영상 레이다(SAR)는 기상여건에 무관하게 전천후로 광범위한 지역에 대해 고해상도의 영상획득능력이 우수하므로 군용으로는 물론 과학 및 상업용으로 광범위한 활용분야를 가지고 있다. 본 논문에서는 소형 위성 탑재 SAR 시스템의 임부 및 체계 요구조건을 암족하기 위한 주요 설계 변수와 함께 X 밴드 고해상도의 SAR 체계 설계에 관하여 논한다. 그리고, SAR 영상모드 설계 기법을 기술하고 표준 영상모드 설계 결과를 영상성능 관점에서 분석한다. 그리고, 소형 위성 SAR 탑재체 및 설계 지법을 기술하고 표준 영상모드 설계 결과를 영상성능 관점에서 분석한다. 그리고, 소형 위성 SAR 탑제체 및 지상 수신처리의 설계와 주요 성능결과들을 제시한다. 설계된 위성 SAR 시스템은 광역모드에서 고해상도 모드까지 다양한 영상 모드 구현이 가능하며, 소형, 고성능, 저 비용관점에서 효율적인 전천후 영상획득 시스템이다.
항진균 활성 관련 단백질을 탐색하기 위해 미역류로부터 식물병원성 곰팡이의 생장을 저해하는 SAR01 균주를 분리하였고, FAME (fatty acid methyl ester) 분석 결과, Streptomyces sp.로 동정되었다. 방사선 조사$(^{60}Co)$를 실시한 결과, Botrytis cinerea를 포함한 5종의 식물병원성 곰팡이에 대한 항진균 활성을 소실한 SAR535 균주 외 6종의 돌연변이 균주가 유도되었다. SAR01 야생형 균주와 SAR535 돌연변이 균주의 세포내 단백질의 이차원 전기영동 분석결과, 6종의 단백질이 야생형 균주인 SAR01 균주의 세포내에만 존재하였다. 이들 6종의 단백질 중, 5종은 heat shock protein 70 (HSP70), Fe-containing superoxide dismutase II (Fe - SODII), ribosome recycling factor (RRF), 10 kD chaperonin (GroES) 및 inorganic pyrophosphatase (PPAse)와 각각 75%, 93%, 100%, 96% 및 83%의 유사성을 보였다. 이들 6종의 단백질들은 Streptomyces sp. SAR01 균주의 항진균 활성과 밀접한 관계가 있을 것으로 사료된다.
스마트폰 등과 같은 다양한 모바일 단말 환경에서 공간정보를 활용하고자 하는 응용 분야와 오픈플랫폼 또는 오픈 소스를 기반으로 하는 응용 시스템 개발 요구가 증가하고 있다. 이러한 상황은 위성영상정보 분야의 응용 분야 확대와 산업적 활용을 위한 중요한 계기가 될 수 있다. 이는 전통적인 위성영상정보처리나 분석과는 다른 접근 방식이 필요하다. 본 연구는 다양한 공간정보 중에서 중요한 정보 자원으로 인식되고 있는 SAR 정보를 대상으로 한다. 우선적으로는 오픈소스를 기반으로 한 위상간섭 기법처리 응용 프로그램을 자체적으로 구현하였다. 다음 단계에서는 이를 이용하여 시험적으로 SAR 정보를 처리한 뒤, 중요 처리 결과를 데이터베이스에 구축하였다. 이와 같이 구축된 InSAR 처리 정보를 스마트폰 사용자의 단말 요구사항에 따라 메타데이터 정보와 함께 시각적 표현 기능을 제공하는 어플리케이션 설계 및 구현을 수행하였고 주요 결과를 본 논문에서 제시하고자 한다. 본 연구는 다양한 SAR 정보를 스마트폰으로 제공하는 방식에 대한 접근 방식을 제시한 것으로 복합형 위성영상정보 자원이나 파생 콘텐츠를 스마트폰으로 서비스하고자 하는 경우 직접 활용이 가능하다.
고온온열치료(Hyperthermia)용 안테나의 성능은 안테나의 임피던스 매칭과 안테나 주위 조직의 SAR 분포에 의해서 결정된다. 본 논문에서는 FDTD 해석법을 이용하여 coaxial-slot 안테나를 계단형(staircasing)으로 근사화하여 분석하였고, 가열 특성을 개선시킬 수 있는 Hyperthermia용 안테나를 설계하였다. 계단형과 구형(square) 모델로 근사화한 coaxial-slot 안테나에서 간에 유기되는 SAR 값을 분석하였고 두 모델의 SAR 값을 Saito의 측정결과와 비교해 보았으며 그 결과 계단형 모델이 구형 모델 보다 측정결과에 가까운 것을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제안하는 안테나에서 유기되는 SAR 값은 1g 평균 첨두치가 195 W/kg으로 Saito가 제안한 안테나의 SAR 값인 152.5 W/kg에 비해 대략 27.9 %도 증가한 값으로 나타났다.
SAR의 마이크로파를 이용하면 악기상환경 및 주야간에도 해양의 관측이 가능하다. SAR의 해양표면에 대한 영상은 표면바람장과 관련된 대기 현상에 관한 많은 정보를 가지고 있다. SAR로부터 추출되는 풍속의 정보는 다양하게 이용된다. SAR 영상으로부터 해상풍을 산출하기 위해서는 바람산출모델에 SAR 영상으로부터 추출한 풍향 자료와 후방산란계수 값을 입력하여 풍속을 산출한다. 이 때 풍속은 CMOD5 모델에 풍향의 값을 적용하여 추할 수 있다. CMOD5 모델에 사용할 Azimuth angle 값은 SAR 자료로부터 구해지는 Look angle 값에 $90^{\circ}$를 더 함으로써 구해진다. SAR 영상으로부터 구한 파향 스펙트럼 은 항상 파향에 있어서 $180^{\circ}$의 상반된 두 정점을 보여주는데 이는 영상에 적용한 2차원 FPT의 결과이다. 파향에 있어서의 이러한 모호성은 육지의 위치라든지, 바람의 방향 혹은 수치모델 결과 등을 이용하여 결정하여야 한다. 이러한 2D-FFT를 통해 구해진 풍향은 실측자료와 $3^{\circ}{\sim}7^{\circ}$ 정도의 차이를 나타내고 있다. CMOD5 모델을 통해 얻어진 풍속의 값은 각각 실측자료와 2m/s 이하의 유사한 값들을 나타냈다.
본 논문에서는 다양한 종류의 지표면에 대하여 분석하여 산란 특성을 연구하고 SAR 클러터 영상을 제작하고 실제 SAR 클러터 영상과 비교한다. 먼저 지표면의 특성을 분석하기 위해 각각의 지표면에 대해서 입력변수를 측정한다. 측정한 데이터를 이용하여 Oh 모델, PO 모델, radiative transfer model(RTM)을 이용하여 각도 별 산란계수를 구하였다. SAR 영상 생성을 위해 먼저 측정 지역의 DEM (digital elevation map)과 LCM (land cover map)데이터를 제작한다. DEM 데이터의 단일 픽셀(pixel)의 높이 정보를 이용하여 픽셀의 입사각을 계산하고 입사각에 따른 해당 지표면의 산란 계수를 대입한다. LCM 데이터는 해당 지역의 답사를 통해 논, 밭, 산, 길, 인공물 등을 1:5000 지도에 기입하여 SAR 영상 생성에 사용한다. DEM 데이터와 LCM 데이터를 사용하여 입사각과 지표면 종류에 따른 계수를 계산하고 영상잡음(speckle)과 영상질감(texture)을 이용하여 SAR 클러터 영상을 생성하고 실제 영상과 비교한다.
D-InSAR 기법이란 두 장의 SAR 영상의 위상 차이를 이용하여 지표면의 변위를 정밀하게 측정하는 기법이다. D-InSAR를 이용한 정밀한 지표변위량 산출을 위해서는 주영상과 부영상간의 높은 긴밀도가 필수적이다. 기존의 D-InSAR 방식은 주영상과 부영상의 전체 긴밀도를 토대로 지표변위량을 산출하기 때문에, 영상에 긴밀도가 낮은 산지나 나지 등이 포함될 경우 전체적인 지표변위량의 정확도가 낮아지는 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 0.7 이상의 시간적 긴밀도와 공간적 긴밀도를 갖는 지점을 추출하여 불규칙삼각망을 형성, 이를 토대로 지표변위량을 산출하였다. 또한 기존 D-InSAR 방식과 공간적 시간적 긴밀도를 고려한 D-InSAR 방식의 비교분석을 실시하였다. 그 결과 공간적 시간적 긴밀도를 고려한 D-InSAR 기법이 기존의 D-InSAR 기법보다 표준편차, 상대분산, 변동계수, 사분편차가 작게 나타났으며, 지표변위량의 일정한 추세를 파악하는데 용이함을 알 수 있었다.
철도 시설물에서는 침하 및 틀림에 의해 사고가 발생할 수 있어 변형을 적정수준으로 유지하는 것이 중요하다. 변형을 모니터링하기 위해서는 과도한 인력과 시간이 필요하기 때문에 이를 개선하기 위해 위성원격탐사 기술 중 하나인 InSAR 기술을 활용하고자 한다. 장기적인 시계열 분석을 위해서는 25장 이상의 고해상도 위성정보로 PS-InSAR 기법을 활용 할 수 있으나, 신속하고 단기적인 방법으로 2장 이상의 위성정보로 D-InSAR 기법으로 미세 변형을 관측할 수 있다. 본 연구에서는 TerraSAR-X 영상을 이용하여 D-InSAR 기법을 적용하여 오송 철도종합시험선로의 지반 침하량 및 구조물 변형량을 구하였다. 구조물과 사면에 반사강도를 높일 수 있는 코너리플렉터를 인공적으로 설치하여 변위 값을 임의로 수 mm 조정하여 이를 검증 할 수 있도록 하였다. D-InSAR 분석 결과로부터 적절한 코너리플렉터 배치도를 산출하였고, 궤도, 사면, 구조물 구역의 변위량을 측정하였다. 더불어 임의로 조정한 코너리플렉터의 변위값을 D-InSAR 분석으로 산출하였다. 본 연구 결과로부터 D-InSAR 결과를 철도시설물과 같은 광범위한 인프라 시설에 모니터링을 위한 기법으로 활용 가능함을 확인하였다.
본 논문에서는 무선 통신 시스템 및 휴대용 비디오 처리 시스템과 같은 다양한 시스템 반도체 응용을 위한 12비트 60MS/s 0.18um CMOS Flash-SAR ADC를 제안한다. 제안하는 Flash-SAR ADC는 고속으로 동작하는 flash ADC의 장점을 이용하여 우선 상위 4비트를 결정한 후, 적은 전력 소모를 갖는 SAR ADC의 장점을 이용하여 하위 9비트를 결정함으로써 해상도가 증가함에 따라 동작 속도가 제한이 되는 전형적인 SAR ADC의 문제를 줄였다. 제안하는 ADC는 전형적인 Flash-SAR ADC에서 고속 동작 시 제한이 되는 입력 단 트랙-앤-홀드 회로를 사용하지 않는 대신 SAR ADC의 C-R DAC를 단일 샘플링-네트워크로 사용하여 입력 샘플링 부정합 문제를 제거하였다. 한편, flash ADC에는 인터폴레이션 기법을 적용하여 사용되는 프리앰프의 수를 절반 수준으로 줄이는 동시에 SAR 동작 시 flash ADC에서 불필요하게 소모되는 전력을 최소화하기 위해 스위치 기반의 바이어스 전력 최소화 기법을 적용하였다. 또한 고속 동작을 위해 SAR 논리회로는 TSPC 기반의 D 플립플롭으로 구성하여 범용 D 플립플롭 대비 논리회로 게이트 지연시간을 55% 감소시킴과 동시에 사용되는 트랜지스터의 수를 절반 수준으로 줄였다. 시제품 ADC는 0.18um CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정된 DNL 및 INL은 12비트 해상도에서 각각 최대 1.33LSB, 1.90LSB이며, 60MS/s 동작 속도에서 동적성능은 최대 58.27dB의 SNDR 및 69.29dB의 SFDR 성능을 보인다. 시제품 ADC의 칩 면적은 $0.54mm^2$이며, 1.8V 전원전압에서 5.4mW의 전력을 소모한다.
JERS-1 L-밴드 SAR 위성에서 얻어진 5개의 interferogram을 이용하여 1996년 5월 2일부터 1998년 2월 21일 사이 연안매립지인 녹산 국가산업단지의 공단조성과정에서 발생한 지반침하량을 계산하였다. 약 16 m의 공간해상도를 갖는 레이더 관측결과는 현장측정 자료로부터 관측되기 어려운 세밀한 침하 양상을 잘 반영하였다. 정확도 검증을 위해 2-pass DInSAR로 구한 침하량을 Magnetic Probe Extensometer(측정정밀도:${\pm}$1 mm)를 사용하여 총 42개소에 서 측정된 현장자료와 비교하였다. 5개의 쌍으로부터 추정된 DInSAR침하량과 실측침하량의 평균 상관계수는 0.77 이다. 추정된 DInSAR 침하량 중 0.5 이상의 긴밀도를 갖는 점들만을 이용하여 계산한 경우 상관계수는 0.87이며, RMSE는 1.44 cm로 더욱 좋은 결과를 나타낸다. 또한 추정된 회귀선의 기울기는 1.04로 실측값과 DInSAR 추정값이 기울기 1에 가까운 선형관계를 잘 만족하고 있음을 보여준다. 즉 DInSAR 결과 긴밀도 0.5 이상의 지점을 이용하면 효과적으로 연안매립지의 침하량을 관측할 수 있다. DInSAR를 이용하여 계산된 녹산 국가산업단지에서 발생한 최대 누적침하량은 약 60 cm 정도이며, 연구지역의 북쪽과 남서쪽에서는 약 20 cm 이하의 침하가 관측되었다. 이러한 결과는 자연적인 지표변위 관측뿐만 아니라 지반공학적 응용분야에서도 DInSAR 기술이 매우 중요한 역할을 맡을 수 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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