KR101605450B1 - 다중시기 mai 간섭도의 적층 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 관측된 MAI 간섭도의 적층을 통해 정밀한 위성 비행방향의 지표변위를 추출함으로써 최종적으로 영상레이더를 이용한 3차원 지표변위 관측의 정밀도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치는 간섭도 제작부, 잔여위상 간섭도 제작부, 적층 간섭도 제작부 및 적층된 MAI 간섭도 획득부를 포함한다.

Description

다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법 및 그 장치{Method of stacking multi-temporal MAI interferogram and Apparatus Thereof}
본 발명은 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 관측된 MAI 간섭도의 적층을 통해 정밀한 위성 비행방향의 지표변위를 추출함으로써 최종적으로 영상레이더를 이용한 3차원 지표변위 관측의 정밀도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 미래창조과학부 및 한국연구재단의 우주핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 1345198516, 과제명: 위성레이더를 이용한 이온효과 추출 및 보정기법 개발].
영상레이더 간섭기법(InSAR)은 수십 km에 달하는 지역에 대하여 위성 안테나의 시선방향(LOS; line-of-sight)으로의 지표변위를 관측할 수 있는 가장 효과적인 방법으로서, 90년대 초, 미국의 랜더스(Landers) 지진 변위를 관측함으로써 본격적인 활용이 시작되어, 유럽 각국의 연구기관을 통해 기술의 발전을 이뤄왔으며, 국내에서도 대학의 연구팀을 중심으로 기술개발 및 지구과학 분야에 대한 활용 연구를 수행해 왔다.
초기의 영상레이더 간섭기법은 단일 간섭쌍으로부터 두 영상의 취득기간 내에 발생한 대규모 지구조 운동, 즉 지진이나 화산분출 등으로 인한 일회성 지표변위를 관측하였으나, 장기간에 걸친 영상레이더 자료의 축적은 다중시기에 대한 평균변위속도 관측 및 시계열 분석에 대한 연구로 발전되었으며, 이러한 다중시기 관측기법은 영상 내의 노이즈 위상 성분을 감소시킴으로써 센서의 시선방향에 대한 지표변위 측정 정밀도를 향상시켰다.
최근에는 안테나 시선방향에 대한 변위만을 측정하던 전통적인 영상레이더 간섭기법의 최대 단점을 극복하고자, 비행방향(along-track direction)의 지표변위를 관측하는 기술들이 개발되었다. 이때, 전통적인 측정기법으로는 두 영상간의 상관계수를 이용하는 방법이 있으나, 이 방법으로부터 측정된 비행방향의 지표변위 정밀도는 매우 낮아 적용지역이나 변위의 규모 등에서 활용에 한계점이 있었다.
한편 최근 개발된 MAI(multiple aperture SAR interferometry) 측정기법은 분할 빔 간섭기법(split-beam InSAR)을 토대로 제안되었으며, 기존의 측정방법에 비해 두 배 이상의 정밀도 향상을 이뤄냈으며, 초기의 MAI 기법은 간섭쌍의 기선거리(perpendicular baseline) 변화에 따른 왜곡 오차의 문제가 있었으나, 현재의 기술은 이러한 문제점을 해결하고 비행방향의 지표변위를 cm정밀도로 측정하는데 성공하였다. 이로부터 전통적인 간섭기법과 개선된 MAI 기법의 통합 관측을 통해 3차원 지표변위 관측을 수행한 연구들이 진행되어 왔다.
그러나 현재까지 공지된 MAI 측정기법들의 정밀도는 대규모 지구조 운동 또는 이동속도가 빠른 빙하의 움직임 등과 같은 수십 cm 내지 수 m 단위의 대규모 지표변위 관측에 국한되어 활용되고 있으며, 연간 수 센티미터 규모로 지속적인 변위가 발생하는 지역에 대해서는 지표변위 관측에 어려움이 있다. 이에 따라 소규모 지표변위를 측정하기 위하여, 현재 비행방향의 지표변위 측정기술이 도달한 정밀도 수준을 센티미터 이하 급으로 향상시키는 기술력이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 한국등록특허 제10-1111689호 "3차원 지표 변위 추출 방법 및 그 장치"에서는 합성 개구 레이더의 InSAR(interferometric Synthetic aperture radar) 자료를 이용한 합성 개구 레이더의 시선방향 지표변위를 추출하는 단계; 전방 관측 합성 개구 레이더 자료 및 후방 관측 개구 레이더 자료를 이용하여 MAI(multiple aperture interferogram) 자료를 제작하고, 상기 제작된 MAI자료를 이용하여 상기 합성 개구 레이더의 비행방향 지표변위를 추출하는 단계; 및 상기 시선방향 지표변위 및 상기 비행방향 지표변위로부터 3차원 지표변위를 추출하는 단계를 제시한다.
상기 선행기술은 InSAR간섭도와 MAI간섭도를 이용하여 시선방향 지표변위와 비행방향 지표변위를 추출하고 이들 지표변위로부터 3차원 지표변위를 정밀하게 추출할 수 있는 장점이 있지만, 비행방향의 지표변위 측정기술의 정밀도 수준을 센티미터 이하 급으로 향상시키지 못하고 있어, 연간 수 센티미터 규모로 지속적인 변위가 발생하는 지역에 대해서는 여전히 지표변위 관측에 어려움이 있는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1111689호(등록일: 2012.01.26)
본 발명은 소규모로 지속적인 변위가 발생하는 지역에 대한 지표변위를 정밀하게 관측하려는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다중 관측된 MAI 간섭도의 적층 방법을 통해 정밀한 위성 비행방향의 지표변위를 추출함으로써 최종적으로 영상레이더를 이용한 3차원 지표변위 관측의 정밀도를 향상시키려는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 현재까지의 기술력으로는 불충분했던 위성 비행방향의 지표변위 관측 정밀도를 센티미터 이하 수준으로 향상시키려는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치는 간섭도 제작부, 잔여위상 간섭도 제작부, 적층 간섭도 제작부 및 적층된 MAI 간섭도 획득부를 포함한다.
상기 간섭도 제작부는 다중시기 간섭쌍들의 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작한다. 상기 잔여위상 간섭도 제작부는 InSAR 간섭도의 위상성분 제거를 통해 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작한다. 상기 적층 간섭도 제작부는 상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도 각각을 개별적으로 적층함으로써, 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도를 제작한다. 상기 적층된 MAI 간섭도 획득부는 상기 적층된 전방관측 간섭도 및 상기 적층된 후방관측 간섭도의 위상차를 이용하여 적층된 MAI 간섭도를 획득한다.
또한, 본 발명의 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치는 보정부를 더 포함할 수 있으며, 상기 보정부는 상기 적층된 MAI 간섭도의 잔류위상 오차를 보정하며, 이때 각 픽셀의 위치 정보 및 고도 정보를 통해 생성된 다항식 모델을 이용하여 보정할 수 있다. 또한, 상기 적층된 MAI 간섭도 획득부는 상기 적층된 전방관측 간섭도와 상기 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 산출된 상기 위상차를 이용하여 획득할 수 있다.
또한, 상기 잔여위상 간섭도 제작부는 상기 InSAR 간섭도에서 고주파 성분을 제거하는 노이즈 필터링부 및 상기 필터링된 InSAR 간섭도와 상기 전방관측 간섭도 혹은 상기 후방관측 간섭도와의 켤레복소수 곱을 통해 위상차를 산출하는 산출부를 포함할 수 있으며, 상기 잔여위상 간섭도 제작부는 상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하도록 제작할 수 있다.
또한, 상기 간섭도 제작부는 상기 다중시기 간섭쌍들의 주 영상(master)과 부 영상(slave)에 대한 전방관측 영상레이더 및 후방관측 영상레이더 각각의 복소수자료(SLC; single look complex)를 제작하여 정밀하게 정합한 후, 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 이용하여 제작할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법은 다중시기 간섭쌍들의 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작하는 간섭도 제작 단계, InSAR 간섭도의 위상성분 제거를 통해 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작하는 잔여위상 간섭도 제작 단계, 상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도 각각을 개별적으로 적층함으로써, 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도를 제작하는 단계 및 상기 적층된 전방관측 간섭도 및 상기 적층된 후방관측 간섭도의 위상차를 이용하여 적층된 MAI 간섭도를 획득하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법은 상기 적층된 MAI 간섭도의 잔류위상 오차를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 보정하는 단계는 각 픽셀의 위치 정보 및 고도 정보를 통해 생성된 다항식 모델을 이용하여 보정할 수 있다. 또한, 상기 적층된 MAI 간섭도를 획득하는 단계는 상기 적층된 전방관측 간섭도와 상기 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 산출된 상기 위상차를 이용하여 획득할 수 있다.
또한, 상기 잔여위상 간섭도 제작 단계는 상기 InSAR 간섭도에서 고주파 성분을 제거하는 노이즈 필터링 단계 및 상기 필터링된 InSAR 간섭도와 상기 전방관측 간섭도 혹은 상기 후방관측 간섭도와의 켤레복소수 곱을 통해 위상차를 산출하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 잔여위상 간섭도 제작 단계는 상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하도록 제작할 수 있다.
또한, 상기 간섭도 제작 단계는 상기 다중시기 간섭쌍들의 주 영상(master)과 부 영상(slave)에 대한 전방관측 영상레이더 및 후방관측 영상레이더 각각의 복소수자료(SLC; single look complex)를 제작하여 정밀하게 정합한 후, 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 이용하여 제작할 수 있다.
본 발명은 소규모로 지속적인 변위가 발생하는 지역에 대한 지표변위를 정밀하게 관측할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 다중 관측된 MAI 간섭도의 적층 방법을 통해 정밀한 위성 비행방향의 지표변위를 추출함으로써 최종적으로 영상레이더를 이용한 3차원 지표변위 관측의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 현재까지의 기술력으로는 불충분했던 위성 비행방향의 지표변위 관측 정밀도를 센티미터 이하 수준으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 다중시기 MAI 간섭도 적층 방법을 통해 영상레이더의 비행방향에 대한 지표변위 관측 정밀도를 1cm/yr 수준까지 향상시키는 것이 가능하며, 이를 통해 현재까지 낮은 정밀도로 인해 관측이 어려웠던 지반침하 지역 및 단층대 등의 지구조 운동지역에서의 미세변위를 측정하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 지표의 변화를 관측하는 여러 분야에 전반적으로 활용이 가능한 기술로서, 특히, 국내 지역에 대해서는 매립지 혹은 도심지 지반침하의 정밀한 3차원 지표변위 측정에 적용될 수 있으며, 또한, 원자력 발전소 부지 선정을 위한 지반의 안정성 검토 방안으로 활용될 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 영상레이더 자료를 통해 지표면의 정밀한 3차원 변위 관측이 가능하고, 현재까지 관측이 어려웠던 미세변위 발생지역에 대한 관측이 가능한 효과가 있다.
외국의 상용 위성영상 처리 소프트웨어 중에서 영상레이더를 이용한 시계열 지표변위 관측 시스템이 소프트웨어의 확장모듈로서 탑재된 사례가 있는 바, 본 발명의 원천기술 또한 국내에서 개발되는 위성영상처리 소프트웨어에 탑재되거나, 새로운 3차원 지표변위 관측 소프트웨어 개발의 핵심기술로서 활용 가능한 효과가 있다. 따라서 본 발명은 원천기술의 상용화를 통해 위성영상의 활용 증대 및 국가 위성산업의 확대에 이바지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 국내 최초의 고해상도 레이더 위성인 아리랑 5호(KOMPSAT-5)의 활용도를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치에 관한 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법에 관한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MAI 간섭도와 이를 생성하기 위한 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 긴밀도 분포를 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 시, 적층되는 MAI 간섭쌍의 증가에 따른 긴밀도 향상 수준을 분석한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법을 이용하여 측정한 비행방향의 지표변위 속도도 및 정확도 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법을 이용하여 측정한 비행방향의 지표변위 속도도 및 정확도 검증 결과를 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치에 관한 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다중시기 MAI 간섭도의 적층(stacking) 장치는 간섭도 제작부(110), 잔여위상 간섭도 제작부(120), 적층 간섭도 제작부(130), 적층된 MAI 간섭도 획득부(140) 및 보정부(150)를 포함한다.
간섭도 제작부(110)는 다중시기 간섭쌍들의 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작한다.
즉, 간섭도 제작부(110)는 상기 다중시기 간섭쌍들의 주 영상(master)과 부 영상(slave)에 대한 전방관측 영상레이더 및 후방관측 영상레이더 각각의 복소수자료(SLC; single look complex)를 제작하여 정밀하게 정합한 후, 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 이용하여 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작한다.
더 자세히 설명하자면, 간섭도 제작부(110)는 각 다중시기 간섭쌍들의 주 영상(master)과 부 영상(slave)에 대한 전방관측 영상 레이더 및 후방관측 영상레이더의 복소수자료(SLC; single look complex)를 제작하고, 이들을 정밀하게 정합(coregistration)한 이후 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 통하여 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작한다.
이때, 상기 다중시기 간섭쌍들의 선별은 센서간의 수직기선(perpendicular baseline)을 고려하여 결정된다. 상기 수직기선은 두 관측시기의 위성센서가 지표상의 동일한 지표 산란체를 관측할 때, 센서간의 위치차이로부터 시선방향(LOS)의 수직성분을 의미하는 것으로, 수직기선의 길이 증가는 InSAR 간섭도의 긴밀도 저하를 발생시키며, 임계치 이상의 수직 기선길이를 갖는 간섭쌍은 간섭 위상을 생성하지 못한다. 따라서 본 발명에서 이용되는 다중시기 간섭쌍들은 짧은 수직기선을 갖는 것들로 선별하는 것이 바람직하다.
그리고 간섭도 제작부(110)를 통해 제작되는 전방관측 간섭도는 상기의 주 영상과 부 영상으로부터 생성한 전방관측 SLC 영상 쌍으로부터 제작되고, 후방관측 간섭도는 주 영상과 부 영상으로부터 생성한 후방관측 SLC 영상 쌍으로부터 제작된다. 이때, 전방관측 SLC 영상과 후방관측 SLC 영상은 정규화 된 스퀸트 조정변수(normalized squint adjustment parameter,
Figure 112014073700590-pat00001
)로부터 전방관측과 후방관측의 도플러 중심주파수 및 도플러 대역폭을 결정한 후 신호압축을 통해 제작된다. 상기 정규화된 스퀸트 조정변수는 서브어퍼쳐 SLC 영상의 안테나 어퍼쳐 크기를 전기적으로 조정하는 파라미터로서, 일반적으로는 0.5의 값을 이용하며, 스퀸트 조정변수가 1에 가까울수록 서브어퍼쳐 도플러의 대역폭이 작아지고 전방관측 SLC 영상과 후방관측 SLC 영상의 해상도를 저하시키게 된다.
또한, 간섭도 제작부(110)는 다음의 일반적인 절차에 따라 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작할 수 있다.
즉, 간섭도 제작부(110)는 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작할 때, (1) 다중시기의 영상레이더 원시(RAW)자료의 신호압축을 통한 주 영상 및 부 영상자료의 SLC를 생성하고, (2) 주 영상과 부 영상을 정밀하게 정합하고, (3) 간섭도의 품질을 향상시키기 위하여 간섭쌍의 공동 신호대역을 필터링(common band filtering)하고, (4) 정합된 두 영상의 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 통해 위상차를 계산한 후 (5) 수치고도자료(DEM; digital elevation model)를 이용하여 지형고도 위상을 제거하는 절차를 수행하며, 이때, 위상의 언래핑(phase unwrapping) 과정은 실시하지 않는 것을 특징으로 한다.
여기서 주 영상과 부 영상을 정밀하게 정합하는 과정(2)의 경우, 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도 제작 시 주 영상을 기준으로 부 영상을 리샘플링(resampling)하는 정밀 정합 과정은 InSAR 간섭도의 제작시와 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 제작시에 동일한 변환계수를 사용하므로, 본 발명의 간섭도 제작부(110)는 InSAR 간섭도를 제작할 때 이용되는 변환식을 간섭도 제작 시 동일하게 적용하여 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작할 수 있다.
잔여위상 간섭도 제작부(120)는 InSAR 간섭도의 위상성분 제거를 통해 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작한다.
더 자세히 설명하자면, 잔여위상 간섭도 제작부(120)는 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도인 서브어퍼쳐(sub-aperture) 간섭도로부터 풀어퍼쳐(full-aperture) 도플러 대역폭을 통해 생성된 InSAR 간섭도의 위상성분을 제거함으로써 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작한다. 여기서, 서브어퍼쳐 간섭도는 전방관측 간섭도 또는 후방관측 간섭도를 의미하며, 풀어퍼쳐 간섭도는 어퍼쳐를 나누지 않고, 유효신호를 모두 사용하여 제작한 주 SLC 영상과 부 SLC 영상으로부터 만들어지는 간섭도를 의미한다.
잔여위상 간섭도 제작부(120)는 본 발명의 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법에 있어서 핵심이 되는 기술로서, 더 자세하게는 잔여위상 간섭도 제작부(120)가 InSAR 간섭도에서 노이즈를 필터링하는 노이즈 필터링부(122) 및 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도와 InSAR 간섭도 간에 차분(위상차를 산출)하는 산출부(124)를 포함할 수 있다.
즉, 잔여위상 간섭도 제작부(120)는 노이즈 필터링부(122) 및 산출부(124)를 포함할 수 있으며, 노이즈 필터링부(122)는 InSAR 간섭도에서 고주파 성분을 제거하며, 산출부(124)는 노이즈 필터링부(122)에서 필터링된 InSAR 간섭도와 간섭도 제작부(110)에서 제작된 전방관측 간섭도 혹은 후방관측 간섭도와의 켤레복소수 곱을 통해 위상차를 산출한다.
이에 따라, 잔여위상 간섭도 제작부(120)의 노이즈 필터링부(122) 및 산출부(124)를 거쳐 제작된 잔여위상 간섭도는 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 잔여위상 간섭도 제작부(120)는 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하도록 제작한다.
더 자세히 설명하자면, 노이즈 필터링부(122)는 간섭도 제작부(110)에서 제작된 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도로부터 위성센서의 시선방향에 대한 지표변위 성분을 제거하기에 앞서, InSAR 간섭도 내에 저주파 성분만을 남기기 위한 노이즈를 필터링한다.
이에 따르면, 전방관측 간섭도와 후방관측 간섭도는 서로 다른 도플러 대역폭을 통해 제작된 것으로서 독립적인 신호의 특성을 가지고 있는 반면, InSAR 간섭도는 전체의 도플러 대역폭을 통해 제작된 것으로서 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 도플러 대역폭과 일부 겹치는 신호 대역이 존재하므로, 이로부터 InSAR 간섭도와 전방관측 간섭도 혹은 후방관측 간섭도 간에 노이즈 성분이 유사성을 가지게 된다.
즉, 상기와 같은 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도와 InSAR 간섭도의 노이즈 특성에 의거하여, 노이즈 필터링부(122)는 InSAR 간섭도 내에서 고주파 특성의 노이즈 성분을 제거한 후, 전방관측 간섭도 혹은 후방관측 간섭도와의 차분을 통해 전방관측 및 후방관측 간섭도내에 저주파 지표변위 성분만을 제거하고, 노이즈 성분은 잔류시키게 된다. 이를 위하여, 노이즈 필터링부(122)는 필터링 작업 시 필터 윈도우를 크게 하여 최소 3회를 반복적으로 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 산출부(124)는 노이즈 필터링부(122)에서 필터링된 InSAR 간섭도와 간섭도 제작부(110)에서 제작된 전방관측 간섭도 혹은 후방관측 간섭도와의 켤레복소수 곱을 통해 위상차를 산출하며, 이로부터 생성된 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도는 각각 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함한다.
이때, 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 내의 비행방향 움직임에 의한 위상값은 각 서브어퍼쳐 간섭도의 시선방향이 상반된 방향성을 지니므로 반대 부호를 가지게 된다.
그리고, 잔여위상 간섭도 제작부(120)는 생성된 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도로부터 간섭도의 range 방향과 azimuth 방향(즉, 플랫폼이 비행하는 방향(azimuth direction)과 그에 직각인 방향(range direction))으로 각 3-4룩의 멀티룩 및 필터링 작업을 수행함으로써 공간적으로 랜덤하게 분포한 노이즈 성분을 최소화하도록 할 수 있다.
적층 간섭도 제작부(130)는 잔여위상 간섭도 제작부(120)에서 제작된 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도 각각을 개별적으로 적층함으로써, 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도를 제작한다.
즉, 적층 간섭도 제작부(130)는 잔여위상 간섭도 제작부(120)에서 제작된 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도를 이용하여 다중시기의 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 간에 적층을 개별적으로 수행함으로써 적층 간섭도를 제작한다.
본 발명은 적층 간섭도 제작부(130)를 통해 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 간에 적층을 개별적으로 수행함으로써, 각 서브어퍼쳐 간섭도 내의 노이즈 감쇠를 통해 신호 대 잡음비 (SNR)를 향상시키고, 이로부터 서브어퍼쳐 간섭도의 긴밀도를 최대화하는 것이 가능하며, 또한, 다중시기 간섭쌍들의 개별적인 MAI 간섭위상 계산 과정을 생략함으로써 MAI 간섭도 적층 공정을 간소화하고, 작업처리 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
여기서, 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 긴밀도 향상은 상기의 과정을 통해 생성되는 MAI 간섭도(본 발명의 적층된 MAI 간섭도)의 품질 향상에 직접적인 영향을 미치게 되므로, 잔여위상 간섭도 제작부(120) 및 적층 간섭도 제작부(130)는 본 발명에서 핵심적인 공정 절차로 볼 수 있다.
한편, 수학식 1은 MAI 간섭도의 품질을 평가할 수 있는 대표인자로서, 이를 통해 MAI 간섭위상의 표준편차를 측정할 수 있으며, 긴밀도(
Figure 112014073700590-pat00002
)는 MAI 간섭위상의 표준편차를 결정하는 변수로 작용한다. 이러한 MAI 간섭도의 긴밀도는 MAI를 생성하는 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 긴밀도가 높아짐에 따라 향상되기 때문에, 잔여위상 간섭도 제작부(120) 및 적층 간섭도 제작부(130)는 MAI 간섭도의 품질 향상에 직접적인 영향을 미치는 과정으로, 본 발명의 핵심적인 공정으로 볼 수 있다.
이하 수학식 1은 MAI 간섭도의 긴밀도와 측정된 MAI 간섭위상의 표준편차 간에 관계를 나타낸다.
Figure 112014073700590-pat00003
이때, NL은 MAI 간섭도의 멀티룩 계수를 나타내며,
Figure 112014073700590-pat00004
는 긴밀도를 나타낸다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MAI 간섭도와 이를 생성하기 위한 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 긴밀도 분포를 비교한 그래프이다.
도 3을 참조하면, X축(Coherence of Sub-aperture Interferograms)은 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도로부터 계산된 긴밀도 값을 나타내고, Y축(Coherence of MAI interferogram)은 이와 대응되는 MAI 간섭도로부터 계산된 긴밀도 값을 나타내며, 도 3에 표시되어 있는 측정된 점들은 MAI 간섭도 및 서브어퍼쳐 간섭도의 각 픽셀들로부터 산출되었다.
측정 결과에 따르면, 모든 계측점의 긴밀도 값은 일대일 경사도(점선)의 아래쪽에 분포하며, 이것은 동일 측정점에 대해 MAI 간섭도의 긴밀도가 서브어퍼쳐 간섭도보다 저하되는 현상이 있음을 나타낸다. 또한, MAI 간섭도의 긴밀도 저하 현상은 서브어퍼쳐 간섭도의 긴밀도가 낮을수록 저하되는 정도가 크게 나타나는 것을 긴밀도 분포의 추세선(실선)으로부터 확인 가능하다.
따라서, MAI 간섭도의 긴밀도 향상을 위해서는 각 서브어퍼쳐 간섭도의 긴밀도를 최대화하는 공정이 필수적이며, 본 발명의 다중시기 MAI 간섭도의 적층 기술을 이용하면 MAI 간섭도의 긴밀도를 효과적으로 향상시키는 것이 가능하다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 시, 적층되는 MAI 간섭쌍의 증가에 따른 긴밀도 향상 수준을 분석한 그래프이다.
도 4를 참조하면. 도 4에 도시된 긴밀도 값은 간섭도 전체영역에서의 평균 긴밀도 값을 나타내며, 긴밀도 값은 0 ~ 1의 정규화된 값을 통해 나타낼 수 있으며, 1에 가까울수록 긴밀도가 높고 신뢰성 있는 측정값으로 볼 수 있다.
한편, 본 방법의 우수성을 검증하기 위한 대조군으로, 다중시기 간섭쌍에 대한 MAI 간섭도를 각각 생성한 후 단순 적층 및 평균한 결과와의 비교분석을 수행하였다. 도 4에서 채워진 도형(■)은 본 발명이 제안하는 방법을 통한 적층 MAI의 긴밀도 향상 정도를 나타내며, 빈 도형(□)은 일반적인 적층 방법을 통한 적층 MAI의 긴밀도 향상 정도를 나타낸다. 이에 따르면, 일반적인 적층 방법을 이용할 때에는 6쌍 이상의 MAI 간섭쌍을 적층 할 시에 0.9 이상의 긴밀도를 보이는 반면, 본 발명이 제안하는 적층 방법을 통해서는 소수의 간섭쌍을 이용한 적층에서도 0.95 이상의 높은 긴밀도의 향상을 확인할 수 있다. 이로써 본 발명의 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법 및 그 장치는 소규모 자료를 이용하여 정밀한 MAI 간섭위상을 측정할 수 있는 가능성을 보이고 있다.
한편, 적층된 MAI 간섭도 획득부(140)는 적층 간섭도 제작부(130)에서 제작된 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도의 위상차를 이용하여 적층된 MAI 간섭도를 획득한다.
이때, 적층된 MAI 간섭도 획득부(140)는 적층된 전방관측 간섭도와 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 산출된 위상차를 이용하여 적층된 MAI 간섭도를 획득할 수 있다.
더 자세히 말하자면, 적층된 MAI 간섭도 획득부(140)는 적층 간섭도 제작부(130)에서 제작된 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도의 위상차를 산출하며, 이때, 위상차를 산출하는 과정 즉, 차분과정은 적층된 전방관측 간섭도와 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 계산되며, 이로부터 산출된 적층된 MAI 간섭위상을 통해 적층된 MAI 간섭도를 획득할 수 있다.
이때, 상기의 위상차 산출(차분) 과정을 통해 획득된 적층된 MAI 간섭도에는 적층된 전방관측 간섭도와 적층된 후방관측 간섭도의 수직기선 차이로부터 발생하는 잔류 위상오차(플랫어스 위상 및 고도위상) 성분이 포함되어 있다. 이를 보정하기 위해, 본 발명은 적층된 MAI 간섭도 획득부(140)에서 적층된 MAI 간섭도를 획득한 이후에 이를 보정하는 절차를 수행할 수 있으며, 상기 보정은 기존 연구에 의해 정립된 방법을 통해 실시할 수 있으며, 이는 각 픽셀의 위치 정보 및 고도정보를 이용하여 다항식 모델을 생성하고 이를 통해 보정하는 방법이 이용될 수 있다.
즉, 보정부(150)는 적층된 MAI 간섭도 획득부(140)에서 획득된 적층된 MAI 간섭도의 잔류위상 오차를 보정하며, 이때, 보정부(150)는 각 픽셀의 위치 정보 및 고도 정보를 통해 생성된 다항식 모델을 이용함으로써, 적층된 MAI 간섭도의 잔류위상 오차를 보정할 수 있다.
한편, 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도의 개별 적층을 통해 MAI 간섭위상을 적층하고, 이를 통해 위성의 비행방향에 대한 지표변위를 측정하는 공정은 이하 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014073700590-pat00005
이때, vMAI는 총 관측기간에 대한 위성 비행방향의 평균 지표변위 속도를 나타내며, 이는 MAI 간섭위상을 비행방향의 지표변위로 변환하는 수학식인
Figure 112014073700590-pat00006
를 기초하여 계산된다. 여기서
Figure 112014073700590-pat00007
은 영상레이더 센서의 유효안테나 구경을 나타내며,
Figure 112014073700590-pat00008
은 정규화 된 스퀸트 조정변수를 나타낸다. 그리고 수학식 2에서
Figure 112014073700590-pat00009
및
Figure 112014073700590-pat00010
는 적층에 사용되는 각 간섭쌍들의 전방관측 잔여위상 값 및 후방관측 잔여위상 값을 나타내며,
Figure 112014073700590-pat00011
는 각 간섭쌍의 관측기간을 나타낸다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법을 이용하여 측정한 비행방향의 지표변위 속도도 및 정확도 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 이 실험은 영상레이더의 하강궤도(위성이 북극으로부터 남극방향으로 비행하면서 관측한 자료)로부터 취득된 C-밴드 시스템의 ENVSAT ASAR 자료를 통해 수행하였으며, MAI 간섭도를 적층하기 위해 11개의 영상레이더 원시 자료를 이용하였다. 그리고 본 발명의 MAI 적층 기법의 검증을 위한 실험지역으로는 연간 수 센티미터 가량의 지표변위가 영상레이더 센서의 비행방향을 따라 나타나는 하와이 킬라우에아 화산지역으로 선정하였다.
도 5(a) 및 도 5(c)는 본 발명에서 제안하는 MAI 적층 공정에 따라 측정한 결과이며, 도 5(b) 및 5(d)는 본 발명이 제안하는 방법에 대한 대조군으로서 일반적인 단순 적층법에 의해 측정한 결과를 나타낸다.
도 5(a)와 도 5(b)에 따르면, 두 방법으로부터 관측한 지표변위 속도가 화산 분화구들이 나열되어 있는 ERZ(east rift zone) 지역에서 뚜렷한 차이가 있음을 발견할 수 있다. 즉, ERZ 분화구 지역은 식생의 분포 및 잦은 화산활동으로 인해 지표면의 변화가 극심하고 긴밀도가 낮은 지역으로서, 상기 ERZ 분화구 지역에서, 일반적인 적층법을 통해서는 노이즈가 큰 값들이 측정되는 반면, 본 발명이 제안하는 적층 방법을 통해서는 높은 정밀도를 갖는 지표변위를 관측할 수 있는 성과를 보였다.
이때, 상기의 지표변위 관측값의 정확도 평가는 킬라우에아 지역에 설치되어 있는 25개의 상시관측소로부터 GPS 위치정보 값을 수집하여 비교검증을 수행하였으며, 도 5(c)와 도 5(d)의 측정값 대응 그래프로부터 본 발명이 제안하는 방법에 의한 측정값이 높은 정확도 및 낮은 편차를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
또한, GPS 측정값과 영상레이더로부터 측정한 비행방향의 지표변위 값의 오차는 본 발명이 제안하는 방법을 통해 약 1.05cm/yr의 정확도를 보였으며, 대조군으로 측정된 일반적인 적층 방법을 이용한 비행방향의 지표변위 값의 측정 오차는 2.08cm/yr로 평가되었다. 또한, 측정한 값의 편차를 비교한 결과, 본 발명이 제안하는 방법으로부터 측정한 지표변위는 편차는 거의 없는 반면, 일반적인 적층 방법으로부터 측정한 지표변위 측정값은 큰 편차를 보이고 있어 신뢰도 있는 결과를 취득할 수 없었다. 따라서, 본 발명이 제안하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법에 의한 측정값이 높은 정확도 및 낮은 편차를 보임을 확인할 수 있었다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법을 이용하여 측정한 비행방향의 지표변위 속도도 및 정확도 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 이 실험은 영상레이더의 상승궤도(위성이 남극으로부터 북극방향으로 비행하면서 관측한 자료)로부터 취득된 자료를 통해 수행하였으며, 10개의 영상레이더 원시자료가 이용되었다. 실험지역은 상기 도 5의 실험과 같은 킬라우에아 화산지역이며, 본 발명이 제안하는 적층 방법에 대한 대조군으로서 일반적인 적층 방법을 이용한 비행방향의 지표변위 관측 결과를 제시하였다.
이에 대한 실험 결과는 상기 도5의 실험결과와 유사하였으며, 도 6(a) 및 도 6(b)의 평균 변위 속도도의 결과에 따르면, 본 발명이 제안하는 MAI 적층 방법을 이용한 지표변위 속도도의 측정값이 일반적인 적층 방법을 실행한 결과에 비해 높은 정밀도를 보이고 노이즈가 제거되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상시관측소로부터 수집된 GPS 상시관측 데이터와의 비교검증을 실시한 결과, 본 발명이 제안하는 MAI 적층 방법을 통한 측정값은 약 1.08cm/yr의 관측 오차를 보이는 반면, 일반적인 적층 방법을 통한 측정값은 약 2.04cm/yr의 관측 오차를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 측정된 지표변위 속도 값의 편차에서도 도 5의 실험결과와 유사하게, 일반적인 적층 방법 보다 본 발명이 제안하는 적층 방법이 뚜렷한 정밀도의 향상을 나타냄을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법 및 그 장치는 영상레이더 비행방향에 대한 지표변위 관측 정밀도를 1cm/yr 수준까지 향상시키는 것이 가능하며, 이를 통해 현재까지 낮은 정밀도로 인해 관측이 어려웠던 지반침하 지역 및 단층대 등의 지구조 운동지역에서의 미세변위를 측정하는 것이 가능하다.
그리고 비행방향의 지표변위 관측 정밀도의 향상은 정밀한 3차원 지표변위의 추출과 직결되어 있으며, 이로부터 미세변위가 발생하는 지역에 대한 3차원 지표변위를 복원하고 변위의 발생원인, 규모, 그리고 발생 범위 등에 대한 정확한 판단을 가능하게 하므로, 본 발명은 미고결 퇴적층 및 매립지반의 안정성 검토, 도심지역의 지반침하 감시 및 원자력 발전소 부지선정을 위한 안정성 검토 등에 활용될 수 있다.
이하에서는 상기에 자세히 기술한 내용을 바탕으로 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법을 간단히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법에 관한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 간섭도 제작부(110)에서 다중시기 간섭쌍들의 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작한다(S210).
즉, 간섭도 제작부(110)는 각 다중시기 간섭쌍들의 주 영상(master)과 부 영상(slave)에 대한 전방관측 영상 레이더 및 후방관측 영상레이더의 복소수자료(SLC; single look complex)를 제작하고, 이들을 정밀하게 정합(coregistration)한 이후 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 통하여 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작한다.
이때, 상기 다중시기 간섭쌍들의 선별은 센서간의 수직기선(perpendicular baseline)을 고려하여 결정된다. 상기 수직기선은 두 관측시기의 위성센서가 지표상의 동일한 지표 산란체를 관측할 때, 센서간의 위치차이로부터 시선방향(LOS)의 수직성분을 의미하는 것으로, 수직기선의 길이 증가는 InSAR 간섭도의 긴밀도 저하를 발생시키며, 임계치 이상의 수직 기선길이를 갖는 간섭쌍은 간섭 위상을 생성하지 못한다. 따라서 본 발명에서 이용되는 다중시기 간섭쌍들은 짧은 수직기선을 갖는 것들로 선별하는 것이 바람직하다.
그리고 간섭도 제작부(110)를 통해 제작되는 전방관측 간섭도는 상기의 주 영상과 부 영상으로부터 생성한 전방관측 SLC 영상 쌍으로부터 제작되고, 후방관측 간섭도는 주 영상과 부 영상으로부터 생성한 후방관측 SLC 영상 쌍으로부터 제작된다. 이때, 전방관측 SLC 영상과 후방관측 SLC 영상은 정규화 된 스퀸트 조정변수(normalized squint adjustment parameter)로부터 전방관측과 후방관측의 도플러 중심주파수 및 도플러 대역폭을 결정한 후 신호압축을 통해 제작된다. 상기 정규화된 스퀸트 조정변수는 서브어퍼쳐 SLC 영상의 안테나 어퍼쳐 크기를 전기적으로 조정하는 파라미터로서 일반적으로는 0.5의 값을 이용하며, 스퀸트 조정변수가 1에 가까울수록 서브어퍼쳐 도플러의 대역폭이 작아지고 전방관측 SLC 영상과 후방관측 SLC 영상의 해상도를 저하시키게 된다.
또한, 간섭도 제작부(110)는 다음의 일반적인 절차에 따라 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작할 수 있다.
즉, 간섭도 제작부(110)는 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작할 때, (1) 다중시기의 영상레이더 원시(RAW)자료의 신호압축을 통한 주 영상 및 부 영상자료의 SLC를 생성하고, (2) 주 영상과 부 영상을 정밀하게 정합하고, (3) 간섭도의 품질을 향상시키기 위하여 간섭쌍의 공동 신호대역을 필터링(common band filtering)하고, (4) 정합된 두 영상의 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 통해 위상차를 계산한 후 (5) 수치고도자료(DEM; digital elevation model)를 이용하여 지형고도 위상을 제거하는 절차를 수행하며, 이때, 위상의 언래핑(phase unwrapping) 과정은 실시하지 않는 것을 특징으로 한다.
여기서 주 영상과 부 영상을 정밀하게 정합하는 과정(2)의 경우, 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도 제작 시 주 영상을 기준으로 부 영상을 리샘플링(resampling)하는 정밀 정합 과정은 InSAR 간섭도의 제작시와 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 제작시에 동일한 변환계수를 사용하므로, 본 발명의 간섭도 제작부(110)는 InSAR 간섭도를 제작할 때 이용되는 변환식을 간섭도 제작 시 동일하게 적용하여 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작할 수 있다.
다음으로, 잔여위상 간섭도 제작부(120)에서 InSAR 간섭도의 위상성분 제거를 통해 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작한다(S220).
더 자세히 설명하자면, 잔여위상 간섭도 제작부(120)는 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도인 서브어퍼쳐(sub-aperture) 간섭도로부터 풀어퍼쳐(full-aperture) 도플러 대역폭을 통해 생성된 InSAR 간섭도의 위상성분을 제거함으로써 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작한다. 여기서, 서브어퍼쳐 간섭도는 전방관측 간섭도 또는 후방관측 간섭도를 의미하며, 풀어퍼쳐 간섭도는 어퍼쳐를 나누지 않고, 유효신호를 모두 사용하여 제작한 주 SLC 영상과 부 SLC 영상으로부터 만들어지는 간섭도를 의미한다. 그리고, 이때 제작된 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도의 잔여위상 성분 내에는 노이즈 및 비행방향의 지표변위 위상성분이 포함되어 있다.
잔여위상 간섭도 제작하는 단계S220은 본 발명의 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법에 있어서 핵심이 되는 기술로서, 단계S220은 InSAR 간섭도에서 노이즈를 필터링하는 노이즈 필터링 단계 및 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도와 InSAR 간섭도 간에 위상차를 산출(차분)하는 단계를 포함할 수 있다.
이때 노이즈 필터링 단계는 InSAR 간섭도에서 고주파 성분을 제거하며, 위상차를 산출하는 단계는 노이즈 필터링 단계에서 필터링된 InSAR 간섭도와 단계210에서 제작된 전방관측 간섭도 혹은 후방관측 간섭도와의 켤레복소수 곱을 통해 위상차를 산출한다.
이를 통해 제작된 잔여위상 간섭도는 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 단계S220에서 잔여위상 간섭도 제작부(120)는 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하도록 제작한다. 이에 대한 자세한 설명은 상기에 기술했으므로 이를 참조하도록 한다.
다음으로, 적층 간섭도 제작부(130)에서는 잔여위상 간섭도 제작부(120)에서 제작된 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도 각각을 개별적으로 적층함으로써, 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도를 제작한다(S230).
즉, 단계S230에서 적층 간섭도 제작부(130)는 잔여위상 간섭도 제작부(120)에서 제작된 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도를 이용하여 다중시기의 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 간에 적층을 개별적으로 수행함으로써 적층 간섭도를 제작한다.
본 발명은 단계S230을 통해 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 간에 적층을 개별적으로 수행함으로써, 각 서브어퍼쳐 간섭도 내의 노이즈 감쇠를 통해 신호 대 잡음비 (SNR)를 향상시키고, 이로부터 서브어퍼쳐 간섭도의 긴밀도를 최대화하는 것이 가능하며, 또한, 다중시기 간섭쌍들의 개별적인 MAI 간섭위상 계산 과정을 생략함으로써 MAI 간섭도 적층 공정을 간소화하고, 작업처리 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
여기서, 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도의 긴밀도 향상은 상기의 과정을 통해 생성되는 MAI 간섭도(본 발명의 적층된 MAI 간섭도)의 품질 향상에 직접적인 영향을 미치게 되므로, 잔여위상 간섭도를 제작하는 단계S220 및 적층 간섭도를 제작하는 단계S230은 본 발명에서 핵심적인 공정 절차로 볼 수 있다.
한편, 수학식 1은 MAI 간섭도의 품질을 평가할 수 있는 대표인자로서, 이에 대한 자세한 설명은 상기에 기술했으므로 이를 참조하도록 한다.
다음으로, 적층된 MAI 간섭도 획득부(140)에서는 적층된 전방관측 간섭도와 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 산출된 위상차를 이용하여 적층된 MAI 간섭도를 획득한다(S240).
더 자세히 말하자면, 적층된 MAI 간섭도를 획득하는 단계S240은 단계S230에서 제작된 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도의 위상차를 산출하며, 이때, 위상차를 산출하는 과정 즉, 차분과정은 적층된 전방관측 간섭도와 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 계산되며, 이로부터 산출된 적층된 MAI 간섭위상을 통해 적층된 MAI 간섭도를 획득할 수 있다.
이때, 상기의 위상차 산출(차분) 과정을 통해 획득된 적층된 MAI 간섭도에는 적층된 전방관측 간섭도와 적층된 후방관측 간섭도의 수직기선 차이로부터 발생하는 잔류 위상오차(플랫어스 위상 및 고도위상) 성분이 포함되어 있다. 이를 보정하기 위해, 본 발명은 적층된 MAI 간섭도를 획득한 이후에 이를 보정하는 절차를 수행할 수 있다.
즉, 단계S250은 단계S240에서 획득한 적층된 MAI 간섭도의 잔류위상 오차를 보정하는 단계로, 상기 보정은 기존 연구에 의해 정립된 방법을 통해 실시할 수 있으며, 이는 각 픽셀의 위치 정보 및 고도정보를 이용하여 다항식 모델을 생성하고 이를 통해 보정하는 방법이 이용될 수 있다.
한편, 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도의 개별 적층을 통해 MAI 간섭위상을 적층하고, 이를 통해 위성의 비행방향에 대한 지표변위를 측정하는 공정은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 상기에 설명했으므로 이를 참조하도록 한다.
따라서, 본 발명에서 제시하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법은 영상레이더 자료를 통해 지표면의 정밀한 3차원 변위 관측이 가능하고, 현재까지 관측이 어려웠던 미세변위 발생지역에 대한 관측이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치
110: 간섭도 제작부 120: 잔여위상 간섭도 제작부
122: 노이즈 필터링부 124: 산출부
130: 적층 간섭도 제작부 140: 적층된 MAI 간섭도 획득부
150: 보정부

Claims (13)

  1. 다중시기 간섭쌍들의 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작하는 간섭도 제작 단계;
    상기 전방관측 간섭도 및 상기 후방관측 간섭도에서 풀어퍼쳐(full-aperture) 도플러 대역폭을 통해 생성된 InSAR 간섭도의 위상성분을 제거하여 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작하는 잔여위상 간섭도 제작 단계;
    상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도 각각을 개별적으로 적층함으로써, 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도를 제작하는 단계; 및
    상기 적층된 전방관측 간섭도 및 상기 적층된 후방관측 간섭도의 위상차를 이용하여 적층된 MAI 간섭도를 획득하는 단계;를 포함하고,
    상기 잔여위상 간섭도 제작 단계는
    상기 InSAR 간섭도에서 고주파 성분을 제거하는 노이즈 필터링 단계; 및
    상기 필터링된 InSAR 간섭도와 상기 간섭도 제작 단계에서 제작된 상기 전방관측 간섭도 또는 상기 후방관측 간섭도와의 켤레복소수 곱을 통해 위상차를 산출하는 단계;
    를 포함하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층된 MAI 간섭도를 획득하는 단계 이후,
    상기 적층된 MAI 간섭도의 잔류위상 오차를 보정하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 보정하는 단계는
    각 픽셀의 위치 정보 및 고도 정보를 통해 생성된 다항식 모델을 이용하여 보정하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적층된 MAI 간섭도를 획득하는 단계는
    상기 적층된 전방관측 간섭도와 상기 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 산출된 상기 위상차를 이용하여 획득하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 잔여위상 간섭도 제작 단계는
    상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하도록 제작하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 간섭도 제작 단계는
    상기 다중시기 간섭쌍들의 주 영상(master)과 부 영상(slave)에 대한 전방관측 영상레이더 및 후방관측 영상레이더 각각의 복소수자료(SLC; single look complex)를 제작하여 정밀하게 정합한 후, 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 이용하여 제작하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
  8. 다중시기 간섭쌍들의 전방관측 간섭도 및 후방관측 간섭도를 제작하는 간섭도 제작부;
    상기 전방관측 간섭도 및 상기 후방관측 간섭도에서 풀어퍼쳐(full-aperture) 도플러 대역폭을 통해 생성된 InSAR 간섭도의 위상성분을 제거하여 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도를 제작하는 잔여위상 간섭도 제작부;
    상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 상기 후방관측 잔여위상 간섭도 각각을 개별적으로 적층함으로써, 적층된 전방관측 간섭도 및 적층된 후방관측 간섭도를 제작하는 적층 간섭도 제작부; 및
    상기 적층된 전방관측 간섭도 및 상기 적층된 후방관측 간섭도의 위상차를 이용하여 적층된 MAI 간섭도를 획득하는 적층된 MAI 간섭도 획득부;를 포함하고
    상기 잔여위상 간섭도 제작부는
    상기 InSAR 간섭도에서 고주파 성분을 제거하는 노이즈 필터링부; 및
    상기 필터링된 InSAR 간섭도와 상기 간섭도 제작부에서 제작된 상기 전방관측 간섭도 혹은 상기 후방관측 간섭도와의 켤레복소수 곱을 통해 위상차를 산출하는 산출부;
    를 포함하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적층된 MAI 간섭도의 잔류위상 오차를 보정하는 보정부;
    를 더 포함하고,
    상기 보정부는
    각 픽셀의 위치 정보 및 고도 정보를 통해 생성된 다항식 모델을 이용하여 보정하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적층된 MAI 간섭도 획득부는
    상기 적층된 전방관측 간섭도와 상기 적층된 후방관측 간섭도의 켤레복소수 곱을 통해 산출된 상기 위상차를 이용하여 획득하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 잔여위상 간섭도 제작부는
    상기 전방관측 잔여위상 간섭도 및 후방관측 잔여위상 간섭도 각각이 독립적인 위성센서의 비행방향 움직임에 대한 위상성분과 노이즈를 포함하도록 제작하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 간섭도 제작부는
    상기 다중시기 간섭쌍들의 주 영상(master)과 부 영상(slave)에 대한 전방관측 영상레이더 및 후방관측 영상레이더 각각의 복소수자료(SLC; single look complex)를 제작하여 정밀하게 정합한 후, 켤레복소수곱(complex conjugate multiplication)을 이용하여 제작하는 다중시기 MAI 간섭도의 적층 장치.
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