SAR 영상에서 해양 파랑 스펙트럼 추출을 위한 기법연구 박용욱 지도교수 이훈열 강원대학교 지구물리학과

목 차 서론 연구지역 기초이론 자료 및 자료처리 결과 및 해석 결론 향후 연구 방향

1. 서론 SAR-마이크로파 원격탐사(microwave remote sensing) →능동형 센서(날씨, 밤낮상관없음) 물에 대한 뛰어난 후방산란→해양(파랑)에서의 적용 SAR (Synthetic Aperture Radar)센서를 탑재한 Radarsat-1위성 영상 분석 파랑(풍파)의 선형적 혹은 비선형적 모습을 FFT 기법(fast Fourier transform method)을 적용 →파랑의 방향성추출(실측기상자료와 비교) →해양 파랑의 파장을 추출(파수벡터 추출)

2. 연구지역 Landsat-7 image in Jeju acquired on Study area 11 March 2002 displayed bands 3, 2, 1 in RGB. 연평균 3~7 m/s 의 꾸준한 바람 너울발전에 기여 Study area (Region A)

3. 기초이론 3-1. 해양 파랑은 바람의 작용에 의해 발생→바람으로부터 에너지를 흡수하기 때문 파랑은 표면장력파로부터 시작 표면장력파에서 파장이 1.73cm보다 커지면 파랑으로 전환

3-1. 해양 파의 분산 : 파속과 파장에 따라 분류되 어 그룹화 되는 과정 분산과정에 의해 파랑은 규칙적인 형태의 너울로 발전 현SAR센서의 해상도→너울을 육안확인 가능 파랑의 성장에 고려해야 할 사항 ① 풍속(wind strength) ② 지속시간(wind duration) ③ 풍역대(취송거리, fetch)

Water surface reflection 3-2. SAR 원격탐사 Radatsat-1 SAR Sensor 날씨, 밤낮에 무관 SAR imagery Oceanwave extraction Microwave scanning backscattering Water surface reflection (about 99%)

3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 파수벡터 와 각주파수 , 진폭 A를 가지는 2D파동 위성에서의 순간적 촬영 2D FT → k공간상에서 에 해당하는 곳에서만 값을 가지고 다른 곳에서는 0의 값을 가지는 2차원 delta함수

3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 실제 SAR 영상에서는 real 값만이 존재 FT 절대값을 취하여 spectrum을 구함( 사용)

3-3. 파랑에 대한 2D Fourier 변환 선형적이며 일정한 파랑에서의 진행 2D FFT 결과 영상(원점대칭) 에서의 분석

4. 자료 및 자료처리 영상자료 영상 지역 영상 획득일 제주도 총 영상자료 : 15개 사용 영상자료 : 3개 1999년 11월 15일 1999년 11월 25일 1999년 12월 19일 총 영상자료 : 15개 사용 영상자료 : 3개 논문의 목적과 부합영상의 상태, 너울의 유무, 동일지역의 영상 등을 고려 → 비교적 양호한 영상

실측 기상자료 실측 기상자료 → 기상청 우도 AWS (auto weather system) <우도 : 영상 상에서 가장 근접한 실측자료 획득 장소> 파랑이 SAR센서에 탐지되기 위해서 충분히 발달(너울)하기 위해서는 ① 풍속 ② 지속시간 ③ 풍역대 형성되어야 함 → 영상 획득 당시까지의 3일 이상의 기상자료 필요 AWS자료 중 평균 풍향과 평균 풍속만을 고려 시간당 평균 풍향과 평균 풍속 → 일일 평균 풍향과 평균 풍속 → 3일간의 평균 풍향과 평균 풍속 영상 획득 당시의 기상상태 분석을 통한 2D FFT영상에서의 방향성 판단

영상자료처리의 흐름도(flow chart) Raw Data SAR Focusing SLC 영상자료처리의 흐름도(flow chart) Az FFT, Beam Split, Az iFFT, Detect Avg Multi-Look (4 Looks) 2D FFT (Imagelette) SAR Wave Spectrum geocoding Ocean wave extraction

자료처리(영상) SAR Wave Processor (SWP) Language: ANSI-C, Cygwin 환경 Command-line based 영상은 다른 RS 프로그램으로 확인 Input file: SLC (Single Look Complex, CEOS format) Output file: SLC (Header-off format) ML (Multi-Look, 4-look) SAR wave spectrum

자료처리(영상) 1999년 12월 19일 1999년 11월 15일 1999년 11월 19일 기하보정(geocording)결과

자료처리(기상자료) 1분(10분) 평균 풍향․풍속은 0.25초 간격의 바람벡터 자료를 10초 동안 평균을 구한 후 1분(10분) 동안 6개(60개)의 자료를 다시 평균하여 매분(10분)자료를 산출 같은 산출원리로 하루의 평균풍향․풍속은 24시간 동안 각 시간별의 평균풍향․풍속을 다시 평균 3일간의 평균풍향․풍속 → 1일 평균풍향․풍속을 구하는 방식으로 3일간의 평균풍향․풍속 산출 1분 평균 풍향․풍속 → 10분 → 1시간(AWS자료) → 하루 → 3일(파랑형성에 기여)

5. 결과 및 해석 영상처리 결과 A ML Zoom to A 128x128 1999년 12월 19일 영상처리결과 256x256

실측 기상자료처리 결과 우도 AWS 실측 기상자료처리 1999년 12월 19일 지속시간 : 7일 이상 평균풍향 : 약 280° ° 평균풍속 : 약 7 m/s

영상처리 결과 해석 ex) 2D FFT영상의 해석(256x256,1999년 12월 19일)

영상처리 결과 해석(1999년 11월 15일) 실측 기상자료 분석 풍향 : 285° 지속시간 : 약 2일 영상 분석 풍향 : 281° (기상자료와 4° 차이) 파랑의 파장 : 94.5 m 파장의 값 오차범위 : ± 14.5 m

영상처리 결과 해석(1999년 11월 25일) 실측 기상자료 분석 풍향 : 277° 지속시간 : 1일 이하 영상 분석 풍향 : 286° ± 10° (매우 큰 오차범위) 파랑의 파장 : 99.5 m 파장의 값은 오차범위 : 28.5 m

영상처리 결과 해석(1999년 12월 19일) 실측 기상자료 분석 풍향 : 280° 지속시간 : 7일 이상 영상 분석 풍향 : 281°(기상자료와 1°차이) 파랑의 파장 : 156 m 파장의 값 오차범위 : ± 8m

6. 결론 Radarsat 1 SAR영상을 2D FFT기법을 적용 2D FFT영상 =180도의 모호성(ambiguity) → 현장 실측 기상자료를 통해 해결 → 파랑의 방향성 2D Fourier 변환을 통한 파수벡터 의 추출 → 파랑의 파장 추출

7. 향후 연구 방향 + CMOD 기법 → 해상풍(wind)의 크기 추출 + Inter-Look cross spectra 기법 → 2D FFT기법으로 한계였던 180°의 모호성(ambiguity) 해결 + Doppler Shift 기법 → 영상 상에서의 current의 이동 속도