레이저레이더 시뮬레이션을 위한 3차원 데이터 모델의 성능 테스트

김근한(Kim Geun Han),김혜영(Kim Hye Young),전철민(Jun Chul Min) 대한공간정보학회 2009 대한공간정보학회지 Vol.17 No.3

레이저레이더 탐색기를 장착한 유도무기를 개발하고 실험하기 위하여 실제로 레이저레이더 탐색기가 장착된 유도 무기를 사용하기는 현실적으로 어렵다. 따라서 레이저레이더 탐색기를 사용하여 표적을 촬영한 것처럼 시뮬레이션 할 수 있는 컴퓨팅 환경을 구축해야 하며, 이를 위해서는 지표의 지형, 지물에 대한 3차원 모델이 필요하다. 또한 레이저레이더 시뮬레이션은 대용량 데이터를 다뤄야 하고 벽면의 재질이나 반사도와 같은 속성을 저장, 검색, 분석하여야 한다. 그러나 현재 사용되고 있는 대부분의 3차원 모델은 파일 기반의 데이터 구조를 가지고 있으며 토폴로지 구조를 가지고 있지 않고, 가시화에 중점을 두고 있다. 따라서 본 연구에서 테스트하고자 하는 레이저레이더 시뮬레이션에는 연산 속도나 가시화 성능 문제로 인하여 기존의 3차원 모델을 적용하기에는 한계가 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 공간 데이터베이스의 사용과 이를 위한 3차원 데이터 모델링 기법을 제시하였으며 이를 레이저레이더 시뮬레이션에 적용하였다. 기존에 연구되었던 3차원 모델은 서로 다른 목적에 맞도록 모델링 되었기 때문에 어떠한 모델이 레이저레이더 시뮬레이션에 가장 적합한 모델인지 알 수 없다. 따라서 본 연구에서는 레이저레이더 시뮬레이션을 위한 네 가지 종류의 3차원 데이터 모델을 정의하고 각각의 모델들에 대하여 성능 테스트를 수행하여 테스트 결과를 획득하였다. 네 가지 모델 중 레이저레이더 시뮬레이션에 가장 적합하다고 판단되는 Body-Face 모델을 선정하였다. Experiments using real guided weapons for the development of the LADAR(Laser radar) are not practical. Therefore, we need computing environment that can simulate tbe 3D detections by LADAR. Such simulations require dealing with large sized data representing buildings and terrain over large area. And they also need the information of 3D target objects, for example, material and echo rate of building walls. However, currently used 3D models are mostly focused on visualization maintained as file-based formats and do not contain such semantic information. In this study, as a solution to these problems, a method to use a spatial DBMS and a 3D model suitable for LADAR simulation is suggested. The 3D models found in previous studies are developed to serve different purposes, thus, it is not easy to choose one among them which is optimized for LADAR simulation. In this study, 4 representative 3D models are first defined, each of which are tested for different performance scenarios. As a result, one model, "Body-Face", is selected as being the most suitable model for the simulation. Using this model, a test simulation is carried out.

레이저 추적 시스템을 위한 레이더 시스템 개발

Ki-Pyoung Sung,Hyung-ChulLim,Mansoo Choi,유성렬 한국우주과학회 2024 우주기술과 응용 Vol.4 No.1

한국천문연구원이 개발한 인공위성 레이저 추적 시스템(satellite laser ranging, SLR)은 지상에서 극초단파펄스 레이저를 발진하여 우주물체를 추적하는 관측 영역에서 레이저에 의해 비행체가 피폭되지 않도록 사전에 이를 탐지하고, 레이저 발진을 중지시키는 것을 목적으로 비행체 감시 레이더 시스템을 거창 SLR 시스템에 개발하였다. 개발한 비행체 감시 레이더 시스템은 고주파대역(X-band) 레이더로 SLR 시스템이 지향하는 방향에 라디오 주파수(radio frequency, RF) 펄스 신호를 송신하고 수신하는 RHS(radar hardware subsystem)와 SLR 운영시스템과 인터페이스를 유지하면서 RHS로부터 획득한 RF 펄스 신호를 바탕으로 비행체 검출 여부 판단 및 레이저 발진을 중지시키는 MCS(main control subsystem)로 구성하였다. 본 논문에서는 비행체 감시 레이더 시스템을 구성하는 RHS와 MCS 설계 내용을 기술하고, SLR 운영시스템과의 인터페이스 및 운용 시나리오를 제시한다. 개발된 비행체 감시 레이더 시스템은 항공기를 이용한실증 시험을 통해 비행체 검출 및 레이저 중지 신호를 발생하는 것을 확인하여 검증하였다. Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) developed an satellite laser ranging (SLR) system for tracking space objects using ultra-pulsed lasers. For the safe operation of SLR system, aircraft surveillance radar system (ASRS) was developed to prevent human damage from high power laser transmitted from the SLR system. The ASRS consists of the radar hardware subsystem (RHS) and main control subsystem (MCS), in order to detect flying objects in the direction of laser propagation and then stop immediately the laser transmission. The RHS transmits the radio frequency (RF) pulse signals and receives the returned signals, while the MCS analyzes the characteristics of received signals and distinguishes the existence of flying objects. If the flying objects are determined to be existed, the MCS sends the command signal to the laser controller in SLR system to pause the laser firing. In this study, we address the interface and operational scenarios of ASRS, including the design of RHS and MCS. It was demonstrated in the aircraft experiments that the ASRS could detect an aircraft and then stop transmitting high power laser successfully.

영상 및 레이저레이더 정보융합을 통한 자율주행자동차의 주행환경인식 및 추적방법

이민채(Minchae Lee),한재현(Jaehyun Han),장철훈(Chulhoon Jang),선우명호(Myoungho Sunwoo) 한국지능시스템학회 2013 한국지능시스템학회논문지 Vol.23 No.1

자동차의 자율주행기능 실현을 위해서는 기존의 지능형자동차 인식시스템 보다 강인하고 우수한 성능의 주행환경 인식시스템이 요구된다. 특히, 카메라와 레이저레이더 센서는 물체의 특징, 거리 등의 정보를 제공하는 대표적인 주행환경인식 센서로, 이를 이용한 단일센서기반 인식시스템 연구가 활발히 이루어지고 있다. 일반적으로 레이저레이더 센서의 거리정보는 도로의 구조, 차량, 보행자 등의 인식을 위하여 많이 사용되며, 카메라의 영상정보는 차선, 횡단보도, 표지판 등의 주행환경 인지에 사용된다. 하지만, 단일센서기반 인식시스템은 센서의 특성 및 주행환경에 의한 오검출 또는 미검출 발생률이 높기 때문에 자율주행기능 구현에 적합하지 않다. 따라서 단일센서기반의 인식시스템의 한계를 극복하기 위하여 카메라, 레이저레이더, GPS 등을 이용한 정보융합 인식시스템 개발이 필수적이다. 이 연구에서는 영상 및 레이저레이더의 정보융합을 통해 강인한 차선인식, 횡단보도 인식 등을 수행하는 자율주행자동차의 주행환경 인식기술을 개발하였다. 이 연구를 통해 개발된 주행환경 인식기술은 자율주행자동차에 적용되어 다양한 주행시험을 통해 신뢰성 및 안정성이 검증되었다. A autonomous vehicle requires improved and robust perception systems than conventional perception systems of intelligent vehicles. In particular, single sensor based perception systems have been widely studied by using cameras and laser radar sensors which are the most representative sensors for perception by providing object information such as distance information and object features. The distance information of the laser radar sensor is used for road environment perception of road structures, vehicles, and pedestrians. The image information of the camera is used for visual recognition such as lanes, crosswalks, and traffic signs. However, single sensor based perception systems suffer from false positives and true negatives which are caused by sensor limitations and road environments. Accordingly, information fusion systems are essentially required to ensure the robustness and stability of perception systems in harsh environments. This paper describes a perception system for autonomous vehicles, which performs information fusion to recognize road environments. Particularly, vision and laser radar sensors are fused together to detect lanes, crosswalks, and obstacles. The proposed perception system was validated on various roads and environmental conditions with an autonomous vehicle.

레이저레이더 시뮬레이션을 위한 3차원 객체 모델링

김근한(Kim Geun Han),전철민(Jun Chul Min) 대한공간정보학회 2008 대한공간정보학회지 Vol.16 No.2

레이저레이더 시뮬레이션의 성능을 향상시키기 위해서는 시뮬레이터의 레이저신호로 대응되는 공간의 범위와 해당 사물의 위치 및 속성정보를 정확하고 빠르게 획득해야 한다. 또한 시뮬레이션에 사용되는 데이터는 지형, 건물 및 차량과 같은 복잡한 3차원 객체들이며 광범위한 지역을 대상으로 하므로 가시화를 위한 일반적인 3차원 모델링 툴로는 빠르게 데이터를 추출하고 연산을 수행하기 어렵다. 본 연구에서는 이와 같은 복합적인 형태의 3차원 객체를 데이터베이스에 저장하고 필요한 질의를 수행하며, 가시화 부분과 연동할 수 있는 기법을 제시하였다. 이를 위해 3차원 다면체를 토폴로지 기반으로 데이터모델링을 수행하는 과정과 이러한 객체를 공간 DBMS를 이용하여 구현하는 과정을 예시하였다. 또한 DB에 저장된 데이터를 접근하여 가시화하는 과정을 VRML을 이용하여 구현하고, 시뮬레이션 레이저신호와의 연산 테스트를 실시하였다. 향후 데이터모델에 대한 연구와 가시화 부분에서의 LOD 적용 등의 문제를 해결한다면 시뮬레이션뿐 아니라 보다 다양한 상황에 적용할 수 있을 것이다. The improvement of the performance in laser radar simulation requires fast retrievals of the spatial locations and attributes of objects in response to the laser signals of the simulators. Since the data used in simulation are complex 3D objects such as terrain, buildings and vehicles, and are of large sizes, commonly used 3D modeling tools are not suitable for this use. We proposed a method to store such 3D objects in a database, perform required queries and integrate with visualization tools. We showed the processes for the data modeling based on 3D topological concepts and then building a spatial DBMS. Also, we illustrated the process for accessing and visualizing the stored data using VRML and performed test computations using some laser signal data. With further enhancement on data modeling and LOD problems in visualization, the proposed method will be practically applied in different situations including laser simulation.

맵핑용 3차원 영상 레이저 레이다의 시스템 설계 및 성능 분석

라종필,고진신,이창재,La, Jongpil,Ko, Jinsin,Lee, Changjae 한국군사과학기술학회 2014 한국군사과학기술학회지 Vol.17 No.1

The system design and the system performance analysis of 3D imaging laser radar system for the mapping purpose is addressed in this article. For the mapping, a push-bloom scanning method is utilized. The pulsed fiber laser with high pulse energy and high pulse repetition rate is used for the light source of laser radar system. The high sensitive linear mode InGaAs avalanche photo-diode is used for the laser receiver module. The time-of-flight of laser pulse from the laser to the receiver is calculated by using high speed FPGA based signal processing board. To reduce the walk error of laser pulse regardless of the intensity differences between pulses, the time of flight is measured from peak to peak of laser pulses. To get 3D image with a single pixel detector, Risley scanner which stirs the laser beam in an ellipsoidal pattern is used. The system laser energy budget characteristics is modeled using LADAR equation, from which the system performances such as the pulse detection probability, false alarm and etc. are analyzed and predicted. The test results of the system performances are acquired and compared with the predicted system performance. According to test results, all the system requirements are satisfied. The 3D image which was acquired by using the laser radar system is also presented in this article.

[Invited Talk] 레이저 레이더용 광섬유 레이저

서홍석 한국진공학회 2013 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2013 No.2

복합 센서를 이용한 교통 신호운영체계에 관한 연구

황귀연,정양권,최형주,혜학무,Hwang, Gui-Youn,Jeong, Yang-Kwon,Choi, Hyung-Ju,Hui, Xue-Wu 한국전자통신학회 2013 한국전자통신학회 논문지 Vol.8 No.10

This study is proposed traffic signal operating system to find existing problems of loop system and complex with doplar system, which have strong linearity, resistence of weather effects and wide range to improve delay problems that used in vehicle detection method. This proposed method have simulated on Southern-Gwangju station to Enter of SeoChang take about 10km by using VISSIM tool and we found this proposed method is 15% through(또는 to) 30% more effective than continuous progress interlocking system or crossing progress interlocking system. 본 연구는 주로 사용하고 있는 차량 검지 방식인 루프 방식의 문제점을 도출하고 직진성이 강하고 주변 환경이나 날씨영향에 강한 레이저와 검지 범위가 넓은 도플러 레이더를 복합하여 현재의 검지방식의 단점을 개선하고 앞 막힘에 문제점을 해결할 수 있는 신호운영 체계를 제안하고자 한다. 본 제안 방식이 VISSIM 도구를 이용하여 남광주역에서 서창입구까지의 10Km 구간에 적용해 본 결과 연속진행연동체계와 교호진행연동체계보다 진입 차량에 따라서 15%에서 30% 정도가 효과적인 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

위성의 처짐 측정 및 보상에 관한 연구

문홍열(Moon Hong-You),김진희(Kim Jin-Hee),우성현(Woo Sung-Hyun),조창래(Cho Chang-Lae) 한국항공우주연구원 2010 항공우주산업기술동향 Vol.8 No.2

질량이 크고 정밀한 정렬이 요구되는 전개형 영상 레이더를 장착하기 위해서는 일반적으로 위성을 수평상태로 놓고 조립을 수행하게 된다. 이는 전개형 안테나의 회전축을 중력축과 일치시키고 전개형 안테나를 중력방향과 반대로 질량을 보상함으로써 무중력 상태를 만들어 회전축에 무리한 힘을 가하지 않기 위함이다. 이러한 전개형 영상 레이더를 장착하기 위해서는 위성이 수평 상태로 놓이더라도 위성체 처짐이 없는 수직상태와 동일한 형상을 만들어 주어야 한다. 처짐이 발생한 위성체에 안테나를 장착하고 수직상태로 변경하면 처짐이 발생한 부분이 강제적으로 원상복귀하려는 힘으로 인해 안테나 정렬이 틀어질 수 있기 때문이다. 본 논문에서는 수평상태에서 위성의 처짐값을 확인하기 위한 방안을 찾고 처짐 보상을 위한 Reaction Force 값을 어떻게 구할 것인지를 보여주고 있다. Satellites are generally put in horizontal configuration to install a weighty, large and deploying SAR antenna which is required precise alignment. It is not to damage an antenna deployment mechanism from impellent strength as SAR antenna rotation axis is aligned with the gravity axis and SAR antenna is put in a zero gravity condition. In order to install such a deploying antenna, satellite should be a same condition of the vertical configuration without the deflection of satellite when it is rotated horizontally. In this paper, it is shown how to measure the deflection of satellite and how to get a reaction force value for compensating the deflection.

스테레오비전과 레이저레이더의 융합을 통한 도로상의 장애물 검출

송명재(Myeongjae Song),이기용(Kiyong Lee),이준웅(Joonwoong Lee) 한국자동차공학회 2005 한국자동차공학회 Symposium Vol.- No.-

This paper proposes obstacle detection algorithm in front of ego vehicle using stereo vision and laser radar. Obstacle detection algorithm, using Stereo vision, exploits a distortion phenomenon taken place in remapping process of original stereo images to a virtual top-view. Laser radar used obstacle detection, a type of ONIRON's scanning, outputs information on one obstacle through inner processing. In this paper, proposed algorithm using stereo vision proves the reasonability by expressing the result of each stereo vision and laser radar in one and the same domain, and presents the possibility that can build more reliable obstacle detection system by making up for the weak points of stereo vision and laser radar.

가이거모드 영상 LADAR 시스템의 시뮬레이션과 성능예측

김성준,이임평,이영철,Kim, Seongjoon,Lee, Impyeong,Lee, Youngcheol 한국군사과학기술학회 2012 한국군사과학기술학회지 Vol.15 No.5

LADAR systems can rapidly acquire 3D point clouds by sampling the target surfaces using laser pulses. Such point clouds are widely used for diverse applications such as DSM/DTM generation, forest biomass estimation, target detection, wire avoidance and so on. Many kinds of LADAR systems have been developed with their respective purposes and applications. Particularly, Geiger mode imaging LADAR systems are increasingly utilized since they are energy efficient thank to extremely sensitive detectors incorporated into the systems. The purpose of this research is the performance assessment of a Geiger mode imaging LADAR system based on simulation with the real system parameters. We thus developed a simulation method of such a LADAR system by modeling its geometric, radiometric, optic and electronic aspects. Based on the simulation, we performed the performance assessment of a newly designed system to derive the outlier ratio and false alarm rate expected during its operation in almost real environment with reasonable system parameters. The proposed simulation and performance assessment method will be effectively utilized for system design and optimization, and test data generation.