해수 속의 용존 유기·무기물과 플랑크톤 등의 상호 작용은 해수의 색과 광학적 특성을 결정한다. 동중국해에 위치한 이어도 해양과학기지(I-ORS) 주변의 해역은 서쪽으로 양자강 저염수, 남쪽으로 대마 난류에 영향을 받아 한반도 주변의 해수 순환과 광특성 변동 연구에 적합하다. 본 연구에서는 MODIS/Aqua로 관측한 위성 원격 반사도와 NOMAD 실측 원격 반사도를 이용하여 2016년 1월부터 2020년 12월까지 I-ORS 주변의 해수의 원격반사도를 스펙트 럼 특성에 따라 23가지의 유형으로 분류하였으며, 이어도 해양 과학기지 주변 해역(d ≤ 10 km)의 위성 일치점 자료 59,532개를 이용하여 연구 해역 수형의 계절 변동 특성을 제시하였다. 각 관측 지점에서의 원격 반사도 스펙트럼은 분 광 각도법을 이용하여 기준 스펙트럼과의 유사도를 비교함으로써 가장 근접한 기준 수형으로 분류 하였으며 분광 유사 도가 10o 이내일 때만 유의미하다고 판단하였다. 연구 기간내 I-ORS 주변 해역에서는 상대적으로 맑은 해역에서 잘 나 타나는 수형이 50% 이상으로 가장 빈번하게 관측되었다. 계절별 수형의 도수분포에서 여름과 겨울의 분포 양상이 다르 게 나타났고, 특히 여름에는 맑은 해수에서 주로 나타나는 7 이하의 수형이 주로 출현한 반면에 겨울에는 전체 4% 미 만으로 존재하였다. I-ORS 주변을 비롯한 동중국해의 수형의 공간 분포 특성을 고려할 때 I-ORS는 해수 수형의 전이 대에 위치한 것으로 판단된다. 본 연구는 한반도 연안에서의 수형 변동을 분석함으로써 해수의 광학 특성 이해을 이해 하고 인공위성 해색 변수의 정확도 향상을 위한 토대 마련에 기여할 것으로 기대된다.

국제 해상교통량 및 물동량이 증가함에 따라 한반도 주변해역의 선박유동량도 늘어나고 있으며 이에 따라 크고 작은 항구가 위치하고 있는 남해에서의 해양 사고도 꾸준히 발생하고 있다. 특히 선박간의 충돌 및 침몰 사고는 인적 및 물적 피해뿐만 아니라 해양환경오염을 유발하기 때문에 광역의 범위를 고해상도로 볼 수 있는 인공위성을 통한 신속한 선박탐지가 필요하다. 본 연구에서는 광학 인공위성 아리랑 2호 관측자료를 활용하여 광양만 인근해역의 각 채널 별 반사도 값을 비교 분석하여 새로운 선박탐지지수를 제시하였다. 선박 분류를 위해 그 선박탐지지수의 역치를 0.1로 설정하였고, RGB 합성영상과 비교하였을 때 대다수의 선박을 탐지하였음을 보여주었다. 연구해역에 포함되어 있는 큰 규모의 선박을 선정 후, 선박 주변의 공간적 반사도 분포를 분석하였다. 그 결과 선박 북서방향에 위치한 균일한 형태의 선박그림자를 확인할 수 있었다. 이는 태양의 위치가 남동방향에 위치하고 있음을 나타내고 있으며, 실제 위성영상이 촬영된 시기의 방위각은 144.80o로 영상내의 그림자의 위치를 통해 태양의 방위각을 유추할 수 있다. 그림자의 반사도는 주변 바다 및 선박에 비해 낮은 0.005 값을 나타냈고, 선수 및 선미에 따라 높이차가 달라짐을 보였다. 이는 선박의 갑판 및 구조물의 높이를 반영한 것으로 판단된다. 본 연구 결과는 연안 해상사고 발생 시 실종선박 수색기술에 고해상도 광학 인공위성 영상이 활용될 수 있음에 의의가 있다.

동아시아 지역의 에어로졸 광학정보에 대하여 천리안 위성에 탑재된 GOCI, MI, 그리고 Himawari 8 위성에 탑재된 AHI 센서들의 측정자료를 연세 에어로졸 알고리즘(YAER)을 이용하여 산출하였다. 본 연구에서는 각 센서에서 산출되는 에어로졸 광학두께(Aerosol optical depth, AOD)를 상호비교하고, 지상장비인 AERONET과의 검증결과도 보였다. 사용한 AOD 자료는 세 종류의 센서에서 최소반사도 방법(Minimum reflectance method, MRM)을 이용하여 산출된 AOD, 그리고 AHI에서는 단파적외선이용 지표면정보산출방법(Estimated surface reflectance from SWIR, ESR)을 이용한 방법의 AOD까지 총 네가지이다. 세 위성간의 산출결과에서 육지와 해양에서 일관된 결과를 보이고 있으나, MI와 GOCI에서는 구름제거에 한계가 존재하며 AOD의 과대 추정 문제가 보인다. 한편 지상장비인 AERONET과의 비교검증 결과는 MI, GOCI, 그리고 AHI 의 MRM 방법, ESR 방법 에서 기대오차 내에 들어오는 비율(% within Expected error, EE)이 36.3, 48.4, 56.6, 68.2%로 각각 나타났다. MI의 경우는 단일 채널을 이용하여 에어로졸광학정보를 산출하고 있고, 계절에 따른 에어로졸 유형을 고정하고 있어, 다양한 오차가 포함되어 낮은 EE를 보이고 있다. 5, 6월에는 ESR 방법의 결과물은 높은 EE 를 나타내고 있는데 이는 GOCI, MI, MRM 방법 에서 사용하고 있는 최소반사도 방법보다 정확한 지면반사도를 산출하기 때문으로 추정된다. 이 결과는 AERONET 사이트 별로 RMSE 와 EE 로 설명하고 있으며, 검증한 총 22개 사이트 중 15개 사이트에서 ESR 방법이 가장 높은 EE 를 보이고 있고, RMSE는 13개 사이트에서 가장 낮게 나타났다. 또한 정지궤도 위성의 특징을 이용하여 시간대별 오차를 각 산출물 별로 보였다. 00~06 Universal Time Coordinated (UTC)에서 한 시간별로 최대로 나타나는 absolute median bias error 는 0.05, 0.09, 0.18, 0.18, 0.14, 0.09, 0.10 로 나타나며 00UTC에서는 GOCI 에서, 나머지 시간대에서는 MI에서 최대오차를 보였다.

Satellite optical communication has gained significant attention owing to its many quality features (e.g., a larger bandwidth, license free spectrum, higher data rate, and better security) compared to satellite microwave communication. Various experiments have been performed during many space missions to demonstrate and characterize inter-satellite links, downlinks, and uplinks. Korea has also planned to establish an experimental communication system using a geostationary earth orbit (GEO) satellite and the Geochang station as an optical ground station for low Earth orbit (LEO)-to-ground optical relay links. In this study, the performance of inter-satellite communication links and downlinks was investigated for the new Korean experimental communication system in terms of link margin, bit error rate (BER), and channel capacity. In particular, the performance of the inter-satellite links was analyzed based on the receiving apertures and the transmitting power, while that of the downlink was analyzed in terms of atmospheric turbulence conditions and transmitting power. Finally, we discussed two system parameters of receiving aperture and transmitting power to meet the three criteria of link margin, BER, and channel capacity.

In this study, a batch least square estimator that utilizes optical observation data is developed and utilized to determine geostationary orbits (GEO). Through numerical simulations, the effects of error sources, such as clock errors, measurement noise, and the a priori state error, are analyzed. The actual optical tracking data of a GEO satellite, the Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS), provided by the optical wide-field patrol network (OWL-Net) is used with the developed batch filter for orbit determination. The accuracy of the determined orbit is evaluated by comparison with two-line elements (TLE) and confirmed as proper for the continuous monitoring of GEO objects. Also, the measurement residuals are converged to several arcseconds, corresponding to the OWL-Net performance. Based on these analyses, it is verified that the independent operation of electro-optic space surveillance systems is possible, and the ephemerides of space objects can be obtained.

The correlation between meteorological data collected at the optical wide-field patrol network (OWL-Net) Station No. 1 and the seeing of satellite optical observation data was analyzed. Meteorological data and satellite optical observation data from June 2014 to November 2015 were analyzed. The analyzed meteorological data were the outdoor air temperature, relative humidity, wind speed, and cloud index data, and the analyzed satellite optical observation data were the seeing full-width at half-maximum (FWHM) data. The annual meteorological pattern for Mongolia was analyzed by collecting meteorological data over four seasons, with data collection beginning after the installation and initial set-up of the OWL-Net Station No. 1 in Mongolia. A comparison of the meteorological data and the seeing of the satellite optical observation data showed that the seeing degrades as the wind strength increases and as the cloud cover decreases. This finding is explained by the bias effect, which is caused by the fact that the number of images taken on the less cloudy days was relatively small. The seeing FWHM showed no clear correlation with either temperature or relative humidity.

We estimated the orbit of the Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS), a Geostationary Earth Orbit (GEO) satellite, through data from actual optical observations using telescopes at the Sobaeksan Optical Astronomy Observatory (SOAO) of the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI), Optical Wide field Patrol (OWL) at KASI, and the Chungbuk National University Observatory (CNUO) from August 1, 2014, to January 13, 2015. The astrometric data of the satellite were extracted from the World Coordinate System (WCS) in the obtained images, and geometrically distorted errors were corrected. To handle the optically observed data, corrections were made for the observation time, light-travel time delay, shutter speed delay, and aberration. For final product, the sequential filter within the Orbit Determination Tool Kit (ODTK) was used for orbit estimation based on the results of optical observation. In addition, a comparative analysis was conducted between the precise orbit from the ephemeris of the COMS maintained by the satellite operator and the results of orbit estimation using optical observation. The orbits estimated in simulation agree with those estimated with actual optical observation data. The error in the results using optical observation data decreased with increasing number of observatories. Our results are useful for optimizing observation data for orbit estimation.

To protect and manage the Korean space assets including satellites, it is important to have precise positions and orbit information of each space objects. While Korea currently lacks optical observatories dedicated to satellite tracking, the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) is planning to establish an optical observatory for the active generation of space information. However, due to geopolitical reasons, it is difficult to acquire an adequately sufficient number of optical satellite observatories in Korea. Against this backdrop, this study examined the possible locations for such observatories, and performed simulations to determine the differences in precision of optical orbit estimation results in relation to the relative baseline distance between observatories. To simulate more realistic conditions of optical observation, white noise was introduced to generate observation data, which was then used to investigate the effects of baseline distance between optical observatories and the simulated white noise. We generated the optical observations with white noise to simulate the actual observation, estimated the orbits with several combinations of observation data from the observatories of various baseline differences, and compared the estimated orbits to check the improvement of precision. As a result, the effect of the baseline distance in combined optical GEO satellite observation is obvious but small compared to the observation resolution limit of optical GEO observation.

An algorithm to automatically extract coordinate and time information from optical observation data of geostationary orbit satellites (GEO satellites) or geosynchronous orbit satellites (GOS satellites) is developed. The optical wide-field patrol system is capable of automatic observation using a pre-arranged schedule. Therefore, if this type of automatic analysis algorithm is available, daily unmanned monitoring of GEO satellites can be possible. For data acquisition for development, the COMS1 satellite was observed with 1-s exposure time and 1-m interval. The images were grouped and processed in terms of “action”, and each action was composed of six or nine successive images. First, a reference image with the best quality in one action was selected. Next, the rest of the images in the action were geometrically transformed to fit in the horizontal coordinate system (expressed in azimuthal angle and elevation) of the reference image. Then, these images were median-combined to retain only the possible non-moving GEO candidates. By reverting the coordinate transformation of the positions of these GEO satellite candidates, the final coordinates could be calculated.