통신해양기상위성 1호기의 영상오차보상(IMC) 알고리즘 설계 = Design of COMS-1 IMC (Image Motion Compensation) algorithm

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Communication, Ocean, and Meteorological Satellite(COMS)-1 which will be launched in 2008, is a multi-purpose geostationary satellite to relay communications, and observe the maritime regions and the meteorological phenomena. Specifically, to observe the precise image of Earth, it will be installed with a 5-channel imager for meteorological observation and an 8-channel color imager for maritime observation. It is planned to install the Image Navigation and Registration(INR) system for compensation and pre-processing of the observed image data. In this study, we designed the image registration model in INR system, and compared the capability of this algorithm with that of existing algorithm applied to GOES''s INR system. The priority of this study is to design the Image Motion Compensation(IMC) algorithm. To design IMC algorithm, an accurate analysis of observed image which was influenced by the INR system error and the related orbit and attitude in satellite, was accomplished. On the basis of this analysis, the modified IMC(MIMC) algorithm which compensates effectively image distortions due to the INR system errors was designed. The MIMC algorithm maintained more precise pointing accuracy and reduced pointing errors less than 14 percent in the direction of latitude and 40 percent in the direction of longitude in comparison with GOES''s IMC algorithm. In addition, we performed an analysis of error budgets of image registration. In the case of using orbit data with general observation errors, MIMC algorithm showed the different pointing accuracy at the range of -0.514～0.227m in direction of latitude and -2.53~5.38m in direction of longitude, which could be neglected. As a result, MIMC algorithm was able to compensate image errors effectively in the case of real missions. The results of this research can be used as valuable preliminary data for the design and the installation of INR system in COMS-1, and make a great contribution to the localization of the core satellite technology like the INR system.

국문 초록 (Abstract)

2008년 말에 발사예정인 통신해양기상위성 1호기는 통신 및 해양관측, 기상관측 임무를 가진 우리나라 최초의 다목적 정지궤도 위성이다. 또한 해양 및 기상관측을 위한 고품질의 지구영상을 획득하기 위한 영상 전처리 시스템으로 INR (Image Navigation and Registration) 시스템을 탑재할 예정이다.이 논문에서는 INR 시스템의 영상위치유지를 위한 프로그램을 새로이 개발하고 기존의 영상위치유지 알고리즘과의 성능을 비교 평가하였다. 영상위치유지를 위한 프로그램 개발에 가장 핵심 요소인 영상오차보상 (Image Motion Compensation, IMC) 알고리즘 설계를 위해서, 위성의 궤도 및 자세와 관련한 시스템 오차가 영상에 미치는 영향에 대해 정밀한 분석을 하였다. 이를 토대로 각각의 시스템 오차에 의한 영상오차를 효과적으로 보정할 수 있는 개량된 영상오차보상 알고리즘 (Modified IMC, MIMC)을 설계하였다. 설계한 영상오차보상 알고리즘(MIMC)과 현재 미국에서 운용 중인 GOES I-M 위성의 IMC 알고리즘의 성능을 비교평가 하였다. 그 결과 개량된 영상오차보상 알고리즘은 GOES I-M 위성의 IMC 알고리즘에 비하여 위도방향으로 14%이상, 경도방향으로 40%이상의 높은 지향 정밀도 향상을 얻을 수 있었다.또한 궤도관측오차에 대한 영상위치유지 오차 범위를 분석하였다. 일반적인 관측오차 (Range: 10m, Azimuth & Elevaton: 0.075°(3σ))를 포함한 궤도자료를 이용하였을 때, 지향정밀도 오차는 위도방향으로 m, 경도방향으로 m 정도로 작음을 알 수 있었다. 이를 통해 개량된 영상오차보상 알고리즘이 관측오차가 포함된 실제 임무에서도 효과적인 영상오차보상을 수행할 수 있음을 확인하였다.이 연구 결과들은 향후 INR 시스템을 개발하여 통신해양기상위성 1호기에 적용하는데 중요한 기초기술이 될 것이며, INR 시스템과 같은 핵심 위성기술의 국산화에 크게 이바지 할 수 있을 것이다.