[논문]황사로 인한 위성통신신호 감쇠영향 예측모델 연구

조승재; 홍완표

doi:10.6109/jkiice.2008.12.5.821

황사로 인한 위성통신신호 감쇠영향 예측모델 연구
A study on the prediction model of attenuation influence of satellite communication signal by Asian dust 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.12 no.5, 2008년, pp.821 - 827

조승재 (한세대학교 정보통신공학과) , 홍완표 (한세대학교 IT학부)

초록
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본 논문은 $1{\sim}20Ghz$의 대역별 위성통신 신호에 미치는 영향에 대해 예측 모델을 제안하고 기존 황사시 측정한 데이터와 비교 분석하였다. 황사의 감쇠 특성을 분석하기 위해 황사 물질에 대한 이론적 분석을 하였으며 이를 통해 예측 감쇠량을 제시하였다. 예측 감쇠량을 실제 우리나라 황사 강도와 가시거리와 높이 등의 파라미터를 적용한 이론치를 구하여 4년간 측정한 실측치와 비교하였고 이를 토대로 황사로 인한 감쇠를 미리 예측 가능할 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the prediction model of attenuation characteristics of satellite communication signals operating in the range from 1 to 20GHz, associated with the effects of the Asian Dust. And this paper analyze the effects of the Asian Dust in theory that dust particles size and density, OPC, signal levels, exponentail distribution and the permittivity. The prediction model of the dust attenuation was got, combining the formula of the complex dielectric constant of Asian dust. Expressions for specific attenuation and attenuation are derived in terms of the height, visibility. Therefore it make an investigate to the prediction model of attenuation characteristics continuously.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 황사가 위 성 통신 신호에 어 떠 한 영향을 미치 는지 측정을 통해 분석 하고 또한 이 론적 분석을 통해 예측모델을 제시하여 중국으로부터 불어오는 황사에 대한 감쇠 값을미리 파악하고시스템 링크버짓시 이를 반영하는데 목적으로 하고 있다.

가설 설정

龙는 황사의 높이이고 6»는 위성과지구국간의 앙각을 뜻한다. 황사가 지상까지 덮여 있다고 가정하고 해수면을 기준점 삼아 지구국의 높이를 적용한다.

제안 방법

3 ~ 25㎛ 크기의 범위로 구성되어 있음을 알 수 있다. 각 먼지 입자 크기와 그 수에 따라 분포 되어 있고 이 논문에서는 이것을 지수분포와 대수정규분포를 사용하여 파악하도록 한다. 표 1.
광학입자계수기에 의해 측정된 황사데이터는 기상연구소에서 측정한 것으로 측정 시 황사의 크기를 8개의 분류로 나누어 입자의 크기를 측정하였다. 강한 황사가 왔던 2004년 3월 11일과 2005년 4월 19일과 20일, 2006년 4월 7일과 8일 사이에 작은 입자들은 급격히 줄어드는 반면 입자가 큰 것들은 상대적으로 늘어나고 있는 현상을 보이며 이는대기중중금속성분이나유기물등이 늘어 난 것으로 분석 되고 있다[4].
그림 3은 2005년도에 측정한 광학입자계수값과 동시에 측정한 신호레벨 값의 분포를 비교한 그래프이다. 대상은 Ka 대 역 주파수로 하였으며 OPC의 크기 별 분포(1 ~30㎛)[5]와 측정된 Signal Level(dBm)[6]을 비교하였다. 황사 입 자의 개개 크기 값만으로는 황사가 위성통신신호에 미치는 영향을 정형화하여 분석하기는 쉽지 않지만 대체로 일정하게 분산되어 있는 그래프를 통해서 그 추세선을 분석하여 다음과 같은 식을 도출하였다.
또한 수농도와 신호레벨과의 관계에서 추세선의 공식을통해 대역별 감쇠 영향에 대해 분석하였으며, 실제 위성과 지구국간의 황사에 의한 상관관계를 황사의 가시거리와 입자의 분포, 유전율의 파라미터를 이론적 분석에 적용하여 도출한측정치와4년간의 데이터 실측 평균치를 비교함으로 황사로 인한 감쇠를 이론적으로 미리 예측 가능하게 하였다.
본논문에서는2004 ~2007년의 미세먼지농도(PM10: Particle Matter 10㎛), 광학입 자계 수(OPC: Optical Particle Counter), Lidar(Light + Radar)데이터와 L, S, C, Ku, Ka-Band의 5개 대 역 위성 수신 신호를 분석하고 황사 유전체로 인한 산란 이론을 분석과 유전율 및 황사의 분포도, 가시거리와높이 등의 감쇠 입력 제원들을분석한다. 그림 1은 실측데이터를 통한 측정치와 이론적으로 분석한 데 이 터 를 통해 예측을 모델을 만드는 과정 이다.
이에 따라 황사의 영향을 이 론적 으로 분석 하고 접 근하기 위해 입력 파라미터가 되는 황사 물질 크기 및 밀도, 수농도와 신호레 벨과의 관계, 분포함수에 대한 분석과 황사 물질의 유전율에 대한 조사를 통해 이론적 감쇠 공식을 적용하였다.
그림 1은 실측데이터를 통한 측정치와 이론적으로 분석한 데 이 터 를 통해 예측을 모델을 만드는 과정 이다. 황사 시 실제 측정한 신호레벨 감쇠값과 이론적 분석을 통해 나온 이 론 분석 값을 비 교함으로 우리나라 황사시 에 위성 신호 감쇠량을 미리 예측하고 적용할 수 있는 모델링을 제시한다.
대상은 Ka 대 역 주파수로 하였으며 OPC의 크기 별 분포(1 ~30㎛)[5]와 측정된 Signal Level(dBm)[6]을 비교하였다. 황사 입 자의 개개 크기 값만으로는 황사가 위성통신신호에 미치는 영향을 정형화하여 분석하기는 쉽지 않지만 대체로 일정하게 분산되어 있는 그래프를 통해서 그 추세선을 분석하여 다음과 같은 식을 도출하였다.
황사를 구성하는 구형 유전체에 의한 감쇠영향을 분석하였으며 모래 및 먼지에 대한유전율을 분석하고 논하였다. 또한 수농도와 신호레벨과의 관계에서 추세선의 공식을통해 대역별 감쇠 영향에 대해 분석하였으며, 실제 위성과 지구국간의 황사에 의한 상관관계를 황사의 가시거리와 입자의 분포, 유전율의 파라미터를 이론적 분석에 적용하여 도출한측정치와4년간의 데이터 실측 평균치를 비교함으로 황사로 인한 감쇠를 이론적으로 미리 예측 가능하게 하였다.

대상 데이터

003 이다. 지구국(棚)의 높이는 위성전파감시센터의 고도인 150m로 설정하였다. 그리고 황사의 높이(力)는 Lidai■사진을 통해서 볼 수 있듯이 평균적 인 4~5Km의 높이까지 측정하였다.

성능/효과

차이 값을 분석한 것이다. 4년간의 측정값에서 L-Band의 경우의 평균 레벨차는 L4dB, S-Band의 경우는 2.3dB, C-Band의 경우는 0.8dB, Ku-Band의 경우는 0.9dB, Ka-Band의 경우는 5.9dB로 분석되었다. L-, C-, Ku- 대 역의 변동폭은 크지 않았던 반면에 S-와에는 Ka-대역의 변동폭은 가장 두드러지게 나타났다.
실측치 분석을 위해 4년간의 황사기간 동안 광학 입자 계수(OPC), 미세먼지농도(PM10), Lidar 데이터와 위성 수신 신호레벨 값을 측정하였고 측정결과 강한 황사와 보통 황사시 특정 감쇠 가 있음 확인하였다.

후속연구

본 논문에서 분석 한4년간의 위 성수신 신호레 벨 데 이 터 외에 향후 계속적으로 꾸준하게 황사 데이터와 위성 수신 신호레벨을 수집, 분석하여 보다 객관적인 데이터로 황사가 위 성수신 신호에 미 치 는 영향을 검증하고 보완해야 할 것이다.
앞으로 20Ghz 이상의 높은 주파수 대 역 을 사용하면서 황사로 인해 야기 될 수 있는 감쇠 영향을 분석 하고 이에 대한 감쇠 예측 모델을 제시함으로 감쇠 값을 예측하고 시스템 설계시 링크버짓에 적용함으로써 위성통신 신호의 품질을 향상 시 키 고자 한다.

참고문헌 (12)

Wan-pyo Hong, Yong-Sin Chun 'A Study on the Effects of Asian Dust to the Signal of Satellite Communication', Journal of the Korea Electromagnetic Engineering Society Vol.15 No.7 pp722-729, July 2004
Wan-pyo Hong, 'Attenuation Characteristic of Satellite Communication signal Associated with Asian Dust in the Frequency Range L-band to Ka-band', AIAA 2007-3257, 2007
홍완표 외 4인, '마이크로웨이브 주파수대역을 사용하는 정지위성신호의 모래먼지(黃沙)에 의한 변화특성', ICMIP, 2005
Wan-pyo Hong, 'An Analysis of attenuation characteristic of satellite communication signal associated with Asian sand dust in the frequency range L-band to Ka-band' ClimDiff 2005, Cleveland, U.S.A, 2005
Wan-pyo Hong, 'An Analysis of GEO satellite communication signals in L- to Ka-band Associated with Asian Sand Dust', JC-SAT2005, Nagoya, Japan, 2005
Wan-pyo Hong, 'A study on GEO satellite signals in L -to Ka-band affected by Asian Sand Dust', International Journal of KIMICS, Vol. 3, No. 3, September 2005
http://www-lidar.nies.go.jp/Seoul/index.html
S. I. Ghobrial, 'The effect of sand storms on microwave propagation,' Proc. Nat. Telecomm. Conf., Houston, TX, vol. 2, Proc. No. CH1539-6/80/0000-0216, pp.43. 5.1-43.5.4, 1980
Goldhirsh, J., 'A parameter review and assessment of attenuation and backscatter properties associated with dust stroms over desert regions in the frequency range of 1 to 10 GHz', IEEE Trans. And. Propaga., AP-30, 1121, 1982
Smith, E.K., and W.L. Flock, 'Propagation through Martian dust at X- and Ka-band', TDA Progress Report 42-87, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA, 291, July-September 1986
ZHOU Wang, ZHOU Dong-fang, HOU di-ting, Hu Tao, WENG Ling-wen, 'Calculation and simulation of sand and dust attenuation in microwave propagation.', High Power Laser and Particle Beam Vol.17 No.8, Aug. 2005
T. S. Chu,'Effects of sandstorms on microwave propagation.'Bell Syst. Tech. j.. Vol 58, no. 2, Feb. 1979

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