KR102260877B1 - 위성 합성개구레이더의 원시데이터 처리 방법 및 장치 - Google Patents

위성 합성개구레이더의 원시데이터 처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성 합성개구레이더의 원시데이터 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 전자장치가 합성개구레이더에서 빔을 조향하고 후방 산란되어 돌아오는 신호를 기반으로 생성된 원시데이터를 수신하는 단계, 전자장치가 원시데이터를 파싱하고 복수의 서브스와스를 설정하는 단계, 전자장치가 원시데이터를 디코딩하고 복수의 서브스와스를 기반으로 저장하는 단계 및 전자장치가 복수의 서브스와스의 순서대로 디코딩된 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하는 단계를 포함하며 다른 실시 예로도 적용이 가능하다.

Description

위성 합성개구레이더의 원시데이터 처리 방법 및 장치{Method and Apparatus for Source Data Processing of Synthetic Aperture Radar Satellite}
본 발명은 위성 합성개구레이더의 원시데이터 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
합성개구레이더(SAR; synthetic aperture radar)는 관측 지역에 대한 영상을 획득할 수 있는 레이더로, 무인기나 위성 등 이동하는 플랫폼에 탑재되어 비행경로(azimuth)의 측면으로 빔을 조향하고 후방 산란되어 수신한 신호와 원본 신호를 합성하여 비행 거리만큼의 개구면을 확보할 수 있다. 이를 합성 개구면 길이라고 하며, 신호의 압축 과정을 거쳐 비교적 작은 안테나 직경으로도 고해상의 영상데이터를 획득할 수 있다. SAR의 관측모드는 빔 조향 없이 일반적인 관측을 수행하는 스트립 맵 모드, 한 지점을 집중 조사하여 관측하는 스포트라이트 모드, 거리 방향으로 조향하며 넓은 지역을 관측하는 스캔 모드와 거리 및 방위 방향으로 빔을 조향하는 TOPS(terrain observation with progressive scans)모드가 있다. 각 관측 모드는 목적에 따라 설계되고 운용된다.
현재 유럽우주국의 C-band SAR위성인 Sentiel-1은 TOPS모드로 운용되고, 유럽우주국은 Sentinel-1의 level 0인 원시데이터, level 1인 SLC(single look complex)영상데이터와 GRC(ground range detected)영상데이터, level 2인 ocean영상데이터를 필요한 국가에 제공한다.
여러 연구소에서는 level 1인 영상데이터를 유럽우주국으로부터 수신하기도 하지만, level 0인 원시데이터를 수신하여 원하는 연구 결과를 획득하기도 한다. 특히, 현재 상용되고 있는 여러 툴은 level 0인 원시데이터의 처리 방법을 제공하고 있지 않다. 그리고 level 1인 SLC를 이용하여 연구 결과를 획득하고자 할 때, 툴에서 제공하는 여러가지 기능들을 이용하여 영상을 획득한다. Level 0인 원시데이터의 처리 과정은 유럽우주국에서 제공하고 있으나 정확한 절차를 제공하고 있지 않다. 원시데이터의 처리는 관측데이터가 저장된 순서대로 데이터를 불러온 후, 위성 기하 변수들의 파싱, 관측데이터의 디코딩을 수행한다. 그리고, 디코딩된 원시데이터를 다시 호출하여 비행 경로에 따라 정렬한 뒤, 정렬된 원시데이터를 이용하여 level 1인 영상을 생성해야 하므로, 영상데이터 생성 시에 오랜 시간이 소모되는 단점이 있다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예들은 빔을 조향하는 서브스와스에 따라 원시데이터를 파싱하고, 플랫폼의 비행 경로를 기반으로 디코딩된 원시데이터를 저장하고, 저장된 순서를 기반으로 디코딩된 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하는 위성 합성개구레이더의 원시데이터 처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 원시데이터 처리 방법은, 전자장치가 합성개구레이더에서 빔을 조향하고 후방 산란되어 돌아오는 신호를 기반으로 생성된 원시데이터를 수신하는 단계, 상기 전자장치가 상기 원시데이터를 파싱하고 복수의 서브스와스를 설정하는 단계, 상기 전자장치가 상기 원시데이터를 디코딩하고 상기 복수의 서브스와스를 기반으로 저장하는 단계 및 상기 전자장치가 상기 복수의 서브스와스의 순서대로 상기 디코딩된 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 원시데이터를 수신하는 단계는, 상기 빔의 조향 방향과 상기 합성개구레이더의 비행 경로를 포함하고, 상기 빔 조향 방향을 우선순위로 하여 설정된 복수의 스와스에 대한 정보를 포함한 상기 원시데이터를 수신하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 서브스와스를 설정하는 단계는, 상기 원시데이터를 파싱하는 단계, 상기 원시데이터의 파싱결과를 기반으로 상기 복수의 스와스 각각에 대한 상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로를 확인하는 단계 및 상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로 중 상기 비행 경로를 우선순위로 상기 복수의 스와스를 그룹화할 상기 복수의 서브스와스를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 서브스와스를 기반으로 저장하는 단계는, 상기 원시데이터를 디코딩하고 상기 디코딩된 원시데이터를 상기 복수의 서브스와스의 순서에 따라 저장하는 단계인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 원시데이터 처리 장치는, 합성개구레이더에서 빔을 조향하고, 상기 빔이 후방 산란되어 돌아오는 신호로 생성된 원시데이터를 수신하는 안테나 및 상기 원시데이터를 파싱하고 설정된 복수의 서브스와스를 기반으로 디코딩된 원시데이터를 저장하고, 상기 복수의 서브스와스의 순서대로 상기 디코딩된 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 원시데이터는, 상기 빔의 조향 방향 및 상기 합성개구레이더의 비행 경로를 포함하고 상기 빔 조향 방향을 우선순위로 하여 설정된 복수의 스와스에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 프로세서는, 상기 원시데이터를 파싱하고 상기 원시데이터의 파싱결과를 기반으로 상기 복수의 스와스 각각에 대한 상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로를 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 프로세서는, 상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로 중 상기 비행 경로를 우선순위로 상기 복수의 스와스를 그룹화할 상기 복수의 서브스와스를 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 메모리를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 복수의 서브스와스의 순서에 따라 상기 디코딩된 원시데이터를 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 위성 합성개구레이더의 원시데이터 처리 방법 및 장치는, 빔을 조향하는 서브스와스에 따라 원시데이터를 파싱하고, 플랫폼의 비행 경로를 기반으로 디코딩된 원시데이터의 저장하여 별도의 정렬동작을 생략함으로써, 영상데이터 생성 시의 시간 소모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 관측 지역에 대한 데이터를 획득할 수 있는 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원시데이터를 처리하는 전자장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원시데이터를 처리하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 관측 지역에 대한 데이터를 획득할 수 있는 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 관측 지역에 대한 데이터를 획득할 수 있는 시스템은 무인기나 위성 등 이동하는 플랫폼(100)에 SAR(synthetic aperture radar)이 탑재되어 구현될 수 있다. SAR은 플랫폼(100)의 비행경로(azimuth)의 측면으로 빔을 관측 지역에 조향하고, 후방 산란되어 돌아오는 신호와 영상데이터를 합성하여 비행 거리만큼의 개구면을 확보할 수 있다. 이때, SAR의 전체 운용 기간 동안 지상에 빔을 조향한 지역 또는 범위를 스와스(swath)라 한다.
종래의 SAR은 빔이 조향되는 방향에 우선순위를 두고, 플랫폼(100)의 비행 경로를 후순위로 하여 제1 스와스, 제2 스와스, 제3 스와스, 제4 스와스 내지 제n-1 스위스 및 제n 스와스의 순서대로 원시데이터를 수집한다. SAR은 수집된 원시데이터를 지상에 위치한 전자장치(미도시)로 전송한다. 전자장치는 SAR로부터 전송된 원시데이터를 파싱하고, 파싱된 원시데이터의 디코딩을 수행하여 수집된 순서대로 저장한다. 종래의 방법으로 50000개의 원시데이터를 파싱하는데 약 950초가 소모되고, 파싱된 원시데이터를 디코딩하는데 약 4500초가 소모된다.
이어서, 전자장치는 디코딩되어 저장된 원시데이터를 호출하고, 영상데이터를 생성하기 위해 원시데이터의 정렬을 수행한다. 이때, 영상데이터는 플랫폼(100)의 비행 경로를 기준으로 생성되기 때문에, 전자장치는 스와스의 순서대로 저장된 원시데이터를 비행 경로에 따라 정렬해야 한다. 즉, 전자장치는 제2 스와스, 제5 스와스 내지 제n-1 스와스를 제1 서브스와스(110)로 정렬하고, 제3 스와스, 제6 스와스, 제n-3 스와스, 제n 스와스를 제2 서브스와스(120)로 정렬하며, 제1 스와스, 제4 스와스, 제7 스와스, 제n-2 스와스를 제3 서브스와스(130)로 정렬한다. 이와 같이, 원시데이터의 정렬을 수행하는데 약 4700초의 시간이 소모된다.
마지막으로, 전자장치는 정렬이 완료된 원시데이터를 포커스 알고리즘에 적용하여 관측 지역에 대한 영상데이터를 생성한다. 이와 같이, 종래에는 50000개의 원시데이터를 파싱, 디코딩 및 정렬하는데 약 10150초의 시간이 소모된다.
이를 해소하기 위해, 본 발명의 전자장치는 디코딩된 원시데이터를 정렬하는 동작을 수행하지 않는다. 보다 구체적으로, 전자장치는 수집한 원시데이터를 파싱하고 복수의 서브스와스를 설정한다. 전자장치는 원시데이터를 디코딩하고 설정된 복수의 서브스와스를 기반으로 디코딩된 원시데이터를 저장한다. 그리고, 전자장치는 복수의 서브스와스의 순서대로 디코딩된 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성한다.
이를 통해, 본 발명에 따른 전자장치는 50000개의 원시데이터를 저장하는데 약 5450초의 시간이 소모된다. 즉, 본 발명에 따른 전자장치는 영상데이터를 생성하기 이전에 소모되는 시간이 약 5450초로 종래의 방법에 비해 47%정도의 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다. 이와 같은 전자장치의 동작은 하기의 도 2를 이용하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원시데이터를 처리하는 전자장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 플랫폼(100)의 이동에 따라 획득된 원시데이터를 처리하는 전자장치(200)는 SAR과의 통신을 통해 SAR로부터 원시데이터를 수신하여 처리하는 전자장치를 의미한다. 본 발명에 따른 전자장치(200)는 안테나(210), 메모리(220) 및 프로세서(230)를 포함한다.
안테나(210)는 SAR과의 통신을 통해 SAR에서 획득된 원시데이터를 수신하여 프로세서(230)로 제공한다. 이때, SAR은 빔 예컨대, 마이크로파 펄스가 조향되고, 조향된 빔이 후방 산란되어 돌아오는 신호를 순서대로 저장한다. 보다 구체적으로, SAR은 빔이 조향된 후 후방 산란되어 돌아오는 신호의 시간 순서대로 제1 스와스, 제2 스와스, 제3 스와스, 제4 스와스 내지 제n-1 스위스 및 제n 스와스 값을 할당한다. SAR은 조향된 빔이 후방 산란되어 돌아오는 신호를 기반으로 원시데이터를 생성하고, 이를 안테나(210)를 통해 전자장치(200)로 전송한다. 안테나(210)는 이와 같은 원시데이터를 수신하여 프로세서(230)로 제공한다.
메모리(220)는 전자장치(200)를 동작 시키기 위한 프로그램을 저장한다. 특히, 메모리(220)는 빔이 후방 산란되어 돌아오는 신호를 기반으로 확인된 원시데이터를 파싱하기 위한 알고리즘, 원시데이터를 디코딩하기 위한 알고리즘을 저장하고, 디코딩된 원시데이터를 이용하여 영상데이터를 생성하기 위한 포커스 알고리즘 등을 저장한다.
프로세서(230)는 원시데이터를 파싱한다. 이를 통해, 프로세서(230)는 원시데이터에서 확인 가능한 정보 예컨대, 스와스 값 및 스와스 각각에 대응되는 관측 지역에 대한 위치 정보 등을 확인할 수 있다. 프로세서(230)는 복수의 스와스로 서브스와스를 설정한다. 이때, 프로세서(230)는 플랫폼(100)의 비행 경로를 우선으로 서브스와스를 설정한다. 예를 들어, 프로세서(230)는 제2 스와스, 제5 스와스 내지 제n-1 스와스를 제1 서브스와스(110)로 설정하고, 제3 스와스, 제6 스와스, 제n-3 스와스, 제n 스와스를 제2 서브스와스(120)로 설정하며, 제1 스와스, 제4 스와스, 제7 스와스, 제n-2 스와스를 제3 서브스와스(130)로 설정할 수 있다.
프로세서(230)는 파싱이 완료된 원시데이터의 디코딩을 수행한다. 이때, 프로세서(230)는 FDBAQ(flexible dynamic block adaptive quantization) 디코딩을 수행할 수 있다. 프로세서(230)는 디코딩이 완료된 원시데이터를 메모리(220)에 저장한다. 프로세서(230)는 디코딩이 완료된 원시데이터에 할당된 스와스 값을 확인한다. 프로세서(230)는 확인된 스와스 값이 포함되는 서브스와스에 디코딩된 원시데이터를 저장한다.
프로세서(230)는 설정된 서브스와스에 디코딩된 원시데이터의 저장이 완료되면, 서브스와스별로 디코딩된 원시데이터를 호출하여 플랫폼(100)의 비행 경로를 기준으로 영상데이터로 생성한다. 즉, 프로세서(230)는 제1 서브스와스(110)에 포함된 제2 스와스, 제5 스와스 내지 제n-1 스와스에 대응되는 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하고, 제2 서브스와스(120)에 포함된 제3 스와스, 제6 스와스, 제n-3 스와스, 제n 스와스에 대응되는 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하고, 제3 서버스와스(130)에 포함된 제1 스와스, 제4 스와스, 제7 스와스, 제n-2 스와스에 대응되는 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 프로세서(230)는 서브스와스의 순서에 따라 디코딩된 원시데이터를 저장 및 호출하여 영상데이터를 생성함으로써, 원시데이터의 정렬에 소모되는 시간을 절약할 수 있고, 영상데이터를 생성할 때 소모되는 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원시데이터를 처리하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 301단계에서 프로세서(230)는 원시데이터를 확인한다. 보다 구체적으로, SAR은 빔을 조향한 후 후방 산란되어 돌아오는 신호의 시간 순서대로 제1 스와스, 제2 스와스, 제3 스와스, 제4 스와스 내지 제n-1 스위스 및 제n 스와스 값을 할당한다. SAR은 조향된 빔이 후방 산란되어 돌아오는 신호를 기반으로 원시데이터를 생성한다. 프로세서(230)는 안테나(210)를 통헤 SAR로부터 수신된 원시데이터를 확인한다.
303단계에서 프로세서(230)는 확인된 원시데이터의 파싱을 수행한다. 이를 통해, 프로세서(230)는 원시데이터에서 확인 가능한 정보 예컨대, 스와스 값 및 스와스 각각에 대응되는 관측 지역에 대한 위치 정보 등을 확인할 수 있다.
305단계에서 프로세서(230)는 복수의 서브스와스를 설정한다. 프로세서(230)는 플랫폼(100)의 비행 경로를 우선으로 서브스와스를 설정한다. 예를 들어, 프로세서(230)는 제2 스와스, 제5 스와스 내지 제n-1 스와스를 제1 서브스와스(110)로 설정하고, 제3 스와스, 제6 스와스, 제n-3 스와스, 제n 스와스를 제2 서브스와스(120)로 설정하며, 제1 스와스, 제4 스와스, 제7 스와스, 제n-2 스와스를 제3 서브스와스(130)로 설정할 수 있다.
307단계에서 프로세서(230)는 파싱이 완료된 원시데이터의 디코딩을 수행한다. 이때, 프로세서(230)는 FDBAQ(flexible dynamic block adaptive quantization) 디코딩을 수행할 수 있다. 309단계에서 프로세서(230)는 디코딩이 완료된 원시데이터를 메모리(220)에 저장한다. 프로세서(230)는 디코딩이 완료된 원시데이터에 할당된 스와스 값을 확인한다. 프로세서(230)는 확인된 스와스 값이 포함되는 서브스와스에 디코딩된 원시데이터를 저장한다.
311단계에서 프로세서(230)는 서브스와스별로 디코딩된 원시데이터를 호출하고, 313단계를 수행한다. 313단계에서 프로세서(230)는 호출된 원시데이터를 이용하여 플랫폼(100)의 비행 경로를 기준으로 영상데이터를 생성한다. 보다 구체적으로, 프로세서(230)는 제1 서브스와스(110)에 포함된 제2 스와스, 제5 스와스 내지 제n-1 스와스에 대응되는 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하고, 제2 서브스와스(120)에 포함된 제3 스와스, 제6 스와스, 제n-3 스와스, 제n 스와스에 대응되는 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하고, 제3 서버스와스(130)에 포함된 제1 스와스, 제4 스와스, 제7 스와스, 제n-2 스와스에 대응되는 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성한다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서는 303단계 이후에 305단계가 수행되는 것을 예로 수행하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 서브스와스는 원시데이터를 파싱하기 이전에 수행될 수도 있고, 원시데이터를 디코딩 한 후 저장하기 이전에 수행될 수도 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 전자장치가 합성개구레이더에서 빔을 조향하고 후방 산란되어 돌아오는 신호를 기반으로 생성된 원시데이터를 수신하는 단계;
    상기 전자장치가 상기 원시데이터를 파싱하고 복수의 서브스와스를 설정하는 단계;
    상기 전자장치가 상기 원시데이터를 디코딩하고 상기 복수의 서브스와스를 기반으로 저장하는 단계; 및
    상기 전자장치가 상기 복수의 서브스와스의 순서대로 상기 디코딩된 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원시데이터를 수신하는 단계는,
    상기 빔의 조향 방향과 상기 합성개구레이더의 비행 경로를 포함하고, 상기 빔 조향 방향을 우선순위로 하여 설정된 복수의 스와스에 대한 정보를 포함한 상기 원시데이터를 수신하는 단계인 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서브스와스를 설정하는 단계는,
    상기 원시데이터를 파싱하는 단계;
    상기 원시데이터의 파싱결과를 기반으로 상기 복수의 스와스 각각에 대한 상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로를 확인하는 단계; 및
    상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로 중 상기 비행 경로를 우선순위로 상기 복수의 스와스를 그룹화할 상기 복수의 서브스와스를 설정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 서브스와스를 기반으로 저장하는 단계는,
    상기 원시데이터를 디코딩하고 상기 디코딩된 원시데이터를 상기 복수의 서브스와스의 순서에 따라 저장하는 단계인 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 방법.
  5. 합성개구레이더에서 빔을 조향하고, 상기 빔이 후방 산란되어 돌아오는 신호로 생성된 원시데이터를 수신하는 안테나; 및
    상기 원시데이터를 파싱하고 설정된 복수의 서브스와스를 기반으로 디코딩된 원시데이터를 저장하고, 상기 복수의 서브스와스의 순서대로 상기 디코딩된 원시데이터를 호출하여 영상데이터를 생성하는 프로세서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 원시데이터는,
    상기 빔의 조향 방향 및 상기 합성개구레이더의 비행 경로를 포함하고 상기 빔 조향 방향을 우선순위로 하여 설정된 복수의 스와스에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 원시데이터를 파싱하고 상기 원시데이터의 파싱결과를 기반으로 상기 복수의 스와스 각각에 대한 상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로를 확인하는 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 빔 조향 방향 및 상기 비행 경로 중 상기 비행 경로를 우선순위로 상기 복수의 스와스를 그룹화할 상기 복수의 서브스와스를 설정하는 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    메모리;
    를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 서브스와스의 순서에 따라 상기 디코딩된 원시데이터를 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 원시데이터 처리 장치.
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