Integrated Ray Tracing Model for In-Orbit Optical Performance Simulation for GOCI

통합적 광추적 모델에 의한 해양탑재체 GOCI의 궤도 상 광학 성능 검증

GOCi (Geostationary Ocean Color Imager) is one of the COMS payloads that KARI is currently developing and scheduled to be in operation from around 2008. Its primary objective is to monitor the Korean coastal water environmental condition. We report the current progress in development of the integrated optical model as one of the key analysis tools for the GOCI in-orbit performance verification. The model includes the Sun as the emitting light source. The curved Earth surface section of 2500 km x 2500 km includingthe Korean peninsular os defined as a Lambertian scattering surface consisted of land and sea surface. From its geostationary orbit, the GOCI optical system observes the reflected light from the surfaces with varying reflectance representing the changes in its environmental conditions. The optical ray tracing technique was used to demonstrate the GOCI in-orbit performances such as red tide detection. The computational concept, simulation results and its implications to the on-going development of GOCI are presented.

현재 항공우주연구원은 2008년에 발사 운용 예정인 통신-해양-기상위성의 주요 탑재체들 중의 하나로 한반도 주변 해역의 환경 상태를 정밀 측정하려는 정지궤도 해색센서(GOCI)를 개발하고 있다. 본 논문에서는 해색센서의 궤도상 임무성능 검증을 원할이 수행하기 위해 통합적 광선 추적 기법을 이용한 임무성능 검증 수치모사 모델을 개발 제시한다. 수치모사 모델 내에서 태양은 지구 방향으로 복사에너지를 방사하는 구형 광원으로 입력되었고, 구면인 지구 표면 중 한반도를 중심으로 한 2500km x 2500km 넓이의 곡면 관측 영역은 지표와 해수면으로 구분하여 서로 다른 특성의 람버트 산란 면들로 정의되었다. 수치모사 모델 내에서 해색센서 광학시스템은 태양을 출발하여, 지표 및 해수면의 환경적 특성 변화를 반영하는 반사도의 변화에 따라 산란 후 입사되어오는 광선들의 경로를 추적하여 초점면 광소자에 맺히게 하여준다. 이러한 통합적 광선 추적 기법을 이용하여 개발 중인 해색센서가 궤도상에서 한반도 동남부 연해 상에서 가상적으로 발생된 반사율 감소 0.014에 해당하는 적조현상을 탐지해낼 수 있음을 수치모사 입증하였다. 이 같은 결과는 본 논문에 기술된 통합적 광선 추적 기법을 이용한 과학임무 성능 검증 수치모사 모형은 해색센서 뿐만 아니라, 다른 과학적 측정 목적의 위성 탑재체의 임무성능 검증에도 활용 할 수 있는 기반 기술을 확립하였다는 의의를 제공한다.