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궤도상에서 수행되어야 하는 검보정 업무는 그림 1에서 확인할 수 있다. 지리 보정을 위해서는 지표면과 위성 시스템의 지리적인 보상을 위해 정확한 위치정보가 알려진 표준 표적 영상이 필요하다. 안테나 지향보정은 안테나의 기계적 오프셋에 의해 발생하는 지향 오차를 결정하기 위해, 균일분포 표적과 지상 수신기를 촬영한 영상을 요구한다. 안테나 모델검증을 위해서는 정밀한 안테나 패턴 모델 정립이 필요하다. 발사 후 안테나 모델의 고도방향 패턴 보정은 균일분포 표적에 대한 영상획득으로부터 이루어지고, 진행방향 패턴은 지상 수신기에 대한 영상획득을 통해 이루어진다.

Fig. 1. 
Construction of Cal/Val

앞서 언급한 세 가지 검보정 업무(지리보정, 안테나 지향보정, 안테나 모델검증)는 균일분포 표적인 열대우림지역과 한 패스 내에서 수차례 정보를 획득할 수 있는 지상 수신기를 영상획득 대상으로 하기 때문에 검보정 계획을 수립 하는데 있어 결정적인 요소로 작용하지 않는다. 하지만 방사보정은 반복적인 표준 표적 촬영을 요구하기 때문에, 검보정 계획을 수립하는데 있어 방사보정 기간을 단축시킬 수 있는 전략이 필수적이다. DLR에서 수립한 전략은 다음과 같다.

첫 번째, 정교한 내부 검보정과 안테나 모델 검증을 수행한다. 검증된 안테나 모델의 적용은 방사보정 기간을 현저하게 감소시킬 수 있다. 특히 상대방사보정은 SAR 영상 내 보정으로, 모듈 단위로 분석이 수행된 내부 검보정과 정확한 안테나모델을 적용할 때 표준 표적 정보가 필요하지 않다[4][10].

두 번째, 검보정이 수행될 빔을 선정한다. 모든 빔에 대해 최소 1개의 표준 표적 영상을 획득하는 것이 원칙이나, 오랜 기간이 소요된다[11]. 따라서 안테나를 구성하는 모든 빔을 대상으로 검보정을 수행하는 대신, 검증된 안테나 모델을 바탕으로 빔을 선정하여 표준 표적의 영상획득을 최소화한다. 다음은 빔을 선정할 때 만족해야 하는 조건이다.

• ∙ 모드별로 최소 한 개의 빔 검증
• ∙ 입사각(low, mid, and high)별 빔 검증
• ∙ 빔은 최소 두 번 측정(ascending, descending)
• ∙ 빔에 대해 모든 편파 검증

목표하는 궤도시험 기간을 달성하기 위해 기간 내에 최대한의 영상 정보를 수집할 수 있는 검보정 사이트 선정이 필수적이다. 검보정에는 균일분포 표적과 표준 표적이 활용된다. 센서의 검보정에는 반사 및 불필요한 신호에 대하여 낮은 역산란(Backscattering) 계수가 요구된다. 역산란계수가 작은 지역은 일반적으로 평탄한 지역, 산림의 벌채 및 파괴가 진행되지 않는 지역, 강과 호수가 없는 지역, 인공구조물이 없는 지역, 기후가 안정된 지역등이 포함되며, 조건을 만족하는 균일분포 표적의 대표 지역으로 열대우림이 있다.

표준 표적은 레이더 유효 반사 면적을 정확하게 알고 있는 점표적으로, 반복적으로 영상을 획득하는 것이 용이하여야 한다. 다음은 표준표적이 설치 될 검보정 사이트를 선정하기 위한 조건이다.

첫 번째, 최대 정보 수집을 위하여 승교(Ascending) 및 강교(Descending) 궤적이 겹쳐지는 지역이 요구된다. 중첩지역의 선택은 영상획득 가능성 뿐 아니라, 빔 선정 과정에서 요구하는 최소 두 번 측정 조건의 만족을 고려한 결과이다.

두 번째, SAR 영상에서 표준 표적을 명확하게 구분하기 위해서 일반적인 검보정 사이트의 조건을 만족하는 지역이 요구된다. 따라서 표준 표적은 평탄하고 기후가 안정되어 역산란계수가 작은 지역에 설치되어야 한다.

마지막으로, 접근이 용이한 지역이 선호된다.

2장에서 기술한 전략을 기반으로 검보정 사이트를 검색하는 알고리즘을 개발하였다. 검보정을 위한 빔의 선정은 안테나 설계에 따른 빔의 수와 임무가 고려되어야 하므로 알고리즘화가 어렵다. 그러나 검보정 사이트의 경우 센서의 목표 성능과 임무 궤도 정보가 주어지면 계산이 가능하다. 개발된 알고리즘은 궤도 정보와 관측, 입사각 경계를 입력받아서 대상 지역 내 검보정 사이트 후보지를 제공한다. 이 때 DEM을 적용하여 평탄한 지역에 대한 요구조건이 만족되도록 설계하였다. 위성의 진행방향에 수직으로 영상이 촬영되는 경우만 고려하였다. 검보정 사이트 검색 알고리즘은 그림 2와 같이 다섯 단계로 이루어진다. 각 단계에서는 다음의 계산이 수행된다.

Fig. 2. 
Flow chart of the algorithm

Sentinel-1의 SAR 센서 사양과 일정을 고려하여 검보정 사이트를 선정하고자 한다. 고도 600km 태양동기궤도를 돌고 있는 위성이 오스트레일리아 내륙에 설치된 표준 표적을 이용하여 3개월 내 검보정을 수행한다고 가정한다. 시뮬레이션에 적용된 센서 사양은 표 1과 같다.

운용가능한 입사각 범위가 만드는 관측영역 내 중심 지역에 해당되는 입사각인 34°를 기준 입사각으로 설정하였으며, wave mode 관측폭(20km)이 후보지역 검색에 사용되었다. 오스트레일리아 내에서 승교 및 강교 궤적의 중첩영역은 총 15720개가 도출되었고, 한 중첩 지역에서 중복 촬영(step2)되는 최대 횟수는 11회이다.

그림 3은 Step 3에서 도출된 후보 지역을 오스트레일리아 지형 내에 표시한 그림이다. 적용된 DEM은 NASA에서 2009년에 공개한 1GDEM(Grobal Digital Elevation Model Version 1)으로 10km의 해상도를 가진다. 해당 DEM은 1° ☓ 1° 격자 당 1arcsec로 고도가 분화되어 있다[13]. DEM 영상의 이미지 처리를 통해 중첩 지역 영상에 포함되는 고도의 표준편차가 0인 지역을 선별하였다.

Fig. 3. 
Candidate of Cal/Val site

레이더의 역산란은 식생, 날씨 등의 영향을 받는다. SAR 센서는 주파수 영역에 따라 투과율이 달라지며 파장이 짧은 X 밴드의 경우 C, L 밴드에 비해 투과율이 낮으므로 나무를 투과할 수 없다.

또한 강우나 구름의 영향을 받는다[14][15]. 따라서 수목이 없고 기후가 안정된 지역이 고려되어야 한다. 평탄성을 고려한 지역 중에서 최종 검보정 지역을 선정할 때 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)를 참고하여 역산란계수를 확인할 수 있다. [11][16]에 따르면 NDVI가 0.0~0.2 정도인 지역이 사막 및 초원으로 검보정 사이트로서 적합하다. 해당지역은 식생의 변화가 거의 없고, 기후가 안정적인 지역에 속하여 검보정 사이트에 요구되는 일반 조건을 만족한다. 오스트레일리아를 대상으로 검토하는 경우, 서부 지역에서 NDVI가 0.0~0.2로 나타난다.

그림 4는 평탄성과 역산란계수를 고려하여 최종적으로 도출된 후보지의 구글 위성사진이다. 대지가 고르고 수목이 없어 표적을 설치하기에 적합한 장소임을 확인할 수 있다.

Fig. 4. 
Satellite image of final Cal/Val site

기준 입사각으로 영상을 획득하는 경우를 제외하고, 표준 표적을 촬영할 수 있는 경우는 49회로, 그림 5는 표준 표적을 촬영할 수 있는 입사각의 분포(step5)를 나타낸다. 입사각 분포를 고려하여 검보정 수행 시 기간 단축을 위한 빔을 선택할 수 있다.

Fig. 5. 
Data for acquisition incidence angle