보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 산학협력단 Seoul National University |
연구책임자 |
김덕진
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-10 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700009405 |
과제고유번호 |
1711026224 |
사업명 |
우주핵심기술개발사업 |
DB 구축일자 |
2017-10-28
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키워드 |
항공기 SAR.방사보정.XTI 시스템.ATI 시스템.고해상도 DEM.airborne SAR.radiometric calibration.Cross-track interferometry.Along track interferometry.DEM.
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초록
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본 연구는 항공기 SAR 시스템을 구축하고 그에 따른 활용 기술을 개발하는 것을 목적으로 함.
◎고해상도의 SAR 영상 획득을 위해 airborne SAR 시스템을 구축.
- 항공기 X-band SAR 센서를 도입하고 다양한 탑재체(헬리콥터, 세스나)의 마운트 시스템을 구축
- IMU와 GPS의 동기화 과정을 진행
- 초기 영상 획득 실험(북극, 남극, 시화호)를 통해 성공적으로 고해상도 자료를 획득
◎고품질의 SAR 자료의 획득을 위해 검보정 작업을 수행.
- SAR 자료의 특성을 고려하여 시화호를
본 연구는 항공기 SAR 시스템을 구축하고 그에 따른 활용 기술을 개발하는 것을 목적으로 함.
◎고해상도의 SAR 영상 획득을 위해 airborne SAR 시스템을 구축.
- 항공기 X-band SAR 센서를 도입하고 다양한 탑재체(헬리콥터, 세스나)의 마운트 시스템을 구축
- IMU와 GPS의 동기화 과정을 진행
- 초기 영상 획득 실험(북극, 남극, 시화호)를 통해 성공적으로 고해상도 자료를 획득
◎고품질의 SAR 자료의 획득을 위해 검보정 작업을 수행.
- SAR 자료의 특성을 고려하여 시화호를 검보정 지역으로 선정
- 지상 실험을 통하여 SAR 안테나 패턴 추출 및 보정
- 기준 표적지 설치와 현장 조사 및 다수의 검보정 비행으로 절대 보정 상수 도출
◎ Airborne SAR XTI 및 ATI 시스템의 탐지성능 검증 및 개선, 자료제공
- 이중 SAR 센서 도입과 IMU, GPS 동기화 및 광파 측정기 및 토탈스테이션을 이용한 상대적 거리 측정
- motion compensation으로 자세 정보 보정하여 고정밀의 간섭도 제작
- 갯벌과 제주도 오름을 검증지역으로 선정 및 항공기 실험으로 RMSE가 5m 이내의 고해상도 DEM 제작
- TOPSAR DEM 자료와 airborne SAR XTI으로 추출한 DEM의 비교 분석으로 지표 고도의 변화를 추출
◎ Airborne SAR ATI 시스템 구축 및 이동속도탐지 활용기술 개발
- ATI를 위한 이중 센서의 배치와 움직임 보상을 위한 구성 모듈의 상대 거리 측정
- 이동 선박 및 차량에 대한 0.2m/s 오차 이내의 이동 속도 추출
- 진도 울돌목의 해류 속도 추출
◎ Airborne SAR XTI 및 ATI 시스템의 탐지성능 검증 및 개선, 자료제공
- 이중 편파 안테나 도입 및 스위치 시스템 개발로 다중 모드변환 가능 및 항공기 pod의 도입
- back-projection 알고리즘의 도입으로 효과적인 움직임 보상 기법 개발
- 인공 산란체를 이용한 지상 실험으로 약 1m이내의 오차를 갖는 DEM 제작 및 0.1m/s 이내의 속도 추출
- 항공기 SAR검색 서버의 개발로 관련 자표 배포 방안 구축
(출처 : 보고서 요약서 3p)
Abstract
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Results
1) Development of High –resolution airborne SAR
We have built up the airborne SAR system. The mounting framework was designed to the various aircraft considering the characteristics of airborne SAR system. To identify the possibility of generating SAR images, a number of experiments we
Results
1) Development of High –resolution airborne SAR
We have built up the airborne SAR system. The mounting framework was designed to the various aircraft considering the characteristics of airborne SAR system. To identify the possibility of generating SAR images, a number of experiments were performed in Arctic, Antarctic, and Siwhaho, Gyunggi-do. The high-resoultion SAR images were successfully acquired and we conclude that the basis of airborne SAR system were established.
2) Calibration and validation of airborne SAR system for high quality of SAR images
In second year, the built airborne SAR system was calibrated and validated to derive accurate sigma zero. Sihwaho landfill sites were selected for the experiment of the radiometric calibration and validation considering time and distance. This regions have evaluated as the best place for the tests because the operating costs could be reduced. The calibration consists of two steps. The first step is the correction of SAR antenna patterns and it successfully performed through the ground experiment. As a results, we have acquired the accurate reference antenna patterns of airborne SAR system. The second steps is the absolute radiometric calibration. For this purpose, a number of corner reflectors were installed in the test region, Sihwaho landfill. A number of data were collected through the operation of airborne SAR system and we derived the theoretical value of the absolute calibration constant using theoretical RCS values of CRs.
Consequently, an error of ± 0.5dB in radiometric value of the airborne SAR system was confirmed and it means the world class SAR data can be acquired.
3) Developemnt of airborne SAR XTI system and techniques for DEM and displacement estimator
In order to perform the XTI experiment, the additional SAR sensor receiving the scattered signal was added to the SAR system. The primary consideration in accuracy of extracted DEM is the motion compensation of SAR data. It could be achieved by utilizing the altitude and attitude measured by GPS and INS, respectively. Thus, GPS and INS are mounted as well. For the test of airborne SAR XTI, the experiments are designed to acquire the data in Daebudo, because the diverse scatterers are located. Consequently, the information of tidal flat and tidal channel, small mountain, and forest are acquired. This results show that the airborne SAR XTI have the potential to describe the detailed features of the small structures in topography. To validate and evaluate of accuracy of the generated DEM, additional experiment was performed. In this experiment, the field survey was performed as well. The root mean square errors (RMSE) between calculated and measured topographic elevation from airborne SAR XTI and GPS is about 2 m. In the comparative results with SRTM, topographic map derived DEM, and TanDEM-X DEM shows that the RMSEs are about 5m. The comparison with NASA/JPL TOPSAR DEM, one of the highest resolution DEM in Jeju island, shows the RMSEs are 4m and airborne SAR XTI provide the better results in spatial resolution. Based on the interpretation using TOPSAR DEM and airborne SAR XTI DEM, a surface elevation change can be detected due to construction of the terrain.
4) Development of Airborne SAR ATI system and techniques of velocity estimation
The second antenna was installed parallel to the moving direction of aircraft. the theoretical equations and techiniqes for processing the acquired data from ATI was also established. in order to measure the velocity of the moving target, the corner reflector was installed at a boat and its velocity was measured using 혠. in meantime, the airborne SAR data were acquired from ATI system. The differences between the actual and the estimated velocity is about 0.18 m/s. The velocity of the car which is acquired and estimated from airbonre SAR ATI system was also compared with the velocity estimator using azimuth displacement. the average of the errors is about 0.2m/s The ATI experiment was performed for current velocity. it was observed that the current velocity was able to be measured using airborne SAR ATI system.
5) validation of accuracy of Airborne SAR XTI andA TI system and delivering system
The XTI and ATI system which is developed in this research have been successfully measure the topographic height and velocity of the moving target. In 5 steps of study, the main objective is to upgrade the airborne SAR system and validate the result of XTI and ATI. The research team has develop the dual polarimetric SAR system which could acquire the HH and HV polarization image. Also, the switching system which could change the acquisition mode was installed. The back-projection algorithm has been applied into XTI and ATI technique for motion compensation. In order to validate the accuracy of topographic height estimated from airborne XTI system, the research team locates the corner reflector in Siwha area. The averaged difference is approximately 1m and the error is reduced comparing the result of 3rdyear. Also the accuracy of the velocity estimated from ATI system was validated and it revealed that the error is 0.07m/s which is reduced about 0.13m/s comparing with 4thyear result.
Finally, the searching server is developed for delivering airborne SAR image which have been acquired for several years.
(출처 : SUMMARY 8~9p)
목차 Contents
- 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 요약서 ... 3요약문 ... 4SUMMARY ... 7Contents ... 10목차 ... 12제 1 장. 연구개발과제의 개요 ... 14 1. 연구개발 목적 ... 14 2. 연구 개발의 필요성 ... 14 3. 연구 개발 범위 ... 15제 2 장. 국내외 기술 개발 현황 ... 17 1. 국내 기술 현황 ... 17 2. 해외 기술 현황 ... 18제 3 장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 27 1 절. Airborne SAR 시스템 구축 (1차년도) ... 27 1. Airborne SAR 센서의 특성분석 및 운용방법 체계화 ... 28 2. Airborne SAR 센서 기체 마운트 장치 제작 ... 29 3. SAR 센서, GPS, INS, 광학 카메라간의 Offset 설정 및 시간 동기화 ... 32 4. Airborne SAR 시스템 초기 시범 운용 ... 34 2 절. Airborne SAR 시스템 검·보정 기술 개발 및 고품질 SAR 자료획득 기법 연구 (2차년도) ... 38 1. Airborne SAR 시스템의 검·보정을 위한 최적의 후보지 조사 및 선정 ... 40 2. 안테나 패턴 정밀 분석 및 SAR 영상 내 안테나 패턴 보정기술 개발 ... 41 3. 기준 표적을 이용한 절대 방사보정 기법 개발 ... 51 4. 시공간적 Airborne SAR 관측을 통한 고품질 자료 생성에 적합한 운용 방안 및 획득기법 수립 ... 56 3 절. Airborne SAR XTI 시스템 구축 및 변위 탐지 활용 기술 개발(3차년도) ... 58 1. Airborne XTI 시스템 구축 ... 58 2. XTI 시스템을 이용한 간섭영상 제작 ... 61 3. XTI 시스템을 이용한 정밀 DEM 제작 기술 개발 ... 65 4. XTI 시스템을 이용한 DEM 변화 및 수면고도 변화 관측 ... 87 4 절. Airborne SAR ATI 시스템 구축 및 활용기술 개발 (4차년도) ... 90 1. Airborne SAR의 ATI 시스템 구축 ... 90 2. ATI 시스템을 이용한 이동 속도 탐지 기술 개발 ... 94 3. ATI 시스템을 이용한 차량 또는 선박 이동 속도 탐지 기술 개발 ... 100 4. ATI 시스템을 이용한 하천 및 해류속도 추출 기술 개발 ... 109 5 절. Airborne SAR XTI 및 ATI 시스템의 탐지 성능 검증 및 개선, 자료 제공 ... 113 1. Airborne SAR 시스템의 Dual-pol 모드의 탑재와 관측 효율성 향상 ... 114 2. Airborne SAR의 처리 과정 개선 ... 135 3. Airborne SAR XTI 시스템의 변위 탐지 결과의 검증 및 개선 ... 141 4.Airborne SAR ATI 시스템의 이동 속도 탐지 결과의 검증 및 개선 ... 154 5. SAR 사용자들의 요구 사항을 반영하고 획득된 자료를 제공 ... 163제 4 장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 168 1. 목표 달성도 ... 168 2. 관련 분야 기여도 ... 169제 5 장. 연구개발성과의 활용계획 ... 170 1. 서해안 갯벌 특성 연구 ... 170 2. 항공기 SAR 시스템을 이용한 지표 변위 추출 연구 ... 171 3. 자연 재해에 의한 피해 지역 탐지 (change detection) ... 171 4. 인공위성 영상 시뮬레이션 연구 ... 171 5. Kompsat-5와 Kompsat-6와의 영상 융합 연구 ... 172 6. 항공기 SAR 자체 제작 연구 ... 172제 6 장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 174 1. 소형 FMCW 레이더 제작 ... 174 2. 항공기 SAR 영상을 이용한 수목 높이 측정 연구 ... 175 3. 항공기 SAR 영상을 이용한 극지 연구 ... 177제 7 장. 연구개발성과의 보안등급 ... 179제 8 장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 180제 9 장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치이행 실적 ... 181제 10 장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 182제 11 장. 기타 사항 ... 183제 12 장. 참고 문헌 ... 184끝페이지 ... 187
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