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문제 정의
- 이와 같은 과학연구 및 모니터링의 목적과 더불어, SMOS의 탑재체로 개발된 Y 형태 합성 개구형 라디오미터는 수동형 원격 탐사 센서의 큰 진전으로 주목 받았다. 본 글은 SMOS의 개괄 및 현재 운용사항 등에 대한 내용을 소개하였다. 본 글을 통해 수동형 마이크로파 원격 탐사 및 우주/위성 기술 연구 개발에 대한 한국 내의 관심이 증진되었으면 한다.
제안 방법
- 1단계 기간 동안 위성과 센서장치의 점검과 측정 데이터 교정 및 검증 과정을 수행한다. 1단계 이후 3년간의 실제 위성 임무인 토양 수분량 및 해양 염도 데이터를 측정 임무를 수행한다.
- 4. Brightness temperature image over the Iberian Peninsula and South of France obtained using SMOS/MIRAS L0 measurements (SMOS-BEC).
- 러시아에서 발사되었다. Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission 으로 통칭되는 이 인공위성은 저궤도 (LEO)를 돌며 탑재된 마이크로파 라디오미터를 이용하여 지구의 빍기 온도 (Brightness Temperature)를 측정한다. 이 측정한 밝기 온도에서 기후 기상 연구의 중요한 데이터인 토양 수분량과 해양염도를 추출한다.
- 로 설정되었다. 국지 시간점은 L 대역 신호에 대한 환경 영향 요소가 일정해지고 패러데이 효과가 적은 때인 일출 시간에 맞추어 오전 6시 승교점 통과시간 (ascending equator crossing time)으로 설정하였다. 대기 마찰에 의한 장축 축소는 연간 0.
- 러시아의 88^19 대륙간 탄도 미사일 (ICBM) 을 개조한 Russian Rokot 에 탑재되어 발사된 SMOS는 고도상승 후 1단계 분리, 페어링 분리, 2단계 분리, 최종 분리단계를 거쳐 최종 궤도에 진입하였다. 궤도 진입 후 대략 2분 후 남아프리카의 지상국에서 최초 신호를 수신하였고, 그 후 자동 순서 단계에 의해 태양전지판 전개와 기타 지상국 교신을 통하여 대략적 상태 체크를 수행하였다. 전기 및 열/온도 상태 체크를 한 후, 탑재체 모듈이 부분적으로 작동을 시작하였다.
- 먼저, 잡음 주입 (noise injection) 방식으로, 회로상 캘리브레이션을 하기 위해서 두 개의 서로 상관관계가 없는 잡음원을 주기적으로 수신기에 보내어 시스템 편차를 보상 안정화를 시킨다. 또한 정보를 갖고있는 참고 목표물을 주기적으로 관측하여 밝기 온도 및 영상 캘리브레이션을 수행한다. 부가적으로 발사 후 초기 운영 시 태양/달 관측을 통하여 안테나 패턴 등에 대한 특성 측정 등을 수행한다.
- 발사되었다. 러시아의 88^19 대륙간 탄도 미사일 (ICBM) 을 개조한 Russian Rokot 에 탑재되어 발사된 SMOS는 고도상승 후 1단계 분리, 페어링 분리, 2단계 분리, 최종 분리단계를 거쳐 최종 궤도에 진입하였다. 궤도 진입 후 대략 2분 후 남아프리카의 지상국에서 최초 신호를 수신하였고, 그 후 자동 순서 단계에 의해 태양전지판 전개와 기타 지상국 교신을 통하여 대략적 상태 체크를 수행하였다.
- 또한 정보를 갖고있는 참고 목표물을 주기적으로 관측하여 밝기 온도 및 영상 캘리브레이션을 수행한다. 부가적으로 발사 후 초기 운영 시 태양/달 관측을 통하여 안테나 패턴 등에 대한 특성 측정 등을 수행한다.
- Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission 으로 통칭되는 이 인공위성은 저궤도 (LEO)를 돌며 탑재된 마이크로파 라디오미터를 이용하여 지구의 빍기 온도 (Brightness Temperature)를 측정한다. 이 측정한 밝기 온도에서 기후 기상 연구의 중요한 데이터인 토양 수분량과 해양염도를 추출한다. SMOS는 전지구적으로 토양 수분량 및 해양 염도를 측정할 수 있는 위성으로서, 특히 간섭합성 개구형 라디오미터 (Interferometric Synthetic Aperture Radiometer)를 이용한 수동형 마이크로파 원격탐사 센서 기술을 위성 최초로 탑재하였다.
- 왔다. 특히, 오류 보정 (error correction), 영상 복원법 (image reconstruction), 캘리브레이션 방법 연구, 프로토타입 (prototype) 제작 실험, 시뮬레이터 개발 등의 작업을 통하여 최적을 방법을 고안하였다. 1차 정보값인 밝기온도 영상은 과학적 목적을 위해서 후처리 과정을 거치게 된다.
- 합성 개구형 라디오미터 구현을 위해서 안테나와 같은 개수의 수신기가 장착되었으며, 복소 신호인 상관 값 측정을 위해 I/Q 신호 획득 처리를 가능케 하였고, 제어 신호에 따라수직/수평 이 중 편파측정이 기능하도록 설계되었다. 수신된 신호는 상관기를 통하여 상관값을 구하는데, 여기에 사용되는 상관기를 디지털로 구현하여 아날로그 상관 회로에서 발생하는 시스템의 부피와 복잡성을 줄였다.
대상 데이터
- 설정. 지구 전체와 지역적인 토양 수분량 / 해양 염도 맵 정보제공을 위하여, 시공간상 평균치 알고리즘 및 여타 원격탐사 측정데이터와의 융합을 통한 데이터. 기타 SMOS 의 측정데이터를 이용한 여러 분야의 응용 정보 데이터 현재 SMOS 데이터는 지정된 기본 데이터 처리기관 등에서 모니터링 및 검증 단계에 있는데, 특히 ICM-CSIC (Institute of Marine Science) SMOS-BEC 에서 L3, L4 데이터 생성 및 응용의 주 임무를 맡고 있다.
이론/모형
- 라디오미터 측정 시스템의 가장 중요한 요소인 캘리브레이션을 위해서 두 가지 형태의 캘리브레이션 방법을 사용하였다. 먼저, 잡음 주입 (noise injection) 방식으로, 회로상 캘리브레이션을 하기 위해서 두 개의 서로 상관관계가 없는 잡음원을 주기적으로 수신기에 보내어 시스템 편차를 보상 안정화를 시킨다.
성능/효과
- 대역 라디오미터 관측 시스템을 구축하는 것이 SMOS 의 연구 개발의 주된 임무였다. SMOS는 센서의 인공위성 탑재를 통하여 적절한 시간 주기의 전지구적 관측을 가능하게 하였고, 합성 개구형 라디오미터 개발을 통하여 필요한 공간 해싱도를 얻을 수 있었다. 특히, 2차원 합성 개구형 라디오미터를 최초로 인공위성 탑재 체로 채택하였는데, 이는 센서 공학적으로도 주요한 연구 개발을 이룬 것으로 평가된다.
- 수신된 신호는 상관기를 통하여 상관값을 구하는데, 여기에 사용되는 상관기를 디지털로 구현하여 아날로그 상관 회로에서 발생하는 시스템의 부피와 복잡성을 줄였다.
후속연구
- 초기 계획상 발사 후 6개월간, 즉 2010년 4월까지로 1단계 운용이 예정되어 있다. SMOS의 실질 데이터 값인 토양 수분량과 해양 염도를 정확히 제공하기 위해서는 센서 관측 데이터 인 지구 밝기 온도를 통한 토양 수분량과 해양 염도를 정확하게 추출하는 알고리즘과 여타 영향을 미치는 요소에 대한 연구 검증이 필요하다. 즉 상하층부 식생, 토양 종류, 표면 거칠기, 파도 및 풍랑, 해양 거품 등 여러 영향 요소에 대한 고려가 필요하다.
- 1단계 안정화 및 검증이 끝나면, 6월부터 데이터를 일반공개할 예정이다. 데이터의 배포는 ESA 의 주 데이터 배포 서비스인 eoPortal (http://www.eoportal.org) 에서 이루어질 예정이다.
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