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GNSS 신호를 이용한 지진에 의한 전리층 교란의 주파수 분석
Analysis of Frequency of Seismogenic Ionospheric Disturbance by using GNSS Signal 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.22 no.6 = no.93, 2018년, pp.616 - 622  

김부겸 (서울대학교 기계항공공학부, 정밀기계연구소) ,  강선호 (서울대학교 기계항공공학부, 정밀기계연구소) ,  한덕화 (서울대학교 기계항공공학부, 정밀기계연구소) ,  송준솔 (프랑스 국립 항공대학교) ,  기창돈 (서울대학교 기계항공공학부, 정밀기계연구소)

초록
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규모가 큰 지진에 의해 발생한 에너지는 전리층까지 도달하여 교란을 발생시킨다. GNSS (global navigation satellite system) 위성의 신호의 전리층 지연을 분석하면 해당 교란을 검출할 수 있다. 지진에 의한 교란 검출에는 주로 band-pass filter가 사용되는데, 교란의 주파수에 맞는 주파수 대역 설정이 중요하다. 따라서 본 논문에선 GNSS 신호를 통해 지진에 의한 전리층 교란의 주파수를 분석하였다. 전리층 교란의 주파수 분석은 반송파의 geometry free combination으로 산출한 전리층 지연을 1 mHz high-pass filter로 처리한 후, fast Fourier transform을 통해 수행했다. 교란의 주파수 분석결과 초기 교란의 주파수는 4.5 mHz~11 mHz의 범위를 가지며, 5.7 mHz가 대표 주파수이다. 후속 교란의 경우 6 mHz~10 mHz의 주파수 대역을 가지며, 7.3 mHz가 대표 주파수로 관찰되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Energy which is released by a huge earthquake can reach the ionosphere and induce disturbances. Those disturbances can detected by analyzing the global navigation satellite system (GNSS) satellite's signal. For detecting those disturbances, band-pass filter is generally used. Therefore, it is import...

주제어

#Ionospheric disturbances   #Frequency   #High-pass filter   #Fast Fourier transform  

표/그림 (14)

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

문제 정의

  • 앞선 초기 교란의 경우 분석 영역을 교란의 전파 속도와 지속 시간을 참고하여 설정했다. 그러나 후속 교란의 경우 교란의 전파 속도와 지속 시간이 명확하지 않아 교란의 도달 시간을 특정할 수 없기 때문에 본 연구에선 초기 교란이 지나간 이후의 관찰된 교란을 후속 교란으로 보았다. PRN 26번의 경우 IPP의 위치상 초기 교란이 약 14 분 후에 관찰되어 6 분간 지속된다.
  • 0)임과 동시에, 진앙지 주변 GNSS 데이터를 획득할 수 있는 기준국의 수가 충분히 존재한다. 따라서 본 연구에서는 국토 지리정보원에서 제공하는 30 초 간격의 한국 기준국 데이터 45 개를 사용하여 Tohoku 지진에 의한 교란을 분석했다. 기준국의 위치는 그림 3에서 확인 할 수 있다.
  • 본 연구는 지진에 의한 전리층 교란의 주파수 분석을 수행했다. 분석한 지진은 2011년에 발생한 일본 Tohoku 지진이며, 국토지리정보원에서 제공하는 45 개 기준국의 30 초 간격 데이터를 사용했다
  • 본 연구에서는 지진에 의한 전리층 교란의 주파수 분석을 위하여, 실측 GPS 신호의 전리층 지연을 분석하였다. 교란의 주파수를 특정하기 위해 전리층 지연의 일변화에 의한 경향성을 제거하고자 high-pass filter를 사용했고, 처리한 전리층 지연에 fast Fourier transform 기법을 적용하여 교란의 주파수를 분석하였다.

가설 설정

  • 그러나 교란이 존재하지 않는 정상상황에서 경향성에 의한 주파수 이외의 주파수 대역이 존재할 수 있고, 교란의 주파수를 특정하기 위해선 해당 주파수 대역을 파악할 필요가 있다. 따라서 지진 발생 이전 데이터를 정상상황이라 가정하여 그림 4와 같이 지진 발생 20 분 전을 분석영역 (0~40 epoch)으로 설정해 주파수 분석을 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GNSS (global navigation satellite system) 위성의 신호에 포함되어 있는 오차 요소는 무엇인가? GNSS (global navigation satellite system) 위성의 신호 내에는 위성의 궤도 오차, 시계 오차와 대류층 지연, 전리층 지연 등 여러 오차 요소들이 포함되어 있다. 신호의 전리층 지연은 전리층 전자 밀도에 영향을 받기 때문에 이를 통해 지구의 전리층 환경을 연구할 수 있다.
GNSS 신호를 통해 얻은 지진에 의한 전리층 교란의 주파수는 어떻게 나타났는가? 전리층 교란의 주파수 분석은 반송파의 geometry free combination으로 산출한 전리층 지연을 1 mHz high-pass filter로 처리한 후, fast Fourier transform을 통해 수행했다. 교란의 주파수 분석결과 초기 교란의 주파수는 4.5 mHz~11 mHz의 범위를 가지며, 5.7 mHz가 대표 주파수이다. 후속 교란의 경우 6 mHz~10 mHz의 주파수 대역을 가지며, 7.3 mHz가 대표 주파수로 관찰되었다.
TID는 어떻게 유발하게 되는가? 규모가 큰 지진이 발생하면 발생한 에너지가 파동의 형태로 대류층에 전파되고 이것이 전리층까지 도달하여 TID(traveling ionospheric disturbance)를 유발한다. 해당 TID는GNSS의 신호를 통해 검출 가능하며 S.
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참고문헌 (9)

  1. S. Jin, G. Occhipnti, and R. Jin, "GNSS ionospheric seismology: Recent observation evidences and characteristics," Earth-Science Reviews,, Vol. 147, pp. 54-64, Aug, 2015. 

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  2. T. Tsugawa, A. Saito, and Y. Otsuka, "Ionospheric disturbances detected by GPS total electron content observation after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake," Earth Planets Space, Vol. 63, pp. 875-879, July, 2011. 

    상세보기 crossref

  3. J. Y. Liu, C. H. Chen, and C. H. Lin, "Ionospheric disturbances triggered by the 11 March 2011 M9.0 Tohoku Earthquake," Journal of Geophysical Research, Vol. 116, A06319 pp. 1-5, June, 2011. 

  4. P. Lognonne, E. Clevede, and H. Kanamori, "Computation of seismograms and atmospheric oscillations by normal-mode summation for a spherical earth model with realistic atmosphere," Geophysical Journal International, Vol. 135, Issue 2, pp. 388-406, June, 1988 

  5. J. Y. Liu, H. F. Tsai, and C. H. Lin., "Coseismic ionospheric disturbances triggered by the Chi-Chi earthquake," Journal of geophysical research, Vol. 115, A08303, pp. 1-12, Aug, 2010 

  6. G. Occhipinti, A. Komjathy, and P. Lognonne, "Tsunami Detection by GPS," GPS World, pp. 50-57, Feb, 2002 

  7. M. Matsumura, A. Saito, and T. Iyemori, "Numerical simulations of atmospheric waves excited by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake," Earth, Planets and Space, Vol. 63, Issue 7, pp. 63-68, July, 2011 

  8. G. Occhipinti, L. Rolland, and P. Lognonne, "From Sumatra 2004 to Tohoku-Oki 2011: The systematic GPS detection of the ionospheric signature induced by tsunamigenic earthquakes," Journal of geophysical research, Vol. 118, Issue 6, pp. 3626-3636, June, 2013 

  9. J. H. Park, D. Grejner-Brzezinska, and R. R. B von Frese, "GPS discrimination of traveling ionospheric disturbances from underground nuclear explosions and earthquakes," Navigation, Vol. 61, Issue 2, pp. 125-134, June, 2014 

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