2 - List of Figure ⅱ List of Table ⅳ 1. 서론 7 2. 이론적배경 해류의특성 SAR 원격탐사 SAR 영상에서해류속도추출을위한 Doppler shift 기법 HF-radar의개념

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1 1 - 이훈열교수지도 SAR 영상에서해류속도추출방법연구 강지혜 정수정 강원대학교지구물리학전공 2007년 11월목차

2 2 - List of Figure ⅱ List of Table ⅳ 1. 서론 7 2. 이론적배경 해류의특성 SAR 원격탐사 SAR 영상에서해류속도추출을위한 Doppler shift 기법 HF-radar의개념 연구방법 연구지역 SAR 영상자료처리 19 가. 해류 (current) 정보추출 24 나. Doppler shift 영상추출 24 다. 속도자료추출 HF-radar 자료처리 SAR 영상과 HF-radar 자료의비교 결과및해석 SAR 해류추출변수결정 HF-radar 자료처리결과및해석 SAR영상과 HF-radar 자료비교및보정 결론 56 참고문헌 57

3 3 - List of Figures Fig. 1. 기조력모식도. 11 Fig. 2. SAR 영상획득. 13 Fig. 3. RADARSAT-1 위성의영상모드. 14 Fig. 4. 연구지역 ( 주황색박스안 ). 18 Fig. 5. SAR 영상자료처리과정. 19 Fig. 6. SOP 프로세서 parameter file. 21 Fig. 7. SOP 자료처리과정. 22 Fig. 8. SLC header off 영상 ( ) 예. 23 Fig. 9. SAR Multilook 영상 ( ) 예. 23 Fig. 10. Doppler 영상 ( 서해안인천앞바다주변, ) 예. 25 Fig. 11. Doppler shift 추출결과 ( 인천앞바다주변, ) 예. 25 Fig. 12. Multilook 영상예 ( 인천앞바다주변, ). 26 Fig. 13. Doppler shift 벡터추출결과의예 ( 인천앞바다주변 ). 26 Fig. 14. 예측조류도 ( 국립해양조사원, ) 의예. 26

4 4 - Fig. 15. Velocity estimation text file 예. 27 Fig 시 30 분 SAR data 그리딩결과. 27 Fig. 17. SAR 속도추출영상기하보정 28 Fig. 18. HF_radar 자료처리모식도. 29 Fig. 19. HF_radar 자료그리딩작업예 (5 월 30 일 18 시 30 분 ). 30 Fig. 20. 좌표변환관계. 30 Fig. 21. SAR 영상과 HF 영상의 Region 영상의예. 32 Fig. 22. SAR 와 HF-radar 해류추출정보의비교분석요인. 32 Fig. 23. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ). 36 Fig. 24. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ). 37 Fig. 25. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ). 38 Fig. 26. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ). 39 Fig. 27. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ). 40 Fig. 28. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ). 41 Fig. 29. dc-avx, dc-avy 변화그래프 : , 5. 30,

5 5 - Fig. 30. continue dc-avx, dc-avy 변화그래프 : , 9. 27, Fig. 31. HF-radar U', V', U, V 영상.(5 월 6 일 ) 45 Fig. 32. HF-radar U', V', U, V 영상.(5 월 30 일 ) 45 Fig. 33. HF-radar U', V', U, V 영상.(7 월 17 일 ) 46 Fig. 34. HF-radar U', V', U, V 영상.(8 월 10 일 ) 46 Fig. 35. HF-radar U', V', U, V 영상.(9 월 27 일 ) 47 Fig. 36. HF-radar U', V', U, V 영상.(10 월 21 일 ) 47 Fig. 37. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정전 과후 (2003 년 5 월 6 일 ). 50 Fig. 38. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정전 과후 (2003 년 5 월 30 일 ). 51 Fig. 39. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정전 과후 (2003 년 7 월 17 일 ). 52 Fig. 40. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정전 과후 (2003 년 8 월 10 일 ). 53 Fig. 41. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정전 과후 (2003 년 9 월 27 일 ). 54 Fig. 42. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차이보정전

6 6 - 과후 (2003 년 10 월 21 일 ). 55 List of Tables Table 1. 조석예보표 (2005 년 1 월덕적도, MDC) 12 Table 2. RADARSAT-1 SAR 시스템의영상모드특성 15 Table 3. HF-radar 특성 16 Table 4. HF-radar 자료예 17 Table 5. HF-radar data 로부터추출되는정보 17 Table 6. RADARSAT-1 SAR 영상자료 20 Table 7. SOP 프로세서입출력 20 Table 8. 각영상의회전각 (θ) 31 Table 9. SAR_v 에서추출된정보 35 Table 10. HF-radar 의추출된정보 44 Table 11. SAR_v 와 HF_u' 오차정보, 보정후 SAR_v 정보 48

7 7-1. 서론 원격탐사는직접적인접촉없이관측하고자하는물체에관한정보를얻는것을말하며, 인공위성이나항공기등의탑재체에탑재된관측센서를사용한다. 관측센서의여러가지파장에서반사또는복사되는전자기파에너지등의매개체를통해대상물을관측, 기록한후이를분석하고, 필요한정보를추출하여내는기술로제한시켜나타내기도한다 ( 전성우외, 2000). 최근인공위성원격탐사는해양학분야에서경제적이고필수적인기술로부각되고있는데특히합성구경레이더 (synthetic aperture radar, SAR) 시스템은대기나기상상태에따른제약점이없고, 능동형센서를사용하여낮 / 밤에관계없이수시로변화하는해상의상태를고해상도의영상자료로제공할수있는특성으로인해파랑 (ocean wave), 해류 (ocean current) 와같은해상정보를추출하기위한연구에활용되고있다. 이연구에서사용된 RADARSAT-1 위성의영상자료는이러한 SAR 센서가탑재되어있으며, 이로부터다년간의축적된영상자료를제공하고있다. RDARSAT-1 시스템은 1995년 11월 4일캐나다정부에의하여발사되었으며, 지구상공 798 km에서극궤도인태양동기궤도로돌고있다. 이궤도는일반적으로촬영지의지역시간으로오전, 오후 6시에적도를통과한다. 궤도의기울기는 98.6도이며, 100.7분을궤도주기로하여하루에약 14회지구를돌고있다. RADARSAT-1 시스템에탑재된 SAR 센서는 5.3 GHz(5.7 cm) 의 C-밴드에서작동하며, 안테나의크기는 m이고, 수평편파 (horizontal polarization) 로송신되어수평편파로수신되는 HH-편광모드에서작동한다. 참조자료로활용된고주파레이더 (high frequency radar, HF-radar) 시스템은고주파를사용하여광역적인해수의움직임을매시간별로관측하고, 해양정보를실측하여얻을수있다. 일반적인유속측정장비와는달리육상기지국에서해수면에고주파를발사하고, 반사되어되돌아오는주파수변화를측정해표층해수의유동거리, 속도, 방향을측정하는장비이다. 넓은범위에서는야간이나해상안개, 태풍등의상황에서도지속적인관측이가능하다. HF_radar 자료가장기간누적이되면해수유동에대한시계열적예보가가능하여적조, 해양오염물의확산경로파악

8 8 - 등의해양환경모니터링에유용하게사용될수있다. 또한실시간해류정보를제 공함으로써선박의안전한항로유지와해양관련산업에유용하게사용할수있을것으로기대되고있다. 연안역에서는물리적환경요소들이동적이고변화가빠르므로동시성, 광역성, 고분해능을만족시키는자료가획득되지않으면현상을파악하기가매우어렵다. 이러한문제를극복하기위하여 HF_radar (seasonde) 를지속적으로운용하며급격한물리적환경요인변화가발생할때물성분포및구조관측을시행할수있다. 이연구에서는국립해양조사원 (National Oceanographic Research Institute, NORI) 에서조류예측자료와 HF-radar 자료를제공받아연구에활용하였다. 조류예측자료는한국연안의조류흐름을조류수치모델링을통해예측한자료로제공되고있다. 해수는해류를통해순환한다. 표층해류는전해양의 10% 에영향을미치며, 매우빠른속도로움직이며, 경계가확실한것도있지만아주느리고흩어져서흐르는것도있다. 바다위로부는바람은바닷물을끌어당겨폭은넓고, 깊이가 50~100 m를넘지않는해류를만든다. 또한표층해류는북반구에서는오른쪽으로휘고, 남반구에서는왼쪽으로휘는코리올리효과에의해영향을받는다. 코리올리효과는해류가발생되는원인은아니지만, 해류발생후에해류의방향을결정한다. 우리나라에영향을주는쿠로시오난류는동안난류와황해난류로나뉘어져동해안과황해안에영향을끼친다. 황해난류는쿠로시오해류에서갈라져나온스시마난류의한지류로, 제주도서쪽을통과하여황해중심부를따라북상한다. 이해류는우리나라와중국연안의큰강물들로부터유입된하천수와섞인후대륙연안을따라남하한다. 또한세력이매우약하고, 조류의영향을많이받아해류의위치, 방향, 속도등이일정하지않다. 해류와달리조석은달, 태양등천체의인력작용으로인해해면이 1일 2회주기적으로오르내리는현상을의미한다. 해수면이낮아지는것을간조라하고, 해수면이높아지는현상을만조라고한다. 간조와만조는달의인력이지구에미쳐바닷물을세게끌어당겨서일어나는현상이다. 이러한조석현상에따라바닷물은수평으로운동하는데이를조류라고한다. 조류가해류와다른점은바닷물이흐르는방향과속도가시간에따라변한다는점이다. 또한해류는지속적인흐름이지만, 조류는특정한시간에한해서나타나는현상이다. 이논문에서는 RADARSAT-1 SAR 영상자료를이용하여서해안인천부근의해

9 9 - 류속도를추출하고, 추출된속도정보를 HF-radar 자료를참조하여비교분석하 였다. 연구지역인인천앞바다의해류움직임은조석의영향을많이받는서해안의특성을보이는데이로부터발생되는해류속도정보추출에중점을두고있다. 일반적으로해류와같이해상에서발생되는동적인움직임은 SAR 영상자료의수신주파수의변화로부터 Doppler shift 기법을이용하여해류정보를추출할수있다. 본연구에서는속도정보추출을위해자체개발된 SAR Ocean Processor (SOP) 를이용하였으며, RADARSAT-1 SAR 영상으로부터해류속도파라미터를추출하였다. SOP을구동하여 SAR 영상자료로부터추출된속도정보는연구방법에서기술될일련의영상처리과정을통해 HF-radar 자료로부터추출된속도정보와비교분석을통해결과를도출하였다.

10 10-2. 이론적배경 2.1 해류의특성 해수는일정한통로나방향으로흐르지는않지만정지해있지않고, 항상움직이고있다. 해수를움직이게하는원천적인힘은태양에너지이다. 지구가둥글고위도에따른태양입사각도의차이에따라적도지방에는극지방보다더많은양의햇빛이비친다. 태양에너지에의한불균등한가열은전지구에걸쳐열이균등하게분배되려고하는흐름을유발하는데, 이러한흐름이해양에서는해류로나타난다. 해류는두가지힘의영향을받는다. 일차적인힘은처음에물을움직이게하며속도를결정한다. 이힘은물위로부는바람의응력, 물의열팽창과수축, 상층과하층사이의밀도차이다. 이차적인힘은흐름의방향과성격에영향을미친다. 해류는크게표층해류와심해해류로나뉜다. 전해수의 10% 는열팽창과바람의마찰에의해상층부 400 m 내에서수평으로흐르는표층해류이다. 대부분의표층해류는깊이에따라밀도가급격히변하는밀도약층의위쪽에서움직인다. 심해해류는밀도약층내부와그아래쪽의물도밀도와중력의작용으로느리고깊은순환을한다 ( 강효진외, 2002). 이물의움직임은해양침강, 기후변화, 바다의식량자원생성에서중요한역할을한다. 해수가크게유동하여생성되는해류는복잡한연안에서조석에의한영향을받는다. 바다에서는 1일에 2회, 약 12시간간격으로바닷물이상승과하강을하는현상인조석이발생한다. 조석은태양과달의인력에의해일어난다. 해안근처에서는이조석의효과가증대되어밀물과썰물의형태가인력에의해나타난다 ( 박수인외, 2004). Fig. 1은기조력에따른만조와간조의모습을보여준것이다. 해면이완전히올라간상태를만조, 완전히내려간상태를간조라한다. 간만의차는시간과장소에따라크게다르며, 이차는 15일주기로변화하며태양과달의위상차이로부터다음과같이 5 종류로나뉘어진다. 대조 : 간만의차가큰상태로초승달이나보름달의전후수일간

11 11 - 소조 : 간만의차가적은상태로달의형상이반월이되는전후수일간 중조 : 대조와소조사이의기간 장조 : 달의형상이상현, 하현을 1-2 일지난때의소조말기 약조 : 장조의다음날 ( 조의간만차가다시커진상태 ) Fig. 1. 기조력모식도. 조석에의해이동하는해수의흐름을조류라고한다. 이와같이조석에의해조류가생기므로조류의주기는조석의주기와일치한다. 그러나실제지형에서는인접지점에서도해안선지형이나수심의영향으로해수의흐름이복잡하게변하기때문에조석변동으로부터임의지점의조류변동을추정하기는매우어렵다 ( 강희도외, 2003). 연구지역인우리나라서해안은수심이얕고, 폭이좁은지형적인요인으로조차가크게발생한다. 서해안의간만의차는인천만에서 9 m로가장크며, 거의 5 m 이상이여서세계적으로도큰편이다 ( 두산세계대백과 ). Table 1은조석예보표예를나타낸것이다. Table 1의조석예보표는 2005 년 1월인천앞바다에위치한덕적도에서의조석예보표이다. 월령은달의모양을나타내고, 검은동그라미는삭일때의달의모양을, 흰동그라미는보름때를, 왼쪽검은달은상현을, 그반대는하현을나타낸다. 시간은 24시간제로사용되어졌으며, 파고 (height) 는물의높이를 cm 단위로나타낸것이다. 화살표의방향은저조 와고조 를나타낸다 ( 국립해양조사원해양정보센터 ).

12 12 - Table 1. 조석예보표 (2005 년 1 월, 덕적도, MDC) 2.2 SAR 원격탐사 합성구경레이더 (synthetic aperture radar, SAR) 는인공위성에탑재된센서중하나로서, 영상레이더 (imaging radar) 의일종이며해양에서중력이주요복원력이되는중력파 (gravity wave) 나파장이 1.73 cm미만의표면장력파 (capillary wave) 등파랑의분포상태를 2차원적인영상으로관측할수있는원격탐사시스템이다. 해상에나타나는표면파 (surface waves), 내부파 (internal waves), 해류 (currents), 바람 (wind cells), 해저지형에따른특성 (bathymetric features), 선박항적 (ship wakes), 기름유출 (oil spills) 등과같은해양학적현상들은후방산란계수 (backscattering coefficient) 나공간적스펙트럼분포 (spectral distribution) 에따라 2차원의 SAR 영상자료로가시화된다 ( 이훈열외, 2006). 원격탐사에서사용되는레이더시스템의종류는크게영상레이더, 고도계 (altimeter), 산란계 (scatterometer) 로구별되며, 이중영상레이더는고해상도의영상자료를취득할수있는시스템으로주로지질학적구조, 토지이용현황, 해상표면파, 극빙등과같은지표의특성을영상화하여관측하는데이용되고있다. Fig. 2는

13 13 - SAR 영상획득모식도를나타냈다. SAR 는 1 cm ~ 1 m 사이의마이크로파영역에 서측정되는원격탐사시스템으로일반적으로대상체나대상지역의경사, 지형, 거칠기 (roughness) 등과같은물리적성질과유전상수 (dielectric constant), 흡수도 (absorption), 전도도 (conductivity) 등과같은전기적특성에따라영향을받게되며, 이를통하여대상체나대상지역의성질과특성을영상에반영하게된다. Fig. 2. SAR 영상획득. 이연구에서사용된 RADARSAT-1 SAR 센서는 5.3 GHz (C-band) 의주파수및 HH-편광모드로작동하며, Fine, Standard, Scan SAR 등의다양한관측모드를제공한다. RADARSAT-1 위성은캐나다우주국 (Canadian Space Agency, CSA) 에의해개발된첫번째 SAR 원격탐사위성으로서 1995년 11월에 4일에발사되었다. Fig. 3과 Table 2는 RADARSAT-1 SAR 시스템의영상모드 (imaging mode) 특성을도시한것이다. RADARSAT-1 SAR 센서는지형지세의범위에적용할수있는선택적시야각도를가지며, 관측시간은각궤도에서최대 28분이며, 데이터저장을위한 2개의테이프레코더를갖추고있다. SAR 시스템은지표뿐만아니라해수표면에서의해류의정보를광학센서 (optical sensor) 보다효율적으로제공할수있다. 이논문에서는관측모드 standard 5 자료를사용하였으며, SAR의특성을활용하여해수표면에서의해류정보를추출하고자하였다. 또한 HF-radar의속도자료와비교분석함으로써 SAR 영상으로얻을수있는해류속도의최적값을찾고자하였다.

14 14 - Fig. 3. RADARSAT-1 위성의영상모드 ( Table 2. RADARSAT-1 SAR 시스템의영상모드특성.

15 SAR 영상에서해류속도추출을위한 Doppler shift 기법 해류의속도정보는단일산란체에대하여 SAR 영상이얻어지는시간동안에해상의해류가움직이면서발생되는 Doppler shift를이용한기법으로산출하였다. 속도정보추출을위해 SOP 구동시먼저관련파라미터를입력후 SAR 영상자료를처리하여도출되는결과는 Doppler 영상과벡터파일형식의 Doppler shift 예측정보, 벡터와텍스트파일형식의속도정보로나눌수있다. 사용된 SOP의입력자료는 SAR SLC (single look complex) 영상자료를이용하며, 이는해풍, 파랑, 해류정보추출알고리즘을기반으로일련의해역특성정보를추출하도록개발된프로그램이다. SOP에대해서는뒤에언급되어질 SAR 영상자료처리단계에서자세히기술될것이다. SAR 영상이얻어질당시산란체의움직임은 Doppler shift로기록된다. 해류의이동속도 (speed, ) 와 Doppler shift( ) 와의관계식은다음과같다 (Chapron et al., 2005). sin (1) : target speed towards radar (m/s) : Doppler shift (, ) : the electromagnetic wavenumber ( ) : the angle of incidence of the radar beam 는 와 nominal Doppler centroid와예측된 Doppler centroid 간의픽셀차 ( ) 로부터계산된다. 는 PRF(Pulse Repetition Frequency) 값을영상처리시일정한영역에해당하는 imagette size로나눈값이다. 해류이동속도의부호는산란체 ( 해류 ) 가안테나쪽을향하여움직이는경우는 (+) 값을, 멀어져가는경우는 (-) 값을나타낸다. 일반적으로 Doppler shift는 SAR 영상화전처리단계 (focusing) 에서 range 방향으로처리가이루어진후 azimuth 방향으로 1D Fourier 변환한상태에서이루어진다. SAR SLC 영상이입력자료인경우에는적당한크기의 imagette

16 16 - 을잘라 azimuth 방향으로 1D Fourier 변환된상태에서 Doppler shift 가산출된다 ( 이훈열외, 2006). 2.4 HF-radar 의개념 HF-radar (high frequency radar) 는도플러 (Doppler) 효과를이용하여관측위치로부터표층해수유동에대한거리, 속력, 방향을알려준다 ( 김창수, 2005). HF 신호는전기적인전도력이있는해수의표면에전달되고, microwave radar보다더잘이동한다. 또한비와안개에도영향을받지않는다. Doppler 효과는관측지점과관측자사이의거리가좁아질수록파동의주파수가높게, 거리가멀어질수록파동의주파수가낮게관측되는현상을말한다. HF-radar 장비는하나의수신안테나와전송안테나로이루어져있다. 이안테나들은 radar 전송부와수신부로연결되어있으며, 컴퓨터에의해관리되어진다. HF-radar는사용주파수에따라서실제관측할수있는파도의크기가 Table 3과같이달라진다. 이논문에서는 25 MHz 의주파수를사용한 HF-radar 자료를사용하였다. Table 3. HF-radar 특성 주파수 파장 ocean wave 25MHz 12m 6m 12MHz 25m 12.5m 5MHz 60m 30m HF-radar 자료는국립해양조사원을통하여제공받았으며, HF-radar 실측자료를통해얻을수있는정보는 Table 4와같다. Table 4에사용된기호의정의는 Table 5에기술하였다. 이논문에서사용된 HF-radar는위도 도, 경도 도에서측정되었다. 여러방향에대한자료들중동쪽으로향하는해류속력 U와북쪽으로향하는해류속력 V를연구에사용하였다. 이후의 HF-radar 의 U와 V의속도를기술할때는 HF_u와 HF_v로표현하였다.

17 17 - Table 4. HF-radar 자료예 (2003 년 5 월 6 일 18 시 30 분 ) Table 5. HF-radar data 로부터추출되는정보 기호 dx dy u v eu ev cov lat lon n1 n2 기술 Eastward distance from origin in kilometers Northern distance from origin in kilometers Eastward current velocity in cm/s Northern current velocity in cm/s Eastward uncertainty velocity in cm/s Northern uncertainty velocity in cm/s Covariance Latitude of vector in fractional degrees Longitude of vector in fractional degrees Number of radial vectors contributed from site1 Number of radial vectors contributed from site2

18 18-3. 연구방법 3.1 연구지역 Fig. 4 의컬러영상 ( 은연구지역인서해안인천앞바다 주변지역이다. 영상에서주황색박스안의지역은 HF-radar 의해류정보가취득 된지역으로이연구에서는이지역의해류속도값을구하였다. Fig. 4. 연구지역 ( 주황색박스안 ). 서해안은압록강하구에서전남해남에이르는해안으로, 직선거리는 650 km이나, 실제거리는 4,719 km에달한다. 특히서해안의남부는해안선이복잡하여리아스식해안의발달이현저하다. 서해안은일반적으로조차가큰데, 특히아산만일대에서는대조 ( 大潮 ) 때의평균조차가 8.5 m 이상이된다. 연안의해저지형이비교적평탄하고조차가크므로곳곳에넓은간석지가형성되어있으며, 그간석지는예로부터간척의대상이되어왔다 ( 조철희외, 1999). 또한인천지역은지난 100여년동안전체육지면적의 33.8% 에이르는땅이갯벌매립으로조성되었다. 그와같은대단위간척사업들로해서서해안은네덜란드

19 19 - 의해안과더불어인공에의한해안선의형태변화가세계에서가장많은해안으로 유명하다. 간석지후면에는사빈해안이형성되어있어해수욕장으로이용되기도한 다. 해안을따라넓은평지가있고, 배후산지가비교적멀리떨어져있는해안부에 서는곳에따라사구의발달도볼수있다 ( 해양정보센터, 2006). 3.2 SAR 영상자료처리 Fig. 5는 SAR 영상자료처리과정을도시한것이다. 입력자료는헤더 (header) 정보가포함된 CEOS 포맷의 SLC (Single Look Complex) 자료이다. 이연구에서는 6개의 RADARSAT-1 SAR 영상자료가사용되었는데이들의관측날짜, 시간, 관측모드, 관측지역을 Table. 6에정리하였다. Fig. 5. SAR 영상자료처리과정. RADARSAT-1 SLC(single look complex) SAR 영상자료를이용한해류정보추출 을위해사용된 SOP(SAR Ocean Processor) 프로그램은 Windows 환경에서 Linux

20 20 - 환경을모사하는 Cygwin ( 컴파일러를사용하였으며, ANSI-C 언어 로이루어져있어사용자의편의에따라다양한컴파일러를사용할수있다. SOP 프로세서수행후출력되는파일은해류의속도정보를산출할수있는 Doppler shift 결과자료이다. Table 7은 SOP의입출력자료를정리한것이다. SOP 프로세싱결과는원격탐사및 GIS 전용의상용프로그램으로손쉽게열어볼수있도록설계되었다 ( 이훈열외, 2006). Table 6. RADARSAT-1 SAR 영상자료 관측날짜 관측시간 관측모드 영상지역 :33:17 standard 5 서해안연안지역 :33:14 standard 5 서해안연안지역 :33:09 standard 5 서해안연안지역 :33:06 standard 5 서해안연안지역 :33:05 standard 5 서해안연안지역 :32:50 standard 5 서해안연안지역 Table 7. SOP 프로세서입출력 Input : RADARSAT-1 SLC CEOS Format) Output : 1. SLC Header Off 2. Multilook Image (by average) 3. Current : - Doppler Image - Doppler shift estimation (vector file) - Velocity estimation (text file) - Velocity vector (vector file) SOP은명령어사용환경에서운영되기때문에사용자는먼저프로그램에필요한간단한변수와실행제어변수를입력하여파일로만들고, 이를통해프로그램을제어한다 ( 이훈열외, 2006). Fig. 6은 SOP 파라미터파일 (parameter file) 의구성을예시한것이다. 입력되는제어변수로는 nptyc, dc_xstep, dc_ystep, dc_avx, dc_avy,

21 21 - vel_scale 이있다. 이때 nptyc 는 1D azimuth FFT size 이고, dc_avx 와 dc_avy 는 Doppler estimation을위한 average factor이며, dc_xstep, dc_ystep은 current estimation 간격을나타낸다. 각각의제어변수를입력하고 SOP 프로그램을수행하면 Doppler shift vector를추출하게되는데이때해류의이동속도와방향을나타내는벡터자료가생성된다. Fig. 6. SOP 프로세서 parameter file. Fig. 7은 Cygwin 환경에서 SOP 프로그램의처리과정을도시한그림이다. 속도추출을위한최적의입력제어변수를결정하기위해앞서기술된각각의입력변수들을변화시키면서수행하였다. nptyc는 2의제곱승으로설정되어야하기때문에 2 ⁶, 2⁷, 2⁸, 2⁹ 값을적용하였으며, dc_avx와 dc_avy는 dc_avy=(dc_avx 4)-3의관계를이용하여자료처리하였다. 이러한일련의반복된과정을통해최적의입력변수값은 nptyc: 128, dc_xstep: 32, dc_ystep: 32, dc_avx: 21, dc_avy: 81로결

22 22 - 정하였다. vel_scale 은 vector_length 를 vel_scale m/s 로나누어나타낸것이며, 적 정한값으로 300 을설정하였다. 이후모든영상처리과정에서는선택된최적의입 력변수값을사용하였다. Fig. 7. SOP 자료처리과정. SOP 프로세서를수행하면헤더정보가제거된 head-off SLC 자료와멀티-룩 (multi-look) 영상과해류정보추출과정이수행된다. Fig. 8은 RADARSAT-1 SAR 자료의 SLC real 영상과 imaginary 영상이다. SLC 영상의경우전형적으로 SAR 영상에서나타나는스펙클 (speckle) 잡음들이산재하여나타나는데이는멀티 -룩과정을통해제거될수있다. SLC 영상에는스펙클잡음이혼재되어있어영상의밝기를추정하는데많은오차를줄수있다. 이러한스펙클은 SLC 영상자료를 azimuth 방향으로 averaging filter 처리하여제거할수있으며, 이로부터 ML

23 23 - (multi-look) 영상자료를획득하였다. Fig. 9 는 ML 영상을도시하였으며, SLC 영 상과비교해보았을때영상내에존재하였던스펙클잡음을어느정도제거된것을볼수있다. SAR 영상은표면거칠기와유전율에의해영상의밝기값이결정되는데 Fig. 9에서보듯이영상내에서해양은해상이잔잔한경우는어둡게나타나며, 바람에의해해상의표면거칠기가증가할수록밝게나타난다. (a) SLC real image (b) SLC imaginary image Fig. 8. SLC header off image ( ). Fig. 9. SAR Multilook 영상 ( ) 예.

24 24 - 가. 해류 (current) 정보추출 SOP에서해류관련파라미터를입력후자료처리하여도출되는결과는 Doppler 영상과벡터파일형식의 Doppler shift 예측정보, 벡터와텍스트파일형식의속도정보로나눌수있다. 이연구에서는서해안해역이관측된 2003년 5 월 6일, 5월 30일, 7월 17일, 8월 10일, 9월 27일, 10월 21일날짜의영상자료를사용하였으며, 영상처리결과를검토하기위해국립해양조사원에서제공된같은날짜와시각의예측조류도와 HF-radar 자료를활용하였다. 나. Doppler shift 영상추출 Fig. 10는추출된도플러영상을도시한것이다. 빨간색상자에해당하는영역은 HF-radar와 SAR 영상자료가중첩되는지역으로, 이논문의연구지역이다. Fig. 11은 Fig. 10의빨간색상자확대영상이며, 추출된도플러영상에이론적도플러중심 (nominal Doppler centroid) 과추출된도플러중심 (Doppler centroid) 을도시할수있는 Doppler shift estimation 벡터파일을중첩한결과이다. 이때파란색점은이론적도플러중심, 빨간색점은 Doppler shift 기법을적용하여추출된도플러중심이다. Fig. 11 영상에서보듯이빨간색점이위또는아래로이동되어있는데이는조석의흐름과같이해상에서발생되는해류의영향으로발생되며, 이러한차이로부터레이더파의진행방향인 LOS (line of sight) 에대한벡터정보를추출할수있다. 다. 속도자료추출 Fig. 12은 ML 영상위에인천부근해역에위치한연구지역을빨간색네모로표시한그림이다. Fig. 13은 Fig. 12의연구지역을확대하여속도벡터 (velocity vector) 추출결과를중첩한영상이다. 그림에서보듯이인천부근해역에해당하는영상지역의벡터추출결과는부분적으로왼쪽과오른쪽방향모두나타나지만주로오른쪽방향이우세하게나타나고있다. 또한국립해양조사원에서제공하는조류예측도자료인 Fig. 14와비교하여볼때화살표방향이해안으로밀려들어오

25 25 - 는밀물때와같은양상을보였다. Doppler shift 기법으로추출된해류이동속도는 텍스트파일 (velocity estimation text file) 로도출력되며, range 방향 (x), azimuth 방향 (y), Doppler shift( Hz ), 속도 ( m s ) 순으로나열되어있다 ( 이훈열외, 2006). Fig. 10. Doppler 영상 ( 서해안인천앞바다주변, ) 예. Fig. 11. Doppler shift 추출결과 ( 인천앞바다주변, ) 예. 빨간색상자영역의확대영상.

26 26 - Fig. 12. Multilook 영상의예. ( 인천앞바다주변, ) Fig. 13. Doppler shift 벡터추출결과의예. ( 인천앞바다주변, ) Fig. 14. 예측조류도 ( 국립해양조사원, ) 의예.

27 27 - Doppler shift 기법으로추출된속도는 Fig. 15 에나타낸바와같이텍스트파일 형태 (velocity estimation text file) 로도출력된다. 이러한텍스트형식의파일을레스터형태로이미지화하기위해거치는단계가그리딩 (gridding) 작업이다. 그리딩과정을거치면해류유동속도와방향에따라영상화된다. Fig. 16은그리딩작업후결과영상이다. Fig. 15. Velocity estimation text file 예. (a) Grdding (b) Grid+ 속도추출지점 Fig 월 6 일 18 시 30 분 SAR data 그리딩결과. 기하보정이란왜곡된사진이미지를보정하기위해이미지에나타나는각기준점 의위치를좌표변환알고리즘을적용하여, 실제지형과같은좌표값을갖도록변환

28 28 - 해주는작업이다. 인공위성에서수집한영상데이터들은위성의위치와자세의변 화, 위성의속도변화, 주사범위와주사경의회전속도변화, 지구자전, 지도투영법등의원인으로인하여기하학적으로크게왜곡되어있다. 이러한기하학적왜곡은영상자료를기상, 해양등의다른위성자료와대응시키는경우나데이터베이스를구축하는경우, 영상분류후면적등의계량적통계량을산출하는경우, 지도제작등의작업을수행하는경우에이왜곡의보정작업이필수적이다. 위성영상의기하왜곡을보정하기위해본논문에서는영상에서식별가능한지상기준점 (GCP: ground control point) 들을선정하여영상과지도상의위치관계를나타내는좌표변환식을유도하여영상을지도의위치관계로재배열하여보정하였다. 지상기준점의배치상태가영상에고루분포되어야기하보정의정밀도를높일수있으므로영상전체적으로 15개의지상기준점을선정하였다. 그리딩작업을통해레스터형태의영상자료로변환된속도자료는 HF-radar 자료와중첩시키기위해기하보정과정을거쳐야하는데그결과예를 Fig. 17에도시하였다. 이후의 SAR 영상으로부터추출된속도 (Velocity) 를 SAR_v로약술하겠다. (a) 기준영상 (b) 보정영상 Fig. 17. SAR 속도추출영상기하보정과정.

29 HF-radar 자료처리 HF-radar 자료의처리과정은 Fig. 18과같다. HF_radar의원본자료는텍스트형식의자료로서해양의속도에대하여기술되어져있다. 이논문에서필요로하는속도정보는위도및경도에따른동쪽 (U) 과북쪽 (V) 방향으로관측되어있다. U와 V는 cm/s의단위로되어있기때문에 SAR 영상의속도단위인 m/s로계산한후그리딩작업을수행하였다. Fig. 18. HF_radar 자료처리모식도. 그리딩작업은벡터자료를레스터의형태로변환해주는작업으로, 텍스트형식의입력자료를영상의명암과흑백으로세기의강약을알수있게이미지화하는과정이라할수있다. 그리딩작업을수행하게되면그리드 (grid) 영상, 그리드영상과속도크기의강약을 shading 효과를통하여나타내주는영상, 마지막으로그리드영상과속도추출지점을나타내주는영상까지 3개의영상이생성된다. 이중에서 SAR 영상과비교가가능하고전체적인영상의흐름을볼수있는그리드영상을이후자료처리과정에서사용하였다. Fig. 19(a) 영상은그리드영상으로영상화된해류속도의크기를가시적으로비교할수있다. 또한 SAR 영상에서추출된속도그리드영상과의중첩과정을통하여속도의차이를비교분석할수있게된다. Fig. 19(b) 영상은그리드영상에정보가추출된지점이표시된영상이다. 이영상을통하여육지와해양부분의경계

30 30 - 를알수있으며, 추출된그리드영상이연구지역과동일지점임을알수있다. 이 속도추출지점은해양부분의추출과정을수행할때이용될것이다. (a) Gridding (b) Grid + 속도추출지점 Fig. 19. HF-radar 자료그리딩작업예 (5 월 30 일 18 시 30 분 ). HF-radar 자료에서추출된 U와 V 영상과 SAR 영상자료에서추출된속도그리드영상을 GCPs 보정단계까지마친후두영상은위경도위치에따라중첩될수있다. 하지만 U와 V 영상은동쪽과북쪽방향으로의속도값이기때문에 SAR 영상과같은레이더의시야 (range) 방향으로변환단계가필요하다. Fig. 20은 HF-radar의원좌표와변환좌표와의관계를그림으로나타낸것이며, 이에따른변환식은식 (2) 와같다. 이때각각의회전각 (θ) 은 Table 8에기술한바와같다. cos sin sin cos Fig. 20. 좌표변환관계. cos sin sin cos (2) HF_radar 가설치된지표를기준점으로봤을때, 관측하고자하는지점 A 는기존

31 31 - 의 U 와 V 의속도값을가지고있다. U, V 는 SAR 영상과 θ 만큼의차이로회전되 어레이더시스템의시야 (range) 방향과방위 (azimuth) 방향인 U', V' 으로바뀌게된다. 이수식으로부터 U' 과 V' 영상을추출할수있다. 각영상마다다른 θ의크기를 SAR 영상에서측정하여관계식을따라변환하였다. 이후의 HF_radar의 U' 과 V' 은 HF_u' 과 HF_v' 으로기술하겠다. Table 8. 각영상의회전각 (θ) 날짜 5 월 6 일 5 월 30 일 7 월 17 일 8 월 10 일 9 월 27 일 10 월 21 일 θ SAR 영상과 HF-radar 자료의비교 Fig. 21(a) 의영상은 SAR 영상으로부터추출한 surface velocity에 HF_radar 영상의해류정보를중첩하여나타낸것이며, (b) 의영상은 (a) 영상아래 ML 영상을중첩하여선명도를조절한후, 공통지역 (Region) 을표시하여나타낸것이다. 정확한해류속도를추출해내기위해서는해양범위만포함시켜야하기때문에육지부분은제외시켰다. 그러나 (b) 영상에서폴리곤영역안의섬은육지로서해류정보를추출해낼수없으나, 따로분류해내기어렵기때문에포함시켰다. 이로인해해류속도추출에있어약간의오차를유발해낼수있다. 이논문에서는 SAR 영상과 HF_radar 영상의중첩된해상영역에대해서해류속도를추출하였다. SAR와 HF-radar 자료로부터추출된속도값의평균 (average) 과표준편차 (standard deviation), RMS 오차 (error), 상관관계 (correlation), Scattergram을구하여두자료의상관성을비교분석하였다. 또한 SAR 자료로부터산출된평균, 표준편차, RMS 오차의분포특성을파악하고, HF-radar 자료에서구한속도 (U') 값과의차를이용하여, SAR_v의값을보정 (correction) 하였다. Fig. 22는해류추출정보의비교요인들을나타내었다. 비교요인이되는평균, 표준편차, RMS 오차, 상관관계관계식들은식 (3) 에서식 (7) 에기술하였다.

32 32 - (a) SAR 와 HF_radar 영상의중첩 (b) ML 영상과 (a) 의중첩후영역영상 Fig. 21. SAR 영상과 HF 영상의 Region 영상의예. Fig. 22. SAR 와 HF-radar 해류추출정보의비교분석요인. DN 은 Digital number 를의미하며이로부터평균 를구할수있다. SAR 와 HF_radar 의속도값의평균은아래의식 (3) 으로부터구할수있다. (3) 는표준편차를나타내며아래와같이식 (4) 를이용된다. N 은영상화소 (image pixel) 의전체개수이다.

33 33 - (4) <> expected value SAR 와 HF_radar 의평균 와표준편차 로부터각각의 RMS 오차값을이용하 여두자료의차에대한 RMS 오차값을산출할수있다. (5) 상관관계는다음행렬을이용하고, 아래와같은관계식들로부터구할수있다. é 1 R = ê ê M êë r K 1 L L r1k ù M ú ú 1 úû (6) 밴드 m 과 n 사이의상관계수는아래와같이정의되며, 상관계수의분포범위는 -1~1 까지이다. 1/ 2 r /( ) mn = c mn cmm cnn -1 mn 1 r r mn 1 (7) 그래프를통하여상관성의분포도를볼수있는것이 Scattergram 이다. x 축과 y 축에비교하고자하는자료를입력하여상관성을알아볼수있다.

34 34-4. 결과및해석 4.1 SAR 해류추출변수결정 SAR 영상을해류정보추출에적정한 parameter file의변수를조정하여자료처리한결과 nptyc를 128, dc_xstep를 32, dc_ystep을 32, vel_scale을 300으로추출해낼수있었다. 그리고조류예측도와오차범위가최소인 dc_avx, dc-avy의값을찾고자하였다. SAR 영상의방위방향 (azimuth direction) 해상도는시야방향 (range direction) 에대하여 4배의해상도를보인다. 이에근거하여, 많은변수를경험적으로해보았을때 dc_avx, dc_avy의변수의관계를 4배수로하였을때해상도가최적임을알수있었다. 따라서, dc-avx와 dc_avy값의최적의조합을결정하기위해 (dc-avx 4)-3=dc_avy의관계를적용하였다. dc_avx를 5, 9, 13, 17, 21 로변화시켜주었고, dc_avy를 17, 33, 49, 65, 81로변화시켜자료처리하였다. 값이증가할수록해상도가저하되기때문에 dc-avx는작은값인 5에서부터시작하였다. dc-avy의값은 81이상에서는영상이확인되지않기때문에 81까지설정하여자료처리하여영상의변화를알아보았다. dc_avx와 dc_avy의변화에따른각날짜별영상결과를 Fig. 23에서 Fig. 28에도시하였다. m/s 의속도정보를색으로나타내었으며 (-), (+) 는방향정보를나타낸것이다. 이때색상은파란색에서빨간색으로분포되어있다. 이논문에서는영상의색변화를위와같은범위로적용하였다. 예측조류도를통해 5월 6일과 7월 17일은밀물때, 5월 30일, 8월 10일, 9월 27일, 10월 21일은썰물때임을알수있었다. 5월 30일의영상을제외한모든영상들은밝은노란색에서밝은푸른색의양상을보여밀물과썰물일때의날짜에따른변화를육안으로어느정도파악할수있었다. 5월 6일, 7월 17일영상에서는노란색과연두색의분포를보였으며, 밀물때가강한 7월 17일영상에서는 5월 6 일영상보다노란색부분이많이분포하였다. 반대로썰물때에해당하는 5월 30일영상은예상되었던파란색이아닌밀물에해당되는빨간색이넓게분포하였다. 이후평균보정 (mean correction) 에따른변화를가장확연히볼수있었던경우이기

35 35 - 도하다. 9 월 27 일영상은조류예측도에서매우약한썰물때를보였는데노란색 과빨간색의중간영역인연두색이고루분포되어있었다. Fig. 23에서 Fig. 28에서볼수있듯이전체적으로 dc_avx, dc-avy의값이증가할수록영상의색이고르게분포함을알수있다. 부분적으로영상내에서튀는색이많을수록예측도와잘맞지않는경향을보였다. 영상의색이일관성있게분포하지않는경우에는해류의방향이일정하지않다는것을의미하는데, 밀물과썰물때에는부분적으로다른경향을보이더라도전체적으로는해류의이동방향이일정하게나타나므로색의범위가일정한영상의경우가오차가적은영상으로볼수있다. 영상비교결과 dc_avx와 dc-avy의값은 21과 81일때대체적으로일관된경향성을보였다. 또한, Fig. 29와 Fig. 30에도시한바와같이각각평균과표준편차값을그래프로나타낸결과 dc-avx, dc-avy의증가에따라 SAR_v의평균과표준편차가감소하는경향을보이는것을알수있었다. 또한, 21_81 이상에서는 안정화되는모습을볼수있었으며, 이에근거하여 21_81 이최적의변수임을알 수있었다. Fig. 29의 5월 30일그래프를보면다른날짜의그래프에서보이는것과는다르게평균이아주높은값을보이는것을알수있었다. 표준편차는모든영상이 0.8 이하의비슷한경향을보이며, 감소하는모습을보인다. 이것은모든영상에대하여평균값의보정이필요함을나타낸다. 평균을보정해주기위하여 SAR_v와 HF_u' 의평균차이를 SAR_v의평균에서감해주어평균값을보정하였으며, 이는 SAR와 HF_u' 값의비교분석자료에서다룰것이다. 앞서설명한바와같이 dc_avx와 dc_avy의변화에따른그리드영상과평균, 표준편차그래프결과를통하여 dc-avx는 21, dc-avy는 81인조합을최적조건으로판단하였으며, 이후모든영상처리과정에적용하였다. Table 9는 SAR_v에서추출된해류정보이다.

36 36 - Table 9. SAR_v 에서추출된정보 날짜 분포범위 평균 표준편차 ~ ~ ~ ~ ~ ~

37 37 - (a) SAR image (b) dc-avx 5, avy 17 (c) dc-avx 9, avy 33 (d) dc-avx 13, avy 49 (e) dc-avx 17, avy 65 (f) dc-avx 21, avy 81 Fig. 23. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ).

38 38 - (a) SAR image (b) dc-avx 5, avy 17 (c) dc-avx 9, avy 33 (d) dc-avx 13, avy 49 (e) dc-avx 17, avy 65 (f) dc-avx 21, avy 81 Fig. 24. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ).

39 39 - (a) SAR image (b) dc-avx 5, avy 17 (c) dc-avx 9, avy 33 (d) dc-avx 13, avy 49 (e) dc-avx 17, avy 65 (f) dc-avx 21, avy 81 Fig. 25. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ).

40 40 - (a) SAR image (b) dc-avx 5, avy 17 (c) dc-avx 9, avy 33 (d) dc-avx 13, avy 49 (e) dc-avx 17, avy 65 (f) dc-avx 21, avy 81 Fig. 26. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ).

41 41 - (a) SAR image (b) dc-avx 5, avy 17 (c) dc-avx 9, avy 33 (d) dc-avx 13, avy 49 (e) dc-avx 17, avy 65 (f) dc-avx 21, avy 81 Fig. 27. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ).

42 42 - (a) SAR image (b) dc-avx 5, avy 17 (c) dc-avx 9, avy 33 (d) dc-avx 13, avy 49 (e) dc-avx 17, avy 65 (f) dc-avx 21, avy 81 Fig. 28. dc-avx, dc-avy 변화에따른결과 ( ).

43 년 5 월 6 일 평균 STD _17 9_33 13_49 17_65 21_81 dc-avx, y 2003 년 5 월 30 일 평균 STD _17 9_33 13_49 17_65 21_81 dc-avx, y 2003 년 7 월 17 일 평균 STD _17 9_33 13_49 17_65 21_81 dc-avx, y Fig. 29. dc-avx, dc-avy 변화그래프 : 2003 년 5 월 6 일, 5 월 30 일, 7 월 17 일.

44 년 8 월 10 일 평균 STD _17 9_33 13_49 17_65 21_81 dc-avx, y 2003 년 9 월 27 일 _17 9_33 13_49 17_65 21_81 dc-avx, y 평균 STD 2003 년 10 월 21 일 평균 STD _17 9_33 13_49 17_65 21_81 dc-avx, y Fig. 30. continue dc-avx, dc-avy 변화그래프 : 2003 년 8 월 10 일, 9 월 27 일, 10 월 21 일.

45 HF-radar 자료처리결과및해석 HF-radar를통하여얻은텍스트형식의속도자료를그리드작업후 Fig 31에서 Fig.36에정리된바와같이 SAR 영상과동일영역에대한속도영상자료를산출하였다. 속도자료는동쪽 (U), 북쪽 (V), 시야 (U'), 방위 (V') 방향에대한값들을영상화한결과이다. Table 10은 Fig. 31~Fig. 36로부터얻은속도자료의범위분포와평균, 표준편차이다. 5월 6일과 7월 17일은예측조류도를통해밀물때임을알수있었다. 평균값도 0.181m/s, 0.332m/s로양의방향성을갖는것을알수있다. 이는 U와 V의값이대체적으로양의방향으로증가했으며, 1사분면으로통하는밀물때임을알수있었다. 이두영상의색에서도양의방향이우세하여노란색과초록색의적절한분포를보이고있다. 5월 30일, 8월 10일, 9월 27일, 10월 21일은모두음의방향을보이며, 4사분면으로향하는썰물때임을알수있고, 에서 의값의분포를보인다. 이영상들의색상분포는하늘색과파란색의분포로이루어졌음을알수있다. 이를통해예측조류도와 HF_radar 실측자료는같은경향성을보이며, 이논문에서 SAR 영상을비교할수있는참조자료로활용가능하다고판단된다. Table 10. HF-radar 의추출된정보 날짜 분포범위 평균 표준편차 ~ ~ ~ ~ ~ ~

46 46 - (a) U' band 영상 (b) V' band 영상 (c) U band 영상 (d) V band 영상 Fig. 31. HF-radar U', V', U, V 영상 (5 월 6 일 ). (a) U' band 영상 (b) V' band 영상 (c) U band 영상 (d) V band 영상 Fig. 32. HF-radar U', V', U, V 영상 (5 월 30 일 ).

47 47 - (a) U' band 영상 (b) V' band 영상 (c) U band 영상 (d) V band 영상 Fig. 33. HF-radar U', V', U, V 영상 (7 월 17 일 ). (a) U' band 영상 (b) V' band 영상 (c) U band 영상 (d) V band 영상 Fig. 34. HF-radar U', V', U, V 영상 (8 월 10 일 ).

48 48 - (a) U' band 영상 (b) V' band 영상 (c) U band 영상 (d) V band 영상 Fig. 35. HF-radar U', V', U, V 영상 (9 월 27 일 ). (a) U' band 영상 (b) V' band 영상 (c) U band 영상 (d) V band 영상 Fig. 36. HF-radar U', V', U, V 영상 (10 월 21 일 ).

49 SAR 영상과 HF-radar 자료비교및보정 SAR 영상으로부터추출된속도값의평균과표준편차를 HF-radar를기준으로분석하였다. SAR_v 평균은밀물에서는감소의경향을보이며썰물에서는증가하는정보를얻은수있었다. 표준편차에서는 6개의날짜모두증가의모습을볼수있었다. 이두정보의차이를알기위하여 Table 11의 SAR_v로부터 HF_u' 를뺀차에대한평균과표준편차, RMS 오차, SAR_v와 HF_u' 의상관성을구하였다. RMS 오차는평균에더큰영향을받았음을알수있었다. 이오차는입력자료로사용된 SLC 영상의생성과정인 SAR focusing 단계에서일반적으로발생하는 Nominal Doppler Centroid 오차임을알수있었다. 이에 HF-radar 자료와비교분석하여평균보정 (mean correction) 과정을수행하였다. 이는 SAR_v 값에서 HF_u' 값을뺀차를 SAR_v에서빼주는과정이다. 이때평균값을기준으로평균보정을시행하였다. Table 11. SAR_v 와 HF_u' 오차정보, 보정후 SAR_v 정보 날짜평균표준편차 RMS 오차상관성보정후평균보정후표준편차 5월 6일 월 30일 월 17일 월 10일 월 27일 월 21일 Fig. 37에서 Fig. 42까지도시된바와같이 (b) 는 HF-radar 자료로부터추출된시야방향의속도 HF_u' 영상이고, (c) 와 (d) 는 RADARSAT-1 SAR 영상으로부터추출된속도의평균보정전 후에해당되는그림이다. (e) 와 (f) 는평균보정전 후의 SAR_v와 HF_u' 의차에대한그리드영상이다. SAR_v와 HF_u' 의차영상으로부터평균보정전 후의변화양상을확인할수있었다. 빨간색에가까울수록 SAR_v값이

50 50 - 큰경우이고, 파란색에가까울수록 HF_u' 이큰경우이다. Fig. 38 에서보듯이 5 월 30일의경우가가장많은변화를확인할수있다. 또한보정후의 SAR_v와 HF_u' 의상관성을살펴보기위한 Scattergram을 (a) 에나타내었다. x축은 HF_u' 을 y축은보정후 SAR_v이다. Fig. 38(d) 에서보듯이 SAR_v 영상이보정되어 HF_u' 와비교적유사한분포형태를보이는것을알수있다. 또한 Fig. 37, Fig. 39의 5월 6일과 7월 17일 SAR_v 영상은다른영상들에비하여노란색이강하게나타났으며, 이는예측조류도를통하여두날짜모두밀물때임을확인할수있었다. Fig. 38의 5월 30일, Fig. 40의 8월 10일,Fig. 41의 9월 27일, Fig. 42의 10월 21일영상은밀물때의영상들에비하여푸른색이강하게나타났는데예측조류도로부터썰물때의날짜임을확인할수있었다. 평균보정후 SAR_v 영상결과로부터조류의물때를가늠할수있었다. Fig. 37에서 Fig. 42의 (e), (f) 영상은앞서언급한바와같이 SAR_v 값에서 HF_u' 의값을빼준평균보정전, 후의영상이다. 보정전의영상들은 SAR_v와 HF_u' 의차이가크게나타나는것을볼수있으며, 보정후그차이가현저하게감소하거나어느정도줄어든것을알수있다. Fig. 37에서 Fig. 42의 (a) 는 scattergram이며, 이를통하여보정후 SAR_v와 HF_u' 의상관성을살펴보고자하였다. 추출된 SAR_v와 HF_u' 의 scattergram 결과는두속도값의상관성을뚜렷하게보이지않았지만선형관계성을갖는것으로여겨진다. Table 11에정리된바와같이상관성은 8월 10일을제외하고는양의값을띄는것을알수있다.

51 51 - (a) Scattergram (b) HF_u' (c) SAR_v 보정전 (d) SAR_v 보정후 (e) SAR_v-HF_u' 보정전 (f) SAR_v-HF_u' 보정후 Fig. 37. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정 전과후 (2003 년 5 월 6 일 ).

52 52 - (a) Scattergram (b) HF_u' (c) SAR_v 보정전 (d) SAR_v 보정후 (e) SAR_v-HF_u' 보정전 (f) SAR_v-HF_u' 보정후 Fig. 38. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정 전과후 (2003 년 5 월 30 일 ).

53 53 - (a) Scattergram (b) HF_u' (c) SAR_v 보정전 (d) SAR_v 보정후 (e) SAR_v-HF_u' 보정전 (f) SAR_v-HF_u' 보정후 Fig. 39. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정 전과후 (2003 년 7 월 17 일 ).

54 54 - (a) Scattergram (b) HF_u' (c) SAR_v 보정전 (d) SAR_v 보정후 (e) SAR_v-HF_u' 보정전 (f) SAR_v-HF_u' 보정후 Fig. 40. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정 전과후 (2003 년 8 월 10 일 ).

55 55 - (a) Scattergram (b) HF_u' (c) SAR_v 보정전 (d) SAR_v 보정후 (e) SAR_v-HF_u' 보정전 (f) SAR_v-HF_u' 보정후 Fig. 41. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정 전과후 (2003 년 9 월 27 일 ).

56 56 - (a) Scattergram (b) HF_u' (c) SAR_v 보정전 (d) SAR_v 보정후 (e) SAR_v-HF_u' 보정전 (f) SAR_v-HF_u' 보정후 Fig. 42. Scattergram, HF_u', SAR_v 보정전과후, SAR_v 와 HF_u' 차의보정 전과후 (2003 년 10 월 21 일 ).

57 57-5. 결론 이연구에서는 RADARSAT-1 SAR 영상과참조자료인 HF-radar 자료를비교분석해봄으로써 SAR 위성영상으로부터해류속도를추출하고, 추출된해양물리학적파라미터가신뢰할만한정보인지를검토해보았다. 연구결과를토대로다음과같은결론을도출할수있었다. 1) SAR 영상취득시해류의움직임에관한 Doppler shift 기록으로부터해류의이동속도를산출할수있었다. SOP 프로세서를사용하여 RADARSAT-1 SAR 영상으로부터추출된속도정보는해류의움직임이안테나쪽으로향하면 (+), 멀어지는경우 (-) 값을갖는다. 이와같이추출된정보는시야방향에대한한계성이있으나, 부수적인자료처리과정들을통해조류의예측방향과부합하는결과를보인다고판단되었다. 2) SAR 영상으로부터추출된조석에의한해류유속의크기와방향정보는 HF_radar 자료에서추출된시야방향으로변환된속도값 (u') 과비교분석하였으며, 이로부터 SAR 속도정보에대한평균보정 (mean correction) 을수행하였다. 평균보정을수행한후 SAR와 HF-radar의시야방향의속도분포를비교한결과유사한분포특성을보였다. 3) 추출된 SAR 속도자료의평균과표준편차를분석한결과, 평균값이전반적으로이동 (shift) 되어나타남을알수있었는데이는일반적으로 SAR focusing 과정에서초래될수있는 unreliable Doppler estimation의결과에기인한것으로판단된다. 따라서평균보정과정은 HF-radar의속도값을참조하여 SAR와 HF-radar 속도값의차를 SAR 속도값에서빼서보정하였다. 보정후 SAR_v의평균은 HF_radar의정보와동일하며, 표준편차는 SAR_v와동일한결과를얻을수있었다. 이는보정후의 SAR_v 영상이 SAR의장점인고해상도를유지하고있음을알수있었다. 4) 또한, 조석의변화를살펴보기위해예측조류도를추출된 SAR와 HF_radar 속도영상결과와비교하였다. 추출된속도값은밀물과썰물에따라양의값과음의값으로나타나는데이러한해류속도는영상내에서색의변화로표현되었으

58 58 - 며, 그분포양상은예측조류도와유사한결과를보였다. 이와같이 SAR 영상자 료를이용하여추출된속도정보로부터조석의변화양상을살펴볼수있으며대 략적인속도정보도얻을수있었다.

59 59 - 참고문헌 강효진외역, 해양학, 시그마프레스강희도, 신승호, 강석구 ( 역 ), 2003, 조위를잰다 : 조위관측입문. 김창수, HF radar에의해관측된새만금연안역표층유동특성의분포와변화. 김창수, 이상호, 손영태, 권효근, 이광희, 김영배, 정우진, 새만금 4호방조제완성전 후 HF 레이더로관측된표층 M₂조류의변화, Korean Society of Oceanography, 11(2): 이훈열, 강문경, 박용욱, 한승하, 김준수, SAR를이용한파랑분석원천기술개발, 강원대학교, 한국해양연구원. 전성우외역, 한국환경정책평가연구원조철희, 김경수, 정택선, 민경훈, 인천지역에적합한해류발전시스템에대한고찰채효석외역, 환경원격탐사, 시그마프레스 Bertrand Chapron, Fabtice Collard and Fabrice Ardhuin, Direct measurements of ocean surface velocity from space : Interpretation and validation, journal of Geophysical research, vol. 110, CO 7008, page 1-page 17. 공공원격탐사센터 구글 군산대학교해양물리실험실 ( 주 ) 픽소니어 MDC해양정보센터