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[국내논문] GPS 전파엄폐 탐측자료의 우주기상 활용방안
Space Weather Research using GPS Radio Occultation Soundings 원문보기

통신위성우주산업연구회논문지 = The Journal of Korea Society of Communication and Sapce Technology, v.8 no.1, 2013년, pp.14 - 22  

신대윤 (국가기상위성센터) ,  디네시마난다르 (동경대학교 공간정보과학연구센터) ,  이정덕 ((주)에스이랩) ,  이종혁 ((주)에스이랩) ,  김해연 (국가기상위성센터) ,  이양원 (부경대학교 공간정보시스템공학과)

초록
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GPS 전파엄폐는 GPS 전파가 대기에 의해 굴절 및 지연되는 현상에 기초하여 대기의 물리적 특성을 관측하기 위한 원격탐사 기법이다. 2006년 미국과 대만이 공동 개발한 FORMOSAT-3/COSMIC 위성은 하루 2500여건의 전파엄폐 자료를 준실시간으로 제공하고 있으며, 우리나라의 다목적실용위성 5호의 AOPOD(Atmosphere Occultation and Precision Orbit Determination) 시스템은 이중주파수 GPS 수신기 및 전파엄폐 자료수신용 안테나를 장착함으로써 전파엄폐 자료의 획득이 가능하도록 설계되어 대류권과 전리층 연구에 활용될 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 GPS 전파엄폐의 신호처리와 지오메트리 분석기법을 검토하고, 대류권 온습도와 전리층 전자밀도 및 신틸레이션(scintillation) 산출기법을 분석하며, 이러한 전자엄폐 탐측자료를 활용하기 위한 방안으로서 전리층 총전자수 변화를 통한 지진감시와 효율적인 자료서비스를 위한 오픈 API(application programming interface) 구축에 대해 검토하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

GPS radio occultation is a remote sensing technique probing atmospheric properties based on the fact that GPS signal is refracted and delayed by atmosphere. The FORMOSAT-3/COSMIC mission jointly developed by the USA and Taiwan is providing about 2500 occultation soundings a day on the near real-time...

주제어

#우주기상   #전파엄폐   #전리층 총전자수   #오픈 API  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 논문에서는 GPS 전파엄폐 탐측자료의 우주기상 활용을 위한 관련 기술요소로서 GPS 전파엄폐의 신호처리와 지오메트리 분석기법, 그리고 대류권 온습도와 전리층 전자밀도의 산출기법을 분석하고, 전파엄폐 탐측자료의 서비스 방안에 대해 연구하였다. 우주기상은 인공위성 운용과 항공기 항행에 영향을 미칠 뿐 아니라 대류권 및 지표면과도 긴밀한 연관관계 속에 있다.
  • 본 연구에서는 GPS 전파엄폐의 신호처리와 지오메트리 분석기법을 검토하고, 대류권 온습도와 전리층 전자밀도 및 신틸레이션(scintillation)의 산출기법을 분석하며, 이러한 전자엄폐 탐측자료를 활용하기 위한 방안으로서 총전자수 변화를 통한 지진감시와 효율적인 자료서비스를 위한 오픈 API(application programming interface) 구축에 대해 검토하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
REST 프로토콜은 무엇인가? 웹서비스 프로토콜 중 SOAP(Simple Object Access Protocol)은 헤더와 바디로 구성되어 송수신시 인코딩/디코딩 과정이 필수적으로 오버헤드의 문제가 있었고, 이러한 단점을 보완하여 경량화한 것이 REST 프로토콜이다. REST는 부수적인 레이어나 세션 관리를 추가하지 않고도 HTTP를 통해 데이터를 전달할 수 있으며 클라이언트/서버 간의 구성요소를 엄격히 분리하여 구현을 단순화하고 확장성을 높인 구조이다. 이러한 오픈 API를 이용하여 구현한 우주기상 스마트폰앱의 프로토타입은 그림 13과 같다.
GPS 전파엄폐는 무엇인가? GPS 전파엄폐는 GPS 전파가 대기에 의해 굴절 및 지연되는 현상에 기초하여 대기의 물리적 특성을 관측하기 위한 원격탐사 기법이다. 2006년 미국과 대만이 공동 개발한 FORMOSAT-3/COSMIC 위성은 하루 2500여건의 전파엄폐 자료를 준실시간으로 제공하고 있으며, 우리나라의 다목적실용위성 5호의 AOPOD(Atmosphere Occultation and Precision Orbit Determination) 시스템은 이중주파수 GPS 수신기 및 전파엄폐 자료수신용 안테나를 장착함으로써 전파엄폐 자료의 획득이 가능하도록 설계되어 대류권과 전리층 연구에 활용될 것으로 기대되고 있다.
전파엄폐 연구는 어떤 시도에서 출발하였는가? 전파엄폐 연구는 1960년대 NASA의 행성탐사 프로그램에서 지구와 우주선과의 전파신호를 이용하여 행성의 대기 구조를 연구하려는 시도에서 출발하였다[1]. 1970년대에 GPS가 등장하면서 JPL(Jet Propulsion Laboratory)은 저궤도 위성에서 수신되는 GPS 전파엄폐 자료를 이용한 지구 대기 연구를 제안하였으며[2], 1990년대에는 GPS/MET 위성의 전파엄폐 관측을 통해 대기의 온도 및 압력의 연직분포가 정밀하게 산출되었다[3, 4].
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참고문헌 (16)

  1. 이우경, 정종균, 조성기, 박종욱, 조정호, 윤재철, 이진호, 천용식, 이상률, 2007, 아리랑위성 5호의 GPS 전파엄폐 자료처리시스템 개발을 위한 전리층 전자밀도 산출, 한국항공우주학회지, 24(4), 297-308. 

  2. Yunck, T. and Melbourne, W., 1989, Geoscience from GPS Tracking by Earth Satellites, Proceedings of IUGG/IAG Symposium. 

  3. Melbourne, W., 1994, The application of Spaceborne GPS to Atmospheric Limb Sounding and Global Change Monitoring, JPL Publication 94-18. 

  4. Kursinski, E., Hajj, J., Scofield, T., Linfield R., Hardy, K., 1997, Observing Earth's Atmosphere with Radio Occultation Measurements using the Global Positioning System, Journal of Geophysical Research, 102(D19), 429-465. 

  5. 조성기, 박종욱, 이우경, 신재민, 문홍렬, 윤재철, 이진호, 천용식, 최해진, 2005, 아리랑위성 5호 이중 주파수 GPS 수신기의 Radio Occultation 활용, 한국항공우주학회 2005년도 추계학술 발표회 논문집, 928-931. 

  6. Anthes, R., Bernhardt, P., Chen, Y., Cucurull, L., Dymond, K., Ector, D., Healy, S., Ho, S., Hunt, D., Kuo, Y., Liu, H., Manning, K., McCormick, C., Meehan, T., Randel, W., Rocken, C., Schreiner, W., Sokolovskiy, S., Syndergaard, S., Thompson, D., Trenberth, K., and Wee, T., 2008, The COSMIC/FORMOSAT-3 Mission: Early Results, Bulletin of the American Meteorological Society, 89(3), 313-333. 

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  7. 김태희, 신천식, 이상욱, 2012, GPS L1 신호에서 코드지연에 따른 기만신호 영향 분석, 통신위성우주산업연구회논문지, 7(1), 128-133. 

    원문보기 상세보기

  8. Sokolovskiy, S., Rocken, C., Hunt, D., Schreiner, W., Johnson, J., Masters, D., and Esterhuizen, S., 2006, GPS profiling of the lower troposphere from space: Inversion and demodulation of the open-loop radio occultation signals, Geophysical Research Letters, 33(L14816) 

  9. Ward, P., Betz, J., and Hegarty, C., 2005, Satellite signal acquisition, tracking, and data demodulation, in Kaplan E. and Hegarty C., Understanding GPS Principles and Applications 2nd Ed., MA, USA. 

  10. Sokolovskiy, S., 2001, Modeling and inverting radio occultation signals in the moist troposphere, Radio Science, 36(3), 441-458. 

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  11. Fjeldbo, G., Kloire, A., and Eshleman, R., 1971, The Neutral atmosphere of Venus as studied with the Mariner V radio occultation experiments, Astronomical Journal, 76, 123-140. 

  12. Hajj, G., Kursinski, E., Ramans, L., Bertiger, W., and Leroy, S., 2002, A technical description of atmospheric sounding by GPS occultation, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 64(4), 451-469. 

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  13. Hajj, G. and Romans, L., 1998, Ionospheric electron density profiles obtained with the Global Positioning System: Results from the GPS/MET experiment, Radio Science, 33(1), 175-190. 

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  14. Kintner Jr., P. M., Humphreys, T., and Hinks, J., 2009, GNSS and ionospheric scintillation, Inside GNSS, July/August 2009, 23-30. 

  15. Zhao, B., Wang, M., Yu, T., Wan, W., Lei, J., Liu, L., and Ning, B., 2008, Is an unusual large enhancement of ionospheric electron density linked with the 2008 great Wenchuan earthquake?, Journal of Geophysical Research, 113(A11304). 

  16. Kosuke, H., Ionospheric electron enhancement preceding the 2011 Tohoku­Oki earthquake, Geophysical Research Letters, 38(L17312). 

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