KR20120009186A - method for manufacturing a digital elevation model using a SAR data - Google Patents

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KR20120009186A
KR20120009186A KR1020100071141A KR20100071141A KR20120009186A KR 20120009186 A KR20120009186 A KR 20120009186A KR 1020100071141 A KR1020100071141 A KR 1020100071141A KR 20100071141 A KR20100071141 A KR 20100071141A KR 20120009186 A KR20120009186 A KR 20120009186A
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이재영
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Abstract

PURPOSE: A digital elevation model manufacturing method using SAR(Synthetic Aperture Radar) data is provided to simplify a complex processing progress by selecting a target area for using the SAR data. CONSTITUTION: Main SAR data and sub SAR data are matched(S102). Sub images are rearranged by using a matching result. A phase difference between the main SAR data and the sub SAR data is calculated. Interference is filtered by using the calculated interference(S103). DEM(Digital Elevation Model) is manufactured in order to extract a displacement index through a phase unwrapping method which changes phase information into an elevation value(S104, S105).

Description

SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법{method for manufacturing a digital elevation model using a SAR data}Method for manufacturing a digital elevation model using a SAR data

본 발명은 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 센서 자체가 발생하는 에너지를 이용하여 지표면으로부터 반사되는 에너지를 수신하여 지표면의 관측데이터를 취득하는 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a numerical value model using SAR data, and in particular, by using energy generated by the sensor itself to receive energy reflected from the ground surface and using SAR data to obtain observation data of the ground surface. It is about how to make a model.

일반적으로, 지표면의 고도를 나타내는 수치고도모형은 다양한 방법에 의해 취득될 수 있으나 각각의 방법에 대해 장단점이 있다. 가장 일반적인 방법은 수치지형도에서 등고선을 이용하여 제작하는 방법이 있으며, 그 밖에도 토털스테이션 및 GPS에 의한 현장측량, 항공사진측량 등과 같은 방법이 있다.In general, numerical values representing the elevation of the earth's surface can be obtained by various methods, but there are advantages and disadvantages for each method. The most common method is to use the contour line in the digital topographic map, and there are other methods such as total station, GPS field survey, and aerial survey.

수치지형도를 이용하는 방법은 수치지도 제작시기와 현재시기의 시간적 차이에 의해 수치지형도 제작 이후 발생한 변화에 대한 정보를 포함할 수 없는 단점이 있으며, 현장측량방법은 시간이 많이 소요되기 때문에 넓은 지역의 수치고도모형을 제작하는데 적합하지 않다. 광학영상을 취득하는 항공사진측량은 영상촬영 면적이 협소하고 복잡한 처리과정과 전문인력, 비용, 시간이 소요되는 단점이 있다. 또한 광학영상은 영상촬영시기 및 날씨에 따라 품질이 떨어질 수 있으며 시간적 제약을 받는다.The method of using a digital topographic map has a disadvantage in that it cannot include information on the changes that have occurred since the digital topographic map was created due to the time difference between the time of the digital map production and the present time. It is not suitable for producing high level models. Aerial photographic surveys that acquire optical images have disadvantages such as a small imaging area, complicated processing, professional manpower, cost, and time. In addition, optical images may be deteriorated depending on the timing of shooting and the weather, and are subject to time constraints.

레이더 간섭기법인 SAR간섭(interferometry)기법은 레이더 영상으로부터 표고데이터를 추출할 수 있는 방법으로 광학영상의 단점을 극복할 수 있고, 정확도 또한 기술의 발전으로 높아지고 있어 향후 정밀 수치고도모형 제작에 활용이 크게 증가할 것으로 예상되고 있다.SAR interferometry, which is a radar interferometry method, can extract elevation data from radar images, which can overcome the shortcomings of optical images, and accuracy is also increasing due to the development of technology. It is expected to increase.

또한, 위성 원격탐사는 원거리에서 대상지역의 정보를 취득할 수 있는 장점을 가지고있으며 이러한 장점으로 현재 지도제작, 재난지역 모니터링, 지형변화탐지, 군사목적 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 원격탐사에서 이용되는 센서는 인공위성 또는 항공기에 탑재된 자료취득 장비로서 수동적 센서(passive sensor)와 능동적 센서(active sensor)로 구분된다.In addition, satellite remote sensing has the advantage of acquiring information of the target area from a long distance, and this advantage is currently used in various fields such as mapping, disaster area monitoring, terrain change detection, and military purpose. Sensors used in remote sensing are data acquisition equipment mounted on satellites or aircrafts and are classified into passive sensors and active sensors.

수동적 센서는 태양과 같은 외부에너지를 이용하여 지표면으로부터 반사되는 빛 에너지를 감지하는 것으로 주로 가시광선 및 적외선 영상을 취득하는 광학영상 센서를 의미한다. 능동적 센서는 센서 자체가 발생하는 에너지를 이용하여 지표면으로부터 반사되는 에너지를 수신하는 것으로 주로 마이크로 웨이브파를 이용하여 지표면의 관측데이터를 취득하는 것이다.Passive sensor senses the light energy reflected from the earth surface using external energy such as the sun, and means an optical image sensor that mainly acquires visible and infrared images. An active sensor receives energy reflected from the earth's surface using energy generated by the sensor itself, and mainly acquires observation data on the earth's surface using microwave waves.

능동적 센서에 의해 취득된 SAR(Synthetic Aperture Radar)데이터는 영상레이더 또는 합성 개구면 레이더 데이터라고도 하며, 레이더의 원리를 이용하여 능동적인 방식으로 지구관측 자료를 취득할 수 있다. SAR는 주?야간, 역광, 구름, 악천후 등과 같은 열악한 환경에서 광범위한 영상취득이 가능한 장점이 있으며 홍수, 태풍, 해일, 기름유출, 지진, 화산폭발 등과 같은 재해발생시 영상을 취득할 수 있고, 군사적으로 적국의 무기배치 및 이동상황 등을 모니터링 할 수 있기 때문에 지구관측자료의 활용분야에 획기적인 기술발전이 기대되고 있다.The SAR (Synthetic Aperture Radar) data acquired by the active sensor is also called image radar or synthetic aperture radar data, and the earth observation data can be acquired in an active manner by using the radar principle. SAR has the advantage of being able to acquire a wide range of images in harsh environments such as day and night, backlight, clouds, and bad weather, and can acquire images in case of disaster such as flood, typhoon, tsunami, oil spill, earthquake, volcanic eruption, and military As it can monitor the deployment of weapons and movements of the enemy nations, it is expected that the technological developments in the field of use of earth observation data will be innovative.

그러나 SAR데이터는 기존의 광학센서(optical sensor)에 의해 취득된 데이터에 비해 영상의 해상도가 낮고 시각적 판독이 어려우며 기하학적 구성이 복잡하여 처리과정이 복잡한 문제점이 있었다.However, the SAR data has a problem that the processing is complicated because the resolution of the image is low, visual readability is difficult, and the geometric configuration is complicated, compared with the data obtained by the conventional optical sensor.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 원시데이터에서 초기 신호처리를 거친 단일복소영상(Single Look Complex:SLC)를 이용하여 주영상과 부영상에서 처리영역을 선정하고 기선보정과 상호좌표등록을 통해 결합(coherence)계산을 수행하고, 결합 계산을 수행하고 간섭도를 계산하고 간섭패턴을 생성한 후 위상 불구속화(phase unwrapping)을 거쳐 위상정보를 표고값으로 전환함에 따라 수치고도모형을 제작함으로써 영상의 해상도를 높이고 처리과정을 단순화하는 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, using a Single Look Complex (SLC) that has undergone initial signal processing in raw data, selects a processing area in the main and sub-images, and compensates for the baseline and cross-coordinates. Through registration, the coherence calculation is performed, the coupling calculation is performed, the interference is calculated, the interference pattern is generated, and the phase information is converted to the elevation through phase unwrapping. The purpose of this paper is to provide a method for producing a numerical model using SAR data that increases the resolution of images and simplifies the process.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은,The present invention for performing such an object,

서로 다른 궤도를 지나면서 관측하여 서로 다른 좌표의 화소에 위치한 주 SAR데이터와 부 SAR데이터 간의 지구 곡률 위상 차이를 보정하기 위한 두개의 SAR데이터간의 정합과정;A matching process between two SAR data for correcting the earth curvature phase difference between the primary SAR data and the secondary SAR data located at pixels of different coordinates by observing through different orbits;

정합 결과를 이용하여 부영상을 재배열하여 두 개의 SAR데이터간의 위상차를 계산하여 간섭도를 산출하는 간섭도 산출과정;An interference calculation step of rearranging the sub-images using the matching result to calculate an interference degree by calculating a phase difference between two SAR data;

산출된 간섭도를 이용하여 간섭도의 신호대 잡음비(SNR)을 높이기 위하여 도플러 중심 주파수로 관측된 효과를 가지도록 보정해 주는 azimuth 필터링, 두개의 SAR데이터의 정렬 방향의 스펙트럼에서 중심 주파수의 차이를 보정하기 위한 정렬 필터링 및 지구 곡률 위상이 보정된 후의 간섭도에 남아있는 많은 잡음들을 제거하기 위한 후처리 필터링을 수행하기 위한 간섭도 필터링과정; 그리고,Azimuth filtering to calibrate to have the effect observed with the Doppler center frequency to increase the signal-to-noise ratio (SNR) of the interference using the calculated interference, and to correct the difference of the center frequency in the spectrum of the alignment direction of the two SAR data An interference filtering process for performing post-processing filtering to remove a large amount of noise remaining in the interference after the alignment curvature and the earth curvature phase are corrected; And,

위상 정보를 표고값으로 전환시키는 위상 불구속화(phase unwrapping)를 통하여 수치고도자료(DEM) 및 지표변위를 추출하기 위한 수치고도모형을 제작하는 수치고도모형제작단계를 포함한다.It includes the step of creating a high level model to extract the high level data (DEM) and the surface displacement through phase unwrapping, which converts the phase information into an elevation value.

본 발명에 따른 SAR영상을 이용하여 수치고도모형을 제작하는 방법은 영상의 해상도를 높이고 처리과정을 단순화함으로서 SAR데이터를 이용하여 대상지역을 선정하고 시스템을 적용함으로써 수치고도 모형을 제작하기 위해서 복잡한 처리과정과 전문인력, 비용, 시간이 소요되는 단점을 개선하는 효용성이 입증된다.The method for producing a numerical value model using the SAR image according to the present invention is to increase the resolution of the image and simplify the processing process by selecting a target region using SAR data and applying a system to produce a complex value model. Its effectiveness is proven to improve the process, manpower, costs and time-consuming shortcomings.

도 1 은 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법을 보여주기 위한 흐름도이다.
도 2는 SAR 간섭기술의 자료 취득방법의 일반적인 기하학적 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법에서 주 SAR영상을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법에서 부 SAR영상을 보여주는 도면이다.
도 5은 본 발명에 따른 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법에서 간섭도 영상을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법을 수행하여 제작된 수치고도모형이다.
도 7은 도 6의 수치고도모형을 3차원 가시화한 도면이다.
1 is a flow chart showing a method for producing a numerical value model using SAR data.
2 is a view for showing a general geometrical configuration of a data acquisition method of SAR interference technology.
3 is a view showing a main SAR image in the method for producing a numerical value model using SAR data according to the present invention.
4 is a view showing a secondary SAR image in the method for producing a numerical value model using SAR data according to the present invention.
5 is a diagram showing an interference image in a method for manufacturing a numerical value model using SAR data according to the present invention.
Figure 6 is a numerical model produced by performing a method for manufacturing a numerical value model using SAR data according to the present invention.
FIG. 7 is a three-dimensional visualization of the numerical model of FIG. 6.

본 발명의 레이더 간섭기술(Interferometry SAR)은 동일한 지점에서 얻어지는 두 개 이상의 SAR자료를 통해 위상정보를 이용함으로써 지형고도 및 변위를 측정하는 기술이며 차분 레이더 간섭기법(Differential Radar Interferometry)은 수십Km 이상의 넓은 지역을 수십m의 공간해상도로 수cm 정도의 측정민감도로 지형의 변위를 측정할 수 있다.The interferometry SAR of the present invention is a technique for measuring topographic elevation and displacement by using phase information through two or more SAR data obtained at the same point, and differential radar interferometry is wider than tens of kilometers. It is possible to measure the displacement of the terrain by measuring sensitivity of several centimeters with spatial resolution of several tens of meters.

본 발명에 따른 SAR영상으로부터 레이더 간섭기법을 이용하여 수치고도자료(DEM) 및 지표변위를 추출하기 위한 일련의 자료처리과정은 도 1에서 보는 바와 같이 두 개의 SAR영상간의 정합, 부영상의 재배열, 간섭도 필터링 및 위상 불구속화(phase unwrapping)를 통하여 수치고도자료(DEM) 및 지표변위를 추출하는 과정으로 진행된다.As shown in FIG. 1, a series of data processing procedures for extracting high-level data (DEM) and surface displacement using a radar interference technique from a SAR image according to the present invention is performed. Through the process of interference filtering and phase unwrapping, DEM and surface displacement are extracted.

위성 레이더 interferometry는 서로 다른 궤도를 지나면서 관측한 SAR 자료를 이용하므로 동일한 산란체는 영상에서 서로 다른 좌표의 화소에 위치하게 된다.Satellite radar interferometry uses SAR data from different orbits, so that the same scatterers are located at different coordinates in the image.

이러한 자료 간의 차이를 보정하기 위해서는 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같은 주 SAR영상 및 부 SAR영상간의 정합과정이 필요하다.In order to correct the difference between the data, a matching process between the primary SAR image and the secondary SAR image as shown in FIGS. 3 and 4 is required.

SAR간섭기술의 자료 취득방법은 두 개의 안테나가 서로 다른 비행체 또는 궤도에서 관측한 자료를 이용하는 방법으로 간섭위상이 발생하게 된다. 간섭 위상은 동일 산란체에 대한 두 번 또는 두 개의 SAR 관측에서 발생한 거리 차이와 관련 있다. 간섭 위상과 지형, 지구타원체 사이의 관계식은 다음과 같이 관측각(look angle)을 통해 상호 연결된다. 먼저 간섭위상은 기선거리(baseline), 관측각과 관련되어 나타나며, 다시 관측각은 지구타원체, 지형고도와 연관되어진다. SAR간섭기술의 자료 취득방법의 일반적인 기하학적 구성은 도 2와 같다. In the SAR data acquisition method, interference phases occur when two antennas use data observed from different planes or tracks. The interference phase is related to the difference in distance from two or two SAR observations of the same scatterer. The relationship between the interference phase, topography, and the ellipsoid is interconnected through the look angle as follows. First, the interference phase is related to the baseline and the observation angle, which in turn is related to the geospatial and topographical altitude. The general geometrical configuration of the data acquisition method of the SAR interference technology is shown in FIG.

도 2를 참조하면 두 안테나에서 지표까지의 거리를

Figure pat00001
Figure pat00002
로 놓았을 때, 두 안테나의 위상차이는 식 1과 같다.Referring to Figure 2, the distance from the two antennas to the ground
Figure pat00001
Wow
Figure pat00002
When set to, the phase difference between the two antennas is given by Equation 1.

Figure pat00003
(식 1)
Figure pat00003
(Equation 1)

여기서

Figure pat00004
Figure pat00005
센서의 파장이다. 는 궤도의 기하학적 구성에 따라 달라질 수 있으며, 식 1은 코사인 제 2법칙에 의해서 식 2와 같이 표현될 수 있다.here
Figure pat00004
Is
Figure pat00005
The wavelength of the sensor. May vary according to the geometry of the trajectory, and Equation 1 may be expressed as Equation 2 by the second law of cosine.

Figure pat00006
(식 2)
Figure pat00006
(Equation 2)

식 2에서 B는 기선의 길이이며,

Figure pat00007
는 관측각이고,
Figure pat00008
를 안테나의 수평인 직선상에서 기선과 이루는 각이다. 식 2는 다음과 같이 요약될 수 있다.In Equation 2, B is the length of the baseline,
Figure pat00007
Is the viewing angle,
Figure pat00008
Is the angle formed with the base line on the horizontal straight line of the antenna. Equation 2 can be summarized as follows.

Figure pat00009
(식 3)
Figure pat00009
(Equation 3)

이때

Figure pat00010
이므로 무시될 수 있다. 또한 식 3에서
Figure pat00011
은 기선거리의 수평성분
Figure pat00012
이므로At this time
Figure pat00010
Can be ignored. Also in equation 3
Figure pat00011
Is the horizontal component of the baseline distance
Figure pat00012
Because of

Figure pat00013
(식 4)
Figure pat00013
(Equation 4)

식 4와 같이 나타낼 수 있다. 다시 식 4를 식 1에 대입하면, 간섭도의 위상은 다음과 같이 표현될 수 있다.It can be expressed as Equation 4. Substituting Equation 4 back into Equation 1, the phase of the interference can be expressed as follows.

Figure pat00014
(식 5)
Figure pat00014
(Equation 5)

SAR자료를 이용하여 레이더간섭처리를 하면 도 5에서 보는 바와 같이 간섭도(interferogram)이 형성되는데, 이 때 작성되어지는 간섭도는 주로 지형에 의한 위상차가 가장 크게 나타나므로 지형간섭도라고 한다. 지형간섭도 형성시 발생할 수 있는 오차는 위성과 목표지점(산란체)사이의 거리, 위성과 위성 사이의 거리, 안테나 고도, 그리고 위상차 등의 오차에 기인한다. 레이더 간섭에서 위상은 정확한 위성 궤도의 기하학적 요소와 이상적인 신호 획득조건을 가정한 것이나 실제 자료는 이상적인 조건을 만족하지 않으므로 예상치 않은 위상 오차가 발생할 수 있다.When radar interference processing is performed using SAR data, an interference degree is formed as shown in FIG. 5, and the interference degree produced at this time is mainly referred to as terrain interference since the phase difference caused by the terrain is the largest. The error that can occur in the formation of topographical interference is due to the distance between the satellite and the target (scatter), the distance between the satellite, the satellite altitude, and the phase difference. In radar interference, the phase assumes accurate satellite orbit geometry and ideal signal acquisition conditions, but the actual data do not meet the ideal conditions, which can lead to unexpected phase errors.

레이더 기하관계로부터 간섭위상은 지형고도 뿐만 아니라 지구타원체에 의해서도 영향을 받는다. 기선의 길이와 각도(즉 궤도정보)를 정확히 알아야 하는데, 위성 궤도의 오차로 인한 잔여 위상은 추가적인 궤도 보정을 통하여 제거해 주어야 한다. 지구타원체에 의한 위상은 다음 식과 같이 표현될 수 있다.From radar geometries, the interference phase is influenced not only by the topography but also by the ellipsoid. The length and angle of the baseline (ie the orbit information) must be known accurately, and any residual phases due to satellite orbit errors should be removed by additional orbital correction. The phase due to the ellipsoid can be expressed by the following equation.

Figure pat00015
(식 6)
Figure pat00015
(Equation 6)

지구타원체 위상을 제거한 간섭위상은 식 5와 식 6의 차이므로, 이를 다시 정리하면 식 8과 같이 간략히 나타낼 수 있다.Since the interference phase from which the geospheroidal phase is removed is the difference between Equations 5 and 6, it can be briefly expressed as shown in Equation 8.

Figure pat00016
(식7)
Figure pat00016
(Eq. 7)

Figure pat00017
(식8)
Figure pat00017
(Eq. 8)

위 식에서

Figure pat00018
는 영상의 각 지점에서 지구타원체까지의 관측각이며,
Figure pat00019
이다.From the stomach
Figure pat00018
Is the angle of observation from each point in the image to the geospheroid,
Figure pat00019
to be.

본 발명에서 지구타원체에 의한 위상 보정은 위성간의 기선길이를 이용하지 않고, 직접 두 위성의 궤도정보를 이용한다. 주영상 내의 특정 점(line,pixel)에 대응하는 마스터(master)와 슬라브(slave)의 위성궤도의 좌표(x,y,z) 그리고 기준 타원체 위에서의 점의 좌표(x,y,z)를 세 개의 방정식(지구타원체 방정식, range 방정식, 도플러 방정식)을 이용하여 구한다. 도 2에서 보는 바와 같이 두 위성의 위치와 타원체상의 점으로부터 다음과 같은 공식을 이용하여 지구타원체 상에서의

Figure pat00020
를 구할 수 있다.In the present invention, the phase correction by the ellipsoid does not use the baseline length between satellites, but directly uses the orbital information of two satellites. Coordinates (x, y, z) of satellite orbits of master and slab corresponding to specific points (line, pixel) in the main image and coordinates (x, y, z) of points on the reference ellipsoid It is obtained using three equations (geospheroidal equation, range equation, Doppler equation). As shown in Fig. 2, the positions of the two satellites and the points on the ellipsoid are plotted on the ellipsoid using the following formula.
Figure pat00020
Can be obtained.

Figure pat00021
(식 9)
Figure pat00021
(Eq. 9)

이를 식 1에 대입하여 지구 곡률에 의한 위상

Figure pat00022
를 구할 수 있다. 실제로 지구타원체에 의한 위상 변화는 매우 선형적이므로, 영상에 고루 분포하는 임의의 수백~수천 점을 이용하여 지구타원체 위상을 구한 후 2차원 다항식에 최적화(2D polynomial fitting)를 실시하여 영상 전체에서의 위상을 계산하는 방법을 구현할 수 있다.Substituting this into Equation 1, the phase by the earth curvature
Figure pat00022
Can be obtained. In fact, the phase change caused by the ellipsoid is very linear. Therefore, the geospheroidal phase is obtained by using arbitrary hundreds to thousands of points distributed evenly in the image, and then optimized by 2D polynomial fitting (2D polynomial fitting). Can be implemented to calculate

수치고도모형(DEM)을 이용하여 SAR영상을 시뮬레이션하기 위해서는 위성의 영상취득 계수(PRF, 센서의 파장, 첫 번째 azimuth 획득 시간(

Figure pat00023
), 첫 번째 range 획득 시간(
Figure pat00024
)등 및 궤도정보가 요구되므로 리더파일 등으로부터 해당정보를 추출해야한다. 시뮬레이션을 위해 SAR 영상으로부터 선택된 지역의 좌표는 지리좌표계로 변환되어 입력된 DEM으로부터 해당영역을 추출한다.In order to simulate SAR images using the digital elevation model (DEM), satellite image acquisition coefficients (PRF, sensor wavelength, first azimuth acquisition time)
Figure pat00023
), First range acquisition time (
Figure pat00024
And orbital information is required, so the relevant information must be extracted from the reader file. The coordinates of the area selected from the SAR image for the simulation are converted to the geographic coordinate system to extract the area from the input DEM.

타원체 위에 있는 점

Figure pat00025
DHK 궤도에 놓여 있는 위성
Figure pat00026
사이의 방정식은 다음과 같다.Point on ellipsoid
Figure pat00025
Satellite in DHK orbit
Figure pat00026
The equation between

Figure pat00027
(식 10)
Figure pat00027
(Eq. 10)

수출된 수치고도모형(DEM)은 실제 SAR 영상의 화소 간격에 충분히 대응될 수 있도록 bilinear, bicubic 등의 방법을 이용하여 내삽되어야 한다. 내삽된 고도값들은 DEM의 좌표를 이용하여 지구중심 직교좌표계에서의 (x,y,z)로 변환되고, 다시 (x,y,z)값은 레이더 좌표계로 변환된다. 지리 좌표계로 변환하기 위해서 앞의 세 방정식 중 도플러 방정식만을 사용해 구할 수 있다. 도플러 방정식의 azimuth 시간(

Figure pat00028
)에 대한 미분은 다음과 같다.The exported numerical model (DEM) should be interpolated using bilinear and bicubic methods to fully correspond to the pixel spacing of the actual SAR image. The interpolated altitude values are converted to (x, y, z) in the geocentric Cartesian coordinate system using the coordinates of the DEM, and (x, y, z) values are converted to the radar coordinate system. To convert to a geographic coordinate system, only the Doppler equation can be obtained from the previous three equations. Azimuth time of the Doppler equation (
Figure pat00028
The derivative for) is

Figure pat00029
(식 11)
Figure pat00029
(Eq. 11)

여기서

Figure pat00030
는 위성의 가속도 벡터이다. 따라서 다음 Newton - Raphson 반복법을 이용하여 (
Figure pat00031
)을 구할 수 있다.here
Figure pat00030
Is the acceleration vector of the satellite. Therefore, using the Newton-Raphson iteration,
Figure pat00031
) Can be obtained.

Figure pat00032
(식 12)
Figure pat00032
(Eq. 12)

Figure pat00033
를 구하면 결국 위성의 위치가
Figure pat00034
가 결정되므로 다음 식을 이용하여 range 시간(
Figure pat00035
)을 구할 수 있다.
Figure pat00033
To get the position of the satellite
Figure pat00034
Is determined, so the range time (
Figure pat00035
) Can be obtained.

Figure pat00036
(식 13)
Figure pat00036
(Eq. 13)

Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
, PRF, range sampling rate를 이용하여 레이더 좌표계에서의 line과 pixel로 변환된다. SAR영상을 시뮬레이션하기 위해서는
Figure pat00040
,
Figure pat00041
뿐만 아니라
Figure pat00042
지점에서 지표면의 수직 벡터를 구해야한다. 수직벡터
Figure pat00043
은 주어진 점의 수치고도모형(DEM)에서 상하좌우에 위치한 4점의
Figure pat00044
를 구한 후 다음의 벡터연산을 이용해 구한다.
Figure pat00037
Wow
Figure pat00038
silver
Figure pat00039
The signal is converted into lines and pixels in the radar coordinate system using the PRF and the range sampling rate. To simulate a SAR image
Figure pat00040
,
Figure pat00041
As well as
Figure pat00042
We need to find the vertical vector of the earth's surface at a point. Vertical Vector
Figure pat00043
Is the value of 4 points on top, bottom, left and right
Figure pat00044
After obtaining, use the following vector operation.

Figure pat00045
(식 14)
Figure pat00045
(Eq. 14)

Figure pat00046
Figure pat00046

Figure pat00047
(식 15)
Figure pat00047
(Eq. 15)

영상 밝기는

Figure pat00048
Figure pat00049
사이의 각
Figure pat00050
를 구한 후 다음 식을 이용해 구할 수 있다.Video brightness
Figure pat00048
and
Figure pat00049
Angle between
Figure pat00050
After we find, we can find it by

Figure pat00051
Figure pat00052
(식 16)
Figure pat00051
Figure pat00052
(Eq. 16)

Figure pat00053
Figure pat00053

Figure pat00054
(식 17)
Figure pat00054
(Eq. 17)

간섭도의 모사는 지형에 의한 위상정보만을 가지고 있는 것과 지형 및 지구곡률에 의한 위상을 모두 가지고 있는 것 두 가지가 사용된다. 주영상과 부영상에서 위성의 위치 벡터

Figure pat00055
Figure pat00056
를 구해, 다음 식으로부터 지형과 지구타원체에 의한 위상을 포함한 간섭위상
Figure pat00057
값을 구한다.Two kinds of interference simulations are used, which have only phase information by terrain and both phase and earth curvature. Position vector of satellite in main and sub image
Figure pat00055
and
Figure pat00056
Find the interfering phase including the topography and the phase by the ellipsoid from the equation
Figure pat00057
Find the value.

Figure pat00058
(식 18)
Figure pat00058
(Eq. 18)

Figure pat00059
(식 19)
Figure pat00059
(Eq. 19)

Figure pat00060
(식 20)
Figure pat00060
(Eq. 20)

식 20으로부터 지구타원체 위상을 제거하면 식 21과 같다.Removing the geospheroidal phase from Eq. 20 gives Eq.

Figure pat00061
(식 21)
Figure pat00061
(Eq. 21)

식 21에서

Figure pat00062
이므로
Figure pat00063
는 다음과 같이 정리된다.In Equation 21
Figure pat00062
Because of
Figure pat00063
Is summarized as follows.

Figure pat00064
(식 22)
Figure pat00064
(Eq. 22)

Figure pat00065
(식 23)
Figure pat00065
(Eq. 23)

식 23에서

Figure pat00066
는 주영상의 레이더좌표계 (i,j)지점의 고도가 0일 때의 지구타원체 상의 위치벡터이며,
Figure pat00067
는 식 22를 이용하여 구한 것으로 부영상 위성이
Figure pat00068
지점을 관측할 때의 위성 위치벡터이다.In Equation 23
Figure pat00066
Is the position vector on the ellipsoid when the altitude of the radar coordinate system (i, j) of the main image is 0.
Figure pat00067
Is obtained using Equation 22.
Figure pat00068
Satellite position vector when observing a point.

이와 같은 방법에 의하여 수행되는 SAR데이터를 이용한 수치고도 모형제작 방법은 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 기존의 광학센서(optical sensor)에 의해 취득된 데이터에 비해 영상의 해상도가 높고 시각적 판독이 용이하며 처리과정이 복잡하지 않은 효과가 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, the numerical modeling method using SAR data performed by the above method has a higher resolution and easier visual reading than the data acquired by the conventional optical sensor. The process is not complicated.

Claims (1)

서로 다른 궤도를 지나면서 관측하여 서로 다른 좌표의 화소에 위치한 주 SAR데이터와 부 SAR데이터간의 지구 곡률 위상 차이를 보정하기 위한 상기 두개의 SAR데이터간의 정합과정;
상기 단계에서의 정합 결과를 이용하여 부영상을 재배열하여 상기 두 개의 SAR자데이터간의 위상차를 계산하여 간섭도를 산출하는 간섭도 산출과정;
상기 산출된 간섭도를 이용하여 간섭도의 신호대 잡음비(SNR)을 높이기 위하여 도플러 중심 주파수로 관측된 효과를 가지도록 보정해 주는 azimuth 필터링, 상기 두개의 SAR데이터의 정렬 방향의 스펙트럼에서 중심 주파수의 차이를 보정하기 위한 정렬 필터링 및 상기 지구 곡률 위상이 보정된 후의 간섭도에 남아있는 많은 잡음들을 제거하기 위한 후처리 필터링을 수행하기 위한 간섭도 필터링과정; 그리고,
상기 위상 정보를 표고값으로 전환시키는 위상 불구속화(phase unwrapping)를 통하여 수치고도자료(DEM) 및 지표변위를 추출하기 위한 수치고도모형을 제작하는 수치고도모형제작단계를 포함하는 SAR데이터를 이용하여 수치고도모형을 제작하기 위한 방법.
A matching process between the two SAR data for correcting the earth curvature phase difference between the primary SAR data and the secondary SAR data located at pixels of different coordinates by observing while passing through different orbits;
An interference calculation step of rearranging the sub-images using the matching result in the step to calculate an interference degree by calculating a phase difference between the two SAR data;
Azimuth filtering for correcting to have an effect observed at the Doppler center frequency in order to increase the signal-to-noise ratio (SNR) of the interference using the calculated interference, and the difference of the center frequency in the spectrum of the alignment direction of the two SAR data An interference filtering process for performing alignment filtering to correct the error and post-processing filtering to remove a large amount of noise remaining in the interference after the earth curvature phase is corrected; And,
By using SAR data including the step of producing a numerical value model for extracting the numerical value data (DEM) and the surface displacement through phase unwrapping that converts the phase information into an elevation value How to make a high school model.
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