Radargrammetry 적 용 을 위 한 위 도 에 따 른 KOMPSAT-5 위 성 의 궤도 분석

Radargrammetry 적 용 을 위 한 위 도 에 따 른 KOMPSAT-5 위 성 의 궤도 분석

장 소 영 이 훈 열 ․

강원대학교 지구물리학과

장 소 영 이 훈 열 ․

강원대학교 지구물리학과

발표 순서

서론

연구방법

연구 결과

결론

서론

• SAR 는 기상 상태나 주 / 야에 상관없이 영상을 획득하는 전천후 영상레이더로서 지형 매핑에 효과적

• 우리나라는 앞으로 발사될 KOMPSAT-5 에 1 m 의 고해상도 영상 획득이 가능한 COSI 라 불리는 SAR 시스템을 탑재할 예정

• 산악지형이 많은 우리나라에 적합한 radargrammetry 영상 조합을 제시할 수 있음

• KOMPSAT-5 의 궤도를 이용하여 radargrammetry 를 위한 영상 조합 예시

• 본 연구에서는 STK 소프트웨어를 사용하여 KOMPSAT-5 의 예상 궤도를 도시

• 지상의 특정 지점에 대한 elevation angle 을 도출하여 입사각을 계산

• Radargrammetry 의 stereo pair 에 대한 height sensitivity 를 구함

• 위 도 가 다 른 두 지 점 ( 대 전 과 남 극 세 종 기 지 ) 에 대 해 radargrammetry 적용을 위한 최적의 영상 조합 예시

연구 방법

• Radargrammetry 기 법 은 서 로 다 른 입 사 각 을 가 지 는 두 영 상 을 이 용 하 여 , 고도 지형을 알 수 있음

• Radargrammetry 종류

– Same-Side Radargrammetry (SSR): 한 지 점 에 대 한 두 SAR 영 상 을 같 은 방향으로 촬영

– Opposite-Side Radargrammetry (OSR): 두 SAR 영 상 을 서 로 반대방향으로 촬영

• OSR 기법은 SSR 기법 보다 height sensitivity 가 높게 나타남

• OSR 기법은 심한 지형 왜곡으로 인해 평탄한 지역에서만 사용할 수 있으므로 비실용적

• SSR 기법을 사용한 영상 조합 예시

(a) Same-Side Radargrammetry (SSR)

(b) Opposite-Side Radargrammetry (OSR)

Radargrammetry

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

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

적도에서의 입사각

선행연구 – 적도 (Lee, 2007)

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 odeN om 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

ss

hh

resolutionHeight

Extended

Νominal

where

h

s

parallaxofysensitivitHeight

sh

Height

hhs

Parallax

:2

552

20

,350 :2

452

20

,250:

,2

2coscos

sin2

cotcot

:

cotcot

:

cotcot

:

12

21

12

12

12

적도에서 parallax 에 대한 height sensitivity

선행연구 – 적도 (Lee, 2007)

• 인접 pass 거리 : 95 km

• Height sensitivity : 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

• 대 전 과 남 극 세 종 기 지 는 STK 소프트웨어를 사용

적도에서 parallax 에 대한 height sensitivity

-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

선행연구 – 적도 (Lee, 2007)

2010 년 5 월에 발사 예정인 KOMPSAT-5 의 제원

KOMPSAT-5 의 궤도

인공위성의 궤도를 계산해주는 STK 소프트웨어 사용

대전과 남극 세종기지를 지나는 pass 와 촬영 범위를 알 수 있음 • Altitude : 550 km

• Look angle 조정 가능

• Nominal mode– 입사각 : 20°- 45°– Ground coverage :

185- 490 km

• Extended mode– 입사각 : 45°- 55°– Ground coverage :

490- 675 km

• 총 20°- 55° 의 입 사 각 을 가짐

KOMPSAT-5 의 궤도

대전에 대한 위치 정보 입력

임의의 지점에 대한 위도와 경도 입력

인공위성이 대전을 지날 때의 날짜와 시간을 알 수 있음

Pass 의 날짜와 시간 확인

대전의 접근 궤도 제시

접근 궤도 제시

대전 지역의 접근 궤도

접근 궤도 도시

Elevation angle 이 0°- 90° 까지의 접근 궤도

KOMPSAT-5 의 elevation angle graph 생성 과정

Elevation angle 산출

• 입 사 각 과 elevation angle 은 보각관계

• Elevation angle 을 통해 입사각을 구함

• 이 연 구 에 서 는 입 사 각 이 20°- 45°인 nominal mode에 서 descending pass 만을 이용

• Elevation angle 은 하 나 의 pass 에 서 가장 최고 값을 선택

Elevation angle - 대전

대전에서 KOMPSAT-5 의 elevation angle

대전에서 KOMPSAT-5 의 elevation angle 과 입사각

Elevation angle 과 입사각 - 대전

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°

• 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

대전에서 parallax 에 대한 height sensitivity

• 다음 식을 통해 radargrammetry 영상 쌍의 parallax 에 대한 height sensitivity 를 구함

• 두 입 사 각 의 차 이 가 클 수 록 height sensitivity 의 값이 높게 나타남

• Height sensitivity 는 foreshortening, layover, shadow 와 같 은 지 형 왜 곡 에 의 한 한계점이 있음

•최 적 의 height sensitivity 의 값으로 0.5 - 0.8 을 선택

• 최적의 radargrammetry 영상 쌍 :

• 5-4, 7-5, 8-5 쌍

• 총 세 쌍의 영상 쌍 제시

12 cotcot h

s

Height sensitivity - 대전

남극 세종기지에 대한 위치 정보 입력

남극 세종기지에서도 대전과 마찬가지로 인공위성이 지날 때의 날짜와 시간을 알 수 있음

남극 세종기지의 접근 궤도

남극 세종기지의 접근 궤도

남극 세종기지에서 KOMPSAT-5 의 elevation angle

대 전 과 마 찬 가 지 로 입사각을 구함

Elevation angle - 남극 세종기지

남극 세종기지에서 KOMPSAT-5 의 elevation angle 과 입사각

Elevation angle 과 입사각 - 남극 세종기지

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°

• Pass : 6 – 16 까지 선택

• 입사각 : 약 19°- 44°

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 height sensitivity

• 최적의 radargrammetry 영상 쌍으로 열 쌍이 제시

• 대전보다 영상 조합 쌍이 2 배 이상 많음

Height sensitivity - 남극 세종기지

• STK 소프트웨어를 사용하여 KOMPSAT-5 의 궤도를 구현

• 위도가 다른 지점에서 radargrammetry 적용이 가능한 영상 조합 제시

• Descending orbit 일 때 nominal mode 영상에 대하여 적도에서는 두 쌍 , 대전에서는 세 쌍 , 남극 세종기지에서는 열 쌍의 영상 조합에서 radargrammetry 가 양호한 것으로 계산

• 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 만 이 아 니 라 Ascending pass 를 사 용 하 였 을 경 우 , 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

결론