[논문]SAR 검보정 Site 구축을 위한 후방 산란 특성 분석

이태승; 양도철

doi:10.7780/kjrs.2021.37.2.10

SAR 검보정 Site 구축을 위한 후방 산란 특성 분석
Back-scattering Characteristic Analysis for SAR Calibration Site 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.37 no.2, 2021년, pp.305 - 319

이태승 (한국항공우주연구원 국가위성정보활용지원센터 영상체계개발부) , 양도철 (한국항공우주연구원 국가위성정보활용지원센터 영상체계개발부)

초록
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다목적실용위성 5호의 검보정 목적으로 사용되는 몽골과 같은 해외 검보정 사이트는 유지 및 보수를 위한 비용이 많이 들고 예상치 못한 문제가 발생할 경우 즉각적인 대응이 어렵다는 단점이 있다. 이에 따라서 국내 SAR 영상 검보정 사이트 구축 필요성이 제기되었지만 관련 연구 진행은 미미한 상황이다. 본 논문에서는 SAR 검보정 사이트 구축을 위해서 후방 산란 특성 측면에서 어떤 조건들이 있는지 알아보고, 실제 운영중인 다목적실용위성 5호를 통해서 고해상도, 표준, 광역 관측과 같이 다양한 모드로 촬영한 국내 후보 지역들에 대해서 검보정 사이트로써 적합한지를 판단하였다. 먼저 국내에서 위성 영상 검보정 후보 사이트로 추천되는 장소중에서 접근성, 가용성 등 일반적인 지표 만족여부를 적용하여 일차적으로 선별하였다. 그 다음에 비교적 넓고 AT나 CR을 설치하기 용이한 장소로써 site A (전라남도 고흥군), site B (전라북도 전주시), site C (대전광역시 대덕연구단지) 세 군데를 최종 후보 지역으로 선정하였다. 후보 지역들에 대해서 경사도 측정, 방사 정밀도의 평가 지표 중 하나인 ISLR을 구하기 위한 사이트의 최소 면적, SAR 영상에서의 DN 값 및 후방 산란 계수의 균일성, 사이트 내 인공 구조물, 건물 및 바위 등과 같은 strong reflector에 의한 간섭 여부, 설정 영역에 대한 후방 클러터 레벨 분석 등을 통해서 전라남도 고흥군에 위치한 site A 지역이 검보정 사이트로써 가장 적합하다고 판단내릴 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The overseas calibration sites such as Mongolia used for Korea Multi-purpose Satellite (KOMPSAT-5 or K5), have a disadvantage in that maintenance and repair costs are high and immediate response is difficult when an unexpected problem occurs. Accordingly, the necessity of establishing a domestic SAR calibration site was suggested, but the progress of related research is insignificant. In this paper, we investigated what conditions should be satisfied in terms of backscattering characteristics to construct a site for SAR satellite image quality evaluation and calibration. First of all, it was selected first by applying general indicators such as accessibility and availability among places recommended as satellite image calibration candidate sitesin Korea. Next, three places, site A (Goheung-gun, Jeollanam-do), site B (Jeonju-si, Jeollabuk-do), and site C (Daedeok Research Complex, Daejeon), were selected as the final candidates because they are relatively wide and easy to install AT or CR. Site A, located in Goheung-gun, Jeollanam-do, was best considered in terms of slope measurements, minimum site area to obtain ISLR, uniformity of DN values and backscatter coefficients, interference by strong reflectors, and backscatter clutter level.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Determination of the slope angle through incidence angle (θ_i) and local incidence angle (θ_local).
그림 Fig. 2. Fourier transform relationship between rectangular function and sinc function (Ian et al., 2005).
표 Table 1. The performance comparison of K5 by acquisition mode
표 Table. 2. K5 image product list
그림 Fig. 3. The comparison by product level of K5: (a) L0, (b) L1A, (c) L1C, (d) L1D.
그림 Fig. 4. Site A located at Goheung-gun, Jeollanam-do, Korea: (a) Satellite photo (Google Earth Pro), (b) Height information in horizontal direction, (c) Height information in vertical direction.
그림 Fig. 5. Site B located at Jeonju-si, Jeollabuk-do, Korea: (a) Satellite photo (Google Earth Pro), (b) Height information in horizontal direction, (c) Height information in vertical direction.
그림 Fig. 6. Site C located at Daedeok research complex, Yuseong-gu, Daejeon, Korea: (a) Satellite photo (Google Earth Pro), (b) Height information in horizontal direction, (c) Height information in vertical direction.
그림 Fig. 7. K5 SAR image of site A: (a) HR, (b) ST, (c) WS.
그림 Fig. 8. Histogram of K5 SAR image in site A: (a) Absolute DN values, (b) Sigma naught σ⁰ [dB].
그림 Fig. 9. K5 SAR image of site B: (a) HR, (b) ST, (c) WS.
표 Table. 3. Back-scattering characteristic calculated from images acquired in site A
그림 Fig. 10. Histogram of K5 SAR image in site B: (a) Absolute DN values, (b) Sigma naught σ⁰ [dB].
표 Table. 4. Back-scattering characteristic calculated from images acquired in site B
그림 Fig. 11. K5 SAR image of site C: (a) HR, (b) ST, (c) WS.
그림 Fig. 12. Histogram of K5 SAR image in site C: (a) Absolute DN values, (b) Sigma naught σ⁰ [dB].
표 Table. 5. Back-scattering characteristic calculated from images acquired in site C

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 영상 레이더를 탑재한 위성 영상의 검보정 사이트 구축을 위한 다양한 후방 산란 조건들을 소개하였다. 경사도, 표적의 ISLR 측정을 위한 최소 사이트 크기, 후방 산란의 균일성, 주위 strong reflector에 의한 간섭, background clutter level까지 총 다섯 가지의 후방 산란 특성 조건에 대해서 알아보고, 국내에서 세 군데 후보 지역(전라남도 고흥군: site A, 전라북도 전주시: site B, 대전광역시 유성구 대덕 연구단지 내: site C)을 선정하여 각 사이트에 대해서 검보정 사이트로써의 적합성 여부를 판단하였다.

제안 방법

본 논문에서는 영상 레이더를 탑재한 위성 영상의 검보정 사이트 구축을 위한 다양한 후방 산란 조건들을 소개하였다. 경사도, 표적의 ISLR 측정을 위한 최소 사이트 크기, 후방 산란의 균일성, 주위 strong reflector에 의한 간섭, background clutter level까지 총 다섯 가지의 후방 산란 특성 조건에 대해서 알아보고, 국내에서 세 군데 후보 지역(전라남도 고흥군: site A, 전라북도 전주시: site B, 대전광역시 유성구 대덕 연구단지 내: site C)을 선정하여 각 사이트에 대해서 검보정 사이트로써의 적합성 여부를 판단하였다. 모든 조건들을 따져본 결과 site A가 가장 적합한 사이트라고 결론 내릴 수 있었으며, K5뿐만 아니라 향후 운영될 차세대 SAR 위성에 대한 영상 품질 평가 및 관리, 검보정 목적으로 AT나 CR을 설치하기 위한 사이트 구축 시 해당 연구 내용이 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
지금까지 국내 세 군데 지역을 선정한 후, K5를 통해서 다양한 모드로 촬영한 영상들을 이용하여 검보정 사이트로써 적합성 여부를 판단하기 위해 다섯 가지 후방산란 조건을 기반으로 하여 분석하였다. 모든 조건들을 따져본 결과 전라남도 고흥군에 위치한 site A가 전라북도 전주시에 위치한 site B, 대전광역시 유성구 대덕 연구단지 내에 위치한 site C와 비교하여 가장 SAR 검보정 사이트로써 적합하다고 결론 내릴 수 있다.

대상 데이터

실험에서 고려한 사이트는 국내에서 위성 영상 검보정 후보 사이트로 추천되는 장소 중에서 접근성, 가용성 등 검보정 사이트의 일반적인 지표의 만족여부를 적용하여 일차적으로 선별 후 비교적 넓고 AT나 CR을 설치하기 용이한 장소로 설정하였으며 선정된 지역들에 대한 설명은 아래에 기술하였다. K5를 통해서 해당 지역들을 ST, HR, WS 세 가지 모드로 설정하여 ascending/ descending 방향 모두 촬영하여 데이터를 획득하였다.
마지막으로 대전광역시 유성구 연구단지에 위치한 지역 내 잔디 공터 부지를 시험 지역으로 선정하였다. 가로 150 m, 세로 100 m의 면적을 고려하였으며, 주위에 다수의 건물들이 배치되어 있는 것이 특징이다.
실험에서 고려한 사이트는 국내에서 위성 영상 검보정 후보 사이트로 추천되는 장소 중에서 접근성, 가용성 등 검보정 사이트의 일반적인 지표의 만족여부를 적용하여 일차적으로 선별 후 비교적 넓고 AT나 CR을 설치하기 용이한 장소로 설정하였으며 선정된 지역들에 대한 설명은 아래에 기술하였다. K5를 통해서 해당 지역들을 ST, HR, WS 세 가지 모드로 설정하여 ascending/ descending 방향 모두 촬영하여 데이터를 획득하였다.

이론/모형

위의 식 (2)에서 경사도는 Google Earth 3D map and elevation profile을 이용하여 얻을 수 있고, 본 논문에서는 두 번째 방법을 사용하여 선정된 지역들의 경사도를 분석하였다. 경사도는 실제 지형이 가지는 특성이기 때문에, 위성의 촬영 모드와는 상관없이 지형이 가지는 고유한 값을 의미한다.

성능/효과

지금까지 국내 세 군데 지역을 선정한 후, K5를 통해서 다양한 모드로 촬영한 영상들을 이용하여 검보정 사이트로써 적합성 여부를 판단하기 위해 다섯 가지 후방산란 조건을 기반으로 하여 분석하였다. 모든 조건들을 따져본 결과 전라남도 고흥군에 위치한 site A가 전라북도 전주시에 위치한 site B, 대전광역시 유성구 대덕 연구단지 내에 위치한 site C와 비교하여 가장 SAR 검보정 사이트로써 적합하다고 결론 내릴 수 있다.

후속연구

경사도, 표적의 ISLR 측정을 위한 최소 사이트 크기, 후방 산란의 균일성, 주위 strong reflector에 의한 간섭, background clutter level까지 총 다섯 가지의 후방 산란 특성 조건에 대해서 알아보고, 국내에서 세 군데 후보 지역(전라남도 고흥군: site A, 전라북도 전주시: site B, 대전광역시 유성구 대덕 연구단지 내: site C)을 선정하여 각 사이트에 대해서 검보정 사이트로써의 적합성 여부를 판단하였다. 모든 조건들을 따져본 결과 site A가 가장 적합한 사이트라고 결론 내릴 수 있었으며, K5뿐만 아니라 향후 운영될 차세대 SAR 위성에 대한 영상 품질 평가 및 관리, 검보정 목적으로 AT나 CR을 설치하기 위한 사이트 구축 시 해당 연구 내용이 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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