본 논문에서는 지상-항공기간 통신 시험을 통해 장거리 해상 통신 환경에서의 전파 손실을 측정하고 이를 구면 대지 반사 모델을 통한 예측값과 비교하였다. 전파 손실 측정을 위한 항공기 통신 시험은 서해상에서 실시되었으며, 비행 전 구간에 걸쳐 항공기에 장착된 수신기의 수신 신호 세기를 측정하였다. 이때 통신 시험이 수행된 비행 경로 중 반사파의 반사점 인근에 섬이 존재하여 이로 인한 반사파가 수신 신호 간섭을 줄 것으로 예상되었다. 따라서 섬에 의한 반사파까지 고려한 구면 대지 반사 모델에 반사 계수, 발산 계수 및 송수신기의 안테나 패턴을 적용하여 예측한 전파 경로 손실과 항공기 이용해 측정한 전파 손실을 비교하였다. 비교 결과, 섬에 의한 반사파를 고려한 구면 대지 반사 모델로 전파 손실을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 지상-항공기간 통신 시험을 통해 장거리 해상 통신 환경에서의 전파 손실을 측정하고 이를 구면 대지 반사 모델을 통한 예측값과 비교하였다. 전파 손실 측정을 위한 항공기 통신 시험은 서해상에서 실시되었으며, 비행 전 구간에 걸쳐 항공기에 장착된 수신기의 수신 신호 세기를 측정하였다. 이때 통신 시험이 수행된 비행 경로 중 반사파의 반사점 인근에 섬이 존재하여 이로 인한 반사파가 수신 신호 간섭을 줄 것으로 예상되었다. 따라서 섬에 의한 반사파까지 고려한 구면 대지 반사 모델에 반사 계수, 발산 계수 및 송수신기의 안테나 패턴을 적용하여 예측한 전파 경로 손실과 항공기 이용해 측정한 전파 손실을 비교하였다. 비교 결과, 섬에 의한 반사파를 고려한 구면 대지 반사 모델로 전파 손실을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다.
In this paper, we present the newly developed propagation toss model of a long range maritime communication channel, measured by a ground to air flight test, and discuss its validity compared with the predictive value based on the spherical earth reflection model. To measure the propagation loss, ac...
In this paper, we present the newly developed propagation toss model of a long range maritime communication channel, measured by a ground to air flight test, and discuss its validity compared with the predictive value based on the spherical earth reflection model. To measure the propagation loss, actual flight test was performed in the Yellow Sea and the measurement of receiving signal strength was made for overall test range. As far as the test condition is concerned, it is expected that the receiving signal strength must be interfered with the reflected wave by an island existing around the reflection point. Therefore we introduce some modifications on the conventional spherical earth reflection model by including the effect due to the reflected wave from the island. And then, we compare the path loss measured by flight test with that one analyzed by the spherical earth reflection model accounting for reflected wave of the island. As a result of the comparison, it is verified to predict the path loss accurately by the spherical earth reflection model including the effect due to the reflected wave from an island for a long range ground to air communication.
In this paper, we present the newly developed propagation toss model of a long range maritime communication channel, measured by a ground to air flight test, and discuss its validity compared with the predictive value based on the spherical earth reflection model. To measure the propagation loss, actual flight test was performed in the Yellow Sea and the measurement of receiving signal strength was made for overall test range. As far as the test condition is concerned, it is expected that the receiving signal strength must be interfered with the reflected wave by an island existing around the reflection point. Therefore we introduce some modifications on the conventional spherical earth reflection model by including the effect due to the reflected wave from the island. And then, we compare the path loss measured by flight test with that one analyzed by the spherical earth reflection model accounting for reflected wave of the island. As a result of the comparison, it is verified to predict the path loss accurately by the spherical earth reflection model including the effect due to the reflected wave from an island for a long range ground to air communication.
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문제 정의
이 섬은 다른 장애물과 달리 송신기와 수신기의 직선 경로상에 존재하고, 해면 반사파의 반사 지점 부근에 위치하고 있어 장거리 통신 상태에서두 반사파의 거리 차가 거의 발생하지 않는다. 따라서 본 논문에서는 구면 대지 반사 모델 적용시 영향을 주는 반사물로 고려하였다.
넘는 장거.리 해상 통신 환경에서의 전파 손실 특성을 측정하기 위해 실시되었다. 특히 이번 통신시험의 경우 장거리 해상 환경에서 이루어지는 시험이며 송신기로부터 약 50 km 정도 떨어진 위치에 영향을 줄 수 있는 섬이 존재하는 것으로 판단되어, 기존의 구면 대지 반사 모델에 해수면 상의 장애물에 의한 영향을 고려한 모델을 새로이 설정하여 실측값과 비교하였다.
본 논문에서는 서해상에서 실시한 장거리 지상- 항공기 통신 환경을 구면 대지 반사 모델로 구성하여 전파 경로 손실을 예측하고, 실제 측정된 수신 신호 세기와 비교 분석하였다. 일반적으로 해상 전파 경로 손실을 분석하는 연구에서는 직접파와 해면 반사파만을 고려한 경우가 대부분이나, 반사면에 대한 입사각이 매우 작아지는 장거리 해상 환경에서는 해수면 이외에 해수면 반사 지점 부근의 장애물에 의한 반사파 역시 고려되어야 한다.
본 논문은 장거리 해상 통신 환경에서의 UHF 대역 전파 손실을 측정하고자 하였다. 이를 위해 서해상에서 항공기를 이용한 통신 시험을 수행하여 거리에 따른 수신 신호 세기를 측정하였으며, 이를 섬을 고려한 장거리 해상 전파 모델로부터 예측된 수신 신호 세기와 비교하였다.
가설 설정
구면 대지 반사 모델 적용 시 앞에서 제시한 바와 같이 통신 경로 상에 존재하는 섬을 고려하여 수신기에 도달되는 전자파가 직접파, 해면 반사파와 섬에 의한 반사파가 존재하는 것으로 설정하여 계산하였다. 이때 섬의 반사면 굴곡의 표준 편차 g는 1 m로 가정하였다.
제안 방법
이를 위해서 본 논문에서 항공 통신시험이 이루어진 조건 하에서의 등가 지구 반지름을 8, 479 km로 설정한 후, 등가 지구원을 가정하였을 때 안테나 및 섬의 위치 좌표를 설정하여 항공기의 좌표 변화에 따른 비행 고도 변화 및 수신 신호 세기의 변화를 예측하였다. 구면 대지 반사 모델 적용 시 앞에서 제시한 바와 같이 통신 경로 상에 존재하는 섬을 고려하여 수신기에 도달되는 전자파가 직접파, 해면 반사파와 섬에 의한 반사파가 존재하는 것으로 설정하여 계산하였다. 이때 섬의 반사면 굴곡의 표준 편차 g는 1 m로 가정하였다.
모델을 설정해야 한다. 따라서 장애물이 없는 근거리 해상 통신환경 분석 시 사용되는 구면 반사 모델을 수정하여 그림 3과 같이 수신기의 수신 신호를 직접파, 해면 반사파 및 섬 반사파의 합으로 표현한다.
전파 손실을 측정하고자 하였다. 이를 위해 서해상에서 항공기를 이용한 통신 시험을 수행하여 거리에 따른 수신 신호 세기를 측정하였으며, 이를 섬을 고려한 장거리 해상 전파 모델로부터 예측된 수신 신호 세기와 비교하였다. 수신 신호 세기 예측에는 구면 대지 반사 모델의 반사 계수 및 발산 계수, 송수신 안테나의 패턴이 고려되었을 뿐만 아니라 섬에 의한 반사파의 영향까지 포함되었으며, 실측값과 예측값을 비교한 결과 설정된 구면 대지 반사 모델로 장거리 해상 통신 환경에서의 정확한 전파손실을 예측할 수 있음을 확인하였다.
된다. 이를 위해서 본 논문에서 항공 통신시험이 이루어진 조건 하에서의 등가 지구 반지름을 8, 479 km로 설정한 후, 등가 지구원을 가정하였을 때 안테나 및 섬의 위치 좌표를 설정하여 항공기의 좌표 변화에 따른 비행 고도 변화 및 수신 신호 세기의 변화를 예측하였다. 구면 대지 반사 모델 적용 시 앞에서 제시한 바와 같이 통신 경로 상에 존재하는 섬을 고려하여 수신기에 도달되는 전자파가 직접파, 해면 반사파와 섬에 의한 반사파가 존재하는 것으로 설정하여 계산하였다.
통신 시험은 크게 송신기와 항공기에 탑재된 수신기로 구성되는데, 송신기는 해수면으로부터 일정 고도 위에 설치되어 200 W(53 dBm) 크기의 UHF 대역 신호를 송신하며 수신기가 탑재된 항공가시 선이파 가시선이 확보되는 최대 거리까지의 거리를 일정 속도와 고도로 직선 비행하였다. 전파 경로 손실의 측정과 앞에서 제시한 구면 대지 반사 모델과의 비교를 위해 항공기가 비행하는 전 비행 구간 동안 탑재된 수신기에서 발생되는 수신 신호 세기를 기록하였다.
표현한 그림이다. 통신 시험은 크게 송신기와 항공기에 탑재된 수신기로 구성되는데, 송신기는 해수면으로부터 일정 고도 위에 설치되어 200 W(53 dBm) 크기의 UHF 대역 신호를 송신하며 수신기가 탑재된 항공가시 선이파 가시선이 확보되는 최대 거리까지의 거리를 일정 속도와 고도로 직선 비행하였다. 전파 경로 손실의 측정과 앞에서 제시한 구면 대지 반사 모델과의 비교를 위해 항공기가 비행하는 전 비행 구간 동안 탑재된 수신기에서 발생되는 수신 신호 세기를 기록하였다.
리 해상 통신 환경에서의 전파 손실 특성을 측정하기 위해 실시되었다. 특히 이번 통신시험의 경우 장거리 해상 환경에서 이루어지는 시험이며 송신기로부터 약 50 km 정도 떨어진 위치에 영향을 줄 수 있는 섬이 존재하는 것으로 판단되어, 기존의 구면 대지 반사 모델에 해수면 상의 장애물에 의한 영향을 고려한 모델을 새로이 설정하여 실측값과 비교하였다. 설정된 모델을 통한 수신 신호 세기 예측을 위해서 항공기의 실제 비행 고도 및 송수신 안테나의 패턴들이 고려하여 수직 편파를 기준으로 분석하였으며, 이러한 요소들을 모두 고려하여 수신 신호 세기 예측값을 계산한 결과 실측값과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
대상 데이터
시험에 사용된 송신 안테나는 그림 9에 제시된 평판 안테나로서 10 dBi의 이득을 가지며 원형 편파를 생성해낸다. 송신 안테나는 그림 10에서 보는 바와 같이 40도의 반치각을 가지는데, 항공기가 송신기를 기준으로 남쪽 방향으로 직선 비행하였으므로 전 시험 구간 동안 송신 안테나의 반치각 범위 내에 존재하게 된다.
성능/효과
그림 17의 결과로부터, 항공기를 이용한 장거리 지상-항공기 간 해상 통신 환경을 섬에 의한 반사파를 고려한 구면 대지 반사 모델로 정확하게 예측할 수 있음을 알 수 있다. 또한 그림 17에서 알 수 있는 바와 같이, 섬이 고려된 3-ray 전파 모델의 경우 섬이 고려되지 않은 경우와 비교하였을 때 원거리 비행 구간에서의 수신 신호 세기의 변화를 보다 정확하게 표현할 수 있음을 확인하였다.
특히 이번 통신시험의 경우 장거리 해상 환경에서 이루어지는 시험이며 송신기로부터 약 50 km 정도 떨어진 위치에 영향을 줄 수 있는 섬이 존재하는 것으로 판단되어, 기존의 구면 대지 반사 모델에 해수면 상의 장애물에 의한 영향을 고려한 모델을 새로이 설정하여 실측값과 비교하였다. 설정된 모델을 통한 수신 신호 세기 예측을 위해서 항공기의 실제 비행 고도 및 송수신 안테나의 패턴들이 고려하여 수직 편파를 기준으로 분석하였으며, 이러한 요소들을 모두 고려하여 수신 신호 세기 예측값을 계산한 결과 실측값과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 이를 통해 장거리 해상 통신 환경에서의 전파 환경이 섬을 고려한 3-ray 전파 모델을 통해 분석 가능함을 확인하였다.
이를 위해 서해상에서 항공기를 이용한 통신 시험을 수행하여 거리에 따른 수신 신호 세기를 측정하였으며, 이를 섬을 고려한 장거리 해상 전파 모델로부터 예측된 수신 신호 세기와 비교하였다. 수신 신호 세기 예측에는 구면 대지 반사 모델의 반사 계수 및 발산 계수, 송수신 안테나의 패턴이 고려되었을 뿐만 아니라 섬에 의한 반사파의 영향까지 포함되었으며, 실측값과 예측값을 비교한 결과 설정된 구면 대지 반사 모델로 장거리 해상 통신 환경에서의 정확한 전파손실을 예측할 수 있음을 확인하였다.
설정된 모델을 통한 수신 신호 세기 예측을 위해서 항공기의 실제 비행 고도 및 송수신 안테나의 패턴들이 고려하여 수직 편파를 기준으로 분석하였으며, 이러한 요소들을 모두 고려하여 수신 신호 세기 예측값을 계산한 결과 실측값과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 이를 통해 장거리 해상 통신 환경에서의 전파 환경이 섬을 고려한 3-ray 전파 모델을 통해 분석 가능함을 확인하였다.
후속연구
그러나 해상 통신 환경에서 통신 구간 내에 존재하는 섬과 같은 장애물에 의한 반사파도 전파 경로 손실예측에 있어서 영향을 주게 된다. 앞에서 제시한 일반적인 해상 전파 환경에 대한 연구들은 장애물이 존재하지 않은 경우의 반사파만을 고려하였으나, 장거리 통신 환경하에서의 정확한 예측을 위해서는 해면 반사파와 더불어 섬에 의한 반사파를 고려한 분석이 필요하다고 할 수 있다. 특히 이번 항공기 통신 시험에서와같이 100 km 이상의 장거리 통신 상태에서 해면 반사파의 반사 지점 부근에 섬들이 존재하는 경우, 두 반사파의 입사각이 매우 작고, 거리차가 거의 발생하지 않기 때문에 장애물에 의한 반사파를 고려해야 정확한 분석이 가능하다.
참고문헌 (11)
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http://marine.kma.go.kr
박동철, 김태현, 서창용, 안경표, '원격측정 시스템의 통신링크 기법 연구', 국방과학연구소, 2004년
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