해안사구·갯벌 다중기법 SAR 분석 — InSAR · OT · ACD · 조수 관측Coastal Dune and Tidal Flat SAR Analysis — InSAR, Offset Tracking, ACD and Tide Observation

2026.05 – 2026.09 · 단독 수행Sole contributor · 완료Completed

InSAROffset TrackingACD조수간만 관측ISCE2X/C-band

국산 X-band와 Sentinel-1 C-band에 InSAR·오프셋트래킹·진폭변화탐지 세 기법을 동일 절차로 교차 적용함. 결론은 솔직하다 — 후보 55개 중 유일하게 조건을 통과한 페어조차 평균 코히런스 0.281로 위상이 완전히 탈상관함.Applied three techniques — phase InSAR, offset tracking and amplitude change detection — identically across a domestic X-band sensor and Sentinel-1 C-band. The honest finding: of 55 candidate pairs only one qualified, and even that one decorrelated completely at a mean coherence of 0.281.

배경 · 목표Background

해안국립공원 사구 지역의 지표 변화를 SAR로 감시할 수 있는지 검토하는 과제였음.
국산 위성(X-band)과 Sentinel-1(C-band)을 같은 절차로 비교해, 국산 위성의 실제 활용 가능 범위를 가늠하는 것이 핵심이었음.
선행 검토에서 Sentinel-1 DInSAR 결과가 뚜렷하지 않았기 때문에, 위상 외 기법까지 함께 봐야 함.

The task was to assess whether SAR can monitor surface change over the dunes of a coastal national park.
The core question was how far the domestic X-band satellite actually gets, compared like-for-like against Sentinel-1.
Earlier Sentinel-1 DInSAR had produced inconclusive results, so techniques beyond phase had to be considered too.

방법Method

먼저 페어 적합성을 평가했다 — 동일 궤도·룩 방향, 입사각 차(dinc), 수직베이스라인 비(Bperp/Bcrit), 시간차. 폴리곤을 덮는 유효 InSAR 페어는 단 하나뿐이었음.
InSAR(위상)은 국산 위성에 두 경로를 독립적으로 적용했다 — ① ISCE2 stripmapApp에 COSMO-SkyMed 센서로 위장시켜 N2 메타데이터를 주입하는 방식, ② 궤도 기하부터 직접 구현한 자체 파이썬 파이프라인. 서로 다른 구현이 같은 결론에 도달함.
Sentinel-1 위상 InSAR은 공식 ISCE2 topsApp 2.6.3으로 처리함. 언래핑은 snaphu.
위장 경로의 메타데이터 매핑을 전수 검증했다 — X-band 9.65 GHz, λ=3.107 cm, PRF 6380.8 Hz, 도플러·레인지타임·처프·방위시각 모두 정상, None 필드 없음.
Offset Tracking: 정규화 상호상관(NCC)으로 정합하고, 상관 피크를 포물선 보간해 1/10~1/20 화소까지 방위·거리 이동량을 추정함.
ACD(진폭변화탐지): 진폭 추출 → 멀티룩 → 지오코딩 → 로그비 dB 산출.
세 기법 공통으로 DEM 기반 해수역 마스킹을 적용함.
부호 규약을 합성신호(알고 있는 이동을 주입)로 검증했다 — OT의 range(+)는 위성에서 멀어짐, InSAR LOS(+)는 가까워짐으로 서로 반대임.
낮은 코히런스가 정합 오차 때문인지 확인하려고 대조실험을 설계했다 — 코레지스트레이션 refinement가 조용히 건너뛰어지는 환경(WSL DrvFs)과 실제로 수행되는 환경(리눅스 네이티브 FS)에서 각각 돌렸음.
갯벌 조수 관측: LiDAR DEM·정사영상과 동일한 5 m 격자에서 조위별 침수·노출을 비교함.

Started with pair suitability: same orbit and look direction, incidence-angle difference, perpendicular-to-critical baseline ratio, and temporal gap. Exactly one valid InSAR pair covered the polygon.
Phase InSAR was attempted on the domestic sensor by two independent routes: injecting N2 metadata into ISCE2 stripmapApp disguised as a COSMO-SkyMed sensor, and a custom Python pipeline written from the orbit geometry up. Two different implementations reached the same conclusion.
Sentinel-1 phase InSAR used official ISCE2 topsApp 2.6.3, with snaphu for unwrapping.
Verified the disguise route's metadata mapping end to end — X-band 9.65 GHz, λ=3.107 cm, PRF 6380.8 Hz, with Doppler, range time, chirp and azimuth timing all correct and no null fields.
Offset tracking: normalised cross-correlation matching, with parabolic interpolation of the correlation peak to estimate azimuth and range shifts down to 1/10–1/20 of a pixel.
Amplitude change detection: amplitude extraction, multilooking, geocoding, then a log-ratio in dB.
DEM-based sea masking applied identically across all three techniques.
Verified sign conventions by injecting a known synthetic displacement — offset-tracking range positive means moving away from the sensor, while InSAR LOS positive means moving toward it; they are opposite.
Designed a control to test whether the low coherence came from misregistration: ran the same pair in an environment where coregistration refinement is silently skipped (WSL DrvFs) and in one where it actually runs (native Linux filesystem).
Tidal-flat observation: compared inundation and exposure by tide level on the same 5 m grid as the LiDAR DEM and orthophoto.

처리 흐름 — 원통: 입력 자료 · 사각형: 처리 · 마름모: 판정·검증 · 양끝 둥근 사각형: 산출물Processing flow — cylinder: input data · rectangle: processing · diamond: decision · stadium: output

결과Results

InSAR · Offset Tracking · ACD 세 기법을 X-band와 C-band 양쪽에 동일 절차로 적용한 통합 프레임워크 완성
Sentinel-1에서 처리 초·중반(정합·평지/지형 위상 제거·필터링)이 ISCE2와 일치함을 확인 — 자체 코드 검증
페어 적합성 심사: NP04 후보 55개 중 InSAR 판정을 받은 페어는 단 1개 (Bperp −1419 m / Bcrit 3606 m = 0.39, 입사각차 0.09°, 오버랩 91%, 시간차 30일). 나머지 54개는 궤도방향·룩사이드 불일치로 탈락
그 유일한 페어마저 위상 완전 탈상관 — 평균 코히런스 0.281, 중앙값 0.281, 0.3 초과 27.6%, 0.5 초과 0.0%. 필터링 후에도 코히런트 프린지 없음
대조실험으로 원인 규명: 정합 refinement를 건너뛴 경우와 실제 수행한 경우(391개 오프셋 검출·적용)의 코히런스가 0.281로 동일 — 저코히런스는 정합 오차가 아니라 시간적 탈상관임을 입증
진폭 상관(정합)은 성립하나 위상은 소멸. 언래핑은 의미가 없어 수행하지 않음
세 기법 중 진폭변화탐지(ACD)만 구조가 있는 관측을 제공
갯벌 조수 관측: 보유 처리레벨(1A/1B/1C)에는 후방산란계수가 없어 시점 간 절대 dB 비교 불가. 설계상 Level 1D에서만 제공된다는 것을 문서로 확인
X-band 개방수면은 −20 dB 이하인데 이 센서의 잡음등가 산란계수는 −16~−17 dB — 즉 물이 설계상 잡음바닥 아래에 있음. 실측 물−육상 대비 중앙값 −2.5 dB로 물리 기대치(−13~−20 dB)에 10~17 dB 못 미침

A unified framework applying all three techniques identically to both X-band and C-band.
Confirmed that the early and middle stages on Sentinel-1 — coregistration, flat-earth and topographic phase removal, filtering — match ISCE2, validating the custom code.
Pair screening: of 55 candidates, exactly one passed as InSAR-capable (Bperp −1419 m against a 3606 m critical baseline, ratio 0.39; incidence difference 0.09°; 91% overlap; 30-day gap). The other 54 failed on orbit direction or look side.
Even that pair decorrelated completely — mean coherence 0.281, median 0.281, 27.6% above 0.3, and 0.0% above 0.5. No coherent fringes survive filtering.
The control settled the cause: coherence was identical at 0.281 whether refinement was skipped or actually performed (391 offsets detected and applied), proving the low coherence is temporal decorrelation, not misregistration.
Amplitude correlation still works for coregistration, but the phase is gone. Unwrapping would be meaningless, so it was not performed.
Of the three techniques, only amplitude change detection yields a structured observation.
Tidal flats: the held product levels (1A/1B/1C) contain no backscatter coefficient, so absolute dB cannot be compared across dates — confirmed from the specification that it is supplied only at Level 1D.
X-band open water sits below −20 dB while this sensor's noise-equivalent sigma zero is −16 to −17 dB, so water is below the noise floor by design. Measured water-to-land contrast has a median of −2.5 dB against a physical expectation of −13 to −20 dB, falling short by 10–17 dB.

유일하게 InSAR 판정을 받은 페어의 결과 — 진폭 · 코히런스 · wrapped phase · 코히런스 분포. 평균 0.281, 0.5 초과 0.0%로 위상 완전 탈상관The one pair that passed InSAR screening — amplitude, coherence, wrapped phase and the coherence distribution. Mean 0.281 with nothing above 0.5: complete phase decorrelation

자체 파이프라인 vs ISCE2 — 간섭위상 · coherence · 언래핑 대조Custom pipeline vs ISCE2 — interferometric phase, coherence and unwrapping compared

InSAR 처리 체인 — 진폭 · coherence · 언래핑 위상 · 히스토그램InSAR chain — amplitude, coherence, unwrapped phase and histogram

시간 베이스라인에 따른 탈상관 — 사구에서 수 일 내 coherence 붕괴Decorrelation against temporal baseline — coherence collapses within days over dunes

진폭변화탐지 로그비 (dB) — 세 기법 중 유일하게 구조가 있는 관측Amplitude change detection log-ratio in dB — the only structured observation of the three

오프셋 트래킹 — 방위·거리 이동량과 상관 품질Offset tracking — azimuth and range shifts with match quality

X-band 진폭영상 — 위상은 소멸했지만 진폭 특징은 살아 있다X-band amplitude — the phase is gone, but amplitude features survive

LiDAR DEM 3차원 — 사구·갯벌 지형LiDAR DEM in 3D — dune and tidal-flat terrain

조위에 따른 침수·노출 변화 탐지Inundation and exposure change by tide level

수륙경계선 추출과 지형 대조Extracted waterline compared against terrain

조위 시계열과 촬영 시각 정합Tide time series aligned to acquisition times

LiDAR 표고 대비 침수 판정 검증Inundation decisions validated against LiDAR elevation

배운 점 · 한계What I learned · Limitations

'코드가 맞는가'와 '결과가 좋은가'는 다른 질문임. 결과가 약한 것은 X-band가 사구에서 탈상관하는 물리적 한계 때문이고, 같은 데이터를 ISCE2에 넣어도 같음. 이 둘을 분리해 설명하는 법을 익혔음.
자체 코드의 신뢰성을 세 층으로 나눠 논증했다 — ① 기하 모델의 정합성(잔차를 지오이드로 귀속), ② 알고리즘의 표준성(새로 발명한 것 없음), ③ 외부 도구 대조. 그리고 TOPS 정밀 방위정합은 간이 구현이라 최종 언래핑까지 ISCE2와 같다고는 주장하지 않았음. 한계를 먼저 밝히는 쪽이 신뢰를 만듦.
원인을 단정하기 전에 대조군을 만들었음. 코히런스가 낮을 때 '정합이 잘못됐나'를 의심하는 건 자연스럽지만, 추측 대신 refinement를 건너뛴 실행과 실제 수행한 실행을 나란히 돌려 코히런스가 0.281로 똑같다는 걸 보였음. 교란 요인을 제거해야 '물리적 한계'라는 주장이 섬.
서로 다른 두 구현(ISCE2 위장 경로, 자체 파이썬)이 같은 결론에 도달한 것이 단일 구현보다 훨씬 강한 근거가 됐음.
센서 사양서를 읽는 것이 데이터를 더 돌리는 것보다 빨랐음. 물이 안 보이는 이유를 잡음등가 산란계수 한 줄에서 찾았음.
결론을 '변위량'이 아니라 '국산 위성 처리 방법론 시연'으로 프레이밍하도록 권고함. 데이터가 뒷받침하지 않는 주장을 하지 않는 것도 분석가의 일임.

'Is the code right' and 'is the result good' are different questions. The weak result comes from X-band physically decorrelating over dunes — ISCE2 on the same data gives the same thing. I learned to argue those two apart.
Argued the custom code's reliability in three layers: the geometry model's consistency (residuals attributable to the geoid), the standardness of the algorithms (nothing newly invented), and comparison against an external tool. And I did not claim parity with ISCE2 through final unwrapping, because the TOPS azimuth refinement is a simplified implementation. Stating the limit first is what builds trust.
Built a control before asserting a cause. Suspecting misregistration when coherence is low is natural, but instead of guessing I ran the pair with refinement skipped and with it applied, and showed coherence was 0.281 either way. Ruling out the confound is what lets the 'physical limit' claim stand.
Two independent implementations — the ISCE2 disguise route and the custom Python pipeline — converging on the same answer is far stronger evidence than either alone.
Reading the sensor specification beat running more data. The reason water was invisible turned out to be one line: the noise-equivalent sigma zero.
Recommended framing the deliverable as a processing-methodology demonstration rather than a displacement measurement. Declining to claim what the data does not support is part of the job.

분석 결과 문서Analysis documents

분석 당시 작성한 결과 문서를 그대로 싣음. 새 탭에서 열림.The result documents written during the analysis, published as-is. Opens in a new tab.

대화형 웹맵Interactive map 태안 사구 N2 · Sentinel-1 변화 분석 지도Taean dune NEXTSat-2 / Sentinel-1 change map 레이어별 ON/OFF·컬러바 MIN/MAX 직접 조정 가능한 대화형 결과 지도Interactive result map with per-layer toggles and user-adjustable colour-bar ranges. 리포트Report 태안 갯벌 조수간만 관측 결과Taean tidal-flat observation result N2 SAR 시계열로 관심영역 조위별 노출면 변화 관측Exposed tidal-flat change by tide stage, from the NEXTSat-2 SAR time series over the area of interest. 리포트Report 태안해안 갯벌 조수간만 관측 — 관리 활용Taean tidal-flat observation — management use 갯벌 높낮이 등고선 기반 고립 위험 도면 등 공원 관리 활용 방안 정리Park-management applications, including isolation-risk mapping from tidal-flat elevation contours.

산출물Deliverables

InSAR · OT · ACD 자체 파이썬 구현
ISCE2 topsApp 처리 설정·산출물
처리 프로토콜 순서도
인터랙티브 통합 결과 맵
인수인계 문서 및 방법론 답변자료

Custom Python implementations of InSAR, offset tracking and ACD
ISCE2 topsApp configuration and products
Processing protocol diagram
Interactive combined results map
Handover document and methodology Q&A

원본 보고서와 발표자료는 사내 자료로 공개하지 않음. 분석 코드는 GitHub에 정리되어 있음.Source reports and decks are internal and not published here. Analysis code is organised on GitHub.