도심지역 DSM을 이용한 고해상도 InSAR 위상 시뮬레이션

윤근원,김상완,이용웅,이동천,원중선 大韓遠隔探査學會 2011 大韓遠隔探査學會誌 Vol.27 No.2

현재 공간해상도 약 1 m 의 고해상도 X-band SAR 위성인 독일의 TerraSAR-X와 TanDEMX, 이탈리아의 COSMO-SkyMed가 성공적으로 발사되어 운용되고 있으며 분석 결과 우수한 성능을 보이고 있다. 국내에서도 최고 공간해상도 약 1 m 의 X-band SAR 위성인 KOMPSAT-5가 향후 발사될 예정이다. 이러한 고해상도 SAR 영상 활용이 가능해짐에 따라 SAR Interferometry(InSAR) 기술을 이용한 도심지역 모니터링이 더욱 관심을 받고 있다. 하지만, 기존의 InSAR 위상 시뮬레이션 알고리즘은 도심지역에 분포하는 빌딩과 같은 인공구조물 객체에 의해 나타나는 layover 현상과 빌딩 벽면에서 산란되는 신호를 충분히 고려하지 못한다. 본 연구에서는 기존 알고리즘의 한계점을 극복하기 위하여 LIDAR DSM을 이용한 정밀 InSAR 위상과 SAR 반사강도 영상 시뮬레이션 알고리즘을 개발하였다. 대전 지역에서 획득된 TerraSAR-X spotlight 영상과 비교 분석을 통해 개발된 알고리즘의 타당성 분석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과로 생성된 InSAR 위상과 SAR 반사강도 영상은 실제 TerraSAR-X spotlight SAR 자료로부터 생성된 결과와 매우 유사하였다. 이러한 결과는 향후 고해상도 SAR 영상을 이용한 도심지역 변화 및 변위탐지 모니터링 연구에 활용될 것이다. Since the radar satellite missions such as TerraSAR-X and COSMO-SkyMed were launched in 2007, the spatial resolution of spaceborne SAR(Synthetic Aperture Radar) images reaches about 1 meter at spotlight mode. In 2011, the first Korean SAR satellite, KOMPSAT-5, will be launched, operating at X-band with the highest spatial resolution of 1 m as well. The improved spatial resolution of state-of-the-art SAR sensor suggests expanding InSAR(Interferometric SAR) analysis in urban monitoring. By the way, the shadow and layover phenomena are more prominent in urban areas due to building structure because of inherent side-looking geometry of SAR system. Up to date the most conventional algorithms do not consider the return signals at the frontage of building during InSAR phase and SAR intensity simulation. In this study the new algorithm introducing multiscattering in layover region is proposed for phase and intensity simulation, which is utilized a precise LIDAR DSM(Digital Surface Model) in urban areas. The InSAR phases simulated by the proposed method are compared with TerraSAR-X spotlight data. As a result, both InSAR phases are well matched, even in layover areas. This study will be applied to urban monitoring using high resolution SAR data, in terms of change detection and displacement monitoring at the scale of building unit.

고해상도 SAR 영상의 활용기술 동향분석

윤근원,고진우,이용웅,Yoon, Geun-Won,Koh, Jin-Woo,Lee, Yong-Woong 한국군사과학기술학회 2010 한국군사과학기술학회지 Vol.13 No.1

SAR(Synthetic Aperture Radar) has characteristics well-suited for the measurement of geophysical parameters during day and night in all weather conditions. Recently, SAR data with high resolution acquired by satellites became available to the public. In such data, many features and phenomena of geometric structure of man-made objects and natural environments become observable. In this paper, we discuss main considerations including geometric distortion and coregistration for efficient utilization of high resolution SAR images. And, various advanced technologies in SAR application fields are introduced.

DEM 정밀도 향상을 위한 2-pass DInSAR 방법의 적용

윤근원 ( Geun Won Yoon ),김상완 ( Sang Wan Kim ),민경덕 ( Kyung Duck Min ),원중선 ( Joong Sun Won ) 大韓遠隔探査學會 2001 大韓遠隔探査學會誌 Vol.17 No.3

2-pass Differential Interferometry(DInSAR)에서는 digital elevation model(DEM)을 이용하여 interferogram에서 지형의 위상을 제거함으로써 지형과 변위에 대한 두 가지의 위상 효과를 분리한다. 이 방법은 phase unwrapping 단계가 필요 없다는 장점이 있는 반면에 사용되는 DEM의 정밀도가 높아야 한다는 제약이 있다. 2-pass DInSAR를 이용하여 미세한 지각 변위의 인지가 가능하나, 두 SAR 자료의 관측 기간 중 변위가 없는 경우에는 잔여 위상은 사용된 DEM의 오차를 반영한다. 따라서, 본 연구에서는 DEM의 정밀도를 향상시키기 위해 낮은 정밀도의 DEM을 사용하는 방법에 대한 기초연구로써 아산만 지역에 2-pass DInSAR 방법을 시험 적용하였다. ERS 1/2 tandem SAR 자료와 DInSAR 계산을 위해 DTED level 0을 사용하였으며, 얻어진 결과의 정밀도 분석을 1:25,000 수치지도와 비교하였다. 생성된 DEM의 절대 고도 오차 평균은 9.7 m이며, 이는 일반적인 InSAR 방법에 의해 얻어진 DEM의 절대 고도 오차 평균 15.8 m와 DTED level 0의 절대 고도 오차 평균 18.1 m보다 향상된 결과를 보였다. 이 방법은 사면의 경사도가 높은 경우 InSAR에서 나타나는 layover 영향을 효과적으로 줄일 수 있다. 즉, DInSAR 방법은 지각의 변위 관측뿐만 아니라 지형 고도 자료가 부족한 지역에서 정밀도를 향상시키는데 활용될 수 있음을 보여주고 있다. In 2-pass differential SAR interferometry(DInSAR), the topographic phase signature can be removed by using a digital elevation model(DEM) to isolate the contribution of deformation from interferometric phase. This method has an advantage of no unwrapping process, but applicability is limited by precision of the DEM used. The residual phase in 2-pass differential interfcrogram accounts for error of DEM used in the processing provided that no actual deformation exits. The objective of this paper is a preliminary study to improve DEM precision using low precision DEM and 2-pass DInSAR technique, and we applied the 2-pass DInSAR technique to Asan area. ERS-1/2 tandem complex images and DTED level 0 DEM were used for DInSAR, and the precision of resulting DEM was estimated by a 1:25,000 digital map. The input DEM can be improved by simply adding the DInSAR output to the original low precision DEM. The absolute altitude error of the improved DEM is 9.7 m, which is about the half to that of the original DTED level 0 data. And absolute altitude error of the improved DEM is better than that from InSAR technique, 15.8 m. This approach has an advantage over the InSAR technique in efficiently reducing layover effects over steep slope region. This study demonstrates that 2-pass DInSAR can also be used to improve DEM precision.

LANDSAT TM을 이용한 홍수지역의 변화탐지

윤근원(Yoon Geun-Won),윤영보(Yun Young-Bo),박종현(Park Jong-Hyun) 대한공간정보학회 2003 대한공간정보학회지 Vol.11 No.2

한반도지역 LANDSAT 위성영상의 기하보정 데이터 구축

윤근원 ( Geun Won Yoon ),박정호 ( Jeong Ho Park ),채기주 ( Gee Ju Chae ),박종현 ( Jong Hyun Park ) 한국지리정보학회 2003 한국지리정보학회지 Vol.6 No.1

위성영상의 장점인 고해상도, 다분광, 주기성, 광범위 촬영 등에 의해 위성영상은 초창기의 군사, 환경 분야의 적용을 뛰어넘어 현재는 많은 활용 분야에 널리 적용되고 있다. 이러한 위성영상을 효율적으로 활용하기 위해서는 여러가지 영상처리를 하여야 하며, 특히 기하보정 영상처리는 모든 활용분야에 있어 꼭 필수적인 단계이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기하보정 작업을 용이하게 하기 위하여 LANDSAT 위성영상을 중심으로 크게 세 가지 작업을 수행하여 기하보정 데이터를 구축하였다. 첫번째는 한반도 지역에 대하여 기하보정에 필요한 지상 기준점을 선정하여 데이터베이스를 구축하였다. 두번째는 구축된 지상기준점을 이용하여 연도별로 구분된 LANDSAT 위성영상에 대하여 기하보정을 수행하였고, 마지막으로는 기하보정된 영상을 한반도 지역을 대상으로 모자이크 하였다. 이와 같은 작업을 통하여 576개의 지상기준점 165장의 기하보정된 영상과 7장의 한반도 모자이크 영상을 구축하였다. 구축된 한반도의 기하보정 데이터는 많은 분야에 기초 자료로 활용되리라 기대한다. Because satellite images have the advantage of high resolution, multi-spectral, revisit and wide swath characteristics, it is increase to utilize satellite image and get information little by little in nowadays. In order to utilize remote sensed images effectively, it is necessary to process satellite images through many processing steps. Among them, geometric correction is essential step for satellite image processing. In this study, we constructed geometric correction data using LANDSAT satellite images. First, we extracted GCPs from maps and constructed database over the Korean peninsular. Second, LANDSAT satellite images, 165 scenes were corrected geometrically using GCP database. Finally, we made 7 mosaic images by means of geometric correction images over Korean peninsular. We think that constructed geometric correction data will be used for many application fields as basic data.

2002 추계 학술대회 발표 논문집 - Session 5 : 효율적인 위성영상관리를 위한 wavelet 과 permutation 을 이용한 watermarking 기법

채기주,윤근원,황태현,박종현 한국지리정보학회 2002 추계학술대회 발표논문집 Vol.- No.-

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Development of an Efficient Processor for SIRAL SARIn Mode

이동택,정형섭,윤근원 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.3

Recently, ESA (European Space Agency) has launched CryoSAT-2 for polar ice observations. CryoSAT-2 is equipped with a SIRAL (SAR/interferometric radar altimeter), which is a high spatial resolution radar altimeter. Conventional altimeters cannot measure a precise three-dimensional ground position because of the large footprint diameter, while SIRAL altimeter system accomplishes a precise three-dimensional ground positioning by means of interferometric synthetic aperture radar technique. In this study, we developed an efficient SIRAL SARIn mode processing technique to measure a precise three-dimensional ground position. We first simulated SIRAL SARIn RAW data for the ideal target by assuming the flat Earth and linear flight track, and second accessed the precision of three-dimensional geopositioning achieved by the proposed algorithm. The proposed algorithm consists of 1) azimuth processing that determines the squint angle from Doppler centroid, and 2) range processing that estimates the look angle from interferometric phase. In the ideal case, the precisions of look and squint angles achieved by the proposed algorithm were about -2.0 μdeg and 98.0 μdeg , respectively, and the three-dimensional geopositioning accuracy was about 1.23 m, -0.02 m, and -0.30 m in X, Y and Z directions, respectively. This means that the SIRAL SARIn mode processing technique enables to measure the three-dimensional ground position with the precision of several meters.

IRA (Interferometric Radar Altimeter)를 이용한 정밀 3차원 좌표 추출

이동택,정형섭,윤근원,김두라,선웅 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

일반적으로 전파 고도계는 비행체에서 지상으로 펄스를 발사하고 그 펄스가 지표면에서 반사되어 비행체로 되돌아오는 시간을 탐지하여 고도를 파악한다. 그러나 이는 3차원의 위치를 파악하는데 한계가 있기 때문에 본 연구에서는 레이더 간섭기법을 이용한 정밀 3차원 좌표를 추출하고자 한다. IRA 시스템은 크게 Range tracking 모드와 Range targeting 모드로 구성되어 있으며, 이 두 모드가 효율적으로 상호작용하며 정밀 3차원 위치를 결정하게 된다. 모사된 각 안테나에서의 RAW 데이터를 바탕으로 관측각 및 경사각, 경사거리를 산출하였고, 산출된 값을 이용하여 3차원 위치 정밀도를 분석하였다. 분석 결과 경도와 위도는 각각 8 μdeg, 4 μdeg의 오차를 보였으며, 고도 오차는 1 m 이내로 나타났다. 이러한 결과는 제안된 IRA를 이용하여 높은 정밀도의 3차원 위치 관측 가능성을 나타내었다. Radar altimeter system can accurately measure the height of ground within several centimeter, but it is difficult to estimate an accurate land surface height. To overcome this limitation of radar altimeter, we proposed an accurate three dimensional coordinate extraction method based on the interferometric technique. The proposed algorithm consists of range tracking mode for estimating initial slant range distance and range targeting mode for estimating look angle. The interplay of two modes is important in this research to accurately estimate three-dimensional coordinates. The precisions of longitude, latitude and altitude were about 8 μdeg, 4 μdeg and -0.83 m, respectively. This means that the IRA enables to accurately measure the 3D ground position.

정밀 3차원 지상좌표 추출을 위한 IRA의 효율적인 신호처리 기법

이동택,정형섭,윤근원 大韓遠隔探査學會 2011 大韓遠隔探査學會誌 Vol.27 No.5

전파 고도계는 비행체의 직하방으로 펄스를 발사하고 펄스의 왕복 도달 시간을 거리로 환산하여 고도를 탐지하는 시스템으로써, 이착륙하는 항공기가 지면에 충돌하는 것을 방지함은 물론, 위성에 탑재되어 전 지구 해수면의 고도를 수 mm의 정밀도로 관측하기도 한다. 그러나 전파 고도계는 넓은 swath 내의 모든 데이터를 취득하여 이의 평균치로 고도를 측정하기 때문에 해수면과 같이 편평한 지역에서는 정밀 고도 추출이 가능하지만, 지면과 같이 변화가 심한 지형에서의 고도 탐지가 어렵다는 한계가 있다. 이러한 한계를 개선하기 위하여 본 연구에서는 지표면의 고도뿐만 아니라 3차원 위치 좌표까지 효과적으로 추출할 수 있는 간섭계 레이더 고도계 (Interferometric Radar Altimeter, IRA) 신호처리 알고리즘을 제안하였다. 이 방법은 세 개의 센서를 이용한 레이더 간섭기법 (Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR)을 통하여 비행체로부터 최근거리에 위치하고 있는 타겟의 3차원 지상 좌표를 정밀하게 추출하는 신호처리 기법이다. 본 연구에서는 제안된 신호처리 기법의 정밀도를 분석하기 위하여 약 3,500여 개의 포인트 타겟을 설정하고, RAW 데이터 시뮬레이션 및 70회의 정밀 좌표 추출 시뮬레이션을 수행하였다. 추출된 좌표와 포인트 타겟 간 오차의 평균과 표준편차, Root mean square errors (RMSEs)를 계산하였고, 이러한 결과로부터 IRA 처리 기법의 좌표 추출 정밀도를 분석하였다. 관측 결과 오차의 평균은 x, y, z 방향으로 각각 -0.40 m, -0.02 m, 4.22 m 이며, 오차의 표준편차는 3.40 m, 0.30 m, 4.60 m, RMSE는 각각 3.40 m, 0.30 m, 6.20 m 로 나타났다. y축 방향으로의 오차는 다른 방향에 비해 매우 작았으며, 이는 간섭기법의 정밀도가 높기 때문이다. 이러한 결과는 고도만을 파악할 수 있었던 기존 전파 고도계의 한계를 넘어 제안된 IRA 처리 기법으로 정밀하게 지표면의 3차원 위치를 추출할 수 있음을 지시한다. Conventional radar altimeter system measured directly the distance between the satellite and the ocean surface and frequently used by aircraft for approach and landing. The radar altimeter is good at flat surface like sea whereas it is difficult to determine precise three dimensional ground coordinates because the ground surface, unlike ocean, is very indented. To overcome this drawback of the radar altimeter, we have developed and validated the interferometric radar altimeter signal processing which is combined with new synthetic aperture and interferometric signal processing algorithm to extract precise three-dimensional ground coordinates. The proposed algorithm can accurately measure the three dimensional ground coordinates using three antennas. In a set of 70 simulations, the averages of errors in x, y and z directions were approximately -0.40 m, -0.02 m and 4.22 m, respectively and the RMSEs were about 3.40 m, 0.30 m and 6.20 m, respectively. The overall results represent that the proposed algorithm is effective for accurate three dimensional ground positioning.

위성영상정보 통합관리시스템에서의 사용자 맞춤형 S/W 소개

박정호(Jeong-Ho Park),윤근원(Kyung-Ok Kim),박종현(Jong-Hyun Park) 대한공간정보학회 2004 한국지형공간정보학회 학술대회 Vol.2004 No.3