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국내연구팀 ‘40cm급 고해상도 영상레이더’ 개발




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“한반도 고화질로 훑는다”

폭우가 쏟아지는 전쟁터.

부대를 이끄는 대대장은 저 멀리 흐릿하게 보이는 작은 숲이 왠지 불안하다. 전진을 멈추고 고민하는 그에게 긴급 무전이 날아왔다.

“숲 속에 적의 탱크 부대가 숨어 있다. 포격을 시작하겠다.”

곧 아군의 포탄이 쏟아졌고 적 부대는 괴멸됐다. 무인정찰기가 ‘고해상도 영상레이더’로 찍은 사진이 부대원들의 목숨을 살린 것이다.

현대전에서 무인정찰기와 인공위성의 고성능 관측 장비는 대단한 위력을 갖고 있다. 적 부대의 위치부터 이동, 잠복까지 손바닥 보듯 훤히 들여다본다. 특히 영상레이더(SAR)는 기존 레이더와 달리 땅 위의 물체를 3차원 사진으로 볼 수 있다. 얕은 바다를 운항 중인 잠수함까지 알아낼 수 있다.

현재 최고 수준의 SAR는 미국의 무인기 프레데터나 글로벌호크에 달려 있는 30cm급. 백과사전 크기의 큰 책까지 식별할 수 있다.

국내에서도 최근 40cm급 고해상도 SAR가 나왔다. 가민호 한국산업기술대 전자공학과 교수팀과 삼성텔레스는 7일 40cm급 합성개구레이더(KPU-STC)를 개발했다고 밝혔다. 가로 세로 40cm×1.5m 크기의 물체를 구분해 선명한 영상을 보내주는 장치다.

이 연구팀은 최근 진동이 심한 헬기에 이 레이더를 실어 강원 삼척 지역을 촬영하는 데 성공했다. 국내에서 최고 해상도의 SAR는 국방과학연구소가 2004년 개발한 가로 세로 1.5m급 레이더 ‘KOMSAR’였다.




전자기파로 땅 끝까지 훑는다
이 레이더는 밤에는 물론 비 또는 눈이 오는 것과 상관없이 이용할 수 있다. 아무리 구름이 많이 끼어도 사진을 찍는 데 문제가 없다. 빛 대신 전파를 이용해 지상을 보기 때문이다. 레이더에서 쏜 전파는 지상에 있는 물체에 부딪쳐 돌아오는데 이 정보를 읽어 물체의 모양을 본다. 건물의 높낮이, 나무 뒤에 숨어 있는 물체까지 알 수 있다.

가 교수는 “정찰기나 위성에 쓰는 고성능 광학카메라는 날씨 때문에 1년에 30% 정도만 이용할 수 있어 제한적”이라며 “동굴이나 콘크리트 건물에 숨지 않는 한 레이더의 눈을 피하기 어렵다”고 설명했다.

SAR는 지하자원을 찾거나 재난 현장을 파악하는 데도 쓸 수 있다. 물체의 모양뿐만 아니라 토양의 성질을 분석하고 지하수가 얼마나 많이 흐르는지도 알 수 있기 때문이다.

금속은 특히 전파를 잘 반사하기 때문에 금속 자원을 찾는 데 유리하다. 2010년 발사될 아리랑 5호 위성도 1, 2호와 달리 광학 카메라 대신 SAR를 달고 우주로 갈 계획이다.




목표는 10cm급 고해상 레이더
이 레이더는 작은 레이더 안테나를 이용해 거대한 ‘가상 레이더’를 만든다. 비행기에 몇 m 크기의 작은 레이더를 싣고 날아가면서 얻은 정보를 합쳐 수백에서 수천 배 넓이의 사진으로 합성하는 것이다.

비행기가 진동하면 전파신호가 흔들려 영상에 오류가 많이 생기고 정확도도 떨어진다.

이 연구팀은 위성위치확인시스템(GPS)과 고정밀 관성항법장치(INS) 센서로 비행기의 요동을 바로잡는 기술을 개발해 레이더의 정확도를 높였다. 레이더 신호를 모아 고해상도로 합성하는 기술도 개발했다.

세계가 목표로 삼은 건 10cm급 해상도의 SAR다. 사람의 머리도 식별할 수 있다. 현재 일부 나라에서 개발돼 시험 운용되고 있다.

가 교수는 “1, 2년 뒤에 고속 디지털 칩이 개발되면 우리가 만든 레이더의 구조를 조금만 바꿔도 최고 12.5cm급의 영상을 얻을 수 있다”며 “앞으로 우리나라 국토를 아날로그TV에서 고화질TV로 볼 수 있을 것”이라고 기대했다.

2011년 발사 아리랑 3호는 70cm 물체도 식별

50cm 고해상 카메라도 이미 개발… 10년내 위성 장착






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눈부신 인공위성 카메라기술
현재 활동하는 우리나라의 위성 중에는 2006년 발사한 아리랑 2호가 가장 좋은 눈을 가졌다.

아리랑 2호는 1m 크기의 물체를 한 점으로 인식할 수 있다.

올해 초 우주 미아가 된 아리랑 1호는 6.6m급의 해상도였다.

세계 상업용 인공위성 가운데 해상도가 가장 높은 카메라를 가진 것은 2000년 미국이 쏘아올린 아이코노스(IKONOS) 2호다. 이 위성은 가로 세로 80cm인 물체를 한 점으로 표현할 수 있다. 하지만 2011년 우리나라의 아리랑 3호가 발사되면 이 기록이 깨진다. 아리랑 3호는 70cm 크기의 물체를 한 점으로 볼 수 있다.

인공위성은 약 700km 높이에서 지구를 촬영하기 때문에 영상을 확대해야 한다. 일반 망원경처럼 유리 렌즈를 사용해도 되지만 무게를 줄이기 위해 거울을 사용한다. 오목한 거울은 반사망원경처럼 빛을 모아 물체를 크게 보이도록 한다.





이윤우 한국표준과학연구원 우주광학연구단장은 “아리랑 3호에 설치할 카메라보다 더 향상된 지름 0.9m의 거울이 달린 카메라도 이미 개발했다”며 “10년 안에 인공위성에 달아 우주에 올릴 것”이라고 말했다. 이 카메라는 고도 700km에서 50cm의 해상도를 갖는다.

그래도 미국 군사첩보위성의 해상도는 아직 넘을 수 없다. 이 위성은 지름 3.8m의 거울이 달린 대형 위성으로 15cm의 해상도를 갖고 있다.

이승훈 한국항공우주연구원 위성광학기술팀장은 “군사위성과 상용위성은 수명과 목적이 다르기 때문에 쉽게 비교할 수 없다”고 밝혔다.

군사첩보위성은 평상시 700km 상공에 있다가 목표가 정해지면 200∼300km 상공으로 내려와 촬영한 뒤 다시 올라간다. 위성이 지면과 가까워지면 영상의 해상도가 높아지지만 연료가 많이 소모돼 3년을 넘기기 힘들다. 그래서 미국은 1년에 위성 수십 대를 쏘아 올린다.

이 팀장은 “군사용 위성 개발에는 많은 예산이 들고 위성에서 얻은 영상자료는 판매는 물론 공개하기도 힘들기 때문에 활용하기 쉽지 않다”고 덧붙였다.

| 글 | 김상연, 전동혁 기자ㆍdream@donga.com, jermes@donga.com |



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