[논문]포항 로란-C (9930M) 신호를 이용한 ASF 해상측정

이창복; 이종구; 김영재; 황상욱; 이상정; 양성훈

doi:10.5394/kinpr.2011.35.8.619

포항 로란-C (9930M) 신호를 이용한 ASF 해상측정
ASF Measurements on Maritime by the Signal of the Pohang Loran-C (9930M) 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.35 no.8, 2011년, pp.619 - 624

이창복 (한국표준과학연구원 기반표준부) , 이종구 (한국표준과학연구원 기반표준부) , 김영재 (한국표준과학연구원 기반표준부) , 황상욱 (충남대학교 전기정보통신공학부) , 이상정 (충남대학교 전기정보통신공학부) , 양성훈 (한국표준과학연구원 기반표준부)

초록
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Loran(LOang RAnge Navigation) 신호를 이용한 측위 시에 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 오차요소는 TOA(Time of Arrival) 측정에서의 ASF(Additional Secondary Factor)이다. 따라서 공항접근이나 항만 접안 등의 측위 정확도를 만족시키려면 먼저 정확한 ASF측정이 선행되어야 하는데, 본 연구에서는 해상에서 ASF를 측정하는 기법을 연구하였다. 그 측정방법으로 포항 Loran-C 주국(9930M)에서 송신하는 로란 신호와 로란 수신기의 기준신호를 세슘원자시계를 기준으로 측정함으로써 해상에서의 ASF를 측정하였고 영일만 해상의 12 곳의 측정지점을 3 km 간격으로 설정하여 측정하였다. 해상측정에서 정확도를 높이기 위해서 전기장 안테나와 자기장 안테나를 동시에 사용하였으며 정확한 위치측정을 위해서 DGPS(Differential GPS)수신기를 이용하였다. 이런 방법을 이용하여 해상에서 ASF를 측정함으로써 ASF 예측값과 비교한 결과를 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A significant factor limiting the ranging accuracy of Loran (Long Range Navigation) signal is the additional secondary factor (ASF) in the time of arrival (TOA) measurements. Precise ASF values are essential if Loran deliver the high absolute accuracies demanded for aircraft approach, maritime harbour entrance. We measured the absolute propagation delay between Pohang Loran signal and Loran receiver output signal by comparing with Cesium atomic clock. In this study we measured ASFs between Pohang 9930M station and the 12 measurement points in the Yeongil Bay by using the measurement technique of absolute time delay. The measurement points were spaced at interval of 3 km by 3 km. An E-field antenna and an H-field antenna were used to improve the accuracy of ASF measurements and a DGPS (Differential GPS) receiver was used for accurate positions. We have gotten the result that the measured ASFs were compared with the predicted ASFs through this measurement technique.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 해상에서 포항 송신국(9930M)의 로란 신호를 수신하여 ASF를 측정하는 기법을 제시하고 영일만에서 항로를 중심으로 12 곳의 측정지점을 설정하여 각 측정지점에 대한 ASF측정을 하였고 예측값과 비교하였다. 또한 해안의 측정지점 5 곳을 설정하여 ASF를 측정하여 측정값과 예측값을 비교하고 평가하였다.
본 연구를 통해 국내와 같이 TOC 없이 운용되는 로란 신호를 이용하여 ASF측정 결과를 도출하였으며, 해상에서 측정함으로써 ASF map을 구현할 수 있는 측정기술을 개발하였다. 이 기술을 로란 항만 측위에 적용한다면 항만의 ASF 데이터 베이스 생성이 가능하게 되어 향후 국내 eLoran (Enhanced Loran) 구축 시에 보다 신속한 시스템 적용이 가능해질 수 있다.
본 연구에서는 해상의 ASF 측정을 위해서 전기장 안테나와 자기장 안테나를 동시에 사용하여 해상 ASF 측정을 하였다. 전기장 안테나는 해상에서 측정의 정밀도가 우수하고 자기장 안테나는 육상에서 절대값 측정의 정확도가 우수하여 상호보완을 통하여 ASF 값을 정확하게 측정 및 평가하였다.

제안 방법

Fig. 9에 보는 바와 같이 영일만 인근 해안의 5 곳(A∼E) 측정지점을 설정하고 각 측정지점에서 2일 이상의 연속적인 ASF 실측값을 5회에 걸쳐서 반복 측정하여 ASF 실측값을 결정하였다.
실험방법은 측정용 선박은 대보항을 출발하여 영일만의 설정 측정지점에서 순차적으로 해상측정을 하였고 마지막으로 영일만 신항에 도착하여 육지 측정값과 연계를 위해 선착장에서의 로란 위상값을 측정하였다. 그 후, 선박에 설치된 ASF 측정시스템을 차량으로 이동 설치한 후 측정기준점으로 설정한 포항 송신국으로 이동하여 로란 펄스의 위상을 재측정함으로써 로란 신호의 기준측정값을 보정하였고 그 값을 이용하여 해상 측정지점의 최종 ASF 측정값을 결정하였다. 전기장 안테나의 경우, 지향성이 없기 때문에 선박의 방향과 관계없이 항상 안정된 측정값을 얻을 수 있었고 육지와는 다르게 해수면과 맞닿아있는 선체에 직접 접지를 하여 접지상태의 불안정에 의한 위상 점프현상이 거의 없음을 확인할 수 있었다.
3에서와 같이 전기장 안테나가 설치되어 있는 지지대 자체를 접지로 사용하였다. 또한 DGPS 수신기를 설치하여, 선박의 위치를 지속적으로 모니터링하여 ASF 데이터 처리 시에 정확한 위치측정값을 제공하여 PF(Primary Factor)를 정확히 보정할 수 있게 하였다.
반면 자기장 안테나의 경우, 항상 송신국방향으로 지향하도록 해야 하므로 선체가 이동시 마다 포항 송신국 방향으로 지향하게 하였다. 또한 DGPS 수신기를 이용하여 지정한 측정지점에 도착하면, 측정값의 변화가 최소인 시점에서부터 약 1분에서 5분간 측정하여 안정된 상태의 측정값을 취득하였다. 동일한 측정방법으로 순차적으로 12 곳 측정지점의 ASF 측정 데이터를 취득하였다.
전기장 안테나의 경우 신호 lock이 풀리는 일은 거의 없었으나, 자기장 안테나의 경우는 선박의 방향전환 시에 안테나의 방향이 송신국방향으로 지향하게 하지 못했을 경우, 신호 lock이 풀리는 현상이 발생하여 세심한 주의가 필요했다. 또한 해상의 측정지점에서 정지 후에도 조류와 바람에 의해 배가 이동하므로 DGPS 수신기를 이용한 측위를 통해 PF에 의한 오차를 보정하였다. 이와 같은 방법으로 2010년 7월 8일과 9월 14일 2회에 걸쳐 측정하였다.
본 논문에서는 해상에서 포항 송신국(9930M)의 로란 신호를 수신하여 ASF를 측정하는 기법을 제시하고 영일만에서 항로를 중심으로 12 곳의 측정지점을 설정하여 각 측정지점에 대한 ASF측정을 하였고 예측값과 비교하였다. 또한 해안의 측정지점 5 곳을 설정하여 ASF를 측정하여 측정값과 예측값을 비교하고 평가하였다.
실험방법은 측정용 선박은 대보항을 출발하여 영일만의 설정 측정지점에서 순차적으로 해상측정을 하였고 마지막으로 영일만 신항에 도착하여 육지 측정값과 연계를 위해 선착장에서의 로란 위상값을 측정하였다. 그 후, 선박에 설치된 ASF 측정시스템을 차량으로 이동 설치한 후 측정기준점으로 설정한 포항 송신국으로 이동하여 로란 펄스의 위상을 재측정함으로써 로란 신호의 기준측정값을 보정하였고 그 값을 이용하여 해상 측정지점의 최종 ASF 측정값을 결정하였다.
실험환경은 Fig. 3에서 보는 바와 같이 출발점인 대보항에서 측정용 선박에 전기장 안테나와 자기장 안테나를 선수부분에 설치하고 선박내부에는 무정전 전원장치를 이용하여 ASF 측정시스템의 전원을 공급하였다. 측정지점에서의 안정적인 측정을 위해서 선박을 정지시킨 상태에서 포항송신국으로부터 수 신되는 로란 위상측정값이 안정화될 때 측정값을 평균하여 측정 대표값으로 사용하였다.
영일만을 대상으로 ASF 측정은 7월에서 9월까지 수차례에 걸쳐 진행되었으며 여름의 전파특성상 ASF 변동폭이 작아서 고정밀도의 측정이 가능하였고 동일한 측정환경 조성을 위해 하루 중 같은 시간대에 반복하여 실험함으로써 전파환경에 의한 시변영향을 최소화하였다. 영일만에서는 해상의 12곳의 측정지점과 해안가 5 곳에 대한 ASF 측정값과 예측값을 상호 비교, 평가하였다.
본 연구에서는 해상의 ASF 측정을 위해서 전기장 안테나와 자기장 안테나를 동시에 사용하여 해상 ASF 측정을 하였다. 전기장 안테나는 해상에서 측정의 정밀도가 우수하고 자기장 안테나는 육상에서 절대값 측정의 정확도가 우수하여 상호보완을 통하여 ASF 값을 정확하게 측정 및 평가하였다. 또한 ASF 예측을 위하여 몬테스 모델에서 불규칙 지형 예측모델을 적용하였다.
3에서 보는 바와 같이 출발점인 대보항에서 측정용 선박에 전기장 안테나와 자기장 안테나를 선수부분에 설치하고 선박내부에는 무정전 전원장치를 이용하여 ASF 측정시스템의 전원을 공급하였다. 측정지점에서의 안정적인 측정을 위해서 선박을 정지시킨 상태에서 포항송신국으로부터 수 신되는 로란 위상측정값이 안정화될 때 측정값을 평균하여 측정 대표값으로 사용하였다. 측정지점은 Fig.

대상 데이터

또한 DGPS 수신기를 이용하여 지정한 측정지점에 도착하면, 측정값의 변화가 최소인 시점에서부터 약 1분에서 5분간 측정하여 안정된 상태의 측정값을 취득하였다. 동일한 측정방법으로 순차적으로 12 곳 측정지점의 ASF 측정 데이터를 취득하였다. 전기장 안테나의 경우 신호 lock이 풀리는 일은 거의 없었으나, 자기장 안테나의 경우는 선박의 방향전환 시에 안테나의 방향이 송신국방향으로 지향하게 하지 못했을 경우, 신호 lock이 풀리는 현상이 발생하여 세심한 주의가 필요했다.
따라서 이동 중에도 ASF 측정시스템의 전원을 유지하기 위한 무정전 전원장치가 추가적으로 필요하다. 선박에서 ASF 해상측정시스템의 전기장 안테나 및 수신기 접지는 전원 접지가 아닌 해수면에 닿아있는 선박자체를 접지로 이용하였으며, Fig. 3에서와 같이 전기장 안테나가 설치되어 있는 지지대 자체를 접지로 사용하였다. 또한 DGPS 수신기를 설치하여, 선박의 위치를 지속적으로 모니터링하여 ASF 데이터 처리 시에 정확한 위치측정값을 제공하여 PF(Primary Factor)를 정확히 보정할 수 있게 하였다.
측정지점에서의 안정적인 측정을 위해서 선박을 정지시킨 상태에서 포항송신국으로부터 수 신되는 로란 위상측정값이 안정화될 때 측정값을 평균하여 측정 대표값으로 사용하였다. 측정지점은 Fig. 4와 같이 영일만 해상의 항로를 중심으로 3 km 간격으로 12 곳을 설정하였다.

이론/모형

전기장 안테나는 해상에서 측정의 정밀도가 우수하고 자기장 안테나는 육상에서 절대값 측정의 정확도가 우수하여 상호보완을 통하여 ASF 값을 정확하게 측정 및 평가하였다. 또한 ASF 예측을 위하여 몬테스 모델에서 불규칙 지형 예측모델을 적용하였다.

성능/효과

8과 같다. 영일만 해상에서의 측정결과는 ASF 예측값과 실측값 간 편차가 5와 12 지점을 제외하면 대부분의 측정점에서 40 ns 이내의 범위인 것을 확인하였다. Fig.
그 후, 선박에 설치된 ASF 측정시스템을 차량으로 이동 설치한 후 측정기준점으로 설정한 포항 송신국으로 이동하여 로란 펄스의 위상을 재측정함으로써 로란 신호의 기준측정값을 보정하였고 그 값을 이용하여 해상 측정지점의 최종 ASF 측정값을 결정하였다. 전기장 안테나의 경우, 지향성이 없기 때문에 선박의 방향과 관계없이 항상 안정된 측정값을 얻을 수 있었고 육지와는 다르게 해수면과 맞닿아있는 선체에 직접 접지를 하여 접지상태의 불안정에 의한 위상 점프현상이 거의 없음을 확인할 수 있었다. 반면 자기장 안테나의 경우, 항상 송신국방향으로 지향하도록 해야 하므로 선체가 이동시 마다 포항 송신국 방향으로 지향하게 하였다.

후속연구

이 기술을 로란 항만 측위에 적용한다면 항만의 ASF 데이터 베이스 생성이 가능하게 되어 향후 국내 eLoran (Enhanced Loran) 구축 시에 보다 신속한 시스템 적용이 가능해질 수 있다. 또한 해상 ASF 측정 시스템을 eLoran 구축 시에 성능평가 시스템으로 활용한다면 보다 신뢰성 있는 eLoran 시스템 구축에도 기여할 수 있을 것이다.
본 연구를 통해 국내와 같이 TOC 없이 운용되는 로란 신호를 이용하여 ASF측정 결과를 도출하였으며, 해상에서 측정함으로써 ASF map을 구현할 수 있는 측정기술을 개발하였다. 이 기술을 로란 항만 측위에 적용한다면 항만의 ASF 데이터 베이스 생성이 가능하게 되어 향후 국내 eLoran (Enhanced Loran) 구축 시에 보다 신속한 시스템 적용이 가능해질 수 있다. 또한 해상 ASF 측정 시스템을 eLoran 구축 시에 성능평가 시스템으로 활용한다면 보다 신뢰성 있는 eLoran 시스템 구축에도 기여할 수 있을 것이다.
영일만에서는 해상의 12곳의 측정지점과 해안가 5 곳에 대한 ASF 측정값과 예측값을 상호 비교, 평가하였다. 이러한 측정결과를 확대 적용한다면 해상의 ASF 측정 시에 특정 측정지점의 실측값을 대표값으로 사용하여 주변 측정값을 예측, 보정할 수 있어 보다 넓은 지역에 ASF 값을 생성할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	로란 수신기는 해수면의 전도율을 기준으로 베이스 되어 있고, 각각의 송신국들의 위치에 따라 지표면의 특성을 알 수 없다. 이때, 우리나라의 로란 신호 ASF를 측정하는 방법은 무엇인가?	이는 각각의 송신국들의 위치에 따른 지표면의 특성을 알 수 없기 때문이다. 현재 우리나라에서 로란 신호의 ASF를 측정하는 방법은 국내 로란 신호가 TOC(Time of Coincidence)를 제공하지 않으므로 외부 원자시계를 기준으로 TOA를 측정함으로써 로란 수신점과 송신국과의 전파지연시간을 각각 측정하여 보정하는 원자시계를 기반으로 하는 전파지연을 측정하는 방법이다. 즉, 기준 원자시계와 수신점 로란 신호의 시각차와 기준원자시계와 송신국 로란 신호의 시각차를 각각 측정함으로써 로란 신호의 전파지연을 측정하고 송신시스템지연, 수신기지연 등을 보정함으로써 ASF 값을 결정할 수 있다.
	Loran(LOang RAnge Navigation) 신호를 이용한 측위 시에 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 오차요소는 무엇인가?	Loran(LOang RAnge Navigation) 신호를 이용한 측위 시에 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 오차요소는 TOA(Time of Arrival) 측정에서의 ASF(Additional Secondary Factor)이다. 따라서 공항접근이나 항만 접안 등의 측위 정확도를 만족시키려면 먼저 정확한 ASF측정이 선행되어야 하는데, 본 연구에서는 해상에서 ASF를 측정하는 기법을 연구하였다.
	로란은 무엇인가?	로란은 장거리 무선항법시스템으로 100 kHz의 장파를 사용하여 이용자에게 서비스를 제공하는 지상파 항법시스템이다(국토해양부). 최근까지 국외에서는 GPS(Global Positioning System) 백업을 위한 로란 시스템의 현대화 연구(Celano, 2005)가 수행되었고 기존 로란 시스템의 설비 업그레이드, 데이터채널 사용, dLoran(Differential Loran) 사이트 추가, 전파지연오차 보상법 추가로 항법분야의 비정밀접근(NPA, Non Precision Approach)과 해상의 항만 입항 및 접근(HEA, Harbor Entrance and Approach) 등에서 항법성능의 개선을 확인한 바 있다(ILA, 2007).

참고문헌 (12)

국토해양부 포항광주 해상무선표지소, Korea Loran-C Chain 이용범위도 (http://www.loran9930.go.kr/)
Celano T., Boiggs C. and Peterson B. (2005), "Modernized LORAN-C Timing Test Bed Status and Results", Frequency Control Symposium and Exposition, Proceedings of the 2005 IEEE International, p. 824-829.
Dykstra, K., Last, D., William, P. (2000), "propagation of Loran-C signals in Irregular Terrain-Modelling and Measurements : Part II ; Measurements", Annual Convention and Technical Symposium, International Loran Association.
ILA (2007), "Enhanced Loran (eLoran) Definition Document", Report Version 1.0.
ITU-R P.832-1(1992), World ATLAS of Ground Conductivites, pp. 29.
Johler, J.R., Keller, W.J., and Walters, L.C.(1956), "Phase of the Low radio Frequency Ground Wave", NBS Circular No. 573, pp. 1-38
Keating, R.E., Lukac, C.F., Luther, G.H., and Charron, L.G.(1986) "Time calibration og the Northeast U.S.A. Loran-C Chain(9960)", 18th Annual PTTI Applications and Planning Meeting, pp. 331-351
Last, D., William, P., and Dykstra, K.(2000), "propagation of Loran-C signals in Irregular Terrain-Modelling and Measurements : Part I ; Modelling", Annual Convention and Technical Symposium, International Loran Association.
Luo, N., Mao, G., and Lachapelle, G., and Cannon, E. (2006), "ASF Effect Analysis Using an Integrated GPS/eLoran Positioning System", Institute of Navigation National technical Meeting 2006, pp. 967-976
Monteath, G.D.(1978), "Computation of Groundwave Attenuation over Irregular and Inhomogeneous Ground at Low and Medium Frequencies", BBC Report 1978/7, pp. 1-18
Samaddar S. N. (1979), "The Theory of Loran-C Ground Wave Propagation -A Review", the Journal of The Institute of Navigation, Vol. 26, No. 3, p173-187.

상세보기
United States Coast Guard, Department of Transportation (1992), "Loran-C User Handbook", COMDPUB P16562.5.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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