[논문]정지궤도 해양관측위성(GOCI-II)의 궤도 성능, 복사보정, 영상기하보정 결과 및 상태

용상순; 강금실; 허성식; 차성용

doi:10.7780/kjrs.2021.37.5.2.2

정지궤도 해양관측위성(GOCI-II)의 궤도 성능, 복사보정, 영상기하보정 결과 및 상태
Current Status and Results of In-orbit Function, Radiometric Calibration and INR of GOCI-II (Geostationary Ocean Color Imager 2) on Geo-KOMPSAT-2B 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.37 no.5 pt.2, 2021년, pp.1235 - 1243

용상순 (한국항공우주연구원 스페이스파이오니어사업단) , 강금실 (한국항공우주연구원 위성연구소) , 허성식 (한국항공우주연구원 위성연구소) , 차성용 (한국항공우주연구원 위성연구소)

초록
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해양탑재체(GOCI-II)가 주탑재체이며 정지궤도복합위성2B호 또는 천리안2B호로 명명된 정지궤도 해양관측위성은 2020년2월에 성공적으로 발사되어 한반도 주변의 해양과 연안을 주간 상시 관측과 감시 임무를 수행하고 있다. 해양탑재체는 천리안1호의 해양탑재체(GOCI)의 임무 승계와 향상된 성능으로 해양·연안의 효율적인 관리, 해양재해·재난 저감을 위한 실시간 해양환경모니터링과 어로 비용절감을 위한 어장환경 정보의 생산 등 해양환경감시를 위하여 개발되었다. 발사 후 해양탑채체는 초기 점검시험(IAC) 단계에 모든 기능이 정상적으로 동작됨을 확인하고, 궤도상시험(IOT) 단계에 성능·운영시험, 복사보정과 영상기하보정을 병행 진행하여 그 결과를 핸드오버회의 통하여 보고하고 국가해양위성센터로 운영권을 이관하였다. 주로 온보드 태양광 보정시스템으로 수행되는 복사보정은 사전에 수립된 계획에 따라 주기적으로 진행하여 최종 Gain과 offset 값을 설정, 적용하고 유효성을 확인하였다. 영상기하보정(INR)은 별영상 자료 기반의 네비게이션 필터링과 랜드마크 기반 보정 방식으로 요구규격을 모두 만족함을 확인하고 INR 프로세스를 검증하였다. 본 논문에서 정지궤도 해양위성이 발사 이후 궤도상 성능시험, 복사보정과 영상기하보정의 방법, 절차를 기술하고 결과와 현황을 분석하고 정리하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Geostationary Ocean Color Imager 2 (GOCI-II) on Geo-KOMPSAT-2 (GK2B)satellite was developed as a mission successor of GOCI on COMS which had been operated for around 10 years since launch in 2010 to observe and monitor ocean color around Korean peninsula. GOCI-II on GK2B was successfully launched in February of 2020 to continue for detection, monitoring, quantification, and prediction of short/long term changes of coastal ocean environment for marine science research and application purpose. GOCI-II had already finished IAC and IOT including early in-orbit calibration and had been handed over to NOSC (National Ocean Satellite Center) in KHOA (Korea Hydrographic and Oceanographic Agency). Radiometric calibration was periodically conducted using on-board solar calibration system in GOCI-II. The final calibrated gain and offset were applied and validated during IOT. And three video parameter sets for one day and 12 video parameter sets for a year was selected and transferred to NOSC for normal operation. Star measurement-based INR (Image Navigation and Registration) navigation filtering and landmark measurement-based image geometric correction were applied to meet the all INR requirements. The GOCI2 INR software was validated through INR IOT. In this paper, status and results of IOT, radiometric calibration and INR of GOCI-II are analysed and described.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. GOCI-II Performance Test and Space Environmental Test.
그림 Fig. 2. GOCI-II and Geo-KOMPSAT-2B.
표 Table 1. GOCI-II major specification
그림 Fig. 3. GOCI-II Dark image test results.
그림 Fig 4. GOCI-II SNR test results.
그림 Fig. 5. GOCI-II MTF test results.
그림 Fig. 6. Observed data of GOCI and GOCI-II (2020.3.23 PM1:15).
그림 Fig. 7. Each spectral band observed data of GOCI and GOCI-II.
표 Table 2. GOCI-II Initial checkout and functional test results analysis
그림 Fig. 8. On-board radiometric calibration device.
그림 Fig. 9. Radiometric calibration device characteristics of sun angle (B1).
그림 Fig. 10. Fitting error of radiometric model, Observed band B1 (a, b, c for in-orbit results).
그림 Fig 11. Ocean radiance variation in daytime around Korean peninsula @2020.03.21.
그림 Fig. 12. "Distribution of the selected stars taken" during a day in the field-of-regards of GOCI-II.
그림 Fig. 13. GOCI-II star image processing (up), true star image and false star image (down).
그림 Fig. 14. The comparison of final geometric corrected Level-1B image: Before (left) & after (right).

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서 정지궤도 해양관측위성이 발사 후 수행되었던 궤도상 성능시험, 복사보정과 영상기하보정의 방법, 절차를 기술하고 결과와 현황을 분석하고 정리하였다.

제안 방법

궤도상시험(IOT) 단계에서는 GOCI-II의 지상해상도, 슬롯오버랩, 지향특성검증·최적화, 지향모델검증 시험 등 기하성능과 암신호·잡음, 픽셀응답특성, 신호 대잡음비 등 복사성능, MTF 성능시험을 진행하였다
그러나 지향오차로 인해 별 관측 값만 이용해서는 INR의 자세 추정 정확도가 낮아서 센서의 지향 모델을 이용한 영상위치결정 정확도도 낮을 수밖에 없음을 확인하였다. 따라서 이를 개선하기 위해 지구상의 랜드마크 측정값을 영상의 위치이동에 직접 적용하는 방법 즉, INR의 마지막 단계에서 각 슬롯의 영상과 랜드마크 매칭 결과를 이용해 Level-1B 영상을 직접 위치 이동시켜 기하적으로 최종 보정하는 방법을 추가 적용하였다. 이를 위해 영상 내의 구름 탐지, 테두리표출(Edge extraction), 해안선 영상 매칭, 연관피크개선(Correlation peak refinement), 아웃라이어 배제(Outlier rejection) 등의 랜드마크 영상처리 기법이 INR에 적용되었으며, INR 해안선 랜드마크가 탐지되는 지역관측 및 전구관 측(Full Disk) 슬롯 영상에서 작동하도록 하였다.
온보드 태양광 보정시스템으로 수행된 궤도상 복사보정은 사전에 수립된 계획에 따라 주기적으로 진행하여 최종 Gain과 offset 값을 설정, 적용하고 유효성을 확인하였다. 또한 분석된 시험결과와 입사 라디언스 변화를 고려하여 최적의 해양관측을 위한 일일 3세트, 연중 월별 비디오파라미터를 설정, 적용하였다. 영상기하보정(INR)은 별영상 자료 기반의 네비게이션 필터링과 랜드마크 기반 보정기법을 동시 적용하여 궤도상시험을 수행, 결과를 분석하여 GOCI-IIINR의 모든 요구규격들이 모두 만족함을 확인하였고 INR 프로세스를 검증하고 적용하였다.
이후 위성본체와 총 조립된 해양탑재체는 위성체 레벨의 환경시험을 완료하고 발사장으로 이송되어 발사전 최종검증시험을 완료하고 2020년 2월 19일에 성공적으로 발사되었다. 발사된 정지궤도복합위성2B호는 천이궤도에서 운영궤도인 정지궤도에 안착하고 위성본체의 초기점검시험(IAC, Initial Activation Checkout)을 진행한 후 GOCI-II는 초기 점검시험을 진행하여 모든 기능이 정상적으로 동작됨을 확인하였다. 다음 궤도상시험(IOT, In-Orbit Test) 단계에서 성능·운영기능시험, 복사보정과 영상기하보정을 병행 진행하여 그 결과를 핸드오버회의에서 보고, 검토하고 국가해양위성센터로 운영권을 이관하였다.
본 논문에서 정지궤도 해양위성이 발사 이후 궤도상 성능시험, 복사보정과 영상기하보정의 방법, 절차를 기술하고 결과와 현황을 분석하고 정리하였다. 발사 후 GOCI-II는 IAC와 IOT를 통하여 우주에서 모든 기능이 정상임과 주요성능인 암영상신호, SNR, MTF 등이 지상시험 대비 모두 만족함을 보여주었다.
영상기하보정(INR, Image Navigation and Registration)은 별영상 자료 기반의 네비게이션 필터링과 랜드마크 기반 보정 방식으로 요구규격을 모두 만족함을 확인하고 INR 프로세스를 검증하였다.

데이터처리

궤도상 시험을 통해, GOCI-II의 복사모델에 대한 검증 시험을 수행하였다. 태양 입사각이 변화하는 동안 노출시간을 변화시켜 가면서 응답을 측정하여 입력되는 에너지(입력 라디언스와 노출시간)에 따른 특성을 확보하였다.
마지막으로, GOCI-II Level-1B 영상 데이터를 이용해 INR IOT 2단계 종료시의 INR 성능을 평가하였다. 별 및 랜드마크를 이용한 보정기법을 동시 적용하여, GOCI-II INR의 모든 요구규격들이, 절대 지리적 위치 결정(Absolute Navigation) 규격(≤ 2.

이론/모형

따라서 이를 개선하기 위해 지구상의 랜드마크 측정값을 영상의 위치이동에 직접 적용하는 방법 즉, INR의 마지막 단계에서 각 슬롯의 영상과 랜드마크 매칭 결과를 이용해 Level-1B 영상을 직접 위치 이동시켜 기하적으로 최종 보정하는 방법을 추가 적용하였다. 이를 위해 영상 내의 구름 탐지, 테두리표출(Edge extraction), 해안선 영상 매칭, 연관피크개선(Correlation peak refinement), 아웃라이어 배제(Outlier rejection) 등의 랜드마크 영상처리 기법이 INR에 적용되었으며, INR 해안선 랜드마크가 탐지되는 지역관측 및 전구관 측(Full Disk) 슬롯 영상에서 작동하도록 하였다.

성능/효과

GOCI-II가 촬영한 별영상은 INR에서 처리하여 별의 중심점을 찾고 해당하는 별 카탈로그와의 잔차를 INR항법 필터의 입력으로 사용해 탑재체 내부의 검출기 센서의 실제 자세를 추정한다. INR 궤도상 시험에서 별 영상처리 과정 중 데드픽셀제거(Dead pixel removal), 백그라운드 옵셋(Background offset), 미디안필터링(Median filtering), 별클러스터링(Star clustering), 오탐지된 별 제거(False star/Outlier rejection) 등의 알고리즘 개선 및 파라미터 튜닝을 통해 별 영상처리 결과의 신뢰성이 향상되었으며, 별 영상처리의 실패율과 오탐지율을 낮추어 잘못된 별 측정값이 INR 항법 필터로 입력되는 것을 방지할 수 있었다.
6). 두 관측영상을 통하여 GOCI-II는 기존 GOCI 대비 관측 해상도가 500 m에서 250 m로 4배 향상되어 도서지역이 많은 서해와 남해 바다를 보다 정밀하게 관측이 가능함을 확인하였다.
본 논문에서 정지궤도 해양위성이 발사 이후 궤도상 성능시험, 복사보정과 영상기하보정의 방법, 절차를 기술하고 결과와 현황을 분석하고 정리하였다. 발사 후 GOCI-II는 IAC와 IOT를 통하여 우주에서 모든 기능이 정상임과 주요성능인 암영상신호, SNR, MTF 등이 지상시험 대비 모두 만족함을 보여주었다. 온보드 태양광 보정시스템으로 수행된 궤도상 복사보정은 사전에 수립된 계획에 따라 주기적으로 진행하여 최종 Gain과 offset 값을 설정, 적용하고 유효성을 확인하였다.
발사 후 GOCI-II는 초기점 검시험(IAC)을 진행하여 모든 기능이 정상적으로 동작됨을 확인하고, 궤도상시험(IOT) 단계에서 성능·운영 기능시험, 복사보정과 영상기하보정을 병행 진행하여 그 결과를 핸드오버회의에서 보고, 검토하고 국가해양위성센터로 운영권을 이관하였다.
별 및 랜드마크를 이용한 보정기법을 동시 적용하여, GOCI-II INR의 모든 요구규격들이, 절대 지리적 위치 결정(Absolute Navigation) 규격(≤ 2.0 pixel), 프레임내 영상정합(Within-Frame Registration) 규격(≤ 2.0 pixel), 프레임간의 영상 정합(Frame-to-Frame Registration) 규격(≤ 2.0 pixel), 밴드간의 영상 정합(Band-to-Band Registration) 규격(≤ 0.5 pixel), 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
또한 분석된 시험결과와 입사 라디언스 변화를 고려하여 최적의 해양관측을 위한 일일 3세트, 연중 월별 비디오파라미터를 설정, 적용하였다. 영상기하보정(INR)은 별영상 자료 기반의 네비게이션 필터링과 랜드마크 기반 보정기법을 동시 적용하여 궤도상시험을 수행, 결과를 분석하여 GOCI-IIINR의 모든 요구규격들이 모두 만족함을 확인하였고 INR 프로세스를 검증하고 적용하였다. 현재 정지궤도 해양관측위성은 모든 보정결과를 적용하여 정상 운영 중에 있으며 계획대로 산출물을 생산하여 다양한 분야에서 활발하게 활용되고 있다.
발사 후 GOCI-II는 IAC와 IOT를 통하여 우주에서 모든 기능이 정상임과 주요성능인 암영상신호, SNR, MTF 등이 지상시험 대비 모두 만족함을 보여주었다. 온보드 태양광 보정시스템으로 수행된 궤도상 복사보정은 사전에 수립된 계획에 따라 주기적으로 진행하여 최종 Gain과 offset 값을 설정, 적용하고 유효성을 확인하였다. 또한 분석된 시험결과와 입사 라디언스 변화를 고려하여 최적의 해양관측을 위한 일일 3세트, 연중 월별 비디오파라미터를 설정, 적용하였다.
첫번째로 GOCI-II는 성능시험과 우주환경시험을 통한 지상검증과 특성화 등 탑재체 개발을 마치고 위성체에 전달되었다. 이후 위성본체와 총조립되어 위성체 레벨의 환경시험 등 검증단계를 통과하여 발사장으로 이송되어 최종점검시험을 완료하고 지난 2020년 2월 19일에 성공적으로 발사되었다. 발사 후 GOCI-II는 초기점 검시험(IAC)을 진행하여 모든 기능이 정상적으로 동작됨을 확인하고, 궤도상시험(IOT) 단계에서 성능·운영 기능시험, 복사보정과 영상기하보정을 병행 진행하여 그 결과를 핸드오버회의에서 보고, 검토하고 국가해양위성센터로 운영권을 이관하였다.
첫번째로 GOCI-II는 성능시험과 우주환경시험을 통한 지상검증과 특성화 등 탑재체 개발을 마치고 위성체에 전달되었다. 이후 위성본체와 총조립되어 위성체 레벨의 환경시험 등 검증단계를 통과하여 발사장으로 이송되어 최종점검시험을 완료하고 지난 2020년 2월 19일에 성공적으로 발사되었다.

후속연구

정지궤도 해양관측위성인, 정지궤도복합위성 2B호 GOCI-II는 천리안 1호 GOCI의 지난 10년간 수행결과를 통하여 효용성과 필요성이 확인되어 향상된 성능으로 한반도 주변해양과 연안관측 임무 계승을 위하여 개발되었고, 해양·연안의 효율적인 관리, 해양재해·재난 저감을 위한 실시간 해양환경모니터링과 어로 비용절감을 위한 어장환경 정보의 생산 등 해양환경감시 등 임무목적을 수행할 것이다.

참고문헌 (7)

Yong, S.S, H.P. Heo, and G.S. Kang, 2016. Current Development Status of GOCI-II, Proc. of International Symposium on Remote Sensing 2016, Spring Conference, Jeju, KR, Apr. 20-22, p.1140.
Yong, S.S., G.S. Kang, S.Y. Cha, and H.P. Heo, 2017, The verification status of GOCI-II (Geostationary Ocean Color Imager 2) on Geo-KOMPSAT-2, Bulletin of 2017 KSSS Autumn Conference, 26(2): 75.
Cha, S.Y., S.S. Yong, G.S Kang, and H.P. Heo, 2018, The current development and verification status of GOCI-II (Geostationary Ocean Color Imager 2) on Geo-KOMPSAT-2, Proc. of 2018 International Symposium on Remote Sensing, Spring Conference, Pyeongchang, KR, May. 9-11, pp. 175-176.
Yong, S.S., G.S. Kang, and S.Y. Cha, 2019, The LEOP (Launch and Early Operation) Plan of GOCI-II on Geo-KOMPSAT-2, Bulletin of 2019 KSSS Autumn Conference, 28(2): 44.
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Kang, G.S., S.S. Yong, and S.S. Huh, 2021, The method and status of IOT, radiometric calibration and INR of GOCI-II (Geostationary Ocean Color Imager 2) on Geo-KOMPSAT-2B, Proc. of 2021 International Symposium on Remote Sensing, Spring Conference, Jeju, KR, Nov. 18-20, p. 210-212.
Huh, S.S. and K.L. Yong, 2021. In-Orbit Test of Image Navigation and Registration System for Satellite Ocean Color Images, Bulletin of 2021 Korea Space Science Society (KSSS) Spring Conference, 30(1): 7.

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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