마이크로파 및 라이다 시스템

사진 시스템이나 전자광학 시스템은 촬영이 간단하고, 육안에 익숙한 영상이므로 판독 및 해석이 비교적 용이하다. 그러나 광학 영상은 구름이 없는 맑은 기상 조건을 갖추어야 깨끗한 영상을 얻을 수 있다. 마이크로파 시스템은 광학 시스템보다 훨씬 긴 파장의 마이크로파를 이용하므로, 기상 조건에 영향을 받지 않고 야간에도 영상을 획득할 수 있는 장점을 가지고 있다. 마이크로파 시스템은 원격탐사에서 이용하는 전자기파 중 가장 긴 파장을 이용하며, 사진 시스템이나 전자광학 시스템에서 얻을 수 있는 특성을 가진 영상자료를 제공한다.

사진 시스템 및 전자광학 시스템은 태양 또는 지구를 에너지원으로 하는 수동형 시스템이지만, 마이크로파 시스템은 영상레이더와 같이 센서에서 영상획득에 필요한 에너지를 스스로 공급하는 능동형 시스템과 지표면에서 방출하는 마이크로파 에너지를 감지하는 수동형 시스템을 모두 포함한다. 현재 마이크로파 시스템은 광학 시스템보다 활용이 제한적이지만, 특정 활용 분야에서는 전자광학 시스템과 구별되는 고유한 정보를 가지고 있다.

마이크로파 시스템의 기본특성을 소개하고, 영상레이더의 원리와 구조 그리고 레이더 영상의 해석 및 활용 등을 다루고자 한다. 수동 마이크로파 시스템은 지구에서 방출하는 마이크로파 에너지를 감지하여, 열적외선 영상에서 얻을 수 없는 새로운 정보를 제공한다. 라이다는 레이저를 이용한 능동형 원격탐사시스템으로 3차원 지형자료를 비롯하여 독특한 정보를 제공한다.

 

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마이크로파 시스템 특징

마이크로파 시스템은 파장과 자료 형태가 사진 시스템 및 전자광학 시스템과 확연히 구분되는 특징을 가지고 있다. 마이크로파 시스템은 원격탐사에서 사용하는 전자기파 중 가장 긴 1mm-1m 파장영역의 마이크로파를 이용한다. 이는 대기를 구성하는 가스 분자, 수증기, 에어로졸 입자보다 훨씬 길기 때문에 대기 입자에 큰 영향을 받지 않고 통과하므로 기상 조건에 관계없이 영상자료를 얻을 수 있는 장점이 있다. 광학 영상은 구름이 없는 맑은 날에만 촬영이 가능하지만, 세계 어느 지역이든 구름은 항상 분포한다. MODIS에서 하루에 촬영한 아시아 및 한반도 지역 영상으로 구름의 분포가 지역과 시간에 따라 매우 다양하게 나타나고 있다. 구름의 분포는 지역의 기후 특성에 따라 시기별로 매우 다르다. 구름 분포면적의 비율은 운량으로 표시하며 단위는 % 혹은 0-10으로 나타낸다. 한국에서는 운량이 2 또는 20% 이하인 경우를 맑음을 표시하는데 이는 항공사진을 비롯한 광학 영상을 촬영하기 위한 최소 조건이다. 전국의 주요 기상관측소에서 측정한 운량 자료에 따르면, 연평균 맑은 일수는 80일에 불과하다. 게다가 여름에는 고온 다습한 계절풍의 영향과 태풍으로 운량이 많기 때문에 깨끗한 광학 영상을 얻는 데 어려움이 많다. 육상 원격탐사에서 시간해상도는 동일 지역을 반복하여 촬영할 수 있는 주기를 말하며, 식물의 생장과 산불, 홍수와 같은 재해를 모니터링하기 위하여 빠른 촬영 주기를 필요로 한다. 랜드샛의 촬영 주기는 16일이므로 1년에 동일 지역을 22~23회 정도 촬영할 수 있다. 그러나 한국을 비롯한 대부분의 북반구 중위도 지역에서 구름이 없는 깨끗한 랜드샛 영상이 촬영되는 경우는 연 3회 이하가 대부분이다 즉 한반도 전역이 구름이 거의 없는 깨끗한 영상을 얻는 경우는 매우 드물기 때문에 광학 영상 촬영에서 구름은 매우 중요한 제한 요소가 된다. 마이크로파의 파장은 구름 입자보다 훨씬 길기 때문에 지표면에서 반사 또는 방출된 마이크로파는 구름을 투과하여 센서까지 도달할 수 있다. 마이크로파 영상은 구름과 가스 분자 및 에어로졸에 의한 산란 및 흡수에 의한 영향이 상대적으로 적다. 봄에 촬영한 한반도 지역의 광학 영상은 건조기에 발생하는 황사 및 미세먼지의 영향으로 영상이 뿌연 상태인 경우가 많지만 레이더 영상에서는 이러한 대기산란 효과가 나타나지 않는다. 마이크로파 영상은 또한 야간에도 영상을 촬영할 수 있다. 영상레이더는 마이크로파를 지구로 발사하여 지표면에서 반사한 마이크로파를 수신함으로써 영상을 얻는 능동형 시스템으로 시간과 관계없이 촬영할 수 있다.