초록 ▼

○ 안개 감지를 위한 기존의 GNSS 관측 기법의 분석 및 최적 기법 선정
- 안개 감지에 적용 가능한 여러 GNSS 관측 기법에 대한 조사 수행
- 안개에 의한 GNSS 신호의 위상지연 원리에 대한 이론적 분석 수행
- 한반도 내의 안개 특성 분석 수행 및 신호 위상지연 기법 적용 사례연구
○ 신호 위상 지연 기반 검출 기법의 검증 수행
- 신호 위상 지연 이용 안개감지 원리 추가 분석 수행
- 신호 위상 지연 이용 실제 안개 사례 추가 분석 및 한계점 파악
- 신호 감쇠 기반 기법 조사 및

○ 안개 감지를 위한 기존의 GNSS 관측 기법의 분석 및 최적 기법 선정
- 안개 감지에 적용 가능한 여러 GNSS 관측 기법에 대한 조사 수행
- 안개에 의한 GNSS 신호의 위상지연 원리에 대한 이론적 분석 수행
- 한반도 내의 안개 특성 분석 수행 및 신호 위상지연 기법 적용 사례연구
○ 신호 위상 지연 기반 검출 기법의 검증 수행
- 신호 위상 지연 이용 안개감지 원리 추가 분석 수행
- 신호 위상 지연 이용 실제 안개 사례 추가 분석 및 한계점 파악
- 신호 감쇠 기반 기법 조사 및 소프트웨어 수신기 (SDR) 의 설계 및 모듈 개발
○ 신호 감쇠 기반 검출 기법을 이용한 안개 감지 기법 연구 수행
- SDR 개발 완료 및 신호 감쇠 기법 기반 안개 감지 실험의 수행
- 신호 감쇠기반 기법의 결과 분석 및 GNSS multipath의 분석
- GNSS-R 이용 적설 두께 감지 기법 개발 및 검증 수행

Abstract ▼

IV. The result of research and development
First we conducted research on detecting fog using GNSS signal phase delay. The signal phase delay can be obtained either by integrating the refractivity of the fog along the signal path or by estimating it based on the GNSS measurements, which we chose

IV. The result of research and development
First we conducted research on detecting fog using GNSS signal phase delay. The signal phase delay can be obtained either by integrating the refractivity of the fog along the signal path or by estimating it based on the GNSS measurements, which we chose the latter approach. We conducted numerical simulation to get some sense on the level of phase delay caused by fog, where the refractivity of cloud is used instead of that of fog. To estimate the signal phase delay caused by the fog we used an optimal estimation technique such as the Extended Kalman Filter (EKF).
We found that the phase residuals obtained from low elevation satellites under foggy conditions show extra increment of 2 cm or more than those obtained under unfogged conditions. This level of phase delay generally agrees with that computed in the numerical simulation. However, the phase residual sometimes show unexpected peaks in unfoggy conditions, which seems to be a consequence of signal multipath. We also explore the option of detecting fog using GNSS signal attenuation. Based on the GNSS-R (GNSS Reflectometry) methodology, the amount of signal attenuation caused by liquid water can be observed in the SNR (Signal-to-Noise Ratio) or CNR (Carrier-to-Noise Ratio) measurements. In order to compute the CN0 measurement that can be interpreted with simple SNR phase diagram, the software GNSS receiver is developed and also the RF frontend such as antenna. In this research the RHCP (Right-Handed Circular Polarization) and LHCP (Left-Handed Circular Polarization) antennas are used to receive both direct and indirect signals independently using the USRP. A test bed is set up so that the level of signal attenuation caused by fog is measured by the software receiver. Results show that fog can be a source to lower CN0 considerably compared to the other factors. But also some other effects such as multipath can also cause the CN0 to be reduced so the care should be taken to isolate the effect of fog. Finally due to importance of multipath upon the signal phase dealy and signal attenuation methods multipath induced frequency and relative phase angle is analyzed in detail to accommodate the effect of multipath in CN0 measurements, which is closely related to detecting snow and soil moisture. Finally a method to detect snow depth using GNSS multipath is developed and validated based on numerical simulation study.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 10
• List of Table ... 12
• List of Figure ... 13
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 15
• 1절 연구의 필요성 및 목적 ... 15
• 제2절 연구개발의 범위 ... 17
• • GNSS 신호 위상 지연을 이용한 안개 감지 방법론의 분석 ... 17
• • 한반도 안개 발생 현황 분석 ... 17
• • 실제 안개 발생 사례를 이용한 신호 위상지연 기반 기법 검증 ... 17
• • GNSS 신호 감쇠를 이용한 안개 감지 방법론의 분석 ... 17
• • 신호 감쇠 기반 기법을 위한 RF frontend 및 소프트웨어 수신기 개발 ... 17
• • 신호 감쇠기반 기법의 테스트 및 결과 분석 ... 17
• • GNSS multipath 분석 및 안개 감지 기법의 영향 분석 ... 17
• • GNSS 적설 두께 감지 분야로의 적용 ... 18
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 19
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 21
• 1절 기존 관측기법 분석 및 최적 기법 선정 ... 21
• 1. 안개 감지를 위한 기존 GNSS 관측기법의 조사 ... 21
• 2. GPS 신호의 위상지연 발생 ... 23
• 3. GPS 신호 위상지연 추정 기법 ... 26
• 4. 수분에 의한 GNSS 신호의 감쇠 ... 31
• 5. 한반도 안개 특성 분석 및 활용 결과 ... 33
• 제2절 GNSS 신호 위상지연 기반 기법의 분석 및 테스트 ... 42
• 1. GPS 신호 위상지연기법의 추가 분석 ... 42
• 2. 실제 안개 사례의 신호 위성지연 기반 추가 분석 ... 44
• 3. GNSS 소프트웨어 수신기 설계 및 구현 ... 55
• 제3절 GNSS 신호 감쇠 기반 기법의 분석 및 검증 ... 61
• 1. 소프트웨어 수신기를 이용한 신호 감쇠 측정 ... 61
• 2. 신호 감쇠 기반 기법의 실험 및 성능 평가 ... 63
• 3. GNSS multipath의 정량적 분석 ... 70
• 4. GNSS 적설 두께 감지 분야로의 적용 ... 79
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 89
• 1절 2012년(1차년도) 연구목표의 달성도 ... 89
• • 안개 감지에 적용 가능한 여러 GNSS 관측 기법에 대한 조사 수행 (완료) ... 89
• • 안개에 의한 GNSS 신호의 위상지연 원리에 대한 이론적 분석 수행 (완료) ... 89
• • 한반도 내의 안개 특성 분석 수행 및 신호 위상지연 기법 적용 사례연구 (완료) ... 89
• 2절 2013년(2차년도) 연구목표의 달성도 ... 89
• • 신호 위상 지연 이용 안개감지 원리 추가 분석 수행 (완료) ... 90
• • 신호 위상 지연 이용 실제 안개 사례 추가 분석 및 한계점 파악 (완료) ... 90
• • 신호 감쇠 기반 기법 조사 및 소프트웨어 수신기 (SDR) 의 설계 및 모듈 개발 (완료) ... 90
• 3절 2014년(3차년도) 연구목표의 달성도 ... 90
• • SDR 개발 완료 및 SDR 이용 신호 감쇠 기반 안개 감지 실험 수행 (완료) ... 90
• • 실험을 통한 신호 감쇠기반 기법의 성능 분석 (완료) ... 90
• • Multipath 분석 및 GNSS-R 기반 적설 기법의 개발 (완료) ... 91
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 (붙임1 참조) ... 92
• 1. 연구목표 및 내용 ... 92
• 2. 연구수행결과 현황(연구종료시점까지) ... 92
• 가. 특허(실용신안) 등 자료목록 ... 92
• 나. 프로그램 등록목록 ... 92
• 다. 노하우 내역 ... 92
• 라. 논문게재 및 발표 실적 ... 92
• 3. 연구성과 ... 93
• 4. 기술이전 및 연구결과 활용계획 ... 93
• 가. 당해연도 활용계획 ... 93
• 나. 활용방법 ... 93
• 다. 차년도이후 활용계획 ... 94
• 4. 기대효과 ... 94
• 제6장 참고문헌 ... 95
• 끝페이지 ... 98