SAR(Synthetic Aperture Radar) 기초 설명

SAR(합성 개구 레이다)

SAR는 움직이는 플랫폼에서 발사된 전자파 신호를 수집하고 정보를 합성하여 고해상도 이미지를 만들어내는 기술이다.

 

SAR의 특징

1. 능동적으로 신호를 생성하고 수신한다.

2. 밤/낮의 자연조건 및 구름,안개 등의 환경의 영향을 적게 받는다.

3. 사용 주파수나, 편파 특성 등 사용 레이더 신호 특성에 따라 다양한 자료를 획득 할 수 있다.

SAR 시스템은 강력한 출력을 방출해야 하므로 일반적으로 시스템이 무겁고 크기도 크며 비용이 많이 든다.

광학 이미지가 바로 형성되는 것과 달리 SAR는 전자파 신호를 수집하고 이를 처리하는 과정이 매우 어렵다.

하지만 SAR는 광학 위성이 할수 없는 역할을 수행할 수 있다. 특히 군사적인 목적에서 중요한데 날씨와 시간에 관계없이 고해상도의 이미지 제공할수 있다보니 군사 감시와 정부 수집에 효과적이다.

 

RADAR 해상도

 아래 그림과 같은 상황을 가정하겠다.

레이다가 보기에 거리 B에 위치한 다른 방위의 두 표적은 레이다의 빔이 파란색과 같이 쏘여지므로 서로 시간축 상에서 중첩이 된다. 그래서 표적이 두 개라는것을 알수가 없다.

만약 가까운 거리인 거리 A에 다른 방위의 두 표적이 위치한다면 위성이 아랫쪽에 위치할 때, 그림과 같이 빔폭이 충분히 좁다면 위성이 아랫쪽에 위치할 때는 아래 표적이, 위쪽에 위치할 때는 위의 표적이 하나씩 보이면서 두 표적이 구분된다.

 

하지만 멀리 떨어진 거리의 경우 레이다 빔의 확산으로 인해 동일 거리의 표적을 구분하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 SAR 개념이 나올수 있다. 

 

Synthetic Aperture

 일반적으로 레이다에서는 안테나가 커지면 해상도가 좋아진다. 그래서 고품질의 해상도를 만들려면 큰 안테나를 사용해야한다. 

하지만 위성과 지구 표면 사이의 거리는 매우 멀기 때문에 이러한 먼 거리에서 고품질 해상도를 얻으려면 안테나의 크기가 수 킬로미터에 달해야 할수도 있다. 그래서 이런 안테나를 위성에 탑재하는 것은 불가능하다고 볼 수 있다.

그래서 나온 아이디어가 1개의 위성을 고속으 이동시키면서 레이다 신호들을 수집하여 분석하는 것이다. 수집된 다양한 신호들을 합하면 마치 크기가 매우 큰 안테나를 가지고 전자파를 얻은것과 같은 효과를 발휘한다.

 위의 그림으로 예를 들었을 때 다음과 같이 비행기 1 대이지만 하나의 표적에 대해서 여러 위치에서 반사된 신호들을 수집하면 마치 커다란 안테나 시스템에서 표적을 관측하는 것과 같은 효과를 볼수 있는 것이다. 이를 합성 개구 레이다(Synthetic Aperture Radar) 라고 한다.

 

RADAR VS SAR 

 

RADAR

 

 일반적인 레이다의 경우 위의 그림의 왼쪽과 같이 표적이 두개가 있으면 구분을 하지 못하고 해상도가 좋지 않다. 안테나를 키우면 빔폭이 줄어들고 해상도가 좋아지지만 안테나 크기를  막 키우는 것은 불가능하다.  

 

 

SAR

 그 대신 작은 안테나를 여러 개 배치한다면 한개의 큰 안테나가 있는 것처럼 작동할 수 있다. 하지만 공중에 여러개의 안테나를 배치할 수 없으니 하나의 위성을 이동시키면 마치 위성이 큰 안테나를 가진 것과 같은 효과를 얻고 빔폭을 줄이고 해상도를 향상시킬 수 있다.