radargrammetry 적용을 위한 위도에 따른 kompsat-5 궤도 분석

Radargrammetry 적용을 위한 위도에 따른 KOMPSAT-5 궤도 분석

강원대학교 지구물리학과 장 소 영

발표순서서론

이론KOMPSAT-5Radargrammetry 기법

적도에서의 고도민감도

임의의 지점에서의 고도민감도

결론

서론

SAR 는 기상상태와 태양고도에 관계없이 영상을 획득하는 전천후 영상 레이더로서 지형 mapping 에 효과적

우리나라는 2010 년 6 월에 발사될 KOMPSAT-5 에 1 m 의 고해상도 영상 획득이 가능한 COSI 라 불리는 SAR 시스템을 탑재할 예정

Radargrammetry 기 법 은 서 로 다 른 입 사 각 을 가 지 는 두 SAR 영상으로부터 stereo 를 이용하여 지형고도를 나타낼 수 있음

연 구 목 적 : KOMPSAT-5 의 궤 도 및 한 반 도 지 형 특 성 을 고 려 한 radargrammetry 기법이 가능한 영상 조합 예시

KOMPSAT-5(Korea Multi-Purpose SATellite-5)

궤도 : 태양동기궤도

X-band 사용 – 1 m 의 고해상도 영상 제공

고도 : 550 km

Inclination: 약 97.6°

Mean local time of Ascending Node: 06:00 am

위성의 재방문주기 : 28 일

연속하는 궤도 거리 : 2665 km

적도에서 인접한 pass 의 거리 : 95 km

KOMPSAT-5 의 발 사 예정 일 이 늦 춰 졌 기 때문에 제원은 달라질 수 있음

Epoch: 2009JUN0100:00:00 UTC

Mean Orbit(J2000)

Osculating Orbit

(J2000)

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

Look angle 조절 가능

Nominal Mode: 입사각 : 20°- 45°지 상 영 역 (Ground coverage): 185 - 490 km

Extended Mode:입사각 : 45°- 55°지 상 영 역 (ground coverage): 490 - 675 km

KOMPSAT-5(Korea Multi-Purpose SATellite-5)

Radargrammetry 기법

Radargrammetry 기 법 은 서 로 다 른 입 사 각 을 가 지 는 두 영 상 을 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)


sshh

resolutionHeight

Extended

Νominal

where

hs

parallaxofysensitivitHeight

sh

Height

hhsParallax

:2

552

20

,350 :2

452

20

,250:

,2

2coscossin2

cotcot

:

cotcot

:1cot2cot

:

12

21

12

12

(a) Same-Side Radargrammetry (SSR)

(b) Opposite-Side Radargrammetry (OSR)


OSR 기법이 SSR 기법보다 넓은 지형 촬영 가능

OSR 기법이 SSR 기법보다 고도 민감도가 더 높음

OSR 기법은 심한 지형 왜곡으로 인해 평탄한 지형에서만 사용할 수 있으므로 비실용적

SSR 기법을 사용한 영상 조합 제시

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

li

sl

s

g

gg

RR

HRRHRRR

RxmX

xnXR

)/sin(sin

cos)(2)(

/)(

1

22

KOMPSAT-5 의 궤도를 radargrammetry 기법의 적용을 위해 분석

H = 550Km

Right LookLeft Look1 2

34

n =0-1

Earth Center

z (up)

Xg =95 kmat equator

R = 6378Km

δ

-2

x Earth Surface(Equatorial plane)

East

θlθi


Nominal mode 의 pass number:

2, 3, 4, 5

Extended mode 의 pass number:

6, 7


-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50Po sitio n fro m N a d ir (km )

0

10

20

30

40

50

60

Inci

de

nce

An

gle

(d

eg

)

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

n=6

n=7EXTENDED M O D E

N O M INAL M O D E

n=8

Nadir 에서부터 지상범위가 달라짐에 따라 nominal mode 와 extended mode 의 pass number 도 달라짐

이 는 지 상 범 위 가 달 라 지 면 입 사 각 도 달 라 지 기 때 문 에 pass number 가 작용하는 mode 도 달라짐

일반적으로 nominal mode 만을 사용

X= -47.5 km

X= 0 km

X= 47.5 km


Altitude H = 550Km

Right LookLeft Look

1 2 3 4 5 6n=0-1-2

+47.5-47.5 0x (east)

z (up)

Xa=95 km

x = -47.5 km

7 8

Nominal Mode Extended Mode

i

Altitude H = 550Km

Right LookLeft Look

1 2 3 4 5 6n=0-1-2

+47.5-47.5 0x (east)

z (up)

Xa=95 km

x=0 km

7 8


i

Altitude H = 550Km

Right LookLeft Look

1 2 3 4n=0-1-2

+47.5-47.5 0x (east)

z (up)

Xa=95 km

x=+47.5 km

5 6 7 8


i

입 사 각 의 차 이 가 클 수 록 고도민감도 증가

지형 왜곡과 이미지 해상도의 한계 존재

산악지형에서 고도민감도 범위는 0.1 – 1 까지 적용


20 30 40 50 60Ave ra g e In c ide n ce An g le (d e g )

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

He

igh

t Se

nsi

tivity

of P

ara

llax

(ds/

dh

)

Extended M odeNom inal M ode

N + E M ixed

He

igh

t Re

solu

tion

(p

ixe

l, a

ssu

min

g d

elta

_s

= 1

pix

el)

=30 deg

1

0.5

inf

5

2

10

3

0.9

0.8

0.7

0.6

=25 deg

=20 deg

=15 deg

=10 deg

=5 deg

=20 deg

=15 deg

=10 deg

=5 deg

인접 pass 거리 : 95 km

고도민감도 : 0.6-0.9

영상 조합 : 5-3 쌍 , 3-2 쌍

적도에서만 적용

인 접 pass 간 의 거 리 는 고위도로 갈수록 좁아 지는 등 , 위도에 따른 복잡한 양상을 보임

대 전 과 남 극 세종기지 는 STK 소프트웨어를 사용


-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50Po sitio n fro m N a d ir (km )

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

He

igh

t Se

nsi

tivity

of P

ara

llax

(ds/

dh

)

He

igh

t Re

solu

tion

(p

ixe

l, a

ssu

min

g d

elta

_s

= 1

pix

el)

4-3

5-3

6-3

7-3

3-2

Extended M odeN om inal M ode

4-2

5-2

6-2

7-2

1

0.5

inf

5

2

10

3

0.9

0.8

0.7

0.6

7-4

6-4

5-4

7-5

6-5

7-6

N + E M ixed

5-2

5-3

5-4

6-5

STK 소프트웨어

임의의 지점에서의 고도민감도 - 대전 , 남극세종기지

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

인공위성의 궤도를 계산해 주는 STK 소프트웨어 사용


대전과 남극 세종기지를 지나는 descending pass 와 촬영 범위를 알 수 있음


대전에 대한 위치정보 입력

임의의 지점에서의 고도민감도 - 대전

대전의 접근궤도 도시


입 사 각 과 elevation angle 은 보각관계

Elevation angle 을 통해 입사각을 구함

Elevation angle 범위 :

0°- 90°

KOMPSAT-5 의 elevation angle graph 생성 과정


이 연 구 에 서 는 descending pass 에 서 입 사 각 이 20°- 45° 인 nominal mode 만을 고려Elevation angle 값 은 각 각 의 pass 에 서 최 고 값을 선택

대 전 에 서 KOMPSAT-5 의 elevation angle


Pass Number(n)

Elevation angle

Incidence angle

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°

대 전 에 서 KOMPSAT-5 의 elevation angle 과 입사각

Pass 는 4 – 8 까지 선택

입사각은 약 22°- 43°


θ₂(n) θ₁(n)

22.92°(4)

29.05°(5)

34.46°(6)

39.14°(7)

43.16°(8)

22.92°(4)

0.00 -0.56 -0.91 -1.14 -1.30

29.05°(5)

0.56 0.00 -0.34 -0.57 -0.73

34.46°(6)

0.91 0.34 0.00 -0.23 -0.39

39.14°(7)

1.14 0.57 0.23 0.00 -0.16

43.16°(8)

1.30 0.73 0.39 0.16 0.00

대 전 에 서 parallax 에 대 한 고도민감도

다음 식을 통해 radargrammetry 영 상 쌍 의 parallax 에 대 한 고도민감도를 구함

고 도 민 감 도 는 foreshortening, layover, shadow 와 같 은 지형왜곡에 의한 한계점이 있음

최적의 고도민감도 값 : 0.5 – 0.8

최 적 의 radargrammetry 영 상 쌍 :

5-4, 7-5, 8-5 쌍

총 세 쌍의 영상 쌍 제시

12 cotcot h

s


남극 세종기지에 대한 위치정보 입력

임의의 지점에서의 고도민감도 - 남극세종기지


남극세종기지의 접근궤도 도시

대전과 마찬가지로 입사각을 구함

남극 세종기지에서 KOMPSAT-5 의 elevation angle


PassNumber

Elevationangle

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°

남극 세종기지에서 KOMPSAT-5 의 elevation angle 과 입사각

Pass : 6 – 16 까지 선택

입사각 : 약 19°- 44°


영 상 조 합 은 총 열 쌍 이 제시

대전보다 영상 쌍 이 2 배 이상 많음

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)

19.97°(6)

0.00 -0.42 -0.71 -0.95 -1.14 -1.29 -1.41 -1.51 -1.60 -1.67 -1.74

23.17°(7)

0.42 0.00 -0.29 -0.53 -0.72 -0.87 -0.99 -1.10 -1.18 -1.26 -1.32

26.08°(8)

0.71 0.29 0.00 -0.24 -0.43 -0.58 -0.70 -0.80 -0.89 -0.96 -1.03

29.03°(9)

0.95 0.53 0.24 0.00 -0.19 -0.34 -0.46 -0.56 -0.65 -0.72 -0.79

31.79°(10)

1.14 0.72 0.43 0.19 0.00 -0.15 -0.27 -0.37 -0.46 -0.53 -0.60

34.36°(11)

1.29 0.87 0.58 0.34 0.15 0.00 -0.12 -0.22 -0.31 -0.38 -0.45

36.69°(12)

1.41 0.99 0.70 0.46 0.27 0.12 0.00 -0.10 -0.19 -0.26 -0.33

38.91°(13)

1.51 1.10 0.80 0.56 0.37 0.22 0.10 0.00 -0.09 -0.16 -0.22

40.93°(14)

1.60 1.18 0.89 0.65 0.46 0.31 0.19 0.09 0.00 -0.07 -0.14

42.83°(15)

1.67 1.26 0.96 0.72 0.53 0.38 0.26 0.16 0.07 0.00 -0.06

44.58°(16)

1.74 1.32 1.03 0.79 0.60 0.45 0.33 0.22 0.14 0.06 0.00

남극 세종기지에서 parallax 에 대한 고도민감도


결론

KOMPSAT-5 의 궤도 특징과 SAR 영상의 획득 mode 를 radargrammetry 관점에서 분석

위도가 다른 지점에서 radargrammetry 적용이 가능한 영상 조합 제시

Descending orbit 일 때 nominal mode 영상에 대한 최적의 radargrammetry 영상 조합

적도 : 두 쌍 대전 : 세 쌍남극 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 pass 만이 아니라 Ascending pass 도 사용하면 , radargrammetry 에 적합한 최적의 영상 조합이 보다 더 많을 것임

이 연구를 통해 위도가 다른 여러 지역에서도 radargrammetry 가 가능한 최적의 영상 조합을 제시할 수 있을 것임

radargrammetry 적용을 위한 위도에 따른 kompsat-5 궤도 분석

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