Embed Size (px)
Citation preview
1. 서 론지구관측임무를 수행하는 광학위성의 경우, 인공위
성의 운동, 광학 탑재체의 정렬오차 등의 다양한 요인
이 광학계의 영상품질에 영향을 미친다. 광학 탑재체는
마이크로단위의 위치정밀도를 요구하므로 영상품질을
위해 탑재 전 정밀한 정렬과정을 수행한다. 그러나 발
사시 우주환경에 의해 광학정렬은 흐트러지게 되어 영
상품질에 영향을 미친다. 따라서 광학위성은 궤도상에
서 광학정렬과정인‘리포커싱’이 수행된다.
광학계의 정렬오차에는 틸트, 디센트, 디스페이스 3
종류가 있다. 일반적으로 광학성능에 가장 큰 영향을
미치는 정렬오차는 디스페이스로 대부분의 사용 위성
들은 디스페이스에 대한 리포커싱을 수행하고 있다.
본 연구에서는 위성카메라센서의 모든 필드에 대해 만
족시킬 수 있는 디스페이스 오차 보정 알고리즘을 개
발하였다.
2. 모든 필드에 대한 포커싱 알고리즘 개발2.1 광학계 설계 목표광학계 설계 요구도에 맞춰 새롭게 설계된 광학
계 스펙을 Table 1 나타내었다.
Optical Type Schmidt-CassegrainAperture 200 mmAltitude 685 km
WL Range 480 ~ 650 nmEFL 2043mm
# No. 12Swath Width 12 km
Spot Size RMS 6.83 µm
MTF 0.394, @Optical Design, Nyquist Freq.
GSD 2.8 mLinear Obscuration 0.316
Total Length 430 mm
Table 1 Optical Design Specification
새롭게 설계된 광학계는 요구도에 따라 광학설계 프
로그램 CODE V를 이용하여 설계하였으며 설계한 광
학계의 렌즈 및 광로 다이어그램과 MTF 그래프는 각
모든 필드에 대한 오토 디스페이스 추정 알고리즘에 대한 연구
김형철1 · 황재혁1,†
1한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부
Auto Despace Estimation Algorithm Study for a Satellite Camera considering all fields
Hyung-Chul Kim1, Jai-Hyuk Hwang1,† 1Dept. of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University
Abstract : 소형 위성카메라의 성공적인 지구관측을 위해서는 수 마이크론 단위의 정밀한 광학 정렬을 요하게 된다. 영상의 품질을 개선하기 위해서는 위성이 궤도상에서 재정렬하는 리포커싱 과정이 필요하다. 본 논문에서는 광학계 센서에서 모든 필드에 대한 오차를 최소화하는 자동초점 정렬과정이 수행되는 온라인 리포커싱 알고리즘을 제안하였다. 리포커싱 알고리즘의 개발 및 성능평가를 위해 데이터를 추출하여 부경의 정렬오차에 대한 MTF 경향성을 파악하였다. MTF 경향성을 바탕으로 궤도상에서의 De-space VS MTF 함수를 추정하여 알고리즘을 개발하였다. 리포커싱 알고리즘의 성능 평가는 MATLAB과 CODE V의 연동 시뮬레이션을 통하여 수행되었다.
Key Words : Small Satellite Camera(소형위성카메라), Refocusin Algorithm(리포커싱 알고리즘), Autofocusing(오토포커싱), Error Minimization(오차 최소화), All Fields(모든 필드)
†교신저자 ( Corresponding Author )E-mail: [email protected] Ⓒ The Society for Aerospace System
Engineering
FB1-4
1
각 Fig.1과 Fig.2와 같다.
Fig. 1 Objective Optical System
Fig. 2 MTF Diagram
2.2 모든 필드에 대한 오차 최소화 커브와 MTF 기존에 개발한 리포커싱 알고리즘은 오직 0필드를
기준으로 하는 디스페이스 보정 알고리즘을 개발하였
다. 본 논문에서는 온라인 리포커싱의 장점을 가지며
센서의 모든 필드에 대해 적용할 수 있는 리포커싱 알
고리즘을 개발하였다.
알고리즘 개발 및 성능평가를 위하여 기존에 목표광
학계 설계를 수행하였으며 이 목표광학계를 기반으로
데이터를 수집하였다. CODE V를 활용하여 설계한 광
학계의 0 ~ 1 Field 에 대한 5가지 필드에 대하여
± 범위의 디스페이스에 따른 MTF 데이터를 얻
었다. 이산형 데이터를 연속형 데이터로 변환하여 알
고리즘에 활용하기 위하여 커브 피팅을 수행하였
다.(Fig. 3)
Fig. 3 Curve Fitted Function of Despace vs MTF
이때 모든 필드에 대해 오차를 최소화하는 커브를 이
용하면 디스페이스는 물론 틸트까지 포함하여 광학계
성능에 만족하는 알고리즘을 개발할 수 있다. 이 때
MTF 값이 ± 범위를 벗어난 경우 미소변동
(Fluctuation)이 발생한다. 이 변동은 오차를 증가시키
므로 데이터 사용 범위는 ±로 제한하였다. 즉, 함
수 특성은 약 ± 범위에서만 성립한다. 따라서 식
을 이용하기 위하여 해당 범위로의 부경 이동이 요구
된다. 먼저 디스페이스 값 에 대하여 보정 범위인
±를 3구간으로 나누어 각 구간에 위치한 부경
에 대하여 ± 범위로의 위치이동 후 2단계를 수행한
다. A구간 , B구간을 ,
그리고 C구간을 라고 정의할 때, 각각
, , 만큼의 위치 이동을 수행한다.
이동 후의 부경은 B구간 내에 위치하게 된다.
현재 부경의 디스페이스가 B구간에 위치하는지 판단
하기 위한 기준을 MTF 10%로 정하였다. Fig. 4을 참
고하였을 때 최적화 커브에 대하여 MTF 값이 10% 이
상인 경우 B구간을 포함하므로 활용이 가능하다. 위를
이용하여 리포커싱 알고리즘의 최대 2번의 과정을 거쳐
B구간으로 위치 이동을 수행하게 되며 커브피팅한 식을
이용하여 최적화과정을 거친다.
Fig. 4 RMS Curve Fitted Function of Despace vs MTF
2.3 알고리즘 시뮬레이션 결과 알고리즘 시뮬레이션은 ±의 총 17가지 디스페
이스 발생에 대하여 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 제
어 목표 ±에 대하여 최대 오차는 ±로 나
타났다.(Fig. 5)
Fig. 3 The Results of Refocusing Algorithms@RMS Curve
2
결론 본 논문에서는 센서의 모든 필드에 대해 오차를 최
소화하는 하나의 커브를 이용하여 디스페이스는 물론
틸트까지 포함하여 성능을 만족시킬수 있는 알고리즘
을 개발하였다. 시뮬레이션 연동 결과 또한 오차 최대
±로 목표를 만족하는 것을 볼 수 있었다.
후 기 본 논문은 국방광역감시 특화연구센터 프로그램의 일
환으로 방위사업청과 국방과학연구소의 지원으로 수행
되었습니다.
5. 참고문헌
[1] 조정빈, “광학성능 최적화를 위한 온라인 광학정
렬 알고리즘 개발 및 광학 설계”, 2015.
3
