선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 논문에서는 아리랑위성 5호에 탑재되는 AOPOD(Atmosphere Occultation and Precision Orbit Determination) 시스템을 소개하고 아리랑위성 5호에서 발생하는 GPS 전파 엄폐의 발생 빈도 및 분포를 시뮬레이션 한다. 또한 현재 천문연구원에서 개발 중인 GPS 전파 엄폐 자료처리시스템인 KROPS(KASI Radio Occultation Processing System)를 사용한 전리층 전자밀도 산줄결과를 IRI- 2001과 이온존데 및 CHAMP 위성의 랑뮈어 탐침기(PLP) 자료와 비교하여 KROPS의 전리층 GPS 전파 엄폐 자료처리 알고리즘을 검증한다.
가설 설정
- 2002). 여기서 수평방향의 밀도변화는 수직방향의 밀도 변화에 비해 충분히 작다고 가정한다.
- TEC를 이용하여 전자밀도를 산출하기 위해서는 그림 5와 같이 GPS 위성에서부터 저궤도 위성이 수신하는 신호의 경로를 직선으로 가정한다. L1과 L2 반송파에 대한 신호 지 연량으로부터 TEC 를 구하기 위해서는 식 (4)를 사용한다(Schreiner et al.
제안 방법
- 분포를 시뮬레이션 한다. 또한 현재 천문연구원에서 개발 중인 GPS 전파 엄폐 자료처리시스템인 KROPS(KASI Radio Occultation Processing System)를 사용한 전리층 전자밀도 산줄결과를 IRI- 2001과 이온존데 및 CHAMP 위성의 랑뮈어 탐침기(PLP) 자료와 비교하여 KROPS의 전리층 GPS 전파 엄폐 자료처리 알고리즘을 검증한다.
- EGOPS4에 서는 GPS 위성과 저궤도 위성의 기하학적 배치를 이용하여 GPS 전파 엄폐의 발생지점을 예측한다. 대기의 밀도가 지수함수형태로 감소하는 지수형 대기모델을 사용하여 GPS 위성과 저궤도 위성간 신호의 굴절효과를 고려하였으며 GPS 전파 엄폐용 안테나는 위성의 진행방향과 반 진행방향에 부착한다고 가정하여 신호경로의 고도가 상승 및 하강하는 두 가지 상황에서 GPS 전파 엄폐 자료를 얻게 하였다. 그림 3은 하루 동안 얻을 수 있는 아리랑위성 5호의 GPS 전파 엄폐를 시뮬레이션 한 결과로써 약 500여개의 자료를 얻을 수 있는 것으로 계산되었다.
- 1999). 따라서 이 논문에서는 TEC를 이용하여 전자밀도를 산출하기로 한다.
- 현재 한국천문연구원에서 개발하고 있는 GPS 전파 엄폐 자료처리시스템 인 KROPS의 전리층 전자밀도 산출 알고리즘을 검증하기 위해 CHAMP 위성의 전리층 GPS 전파 엄폐 관측값을 사용하여 전자밀도의 연직분포를 산출하였다. 고도 450km의 CHAMP 위성은 독일의 GFZ와 미국 NASA JPL 이 협력한 저궤도 위성 프로그램으로써 중력, 지구자기장 및 지구대기 연구를 위한 자료를 제공하고 있다.
- 결과 검증을 위해 태양활동(F10.7 = 123.0) 및 지자기 활동(Kp~1)이 같은 조건 하에 각기 다른 시간 및 장소에서 발생한 GPS 전파 엄폐 자료를 사용하여 전자밀도 연직분포를 생성한 후 전리층 모델인 IRL2001 및 CHAMP 위성의 PLP(Planar Langmuir Probe) 관측값과 비교하였다. PLP는 위성 에 탑재되어 위 성고도에서의 전자밀도 관측값(in-situ measurements)을 제공한다.
- 지자기 활동변화가 거의 일정한 2004년 6월 20일에 발생한 전리층 GPS 전파 엄폐 중 UT 00시, 06시, 12시, 18시 부근의 자료를 사용하여 KROPS의 알고리즘을 통해 전자밀도의 연직분포를 산출하였다. 표 3은 자료처리에 사용한 CHAMP 레벨 2 자료의 특성이며 그림 7은 표 3의 자료를 사용하여 KROPS로부터 산출한 전자 밀도의 연직분포이다.
- 그림 7. 2004년 6월 20일 발생한 CHAMP 위성의 GPS 전파 엄폐 자료를 사용한 KROPS의 전자밀도의 연직분포와 IRI-2001 모델 및 PLP 관측값의 비교.
- 4°E)와 위치 적으로 근접한 UT 12시 자료를 사용하여 결과를 비교하였다(그림 8). 이와 함께 UCAR와 CHAMP 위성의 전리증 자료처리를 담당하는 DLR(German Aerospace Center) Neustrelitz 에서 동일한 CHAMP 자료를 사용하여 처리한 결과를 함께 비교하였다. 검은 선으로 표시된 그래프가 KROPS의 결과이고 빨간 선과 파란 선은 각각 UCAR와 DLR Neustrelitz에서 산출한 전리층 전자밀도 분포 결과이다.
- 그림 8. KROPS가 산출한 결과와 UCAR 및 DLR의 자료처리 결과, 그리고 PLP 및 이온존데 관측값과의 비교.
- 이 논문에서는 아리랑위성 5호의 GPS 전파 엄폐 자료처리시스템인 KROPS 개발의 일환으로 전리층 GPS 전파 엄폐 관측값을 사용하여 전리층 전자밀도의 연직분포를 산출하고 IRI-2001 모델과 지상관측 장비인 이온존데 및 CHAMP 위성에 탑재된 PLP 관측값을 사용하여 결과를 비교하였다. CHAMP 위성의 레벨 2 자료인 전리층에 의한 신호지연량을 사용하여 TEC을 계산한 후 전자밀도에 관한 식으로 변환하여 고도에 따른 전자밀도 값을 산출하였다.
- 비교하였다. CHAMP 위성의 레벨 2 자료인 전리층에 의한 신호지연량을 사용하여 TEC을 계산한 후 전자밀도에 관한 식으로 변환하여 고도에 따른 전자밀도 값을 산출하였다. KROPS의 결과를 IRI-2001 모델값과 비교할 때 hmFz는 6-8km, NmF?는 1 x 10uel/m3 이내의 차이를 보였다.
- 표 3의 GPS 전파 엄 폐 자료 중 지 상관측 장비 인 이온존데(Lat = 54.6°N, Lon = 13.4°E)와 위치 적으로 근접한 UT 12시 자료를 사용하여 결과를 비교하였다(그림 8). 이와 함께 UCAR와 CHAMP 위성의 전리증 자료처리를 담당하는 DLR(German Aerospace Center) Neustrelitz 에서 동일한 CHAMP 자료를 사용하여 처리한 결과를 함께 비교하였다.
대상 데이터
- COSMICe 약 800km의 고도를 갖는 6개의 소형위성으로 구성되며 하루에 2500 여개의 GPS 전파 엄폐 자료를 제공한다. COSMIC 프로그램에서 사용하는 GPS 전파 엄폐 자료처리시스템은 전리층의 전자밀도 및 대류층의 온도와 압력 등의 연직 분포를 준 실시각으로 제공하고 있으며, 이 자료들은 전 지구 규모의 기상예보 및 기후감시, 전리층 연구 등에 활용 되고 있다.
- 표 1. 아리랑위성 5호의 설계궤도요소(Epoch 2010/06/01 00:00:00 UTC).
- GPS 전파 엄폐 관측 자료로부터 대기에 의한 신호 지연량을 도출 할 때 발생하는 오차가 전자밀도 산출 알고리즘 검증 과정에 미치는 영향을 배제하기 위해 이 연구에서는 독일의 GFZ에서 제공하는 CHAMP 위성의 레벨 2 자료를 입력값으로 사용하였다. CHAMP 위성은 레벨 0에서 3까지의 자료를 제공하며 레벨 2 자료는 GPS 전파 엄폐가 발생한 시각, 고도, 위치(위도, 경도)와 저궤도 위성및 GPS 위성의 위치, 그리고 대기에 의한 신호 지연량을 포함하고 있다.
이론/모형
- 아리랑위성 5호에서 발생하는 GPS 전파 엄폐를 시뮬레이션 하기 위해 표 1에 제시한 아리랑위성 5호의 설계궤도요소(nominal orbit)와 GPS 전파 엄폐 시뮬레이션 소프트웨어 인 EGOPS(End-to-end GNSS Occultation Performance Simulator) 4를 사용하였다(Kirchengast et al. 2003). EGOPS4에 서는 GPS 위성과 저궤도 위성의 기하학적 배치를 이용하여 GPS 전파 엄폐의 발생지점을 예측한다.
성능/효과
- F2층의 최대전자밀도인 NmF2의 경우 UT 00시와 06시, 18시에서 각각 7 X 1010el/m3, 4 x 10loel/m3, 2 x 10loel/m35] 차이를 보이고 UT 12시의 NmF?는 일치한다. 전리층 최상부 지역(ionospheric top side)의 전자밀도와 PLP 값을 비교했을 때 UT 12시에는 매우 잘 일치하였으며 그 외의 결과에서는 0.4 X 10nel/m3 이내의 차이를 보여준다(그림 7). KROPS의 결과가 IRI-2001 모델 값 보다 PLP 에 훨씬 근접한 값을 가진다.
- NmFz는 KROPS와 DLR의 경우 거의 일치하나 UCAR는 좀더 큰 값을 갖는다. PLP 값과의 비교에서는 KROPS의 결과가 가장 잘 일치함을 보여준다. 이온존데의 경우 100~200km 사이의 값은 어느 정도 일치함을 보인다.
- KROPS의 결과를 IRI-2001 모델값과 비교할 때 hmFz는 6-8km, NmF?는 1 x 10uel/m3 이내의 차이를 보였다. PLP 값과 비교 할 때 KROPS의 결과는 IRI-2001 모델값보다 훨씬 근접한 전자밀도 값을 보여주었다. GPS 전파 엄폐 관측값을 사용하여 KROPS 및 UCAR와 DLR에서 산출한 결과를 이온존데와 비교할 때 hmF?는 각각 5km, 4.
- 9km 높게 나타나며 NmF?의 경우 이온존데값이 약 3 x 10loel/m3 높게 나타났다. hmF2 이상의 고도에서는 각 결과별로 전자밀도의 차이를 보이나 KROPS의 결과가 위 성고도의 전자밀도 관측값(in-situ measurements)인 PLP값에 가장 부합한 것으로 나타났다(그림 8).
후속연구
- 아리 랑위 성 5호 프로그램은 고정 밀 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상 획 득을 주 임무로 하여 정밀 지도 제작, 자원 탐사 등의 광범위한 분야에 자료를 제공할 예정 이다. 송수신된 SAR 신호로부터 영상을 합성하기 위해서는 위성의 위치 결정 정확도가 매우 높아야 하며 이를 위해 이 중 주파수 GPS 수신기와 궤도 결정 검증을 위한 레이저 반사경을 장착할 예정이다.
- 그러므로 GPS 전파 엄폐 관측은 지상관측장비 설치가 어렵고 물리적 과정이 복잡한 남북극 고위도 지역의 전리층 및 대기권 감시에 특히 유용하리라 생각된다. 또한 hmFz를 기준으로 그 이상의 고도에서는 IRI-2001 이 더 높은 전자밀도를 갖고 그 이하의 고도에서는 반대로 낮은 전자밀도를 갖는 양상을 보임에 따라 GPS 전파 엄폐 관측 자료는 IRI 모델 개선에도 사용될 수 있을것으로 보인다.
- 이온존데의 경우 100~200km 사이의 값은 어느 정도 일치함을 보인다. 그러나 이온존데의 관측 특성상 200km 이상의 값은 관측결과를 외삽한 값으로써 신뢰성이 떨어지기 때문에 특히 hmF2 이상의 고도에 대한 KROPS 결과 검증을 위해서는 비간섭 산란 레이다(Incoherent Scatter Radar)와 같은 정밀한 전자밀도 관측 자료와의비교가 요구된다. 표 5에 각각의 결과에 대한 hmFz 및 NmFz를 비교하였다.
- 지구적 범위의 대류층 및 전리층 물리량의 연직분포를 제공할 수 있다. 특히 전리층에서 발생하는 GPS 전파 엄폐는 비간섭 산란 레 이다나 이온존데 등 다른 지상 관측 장비에 비해 남북극을 포함하여 전 세계적으로 골고루 분포된 많은 양의 전자밀도 연직분포도를 비교적 적은 비용으로 제공한다는 점에서 전리층 연구 분야에서 활발한 사용이 기대된다.
- 향후 GPS 전파 엄폐 자료처리 프로그램인 KROPS는 전지구적 대류층 및 전리층 물리량에 대한 고해상도의 연직분포를 제공하기 위하여 타기관의 결과뿐만 아니라 지상 관측 값과의 비교를 통해 결과를 검증하고 보정해 나가는 작업을 수행할 예정이다. 특히 전리충의 경우 가장 정확한 전자밀도의 연직분포를 제공하는 것으로 알려진 비간섭 산란 레이다와의 비교작업이 요구되지만 비간섭 산란 레이다 기지국의 희소성으로 인해 충분한 검증을 위해서는 이온존데 및 지상 GPS 자료와의 연계성을 토대로 태양 활동 극대기 및 지자기 폭풍시 자료를 포함하여 산출한 결과 검증이 요구된다.
- 검증하고 보정해 나가는 작업을 수행할 예정이다. 특히 전리충의 경우 가장 정확한 전자밀도의 연직분포를 제공하는 것으로 알려진 비간섭 산란 레이다와의 비교작업이 요구되지만 비간섭 산란 레이다 기지국의 희소성으로 인해 충분한 검증을 위해서는 이온존데 및 지상 GPS 자료와의 연계성을 토대로 태양 활동 극대기 및 지자기 폭풍시 자료를 포함하여 산출한 결과 검증이 요구된다. 이를 통해 KROPS에서 산출한 대기 물리량의 연직분포는 GPS 전파 엄폐 관련 다른 우주 프로그램들에서 얻을 수 있는 결과들과 연계하여 대류층 및 전리층 연구 분야에 기여할 것으로 기대한다.
- 특히 전리충의 경우 가장 정확한 전자밀도의 연직분포를 제공하는 것으로 알려진 비간섭 산란 레이다와의 비교작업이 요구되지만 비간섭 산란 레이다 기지국의 희소성으로 인해 충분한 검증을 위해서는 이온존데 및 지상 GPS 자료와의 연계성을 토대로 태양 활동 극대기 및 지자기 폭풍시 자료를 포함하여 산출한 결과 검증이 요구된다. 이를 통해 KROPS에서 산출한 대기 물리량의 연직분포는 GPS 전파 엄폐 관련 다른 우주 프로그램들에서 얻을 수 있는 결과들과 연계하여 대류층 및 전리층 연구 분야에 기여할 것으로 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.