Radargrammetry 적용을 위한 위도에 따른 KOMPSAT-5 궤도 분석 강원대학교 지구물리학과 장 소 영

발표순서 서론 이론 KOMPSAT-5 Radargrammetry 기법 적도에서의 고도민감도 임의의 지점에서의 고도민감도 결론

서론 SAR는 기상상태와 태양고도에 관계없이 영상을 획득하는 전천후 영상 레이더로서 지형 mapping에 효과적 우리나라는 2010년 6월에 발사될 KOMPSAT-5에 1 m의 고해상도 영상 획득이 가능한 COSI라 불리는 SAR 시스템을 탑재할 예정 Radargrammetry 기법은 서로 다른 입사각을 가지는 두 SAR 영상으로부터 stereo를 이용하여 지형고도를 나타낼 수 있음 연구목적: KOMPSAT-5의 궤도 및 한반도 지형 특성을 고려한 radargrammetry 기법이 가능한 영상 조합 예시

KOMPSAT-5(Korea Multi-Purpose SATellite-5) 궤도: 태양동기궤도 X-band 사용 – 1 m의 고해상도 영상 제공 고도: 550 km Inclination: 약 97.6° Mean local time of Ascending Node: 06:00 am 위성의 재방문주기: 28일 연속하는 궤도 거리: 2665 km 적도에서 인접한 pass의 거리: 95 km KOMPSAT-5의 발사 예정일이 늦춰졌기 때문에 제원은 달라질 수 있음 Epoch: 2009JUN01 00:00:00 UTC Mean Orbit (J2000) Osculating Orbit Semi-Major Axis (km) 6928.11434 6937.46791 Eccentricity 0.001068966 0.001201637 Inclination (deg) 97.597531 97.595674 R.A. of Ascending Node (deg) 339.734883 339.735375 Argument of Perigee (deg) 90.0 67.308762 Mean Anomaly (deg) 270.0 292.740966

KOMPSAT-5(Korea Multi-Purpose SATellite-5) Look angle 조절 가능 Nominal Mode: 입사각: 20°- 45° 지상 영역(Ground coverage): 185 - 490 km Extended Mode: 입사각: 45°- 55° 지상 영역(ground coverage): 490 - 675 km

Radargrammetry 기법 Radargrammetry 기법은 서로 다른 입사각을 가지는 두 영상을 이용하여 고도지형을 알 수 있음 Radargrammetry 기법의 종류 SSR 기법: 한 지점에 대해 두 SAR 영상을 같은 방향으로 촬영 OSR 기법: 두 SAR 영상을 서로 반대 방향으로 촬영 (a) Same-Side Radargrammetry (SSR) (b) Opposite-Side Radargrammetry (OSR)

Radargrammetry 기법 (a) Same-Side Radargrammetry (SSR) (b) Opposite-Side Radargrammetry (OSR)

Radargrammetry 기법 OSR 기법이 SSR 기법보다 넓은 지형 촬영 가능

적도에서의 고도민감도 KOMPSAT-5의 궤도를 radargrammetry 기법의 적용을 위해 분석 z (up) n =0 θi H = 550Km Right Look Left Look 1 2 3 4 n =0 -1 Earth Center z (up) Xg =95 km at equator R = 6378Km δ -2 x Earth Surface (Equatorial plane) East θl θi R: Earth radius H: Altitude of satellite Xg: Ground distance of adjacent pass n: Pass number from nadir x: Image location from nadir to east     |x|<Xg/2 θi: Incidence angle     Nominal: 20° < θi < 45 °     Extended: 45 ° < θi < 55 ° θl : Look angle     Rg: Ground range      Nominal: 185 km < Rg < 490 km      Extended: 590 km < Rg < 675 km Rs: Ground range

적도에서의 고도민감도 Nominal mode의 pass number: Extended mode의 pass number: 2, 3, 4, 5 Extended mode의 pass number: 6, 7

Figure 5. Radargrammetric geometry. 적도에서의 고도민감도 Altitude H = 550Km Right Look Left Look 1 2 3 4 5 6 n=0 -1 -2 +47.5 -47.5 x (east) z (up) Xa=95 km x = -47.5 km 7 8 Nominal Mode Extended Mode Altitude H = 550Km Right Look Left Look 1 2 3 4 n=0 -1 -2 +47.5 -47.5 x (east) z (up) Xa=95 km x=+47.5 km 5 6 7 8 Nominal Mode Extended Mode X= -47.5 km X= 47.5 km Altitude H = 550Km Right Look Left Look 1 2 3 4 5 6 n=0 -1 -2 +47.5 -47.5 x (east) z (up) Xa=95 km x=0 km 7 8 Nominal Mode Extended Mode Nadir에서부터 지상범위가 달라짐에 따라 nominal mode와 extended mode의 pass number도 달라짐 이는 지상범위가 달라지면 입사각도 달라지기 때문에 pass number가 작용하는 mode도 달라짐 일반적으로 nominal mode만을 사용 X= 0 km Figure 5. Radargrammetric geometry.

적도에서의 고도민감도 입사각의 차이가 클수록 고도민감도 증가 지형 왜곡과 이미지 해상도의 한계 존재 산악지형에서 고도민감도 범위는 0.1 – 1까지 적용

적도에서의 고도민감도 인접 pass 거리 : 95 km 고도민감도 : 0.6-0.9 영상 조합 : 5-3 쌍, 3-2 쌍 적도에서만 적용 인접 pass 간의 거리는 고위도로 갈수록 좁아 지는 등, 위도에 따른 복잡한 양상을 보임 대전과 남극 세종기지는 STK 소프트웨어를 사용

임의의 지점에서의 고도민감도-대전, 남극세종기지 STK 소프트웨어 인공위성의 임무 계획 및 분석을 주된 목적으로 하는 인공위성 시스템분석 소프트웨어 미사일과 같이 항행하는 물체의 궤적 및 자세에 대하여 모의실험 가능 실시간 자료를 이용한 제어, 관제 시스템에 적용 가능 다양한 그래픽 기능을 제공 지구와 인공위성의 상대적인 운동을 이해하는데 유용

임의의 지점에서의 고도민감도-대전, 남극세종기지 인공위성의 궤도를 계산해 주는 STK 소프트웨어 사용

임의의 지점에서의 고도민감도-대전, 남극세종기지 대전과 남극 세종기지를 지나는 descending pass와 촬영 범위를 알 수 있음

임의의 지점에서의 고도민감도-대전 대전에 대한 위치정보 입력

임의의 지점에서의 고도민감도-대전 대전의 접근궤도 도시

임의의 지점에서의 고도민감도-대전 KOMPSAT-5의 elevation angle graph 생성 과정 0°- 90°

임의의 지점에서의 고도민감도-대전 대전에서 KOMPSAT-5의 elevation angle 이 연구에서는 descending pass에서 입사각이 20°- 45°인 nominal mode만을 고려 Elevation angle 값은 각각의 pass에서 최고 값을 선택

임의의 지점에서의 고도민감도-대전 대전에서 KOMPSAT-5의 elevation angle과 입사각 Pass  Number(n) Elevation  angle Incidence  4 67.08° 22.92° 5 60.95° 29.05° 6 55.54° 34.46° 7 50.86° 39.14° 8 46.84° 43.16° Pass는 4 – 8까지 선택 입사각은 약 22°- 43°

임의의 지점에서의 고도민감도-대전 대전에서 parallax에 대한 고도민감도 다음 식을 통해 radargrammetry 영상 쌍의 parallax에 대한 고도민감도를 구함 고도민감도는 foreshortening, layover, shadow와 같은 지형왜곡에 의한 한계점이 있음 최적의 고도민감도 값 : 0.5 – 0.8 최적의 radargrammetry 영상 쌍 : 5-4, 7-5, 8-5 쌍 총 세 쌍의 영상 쌍 제시  θ₂(n)   θ₁(n) 22.92° (4) 29.05° (5) 34.46° (6) 39.14° (7) 43.16° (8) 0.00 -0.56 -0.91 -1.14 -1.30 0.56 -0.34 -0.57 -0.73 0.91 0.34 -0.23 -0.39 1.14 0.57 0.23 -0.16 1.30 0.73 0.39 0.16

임의의 지점에서의 고도민감도-남극세종기지 남극 세종기지에 대한 위치정보 입력

임의의 지점에서의 고도민감도-남극세종기지 남극세종기지의 접근궤도 도시

임의의 지점에서의 고도민감도-남극세종기지 남극 세종기지에서 KOMPSAT-5의 elevation angle 대전과 마찬가지로 입사각을 구함

임의의 지점에서의 고도민감도-남극세종기지 남극 세종기지에서 KOMPSAT-5의 elevation angle과 입사각 Pass Number Elevation angle  Incidence angle 6 70.03° 19.97° 7 66.83° 23.17° 8 63.92° 26.08° 9 60.97° 29.03° 10 58.21° 31.79° 11 55.64° 34.36° 12 53.31° 36.69° 13 51.09° 38.91° 14 49.07° 40.93° 15 47.17° 42.83° 16 45.42° 44.58° Pass : 6 – 16까지 선택 입사각 : 약 19°- 44°

임의의 지점에서의 고도민감도-남극세종기지 남극 세종기지에서 parallax에 대한 고도민감도 θ₂(n) θ₁(n) 19.97° (6) 23.17° (7) 26.08° (8) 29.03° (9) 31.79° (10) 34.36° (11) 36.69° (12) 38.91° (13) 40.93° (14) 42.83° (15) 44.58° (16) 0.00 -0.42  -0.71  -0.95  -1.14  -1.29 -1.41 -1.51 -1.60 -1.67 -1.74 0.42 -0.29  -0.53  -0.72 -0.87 -0.99 -1.10 -1.18 -1.26 -1.32 0.71 0.29 -0.24 -0.43 -0.58 -0.70 -0.80 -0.89 -0.96 -1.03 0.95 0.53 0.24 -0.19 -0.34 -0.46 -0.56 -0.65 -0.79 1.14 0.72 0.43 0.19 -0.15 -0.27 -0.37 -0.53 -0.60 1.29 0.87 0.58 0.34 0.15 -0.12 -0.22 -0.31 -0.38 -0.45 1.41 0.99 0.70 0.46 0.27 0.12 -0.10 -0.26 -0.33 1.51 1.10 0.80 0.56 0.37 0.22 0.10 -0.09 -0.16 1.60 1.18 0.89 0.65 0.31 0.09 -0.07 -0.14 1.67 1.26 0.96 0.38 0.26 0.16 0.07 -0.06 1.74  1.32 1.03 0.79 0.60 0.45 0.33 0.14 0.06 영상 조합은 총 열 쌍이 제시 대전보다 영상 쌍이 2배 이상 많음

결론 KOMPSAT-5의 궤도 특징과 SAR 영상의 획득 mode를 radargrammetry 관점에서 분석 Descending orbit일 때 nominal mode 영상에 대한 최적의 radargrammetry 영상 조합 적도: 두 쌍 대전: 세 쌍 남극 세종기지: 열 쌍 극으로 갈수록 인접 pass 간의 거리가 줄어드는 경향을 보이고, 중위도 지역보다 극 지역을 지나는 궤도가 많음 극지방으로 갈수록 영상 조합의 수가 많아지고, radargrammetry 기회가 많을 것으로 계산됨 Descending pass만이 아니라 Ascending pass도 사용하면, radargrammetry에 적합한 최적의 영상 조합이 보다 더 많을 것임 이 연구를 통해 위도가 다른 여러 지역에서도 radargrammetry가 가능한 최적의 영상 조합을 제시할 수 있을 것임

감사합니다.