, 나이키스트 샘플의 ¼만 사용해도 기존 전통 SAR 이미지와 동등한 화질을 복원할 수 있음을 확인하였다.

상세 분석

QuadCS는 기존 압축 SAR에서 사용되는 단일 고정 pseudo‑random 확산 파형과 달리, 각 레이더 펄스마다 서로 독립적인 복소수(Quadrature) 확산 신호 s₁(t), s₂(t)를 적용한다. 이 두 신호는 서로 직교하도록 설계되어, 수신된 에코 eₙ(t)와 곱한 후 저역통과 필터링을 거쳐 낮은 샘플링 레이트로 디지털화된다. 수학적으로는 yₙ = Φₙ x 형태의 측정식이 되며, 여기서 Φₙ은 펄스 n에 대한 랜덤 매트릭스이다. 서로 다른 Φₙ이 존재함으로써 전체 센싱 행렬 Φ =