KR100594969B1 - Method of correcting the orbit of sar image - Google Patents
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Abstract
본 발명은 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합성개구레이더 영상과 그 헤더로부터 획득한 정보를 이용하여 초기 위성궤도를 추출하고, 합성개구레이더 영상의 정확한 지상기준점 측량하고 이를 이용하여 초기 위성궤도를 실제 위성궤도에 근접하도록 제1 궤도보정을 한 후에, 위성회전 모델을 이용하여 제1 보정된 위성의 궤도를 보다 실제 궤도에 근접하도록 제2 궤도보정을 수행하는 과정으로 이루어진 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for correcting satellite trajectory of a synthetic opening radar image, and more particularly, to extract an initial satellite trajectory using the synthetic opening radar image and information obtained from the header, and to accurately measure a ground reference point of the synthetic opening radar image. And after performing the first orbital correction so that the initial satellite orbit is close to the actual satellite orbit using the same, the second orbital correction is performed to make the orbit of the first calibrated satellite closer to the real orbit using the satellite rotation model. The present invention relates to a satellite orbital correction method for a synthetic aperture radar image.
본 발명의 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법은, Satellite orbit correction method of the composite aperture radar image of the present invention,
하기의 수학식1과 같이 시간 t에 대한 함수로 표현되는 합성개구레이더 영상의 위성궤도를 보정하는 방법에 있어서,In the method for correcting the satellite trajectory of the synthetic opening radar image expressed as a function of time t as shown in Equation 1 below,
(a) 합성개구레이더 영상과 이에 대한 헤더의 정보를 이용하여 위성의 초기 궤도정보 파라미터(, , , , , , , , )를 추출하는 단계;(a) Using the synthetic aperture radar image and the header information, the initial orbital parameters of the satellite ( , , , , , , , , Extracting;
(b) 수치지형도 또는 GPS측량에 의해 상기 합성개구레이더 영상에 포함되어 있는 영상기준점(i, j)에 대응하는 지상기준점 다수를 추출하는 단계;(b) a ground reference point corresponding to the image reference points (i, j) contained in the composite aperture radar image by a digital topographic map or GPS survey; Extracting a plurality;
(c) 상기 (a)단계에서 구해진 초기 궤도정보 파라미터를 초기치로 하고, 상기 (b)단계에서 얻은 다수의 영상기준점 및 지상기준점을 하기의 SAR 기하모델에 대입함으로서, 궤도정보 파라미터를 반복갱신하여 그 값을 결정하는 제1 위성궤도보정 단계;(c) The initial orbital information parameter obtained in step (a) is set as an initial value, and the orbital information parameter is repeatedly updated by substituting a plurality of image reference points and ground reference points obtained in step (b) into the following SAR geometric model. A first satellite orbital correction step of determining the value;
(d) 상기 (c)단계를 통해 보정된 위성궤도를 하기의 위성회전 모델과 같이, 그 크기를 k만큼 스케일링하고, 위성의 진행방향에 수직면 상에서 만큼 회전시켜 위성궤도를 보정하는 제2 위성궤도보정 단계;를 포함하여 이루어진다.(d) The satellite orbit corrected in step (c) is scaled by k, as shown in the following satellite rotation model, on a plane perpendicular to the direction of travel of the satellite. And a second satellite orbital correction step of correcting the satellite orbit by rotating as much as possible.
합성개구레이더, 궤도정보 파라미터, 수치지형도, GPS측량, SAR 기하모델, 위성회전모델 Synthetic Opening Radar, Orbital Information Parameter, Digital Topographic Map, GPS Survey, SAR Geometry Model, Satellite Rotation Model
Description
도 1 은 본 발명에 따른 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법을 나타낸 블록도.1 is a block diagram showing a satellite orbital correction method of a composite opening radar image according to the present invention.
도 2 는 합성개구레이더의 기하를 나타낸 도면.2 is a view showing the geometry of the synthetic aperture radar.
도 3 은 본 발명에 따른 위성회전 모델에 따른 기하를 나타낸 도면.3 is a view showing the geometry according to the satellite rotation model according to the present invention.
도 4 는 본 발명의 각 단계에서 얻어지는 위성궤도를 이용하여 제작된 차분간섭도를 비교한 도면.4 is a view comparing difference coherence produced using the satellite orbit obtained in each step of the present invention.
본 발명은 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합성개구레이더 영상과 그 헤더로부터 획득한 정보를 이용하여 초기 위성궤도를 추출하고, 합성개구레이더 영상의 정확한 지상기준점 측량하고 이를 이용하여 초기 위성궤도를 실제 위성궤도에 근접하도록 제1 궤도보정을 한 후에, 위성 회전 모델을 이용하여 제1 보정된 위성의 궤도를 보다 실제 궤도에 근접하도록 제2 궤도보정을 수행하는 과정으로 이루어진 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for correcting satellite trajectory of a synthetic opening radar image, and more particularly, to extract an initial satellite trajectory using the synthetic opening radar image and information obtained from the header, and to accurately measure a ground reference point of the synthetic opening radar image. And after the first orbital correction is performed so that the initial satellite orbit is closer to the actual satellite orbit, the second orbital correction is performed to make the orbit of the first calibrated satellite closer to the real orbit using the satellite rotation model. The present invention relates to a satellite orbital correction method for a synthetic aperture radar image.
합성 개구 레이더(SAR) 영상은 현재 많은 분야에서 응용되고 있다. 합성 개구 레이더 영상의 스테레오 기법(Radargrammetry)은 RADARSAT-1 SAR 영상으로부터 많은 지역의 수치표고자료를 제작하여왔고, 이미 국내의 모든 지역에 대한 자료를 제작하였으며, 합성 개구 레이더 영상의 간섭기법(SAR Interferometry)은 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)이라는 프로젝트를 통하여 전세계 대부분의 지역에 대한 수치표고자료를 제작한 바 있다. 또한, 합성 개구 레이더 영상으로부터 지반침하를 수 mm 단위로 측정할 수 있는 차분간섭기법(Differential SAR interferometry)은 2차원적으로 지반침하를 관측할 수 있는 유일한 방법으로 인식되고 있으며, 지진에 의한 지반침하, 산사태의 측정, 매립지의 침하 등의 많은 분야에서 사용되고 있다.Synthetic aperture radar (SAR) imaging is currently being applied in many fields. The radargrammetry of the composite aperture radar image has produced numerical elevation data of many regions from the RADARSAT-1 SAR image, and has already produced the data for all regions in Korea, and the SAR interferometry of the composite aperture radar image. ) Has produced numerical elevation data for most of the world through a project called the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). In addition, the differential SAR interferometry, which can measure the ground subsidence from the synthetic aperture radar image by several millimeters, is recognized as the only way to observe the ground subsidence two-dimensionally. It is used in many fields, such as landslide measurement and landfill settlement.
하지만, 상기 기법들을 이용하기 위해서는 합성 개구 레이더 영상이 촬영될 당시의 위성의 정확한 궤도를 알아야만 한다. ERS-1/2, ENVISAT 등의 위성은 매우 정확한 궤도를 제공하고 있지만, RADARSAT-1, JERS-1 등의 위성은 정확한 궤도정보를 제공하지 않기 때문에 이들 위성으로 촬영된 합성개구레이더 영상은 그 위성궤도가 보정되어야 한다.However, in order to use these techniques, one must know the exact orbit of the satellite at the time the composite aperture radar image was taken. Satellites such as ERS-1 / 2 and ENVISAT provide very accurate orbits, but satellites such as RADARSAT-1 and JERS-1 do not provide accurate orbital information. The trajectory must be corrected.
정확한 궤도 정보를 추출하기 위하여 사용한 기존의 방법은 위성궤도를 시간에 대한 다항식으로 표현하고, 헤더정보에서 추출된 초기 위성의 위치, 속도, 영상의 촬영시간, 그리고 영상에 대한 지상기준점을 SAR 기하모델에 적용하여 위성의 궤도정보 파라미터를 갱신하는 방법만을 사용하였다. 하지만, 위성은 잘 정의된 타원체를 따라 움직이기 때문에 이와 같이 위성의 궤도를 단순히 시간의 다항식으로 표현하고 SAR 기하모델만을 이용하는 것은 위성의 궤도 실제궤도에 근접시키는데 한계가 있다. 특히, 정밀하게 지반침하를 계산하는 차분간섭기법에 있어서는 종래와 같은 방법으로 보정된 위성궤도를 그대로 적용하기가 힘들다. Conventional methods used to extract accurate orbital information represent satellite orbits as polynomials over time, and SAR geometries represent the initial satellite position, velocity, image capture time, and ground reference point for images extracted from header information. In this paper, only the method of updating satellite orbit information parameters is used. However, since the satellite moves along a well-defined ellipsoid, the simple representation of the satellite's trajectory as a time polynomial and the use of SAR geometry models are limited to approaching the true orbit of the satellite. In particular, it is difficult to apply the corrected satellite orbit as it is in the differential inference method that calculates the ground settlement accurately.
본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 합성개구레이더 영상의 부정확한 위성궤도 정보를 실제 위성궤도에 거의 가까운 정확한 위성궤도로 보정하는 방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for correcting inaccurate satellite orbit information of a synthetic opening radar image with an accurate satellite orbit close to the actual satellite orbit. .
또한, 정확한 위성궤도를 제공함으로서 스테레오 기법(Radargrammetry) 또는 간섭 기법(SAR interferometry)으로 정확한 수치표고자료를 제작할 수 있으며, 차분간섭기법(Differential SAR interferometry)을 통하여 지반침하를 정확하게 관측할 수 있고, 기존에 존재하는 수치표고자료를 이용하여 정사영상을 정확하게 제작할 수 있도록 함을 또다른 목적으로 한다. In addition, by providing accurate satellite orbits, accurate numerical elevation data can be produced by stereogram (Radargrammetry) or interference (SAR interferometry). Another aim is to make accurate ortho-images using numerical elevation data present in.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법은, In order to achieve the above object, the satellite orbit correction method of the synthetic aperture radar image of the present invention,
하기의 수학식1과 같이 시간 t에 대한 함수로 표현되는 합성개구레이더 영상의 위성궤도를 보정하는 방법에 있어서,In the method for correcting the satellite trajectory of the synthetic opening radar image expressed as a function of time t as shown in Equation 1 below,
(a) 합성개구레이더 영상과 이에 대한 헤더의 정보를 이용하여 위성의 초기 궤도정보 파라미터(, , , , , , , , )를 추출하는 단계;(a) Using the synthetic aperture radar image and the header information, the initial orbital parameters of the satellite ( , , , , , , , , Extracting;
(b) 수치지형도 또는 GPS측량에 의해 상기 합성개구레이더 영상에 포함되어 있는 영상기준점(i, j)에 대응하는 지상기준점 다수를 추출하는 단계;(b) a ground reference point corresponding to the image reference points (i, j) contained in the composite aperture radar image by a digital topographic map or GPS survey; Extracting a plurality;
(c) 상기 (a)단계에서 구해진 초기 궤도정보 파라미터를 초기치로 하고, 상기 (b)단계에서 얻은 다수의 영상기준점 및 지상기준점을 하기의 SAR 기하모델에 대입함으로서, 궤도정보 파라미터를 반복갱신하여 그 값을 결정하는 제1 위성궤도보정 단계;(c) The initial orbital information parameter obtained in step (a) is set as an initial value, and the orbital information parameter is repeatedly updated by substituting a plurality of image reference points and ground reference points obtained in step (b) into the following SAR geometric model. A first satellite orbital correction step of determining the value;
(d) 상기 (c)단계를 통해 보정된 위성궤도를 하기의 위성회전 모델과 같이, 그 크기를 k만큼 스케일링하고, 위성의 진행방향에 수직면 상에서 만큼 회전시켜 위성궤도를 보정하는 제2 위성궤도보정 단계;를 포함하여 이루어지고,(d) The satellite orbit corrected in step (c) is scaled by k, as shown in the following satellite rotation model, on a plane perpendicular to the direction of travel of the satellite. And a second satellite orbital correction step of correcting the satellite orbit by rotating as much as possible.
상기 (d)단계의 k 및 는 하기의 수학식7에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하고,K of step (d) and Is obtained by the following Equation 7,
상기 k 및 는 시간 t에 대한 1차까지 구한 것을 특징으로 한다.K and Is obtained up to the first order of time t.
지구 주위를 회전하는 위성의 위치(지구중심 좌표계 상에서 위성의 위치벡터 =, , )는 하기의 수학식1과 같이 시간 t에 대한 2차 다항식으로 표현될 수 있다. The position of the satellite rotating around the earth (the position of the satellite in the global coordinate system) = , , ) May be expressed as a second order polynomial for time t, as shown in Equation 1 below.
수학식1 Equation 1
그리고 위성의 속도 는 위성의 위치를 시간에 대한 미분으로 표현할 수 있으므로, 하기의 수학식2와 같이 시간 t에 대한 1차 다항식으로 표현할 수 있다. And the speed of the satellite Since the position of the satellite can be expressed as a derivative with respect to time, it can be expressed as a first-order polynomial for time t as shown in Equation 2 below.
수학식2Equation 2
상기 수학식1 및 수학식2를 통해 알 수 있듯이, (, , , , , , , , )를 알면 특정 시간에서의 위성의 위치(궤도)뿐만 아니 라 위성의 속도도 알 수 있다. 따라서 이들을 위성의 궤도정보 파라미터라 정의한다.As can be seen from the above equations (1) and (2), ( , , , , , , , , ) Shows the satellite's speed as well as the satellite's position (orbit) at a particular time. Therefore, these are defined as satellite orbit information parameters.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명에 따른 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법을 개략적으로 도시한 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 (a)초기 궤도정보 파라미터를 추출하는 단계와, (b)지상기준점을 추출 하는 단계와, (c)제1 위성궤도보정 단계, 그리고 (d)제2 위성궤도보정 단계로 이루어진다. 참고로, 도1에서 보는 바와 같이 상기 (a)단계와 (b)단계는 상호 선후 관계를 갖지 않음을 미리 밝혀둔다.1 is a block diagram schematically illustrating a method for correcting satellite trajectory of a synthetic opening radar image according to the present invention, as shown in (a) extracting an initial orbital information parameter, and (b) extracting a ground reference point. And (c) a first satellite orbital correction step, and (d) a second satellite orbital correction step. For reference, as shown in FIG. 1, the steps (a) and (b) do not have a mutual relationship.
상기 (a) 초기 궤도정보 파라미터를 추출하는 단계는 (c) 제1 위성궤도보정 단계에 필요한 초기치를 구하는 것이다. The extracting of the initial orbital information parameter may include obtaining an initial value necessary for the first satellite orbital correction step.
합성개구레이더 영상과 이 영상에 대한 헤더정보에는 위성에서의 촬영시간 (t)와, 촬영당시의 위성위치 (, , )와, 위성의 속도(, , )가 포함되어 있다. The synthesized aperture radar image and the header information for this image include the shooting time (t) at the satellite and the satellite position at the time of shooting ( , , ) And the speed of the satellite ( , , ) Is included.
그런데 이러한 헤더정보는 연속적이지 않고 단속적으로 제공된다. 일반적으로 위성이 지구를 1회전하는 경우 일정한 시간간격을 두고 8점 이상에서 제공된다. However, such header information is provided intermittently rather than continuously. In general, when a satellite makes one round of the earth, it is provided at 8 points or more at regular intervals.
그렇기 때문에 헤더정보에 의해 제공되지 않는 특정시간에서의 위성위치와 속도를 알기 위해서는, 상기 수학식1,2와 같이 위성의 위치와 속도를 시간 t에 대 한 함수로 피팅(fitting)하고, 주어진 헤더정보를 이들 수학식에 대입하여 궤도정보 파라미터의 값을 결정해야 한다. Therefore, in order to know the satellite position and velocity at a specific time which is not provided by the header information, fitting the position and velocity of the satellite as a function of time t as shown in Equations 1 and 2, Information should be substituted into these equations to determine the value of the trajectory information parameter.
헤더정보에 의해 결정된 궤도정보 파라미터 값이 (, , , , , , , , )라 할 때 이들은 위성의 궤도가 보정되기 전의 위성의 위치를 특정하게 되므로 이들을 초기 궤도정보 파라미터라 정의한다. The track information parameter value determined by the header information is ( , , , , , , , , Since they specify the position of the satellite before the satellite's orbit is corrected, they are defined as initial orbit information parameters.
그런데, 문제는 전술한 바와 같이 많은 위성이 제공하는 헤더정보가 부정확하다는 것이다. 그래서 부정확한 헤더정보에 의해 얻어진 위성의 궤도도 부정확할 수밖에 없다. However, the problem is that the header information provided by many satellites is incorrect as described above. Thus, the satellite's orbit obtained by inaccurate header information is also inaccurate.
그래서 부정확한 위성궤도를 실제 위성궤도에 가깝게 보정하기 위해 (c) 제1 위성궤도보정 단계를 거친다. 제1 위성궤도보정을 위해 상기 (a)단계에서 추출한 초기 궤도정보 파라미터와 아래에서 기술되는 (b)단계에서 추출한 영상기준점에 대응하는 지상기준점이 필요하다. Therefore, in order to correct an inaccurate satellite orbit close to the actual satellite orbit, (c) the first satellite orbit correction step is performed. For the first satellite orbital correction, a ground reference point corresponding to the initial orbital information parameter extracted in step (a) and the image reference point extracted in step (b) described below is required.
상기 (b) 지상기준점을 추출하는 단계는 합성개구레이더 영상의 영상기준점(i,j)에 대응하는 지상기준점 을 추출하는 단계이다.In the extracting of the ground reference point (b), the ground reference point corresponding to the image reference point (i, j) of the synthetic opening radar image may be used. Extracting step.
국리지리원에서 발간된 수치지형도와 지형도를 이용하거나 현지에서 GPS 지상측량에 의해서 얻어진 지상기준점(GCP)에 해당하는 위치를 합성개구레이더 영상에 대응시킨다. 지상기준점은 사이길, 교차로, 호수의 둑과 제방 등과 같이 영상에서 위치를 쉽게 위치를 판별할 수 있는 곳을 지상좌표 로 표현한 것이다. 상기 지상좌표에 대응하는 위치를 합성개구레이더 영상에서 찾아 영상좌표 를 추출한다. 보다 정확한 위성궤도를 얻기 위해서 지상기준점은 한 영상에 고루 분포하도록 하여야 한다. 사용되는 지상기준점의 개수는 최소 5점 이상이어야 하며, 일반적으로 10개 이상을 사용한다.Using the digital topographic maps and topographic maps published by the National Institutes of Korea, or the location corresponding to the ground control point (GCP) obtained by GPS ground survey in the field, correspond to the synthetic opening radar image. The ground reference point is the ground coordinate where the position can be easily determined in the image such as a road, an intersection, a lake bank and an embankment. It is expressed as. Image coordinates by finding the position corresponding to the ground coordinates in the synthetic aperture radar image Extract In order to obtain more accurate satellite orbit, the ground control point should be distributed evenly in one image. The number of ground control points used should be at least 5 points, generally 10 or more.
상기 (c) 제1 위성궤도보정 단계는 위성의 위치와 속도를 표현하는 상기 수학식1,2의 궤도정보 파라미터가 실제 위성의 위치와 속도를 보다 정확하게 표현하도록 그 값을 결정하는 것이다. 이를 위해 하기의 수학식3,4로 표현되는 SAR 기하모델에 (a),(b)단계에서 추출한 초기 궤도정보 파라미터와 영상기준점 및 지상기준점을 대입하고, Newton-Rapson방법을 이용하여 궤도정보 파라미터 값을 반복갱신하게 된다. In the step (c) of the first satellite orbital correction, the values of the orbital information parameters of Equations 1 and 2 representing the position and velocity of the satellite are more accurately represented. To this end, the initial orbital information parameter extracted from the steps (a) and (b), the image reference point and the ground reference point are substituted into the SAR geometric model represented by the following
도2에 도시된 합성개구레이더(SAR) 영상의 기하로부터 다음과 같은 SAR 기하모델(수학식3,4)이 성립된다.From the geometry of the synthetic aperture radar (SAR) image shown in FIG. 2, the following SAR geometry models (Equations 3 and 4) are established.
수학식3Equation 3
수학식4
여기서, R은 위성과 지상기준점 사이의 거리를 나타낸다. 이 값은 빛의 속도(c)를 갖는 레이더파를 위성에서 쏘고 받는 시간()에 의해 얻 어진다.(R=c/2)Where R is the satellite And ground control points Indicates the distance between. This value is the time to shoot and receive a radar wave from the satellite with the speed of light (c) Is obtained by (R = c /2)
이하에서는 궤도정보 파라미터를 구하는 과정을 간단히 설명한다.Hereinafter, a process of obtaining the track information parameter will be described briefly.
수학식1,2를 수학식3,4에 대입한다. 그리고 (b)단계에서 추출한 영상기준점 (i, j)과 이에 대응하는 지상기준점 다수를 이에 대입한다. 여기서 R은 영상좌표의 (j)에 비례하고, t는 영상좌표의 (i)에 비례한다. 그래서 (i), (j)를 알면 (t), (R)은 테이블에 의해 직접 구해진다. 따라서 수학식1,2가 대입된 수학식3,4에서 미지수는 궤도정보 파라미터 (, , , , , , , , ) 이다. Equations 1 and 2 are substituted into
수학식1,2가 대입된 수학식3,4에서 상기 궤도정보 파라미터는 일반적인 방법으로는 그 해를 구하기가 어렵기 때문에, 수치사진측량학에서 일반적으로 사용하는 테일러 급수전개를 통하여 비선형방정식을 선형화하고, Newton-Rapson방법을 이용하여 해를 반복갱신하는 방식을 이용한다. 이를 위해 궤도정보 파라미터의 초기치가 필요한데, 상기 초기치는 (a)단계에서 추출한 초기 궤도정보 파라미터를 이용한다. In
제1 위성궤도보정 단계를 거쳐 반복갱신된 궤도정보 파라미터는 보다 정확한 위성의 위치와 속도를 표현한다. 하지만, 위성이 타원체를 따라 움직이기 때문에 궤도정보 파라미터를 갱신하는 것만으로는 실제 위성의 궤도에 근접하는 정도에 머물게 된다. 따라서 위성궤도를 보다 정확하게 하기 위해 제2 위성궤도보정 단계가 필요하다.The orbital information parameter repeatedly updated through the first satellite orbital correction step represents a more accurate position and velocity of the satellite. However, since the satellite is moving along the ellipsoid, updating the orbital information parameter only stays close to the orbit of the actual satellite. Therefore, a second satellite orbit correction step is required to make the satellite orbit more accurate.
(d) 제2 위성궤도보정 단계는 상기 제1 위성궤도보정 단계를 거쳐 근사적으로 보정된 위성의 궤도를 지구중심에서 위성까지의 거리와 위성의 진행방향의 수직으로의 회전을 개선하는 위성회전 모델을 이용하여 보다 정확한 궤도로 보정하는 것이다.(d) The second satellite orbital correction step is a satellite rotation that improves the rotation of the satellite approximately corrected through the first satellite orbital correction step from the earth's center to the satellite and the rotation of the satellite in the vertical direction. The model is used to calibrate to a more accurate trajectory.
도3은 제2 위성궤도보정을 위한 위성회전 모델의 기하를 도시한 것으로 이를 참조하여 설명하면, 제1 위성궤도보정 단계를 거친 위성의 위치벡터 의 크기를 k만큼 스케일링하고, 위성의 진행방향에 수직면(정확히 위성 센서의 관측방향 벡터 ()와 위성의 위치벡터 가 이루는 면)상에서 만큼 회전시키는 것이다. 3 illustrates the geometry of the satellite rotation model for the second satellite orbit correction. Referring to this, the position vector of the satellite that has undergone the first satellite orbit correction step is illustrated. Scale the magnitude of k by a plane perpendicular to the direction of travel of the satellite (exactly the direction of ) And the position of the satellite On the plane of the It is to rotate as much.
이와 같이 제2 위성궤도보정 단계를 거친 위성의 위치벡터()는 아래의 수학식5로 표현되는 회전모델로 정의된다. In this way, the position vector of the satellite that has undergone the second ) Is defined as the rotation model represented by Equation 5 below.
수학식5Equation 5
여기서, 는 3차원 공간상에서 한 선에 대한 회전에 관한 문제로 다음과 같은 행렬로 표현할 수 있다. here, Is a problem about rotation about a line in three-dimensional space and can be expressed as the following matrix.
수학식6Equation 6
여기서, , , 는 벡터의 방향코사인 성분을 나타낸다. here, , , Is The direction cosine component of a vector is shown.
이상에서 본 바와 같이 우리는 제1 위성궤도보정 단계를 거친 위성의 위치벡터를 위성회전모델과 같이 k만큼 크기를 스케일링하고, 만큼 회전시킴으로서 보다 정확한 위성궤도로 보정을 하게 되었다. 이제 우리는 회전각 와 스케일 요소 k를 결정하면 된다. As seen above, we scale the position vector of the satellite that has undergone the first satellite trajectory correction step by k as the satellite rotation model, By rotating it as much as possible, a more accurate satellite orbit was calibrated. Now we have a rotation angle This is done by determining and k.
이를 위해 아래의 수학식7을 제안한다. 수학식7에서 R은 전술한 바와 같이 위성과 지상기준점 사이의 거리로서 빛의 속도(c)로 움직이는 레이더파를 위성에서 쏘고 받는 시간()에 의해 정확한 값을 얻을 수 있다. 그리고 각 지상기준점(상기 (b)단계에서 추출한 지상기준점)과 위성의 거리 의 제곱과 제2 위성궤도보정을 거친 위성 과 지상기준점 과의 거리의 제곱의 차가 최소가 되도록(즉, 수학식7을 만족하도록)하는 회전각 와 스케일 요소 k를 결정함으로서, 위성궤도를 실제 궤도에 보다 근접하게 보정하게 된다. To this end, the following Equation 7 is proposed. In Equation 7, R denotes the distance between the satellite and the ground reference point, and the time at which the satellite shoots and receives the radar wave moving at the speed of light (c). ) To get the correct value. And the distance between each ground reference point (the ground reference point extracted in step (b)) and the satellite. Satellite after the square of and the second satellite orbit correction And ground control points Rotation angle such that the difference in the square of the distance between By determining and the scale factor k, the satellite orbits are corrected closer to the actual orbits.
수학식7Equation 7
여기서 n은 지상기준점의 수로서 n=1,2,3,4… 중 어느 하나의 수이고, 회전각 와 스케일 요소 k를 시간 t에 대한 1차 까지 계산할 경우 4점 이상이 필요하다. 실험결과 GPS측량의 오차 또는 수치지형도의 오차를 보정하기 위해 10점 정도 를 이용하는 것이 바람직하다.Where n is the number of ground reference points and n = 1,2,3,4... Is any one of the number of rotation angle At least four points are needed to calculate and scale elements k up to the first order of time t. As a result of experiment, it is desirable to use about 10 points to correct the error of GPS survey or the digital topographic map.
그리고 상기 회전각 와 스케일 요소 k는 아래의 수학식8과 같이 시간에 대한 다항식으로 표현된다. And the rotation angle And the scale factor k are expressed as polynomials over time as shown in Equation 8 below.
수학식8Equation 8
상기 수학식8에서 와 k는 시간 t에 대해 1차까지 계산하는 것이 바람직하다. 이는 2차, 3차 이상으로 계산하는 것은 계산과정이 복잡하여 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 과보정의 위험이 있기 때문이다.In Equation 8 And k are preferably calculated up to the first order for time t. This is because the calculation of the second and third orders is complicated and time consuming, and there is a risk of overcorrection.
상기 수학식7이 만족하기 위해서는 상기 수학식8에 표현된 네 개의 파라미터(, , , )(시간의 1차까지 계산하는 경우)에 대한 편미분 값이 0이 되어야한다. 즉, 아래의 수학식9가 성립되어야 한다.In order to satisfy Equation 7, four parameters expressed in Equation 8 , , , The partial differential value for) (if calculating up to the first order of time) should be zero. That is, Equation 9 below must be established.
수학식9Equation 9
, ,
, ,
상기 수학식9와 같이 네 개의 방정식이 주어졌으므로, 네 개의 미지수 (, , , )는 제1 위성궤도보정 단계와 같이 사진측량학에서 사용하는 Newton- Rapson방법을 사용하여 구할 수 있다. 참고로, 여기서 초기치는 =1, ===0 이다.Since four equations are given as in Equation 9, four unknowns ( , , , ) Can be obtained using the Newton-Rapson method used in photogrammetry as in the first satellite orbital correction step. For reference, the initial value here = 1, = = = 0
도4는 본 발명의 각 단계에서 얻어지는 위성궤도를 이용하여 제작된 차분간섭도(Differential interferogram)를 비교한 도면으로, (가)는 헤더정보만으로 얻어지는 위성궤도를 이용한 것이고, (나)는 제1 위성궤도보정 단계를 거친 위성궤도를 이용한 것이고, (다)는 제2 위성궤도보정 단계를 거친 이성궤도를 이용한 것이다. 여기에 표현된 세로방향의 줄무늬는 잔여 fringe를 나타낸다. 이는 파동이 서로 만나 상쇄되고 보강되는 것과 같은 이치를 보인다. 두 위성사이의 거리에 따라서 이 fringe의 상쇄되고 보강되는 간격이 달라진다. 도4의 (가)는 보정되지 않은 궤도로 실제 궤도에서보다 너무 짧은 간격의 보강과 상쇄가 나타난다. 도4의 (나)는 제1 궤도보정에 의한 것으로 보강과 상쇄의 간격은 맞지만, 근사적으로 위성궤도를 보정했기 때문에 그 차이에 의해서 휘어져 나타난다. 도4의 (다)는 제2 궤도보정 후를 나타내며, 정확한 궤도로 보정되었기 때문에 fringe가 휘어져 나타나는 것을 보정한다.FIG. 4 is a diagram comparing differential interferograms produced using satellite trajectories obtained in each step of the present invention. (A) shows a satellite trajectory obtained by using only header information. Satellite orbits that have undergone satellite orbital correction are used, and (C) uses heterogeneous orbits that have undergone the second satellite orbital correction. The longitudinal stripes represented here represent residual fringes. This makes sense as the waves meet, cancel and reinforce each other. The distance between the two satellites determines the offset and reinforcement of this fringe. Fig. 4A shows an uncorrected track, with reinforcement and cancellation at too short intervals than in the actual track. Fig. 4B shows the first orbital correction, but the gap between the reinforcement and the offset is correct, but because the satellite orbit is approximately corrected, it appears bent due to the difference. 4 (c) shows after the second trajectory correction, and corrects the fringes appearing because they are corrected with the correct trajectory.
이상에서 살펴본 본원 발명의 합성개구레이더 영상의 위성궤도 보정 방법을 다시 한번 간략히 설명하면 다음과 같다. The brief description of the satellite orbital correction method of the composite aperture radar image of the present invention described above is as follows.
(a)합성개구레이더 영상과 이에 대한 헤더의 정보를 이용하여 초기 위성궤도 를 구한다.(a) Initial satellite orbit using radar image and header information Obtain
(b)(c)수치지형도 또는 GPS측량에 의해 지상기준점을 추출하고 이를 SAR 기하모델에 대입하여 제1 보정된 위성궤도 를 구한다. (b) (c) First calibrated satellite trajectory by extracting ground control points by numerical topographic maps or GPS surveys and substituting them into SAR geometric models Obtain
(d)제1 보정된 위성궤도 를 위성회전모델을 이용하여 k만큼 스케일링하고 만큼 회전시켜 제2 보정된 위성궤도 를 구한다. (d) first calibrated satellite orbit Is scaled by k using satellite rotation model Rotated by Obtain
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 방법으로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형방법과 균등방법 및 대체방법을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be variously modified and can take various forms and only the specific embodiments thereof are described in the detailed description of the invention. It should be understood, however, that the present invention is not limited to the particular methods mentioned in the detailed description of the invention, but rather all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood to include.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 합성 개구 레이더 영상의 궤도 보정방법은, 합성개구레이더 영상의 부정확한 위성궤도 정보를 시간의 다항식으로 표현하고, 이를 지상기준점을 이용하여 SAR 기하 모델 방법으로 개선한 후, 위성회전 모델을 이용하여 한번 더 궤도를 보정함으로써 실제궤도에 거의 가까운 정확한 궤도 를 추출하여 스테레오 기법 또는 간섭 기법을 이용한 정확한 수치표고자료를 제작과할 수 있으며, 차분간섭기법을 통하여 지반침하를 정확하게 관측할 수 있고, 기존에 존재하는 수치표고자료를 이용하여 정사영상을 제작할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, in the orbital correction method of the composite aperture radar image according to the present invention, the inaccurate satellite orbit information of the synthetic aperture radar image is represented by a polynomial of time, and then improved using the ground reference point and the SAR geometric model method. In addition, by correcting the trajectory once more using the satellite rotation model, it is possible to extract accurate orbits close to the actual orbits and to produce accurate numerical elevation data using stereo or interference techniques. It can be observed, and it is effective to make an ortho image by using existing digital elevation data.
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