현재 지구 주위에는 지구를 관측하는 많은 위성들이 발사되어 운영 중에 있다. 이 중 원격 탐사에 주로 사용되는 위성으로는 미국의 Landsat 과 프랑스의 SPOT 이 대표적이며, 이 밖에 유럽의 ERS-1, 일본의 JERS, 캐나다의 RADARSAT, 인도의 IRS-1C 등이 많이 사용되고 있고, 기상위성인 미국의 NOAA, 해양 관측 위성인 Seasat, 중력 측정 위성인 Topex 등도 많은 활동을 하고 있다. 또한, 1998 년부터 1999 년 사이에 지구 관측을 위해 QuickBird, IKONOS-1, Orbview-3 등의 상업용 고해상도 위성과 우리나라의 아리랑호 등이 발사를 계획하고 있어 고정밀 영상자료의 요구와 이들 인공위성 영상자료의 처리에 관한 수요가 급격히 증가할 것으로 보인다.
(1) Landsat
지금까지 원격탐사 분야에서 가장 많이 사용되어 온 미국의 Landsat 위성 프로그램은 1972년 Landsat-1 호의 발사와 함께 시작되었으며, 그 이후 지금까지 약 3 년을 주기로 새로운 위성이 발사되어 사용되어 왔다. 현재 Landsat-4 호와 Landsat-5 가 작동 중이나 수명이 말기 상태에 있어 근간 운행이 중지될 예정이며, Landsat-6 호는 1993년 8 월에 발사되었으나 문제가 발생되어 결국 인도양에 추락하였다. Landsat 의 지상 수신국은 전 세계적으로 15 개소가 운영 중이며, 올해 Landsat-7 호를 발사할 예정이다. Landsat 계열의 위성들은 비교적 날씨가 맑은 9 시 30 분 경에 적도를 통과하는 태양동주기 궤도를 따라 지구 주위를 705km 고도에서 약 105 분 주기로 공전하고 있으며, 항상 일정한 시각에 동일한 지점 상공을 지나가는 특징을 가지고 있다. 이와 같은 Landsat 의 궤도 특징은 항상 일정한 시각에 동일한 지역의 영상 획득을 가능하게 함으로써 영상 간의 비교나 변화 관측에 유용하게 사용된다. Landsat 계열의 위성체는 크게 MSS(Multi-Spectral Scanner)와 TM(Thematic Mapper)의 두 가지로 대표되는 지구 관측 센서를 탑재하고 있다. MSS 센서는 초기에 발사된 Landsat-1, 2, 3호에 탑재되어 사용되었으며, 80m 의 지상해상도를 갖는 4 개 밴드의 영상 자료를 생성하였다. 반면에 Landsat-3 호부터 추가로 탑재되기 시작한 TM 센서는 지상해상도 30m 를 갖는 7 개 밴드로 구성되어 MSS 센서에 비해 공간적, 방사적, 분광적, 기하학적 디자인이 향상되었다. TM 센서는 표 II-1 에 보는 바와 같이 MSS 센서의 4 개 밴드 외에 새로운 3 개의 관측 밴드를 더 가지고 있으며, 영상 자료의 아날로그-디지털 변환도 256(8bits) 범위까지 가능하게 되어
좀 더 미세한 변화에 대해서도 관찰할 수 있게 되었다. 또한, 공간해상도도 30m (열적외선대인 6 번 밴드는 120m)로 개선되어 보다 자세한 영상 자료를 얻을 수 있게 되었다.
이와 같은 TM 센서의 기능 향상은 MSS 센서에 비해 지표 반사광의 변화를 더욱 민감하게 검출해 줌으
로써 식생의 분석이나, 바위의 구별, 눈과 구름의 구별, 열 분포도의 작성 등에 유용하게 사용되고 있다.
(2)SPOT
SPOT 프로그램은 프랑스의 National Space Center(CNES)가 벨기에, 스웨덴과 공동 개발한 원격탐사 시스템이다. 1986 년 2 월 22 일에 첫번째 SPOT 위성이 발사된 이래 현재 4 호기까지 발사에 성공하여 원격탐사 분야에 사용되고 있다. SPOT 위성은 앞에서 살펴보았던 Landsat 위성과 거의 비슷한 태양동주기 궤도로 운용되고있다. SPOT 위성의 운용궤도는 98.7o 의 궤도경사각을 가지고 있으며, 지구 상공 832km 고도에서 지구 주위를 원궤도로 움직이고 있다.SPOT 위성은 지구 관측을 위해 HRV(High Resolution Visible)와 전정색(Panchromatic) 두 개의 센서를 탑재하고 있으며, Landsat 과는 달리 센서의 회전이 가능하게 설계되어 위성 직하점 외에 그 옆부분에 대한 관측도 가능하기 때문에 위성의 유효 관측 넓이가 상대적으로 넓게 나타난다. SPOT 위성의 HRV 센서는 Landsat TM 센서의 2, 3, 4 번 밴드와 비슷한 파장 영역을 갖는 3 개의 관측 채널(SPOT-4 호에는 Mid-IR 영역의 1 개 밴드가 추가됨)로 구성되어 있고, 한 화소 당 20m 의 지상해상도를 갖는다. 반면 전정색 밴드는 보다 정밀한 10m 의 지상 해상도를 나타내지만, 하나의 밴드 만이 존재하므로 컬러 영상을 얻을 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이처럼 SPOT 위성은 Landsat 위성과 비교할 때, 보다 높은 지상 해상도를 가지지만 상대적으로 적은 관측 밴드의 갯수로 인하여 정보 추출의 양에 한계를 나타낸다. 이와 같은SPOT 위성 센서의 한계는 결과적으로 SPOT HRV 영상 자료가 원격탐사 분야에서 Landsat TM 영상 자료에 비해 상대적으로 적은 사용 횟수를 갖게 하는 결정적인 원인이 되고 있다. 그러나, SPOT 위성의 탑재 센서가 Landsat TM 센서에 비해 이처럼 단점만을 가지고 있는 것은 아니다. SPOT 위성의 탑재 센서는 회전이 가능하다는 커다란 장점을 가지고 있으며, 이와 같은 SPOT 센서의 특징은 DEM 고도 자료의 추출을 가능하게 해줌으로써 지형의 3 차원 모델링이나 지도 제작 등의 작업을 가능하게 해준다.
(3)아리랑1호
우리나라 최초의 지구 관측 위성인 아리랑 1 호는 1999 년 발사를 목표로 현재 항공우주연구소의 주관 하에 미국 TRW 사와 공동 개발의 형태로 추진되고 있다. 아리랑 1 호는 한반도의 디지털 입체 영상 제작을 위해 한반도 관측을 최우선적으로 수행할 예정이며, 이 밖에 해양관측, 이온 측정, 고에너지 입자 측정 등의 과학 실험을 수행할 예정이다. 아리랑 1 호는 이러한 임무 수행을 위해 현재 EOC(Electro-Optic Camera), LRC(Low Resolution Camera), 이온 측정기, 고에너지 입자 측정기 등의 관측기기를 탑재할 예정으로 있다. 아리랑 1 호에 탑재되어 있는 두 개의 관측 센서 중 하나인 EOC 는 한반도 지도 제작을 주 목적으로 설계되었다. 따라서, 이를 위해 6.6m 의 높은 지상 해상도를 가지고 있으며, 영상 화질 및 신호 특성이 양호한 0.51-0.73um 사이 전정색 대역의 1 개의 관측 밴드를 가지고 있다. EOC 가 갖는 이러한 파장대는 가시광선의 녹색과 적색 영역에 해당하며, Landsat TM 센서의 2,3 밴드나 SPOT 의 전정색 밴드 영역과 거의 흡사하다. 이러한 파장 영역은 태양광선의 지표 반사특성을 이용하므로 주간에만 사용이 가능하며, 구름에 의한 영향에 민감하게 반응하고, 눈, 얼음, 지형, 식생 등의 지표 특성 파악에 유리하다. 특히 식생 반사의 녹색 피크를 통하여 식생 구분이 가능하고 엽록소 흡수 밴드로서 뛰어난 효과를 보인다. 반면에 해상도가 낮은 LRC 는 해양 관측 및 광대역 관측 임무 수행을 주목적으로 만들어 졌으며, 연근해 어장 탐색, 어장 예측, 한반도 주변 해역의 생산량 추정, 연안 해역의 수질/오염 도 조사 등에 활용될 예정이다. 일반적으로 물 속에서는 장파장의 흡수율이 높으며, 단파장의 흡수는 낮게 나타나기 때문에
해양을 관측하기 위해서는 단파장의 청색 대역인 0.4-0.5um 영역이 적합하다. 그러나, 인공위 성으로부터 해양을 관측하기 위해서는 관측 광선이 대기 중을 통과하여야 하므로 해양의 반사 특성 측정과 함께 대기의 간섭 효과를 줄여야할 필요가 있다. 따라서, LRC 는 단파장 영역의 4 개의 관측 밴드 외에 대기의 간섭 효과를 보정하기 위한 장파장 영역의 두 개의 보정 밴드를 갖도록 설계되어 있다. 이러한 6 개의 관측 밴드는 기존에 기상/해양 관측을 위해 많이 사용하 던 Tiros-N/NOAA 의 AVHRR 센서와 매우 유사한 형태를 보이며, 한반도 주변 해양 연구에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
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