초록 ▼

7. 총사업기간 목표 및 범위
o 목표
- 한반도 지역의 특성에 최적화된 자료동화기반 국지 전리권 예측모델 개발
- 실질적 수요자 활용을 위한 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
o 범위
- 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
- 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
- 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
- 단파통신용 전리권 교란 지수 개발

8. 추진체계 및 방법
1. 1차년도 (2018.07.01. ~ 2018.12.31.)
가. 한반도 및 동아

7. 총사업기간 목표 및 범위
o 목표
- 한반도 지역의 특성에 최적화된 자료동화기반 국지 전리권 예측모델 개발
- 실질적 수요자 활용을 위한 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
o 범위
- 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
- 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
- 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
- 단파통신용 전리권 교란 지수 개발

8. 추진체계 및 방법
1. 1차년도 (2018.07.01. ~ 2018.12.31.)
가. 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
1) 한반도 및 동아시아 전리권 관측 자료의 안정적 확보
가) 전리권 사입사 운용시스템 고도화
나) 전리권 관측자료 실시간 수집체계 확보
나. 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 상세 설계
가) IDA4D 자료동화 모델의 알고리즘 상세설계
나) TIE-GCM 모델 단독 구동 및 테스트
다) KIPM output 및 display 상세 설계
라) IDA4D, TIE-GCM, KIPM 모델의 병합을 위한 시스템 구조에 대한 상세설계
다. 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 시스템 및 하드웨어 설계
가) 설계를 위한 계획 수립 및 자료 조사
나) IDA4D, TIE-GCM, KIPM 모델 운영환경 분석
다) 모델 및 알고리즘 간 인터페이스 및 통합시스템 상세설계
라) 하드웨어 설계
라. 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
1) 한반도 전리권 교란 지수 개발 방안 마련
가) 국외 전리권 지수 동향 분석
나) 전리권 지수별 단파통신 교란 영향 분석
다) 한반도 전리권 교란 지수 개발 방안 수립

2. 2차년도 (2019.01.01. ~ 2019.12.31.)
가. 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
1) 동아시아 사입사 전리권 관측자료 품질 고도화
가) 고해상도 사입사 이오노그램 전용 트레이싱 알고리즘 개발
나) 고해상도 사입사 데이터 전리권 파라미터 추출 알고리즘 적용
다) 오픈소스를 활용한 알고리즘 SW 개발
나. 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 SW 개발
가) IDA4D, TIEGCM 모델과 연동된 자료동화 국지 모델 SW 개발
나) 기 설계된 KIPM 테스트 옵션 파일을 이용해 KIPM 테스트 수행
다) TIEGCM과 KIPM의 동시병합 구동 테스트 및 검증
라) IDA4D와 KIPM의 동시병합 구동 테스트 및 검증
다. 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 통합 운영시스템 시범 운영
가) 전리권 예측모델 입력자료 실시간 수집/처리 시스템 개발
나) 인터페이스 및 운영시스템 개발
다) 통합시스템 시범 운영
라. 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
1) 한반도 전리권 교란 지수 개발
가) 한반도 전리권 교란 지수 개발
나) 단파통신 경보 등급 기준 수립
다) 한반도 전리권 교란 지수 및 단파통신 경보 등급 산출 S/W 개발

3. 3차년도 (2020.01.01. ~ 2020.12.31.)
가. 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
1) 고해상도 전리권 사입사 관측자료 표출시스템 가동 및 테스트
가) 고해상도 전리권 사입사 관측자료 표출시스템 개발
나) 고해상도 전리권 사입사 운영시스템 개발
나. 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 알고리즘 개선
가) 최종 표출자료 산출을 위한 알고리즘 개발
나) 최종 모델에 대한 최종 산출물 성능개선 및 검증
다. 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개선
가) 통합시스템 성능 개선 및 안정화
나) 예측모델 표출자료 생성 및 운영자 인터페이스 개발
라. 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
1) 단파통신 경보 등급 검증 및 한반도 전리권 교란 지수 검증
가) 단파통신 경보 등급 검증
나) 전리권 교란지수별 단파통신 경보등급 영향 검증

9. 수행내용 및 결과
1. 1차년도 (2018.07.01. ~ 2018.12.31.)
가. 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
1) 한반도 및 동아시아 전리권 관측 자료의 안정적 확보
가) 전리권 사입사 운용시스템 고도화
o 관측시스템 운용 소스코드 레포지터리 설치
- 소스코드 변경작업 시 기존코드 백업 및 변경이력 추적이 용이토록 레포지터리 설치
o 한국-일본 간 사입사 관측 스케쥴 분석
- 상호간 송수신 시각 스케쥴 분석 및 스케쥴 표 완성
- 완성된 스케쥴의 코드화 업무 수행
o 한국-대만 간 사입사 관측을 위한 운용모드 및 스케쥴 분석
- 상호간 전리권 관측기 H/W의 차이가 있어 공동관측이 가능한지 협의
- 기존 협의된 한-일 간 사입사 스케쥴에 추가하기 위한 복합적인 스케쥴링 협의
o 송수신 겸용 운용을 위한 운용파라미터 분석
- 상호간 사입사 운용을 위하여 송수신 겸용운용 필요
- 레이다 송신신호를 생성할 수 있는 트리거 펄스 생성 세팅값 결정
- 송신사이트 송신안테나 및 송신기 정보 수집
나) 전리권 관측자료 실시간 수집체계 확보
o 한국-일본 간 사입사 관측자료 실시간 수집체계 확보
- 한국-일본 간 사입사 실시간 운용모드 적용
- 실시간 이오노그램 및 RIQ, NGI 파일 생성 및 사입사 분석서버로 전송기능 수행
o 동아시아 전리권 지상 관측자료 실시간 수집체계 확보
- 이오노존데 자료 현황 분석 및 실시간 수집체계 확보
- GNSS 관측 자료 현황 분석 및 실시간 수집체계 확보
o 전리권 위성 관측자료 실시간 수집체계 확보
- COSMIC-RO 관측 자료 현황 분석 및 실시간 수집체계 확보

나. 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 상세 설계
가) IDA4D 자료동화 모델의 알고리즘 상세설계
o Python 프로그램에서 setup option 변경에 따른 실행결과 추적
o 위도, 경도, 고도의 grid 변경에 따라 IDA4D 결과에 미치는 영향 분석
o 한반도 전리권 자료입력 모듈 상세설계
- GPS TEC 자료 입력 모듈 설계
- Ionosonde NmF2, hmF2 자료입력 모듈 설계
- COSMIC/RO 전자밀도 프로파일 자료 입력 모듈 설계
o IDA4D 입력자료 option에 따른 전자밀도 결과의 검증
나) TIE-GCM 모델 단독 구동 및 테스트
o 위도, 경도, 고도 grid 변경에 따른 TIE-GCM 결과에 미치는 영향 분석
o 지자기 폭풍 및 부폭풍 단계별 TIE-GCM 결과 타당성 분석
o HEELIS 및 WEIMER 옵션별 TIE-GCM 구동결과 분석
o 평상시 TIE-GCM 모델결과 타당성 분석
다) KIPM output 및 display 상세 설계
o KIPM output 파일 설계
o Display 항목 및 패턴 설계
o 설계된 KIPM output 자료 테스트 및 검증
라) IDA4D, TIE-GCM, KIPM 모델의 병합을 위한 시스템 구조에 대한 상세설계
o IDA4D 및 TIE-GCM과 KIPM 모델의 연결모듈 상세 설계
- 고해상도 태양복사 에너지모델 (HEUVAC)을 KIPM 모델에 적용
- F10.7 및 AP 지수 예측모델 다운로드 모듈 개발
- IDA4D 및 TIE-GCM 출력파일 read 모듈 설계
o KIPM의 테스트를 위한 입력파일 및 구성 옵션 파일 설계
o 3개 모델의 통합 및 일괄 자동화 시스템 구현을 위한 상세설계

다. 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 시스템 및 하드웨어 설계
가) 설계를 위한 계획 수립 및 자료 조사
o 기존 개념설계안 분석
o 상세 설계 방향 수립
나) IDA4D, TIE-GCM, KIPM 모델 운영환경 분석
o 각 모델별 플랫폼, 개발 및 운영언어, 컴파일러, 필요 라이브러리 등 조사
다) 모델 및 알고리즘 간 인터페이스 및 통합 시스템 상세설계
o 전리권 관측데이터와 동화모델 IDA4D 연계
o IDA4D 모델과 KIPM 연계
o TIE-GCM 모델과 KIPM 연계
o 한국형 전리권 예측모델 통합 시스템 설계
라) 하드웨어 설계
o 모델 운영을 위한 시스템 필요 사항 정리
o 모델 운영을 위한 서버 하드웨어 설계
o 자료 수집 및 처리를 위한 서버 하드웨어 설계
o 자료 저장공간 산출을 위한 자료 산출량 산정
o 네트웍 대역 폭 필요량 산정을 위한 자료 수집량 산정
o 최종 하드웨어 사양 결정

라. 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
1) 한반도 전리권 교란 지수 개발 방안 마련
가) 국외 전리권 지수 동향 분석
o 호주 전리권 지수 동향 분석
o 일본 전리권 지수 동향 분석
o 대만 전리권 지수 동향 분석
o 중국 전리권 지수 동향 분석
나) 전리권 지수별 단파통신 교란 영향 분석
o 단파통신 교란 영향 조사
o 전리권 지수별 단파통신 교란 영향 분석
o 잡음 레벨별 단파통신 장애 기준 선정 방안 수립
다) 한반도 전리권 교란 지수 개발 방안 수립

2. 2차년도 (2019.01.01. ~ 2019.12.31.)
가. 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
1) 동아시아 사입사 전리권 관측자료 품질 고도화
가) 고해상도 사입사 이오노그램 전용 트레이싱 알고리즘 개발
o 노이즈 저감기법 개발
o 사입사 신호 검출 기법 개발
o 사입사 신호 검출 알고리즘 현업화
- 사입사 운영 서버에 검출 알고리즘 설치, 테스트를 수행
o 영상처리를 이용한 사입사 신호 트레이싱 알고리즘 설계
나) 고해상도 사입사 데이터 전리권 파라미터 추출 알고리즘 적용
o 전리권 파라미터 추출 알고리즘 설계
o 전리권 파라미터 추출 인터페이스 포맷 정의
다) 오픈소스를 활용한 알고리즘 SW 개발
o Python 코드를 사용한 알고리즘 개발
- 기존 IDL 소스코드를 Python 코드로 변환
o 이천 및 제주 산출물 수집 체계 구축
- 이천 및 제주 분석서버의 산출물을 운영서버로 산출물 수집

나. 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 SW 개발
가) IDA4D, TIEGCM 모델과 연동된 자료동화 국지 모델 SW 개발
o IDA4D를 기반으로 한 자료동화 국지 모델 SW 개발
- 이오노존데의 EDP 파일 뿐만 아니라 SAO 파일을 사용하는 모듈 개발
- 플라즈마권 TEC 영향에 대한 심층 연구로 문제점 해결
o TIEGCM 모델 단동 구동 및 테스트
- 양과 음의 전리권 폭풍에 대한 TIEGCM 결과 분석
나) 기 설계된 KIPM 테스트 옵션 파일을 이용해 KIPM 테스트 수행
o 상세설계를 바탕으로 KIPM 국지 예측 모델 SW 구현
o KIPM 성능 개선을 위한 다양한 테스트 및 검증 실시
- 경도별 출력파일의 시간 오차 문제점 해결
- 3일 (72시간) 예측 값 산출 코드 개정
다) TIEGCM과 KIPM의 동시병합 구동 테스트 및 검증
o TIEGCM 모델 성능 검증
- LSTM 딥러닝 알고리즘을 사용한 전리권 모델 테스트 (TIEGCM 보완 가능성 테스트)
- 지자기 폭풍시와 조용한 날 비교 분석
- LSTM 결과를 KIPM 모델에서 사용하여 제주 뿐만 아니라 다른 지역의 개선효과 테스트
- 지자기 폭풍시와 조용한 날 비교 분석
라) IDA4D와 KIPM의 동시병합 구동 테스트 및 검증
o IDA4D의 관측자료로 한국 수신소의 real-time GPS 데이터 사용 테스트 및 검증 실시
- 수신소의 수에 따라 결과 차이 분석
- 자료동화 window를 조정하여 검정 실시
o 하루 4번 예보를 위한 모델 구동시간 설정파일 조정 및 구동 테스트

다. 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 통합 운영 시스템 시범 운영
가) 전리권 예측모델 입력자료 실시간 수집/처리 시스템 개발
o 입력자료 실시간 처리 시스템 개발
- Slant-TEC 산출기능 개발
- GPS 수신기 바이어스 산출 기능 개발
- 입력자료 기본 품질관리 기능 개발
나) 인터페이스 및 운영 시스템 개발
o 인터페이스 개발
- 우주환경 관측 자료의 IDA4D 입력을 위한 자료 변환 기능 개발
- 우주환경 관측 및 예측 자료의 TIE-GCM 입력을 위한 자료 변환 기능 개발
- 우주환경 관측 및 예측 자료의 KIPM 입력을 위한 자료 변환 기능 개발
- IDA4D와 TIE-GCM 산출물의 KIPM 입력을 위한 자료 변환 기능 개발
- 모델 및 알고리즘의 입출력 속도 향상 및 저장 공간 효율화 방안 조사 및 적용
o 모델 운영을 위한 운영 시스템 개발
- 모델 운영을 위한 시스템 (H/W) 납품
- 우주환경 관측 및 예측자료 관리를 위한 DB 설계 및 구축
- 전리권 자료동화 모델 운영 관리 프로그램 개발
다) 통합시스템 시범 운영
o 개발된 자료 수집/처리 및 인터페이스 통합 시스템에 적용
- 개발된 전리권 예측모델 입력자료 수집, 처리 시스템 및 인터페이스 적용
o 실시간 운영 테스트
- 실시간 운영 테스트를 통해 각종 오류 등 확인

라. 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
1) 한반도 전리권 교란 지수 개발
가) 한반도 전리권 교란 지수 개발
o 전리권 교란지수 산출 파라미터 및 산출식 정의
o 전리권 교란 지수값에 따른 등급별 구분 정의
나) 단파통신 경보 등급 기준 수립
o 단파통신 경보 등급 산출 파라미터별 등급 정의
o 단파통신 경보 등급 산출을 위한 계산식 정의
o 향후 검증을 통한 보정 방안 제시
다) 한반도 전리권 교란지수 및 단파통신 경보 등급 산출 S/W 개발
o 관측된 foF2 값을 이용한 전리권 교란지수 산출 소프트웨어 개발
o 실시간 태양플레어 등급, 프로톤 등급, Kp Index 등급, 전리권 교란지수 등급, 스포래딕 E층 등급을 산출하여 단파통신 경보 등급을 구분하는 소프트웨어 개발

3. 3차년도 (2020.01.01. ~ 2020.12.31.)
가. 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보
1) 고해상도 전리권 사입사 관측자료 표출 시스템 가동 및 테스트
가) 고해상도 전리권 사입사 관측자료 표출 시스템 개발
o 고해상도 전리권 사입사 처리 알고리즘 개선 및 최적화
o 영상처리를 위한 사입사 신호 트레이싱 알고리즘 설계
o 영상처리를 이용한 사입사 신호 트레이싱 알고리즘 프로세스 상세설명
나) 고해상도 전리권 사입사 운영시스템 개발
o 사입사 관측기의 상태정보 수집체계 구축

나. 자료동화기반 한반도 전리권 수치모델 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 알고리즘 개선
가) 최종 표출자료 산출을 위한 알고리즘 개발
o 우주전파센터와 최종 표출자료에 대한 면밀한 토의 진행
나) 최종 모델에 대한 최종 산출물 성능개선 및 검증
o 최종 모델 구동 횟수 조정 및 테스트
o COSMIC TEC를 IDA4D에 활용하는 알고리즘 개발 및 적용
o GIM TEC을 사용한 TIEGCM 초기값 수정
o 최종모델 결과의 검증 및 평가

다. 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개발
1) 한국형 전리권 예측모델 통합시스템 개선
가) 통합 시스템 성능 개선 및 안정화
o 자료 수집 시스템 개선
o 전리권 예측모델 개선사항 통합시스템 반영
o 자료 수집/자료 처리/전리권 모델 수동 구동 기능 개발
o 전리권 예측모델과 통합 시스템 간 연동 운영 기능 개선
나) 예측모델 표출자료 생성 및 운영자 인터페이스 개발
o 전리권 예측모델 통합 시스템 모니터링 표출 기능 개발
o 통합 시스템 관리자 기능 개선
o 표출 자료 생성 기능 개발

라. 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
1) 단파통신 경보 등급 검증 및 한반도 전리권 교란 지수 검증
가) 단파통신 경보 등급 검증
o 검증용 데이터 수집
나) 전리권 교란지수별 단파통신 경보등급 영향 검증
o 결과 분석 및 검증

10. 주요 성과
o 본 연구개발과제 수행 기간 동안에, 1) 자료동화모델의 실시간 입력자료인 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료를 안정적으로 확보하고 품질을 고도화함으로써 실질적으로 사용할 수 있는 알고리즘의 개발이 이루어졌으며, 사입사 관측기 상태 모니터링 시스템을 구축하여 안정적인 사입사 관측기 운영이 가능해졌고; 2) 한국형 전리권 예측모델 개발을 위한 자료동화모델 및 예보물리모델의 상세설계를 바탕으로, 실제 SW 개발과 최종 예측 모델의 검증 및 성능개선이 이루어졌고; 3) 모델의 안정적 운영 및 서비스를 위한 자료 수집, 처리 시스템 및 운영체계에 대한 상세설계를 기반으로 처리/운영 시스템이 개발되었으며; 4) 실질적 수요자 활용을 위한 한반도 전리권 교란 지수 개발 방안을 수립하고, 이를 바탕으로 전리권 교란 지수가 개발되어 단파통신 경보 등급의 기준이 완성되었음.

o 1차년도(2018년)의 정량목표: 보고서 1건
o 1차년도 최종 연구개발성과: 보고서 1건, 논문 1건, 학술발표 4건
▶ 논문 1건
①“Manual Scaling of Ionograms Measured at Jeju (33.4°N, 126.3°E) Throughout 2012”
• 학술지명: Journal of Astronomy and Space Science (35권 3호), 비SCI
• 저자명: 정세헌, 김용하, 김기남
• 게재일 : 2018.09.06.

▶ 학술발표 4건
①“Developing a Data-assimilated Korean Ionospheric Prediction model with TIEGCM and IDA4D initial conditions”
• 학회명: 2018 한국우주과학회 가을학술대회, 2018.10.24~10.26
• 저자명: 김정헌, 김용하, 정세헌, 김수인, 곽영실, 한진욱
②“Simulating mid-latitude ionospheric changes during a geomagnetic storm using TIEGCM”
• 학회명: 2018 한국우주과학회 가을학술대회, 2018.10.24~10.26
• 저자명: 문수인, 김용하, 곽영실
③“Assimilation of multiple type data into IDA4D model of the regional ionosphere around Korea during geomagnetic quiet and disturbed days”
• 학회명: 2018 한국우주과학회 가을학술대회, 2018.10.24~10.26
• 저자명: 정세헌, 김용하, 문수인, 곽영실
④“First identification of the high-latitude ionization trough from a low-Earth orbit satellite observations”
• 학회명: 2018 한국우주과학회 가을학술대회, 201810.24~10.26
• 저자명: 김수인, 곽영실, Hyosub Kil, 박재흥, 김관혁, 이재진

o 2차년도(2019년)의 정량목표: 보고서 1건, 논문 2건, 학술발표 4건
o 2차년도 최종 연구개발성과: 보고서 1건, 논문 5건, 학술발표 11건, 소프트웨어 등록 2건
▶ 논문 5건
①“Analysis of the Steady State Available Energy Budget in the High‐Latitude Lower Thermosphere”
• 학술지명: Journal of Geophysical Research : Space Physics, 124(3), SCI
• 저자명: 곽영실, Arthur D. Richmond
• 게재일 : 2019.03.09.
②“Seasonal and Local Time Variations of Sporadic E Layer over South Korea”
• 학술지명: Journal of Astronomy and Space Science, 36(2), 비SCI
• 저자명: 조은별, 김용하, 문수인, 곽영실
• 게재일 : 2019.06.
③“Assimilation of Multiple Data Types to a Regional Ionosphere Model With a 3D‐Var Algorithm (IDA4D)”
• 학술지명: Space weather, 17(7), SCI
• 저자명: Chalachew Kindie Mengist Nicholas Ssessanga, 정세헌, 김정헌, 김용하, 곽영실
• 게재일 : 2019.06.21.
④“Regional ionosphere specification by assimilating ionosonde data into the SAMI2 model”
• 학술지명: Advances in Space Research, 64(7), SCI
• 저자명: 김정헌, 김용하, Nicholas Ssessanga, 정세헌, 문수인, 곽영실, 윤종연
• 게재일 : 2019.10.01.
⑤“On Imaging South African Regional Ionosphere Using 4D‐var Technique”
• 학술지명: Space weather, SCI
• 저자명: Nicholas Ssessanga, 김용하, John Bosco Habarulema, 곽영실
• 게재일 : 2019.10.25.

▶ 학술발표 11건
①“Ionospheric oblique sounding observations between Korea and Japan using VIPIRs: Preliminary results”
• 학회명: 2019 국제원격탐사 심포지움
• 발표자명: 곽영실, 박재흥, 한진우, 박재우, Terry Bullet, Mamoru Ishii
• 발표일 : 2019.04.18.
②“Manually scaling two year (2017, 2018) ionogram datasets measured by Icheon and Jeju ionosondes”
• 학회명: 2019 한국우주과학회 봄학술대회
• 발표자명: 이상우, 김용하, 곽영실, 윤종연
• 발표일 : 2019.04.25.
③“Estimation of ionospheric foF2 and hmF2 by applying convolution neural network method to one-year Jeju ionogram dataset”
• 학회명: 2019 한국우주과학회 봄학술대회
• 발표자명: 정세헌, 김용하, 곽영실, 윤종연
• 발표일 : 2019.04.25.
④“Forecasting ionospheric F2 layer parameters over Jeju station using artificial neural network”
• 학회명: 2019 한국우주과학회 봄학술대회
• 발표자명: 문수인, 김용하, 김정헌, 정세헌, 곽영실, 윤종연, 박우연
• 발표일 : 2019.04.26.
⑤“Estimation of Regional ionosphere by assimilating ionosonde data into SAMI2 model”
• 학회명: 2019 한국우주과학회 봄학술대회
• 발표자명: 김정헌, 김용하, Ssessanga Nicholas, 정세헌, 문수인, 곽영실, 윤종연
• 발표일 : 2019.04.26.
⑥“Occurrence climatology of E- and F-region field-aligned irregularities in the middle latitudes as observed by the Daejeon 40.8 MHz coherent scatter radar in South Korea”
• 학회명: 2019 Beacon Satellite Conference
• 발표자명: 곽영실, 양태용, 길효섭, 박재흥, 최종민, 이우경
• 발표일 : 2019.08.20.
⑦“Monitoring and Understanding of the Middle-latitude E- and F-region Field-aligned Irregularities Using the Daejeon 40.8 MHz Coherent Scatter Radar ”
• 학회명: 2019 한국우주과학회 가을학술대회
• 발표자명: 곽영실, 양태용, 길효섭, 박재흥, 최종민, 이우경
• 발표일 : 2019.10.24.
⑧“A model study on the possibility of long-term prediction for regional ionosphere using deep-learning algorithm”
• 학회명: 2019 한국우주과학회 가을학술대회
• 발표자명: 김정헌, 문수인, 곽영실, 김용하, 윤종연
• 발표일 : 2019.10.25.
⑨“Development of an ionospheric forecast model over jeju station using long-short term memory ”
• 학회명: 2019 한국우주과학회 가을학술대회
• 발표자명: 문수인, 김용하, 김정헌, 곽영실, 윤종연
• 발표일 : 2019.10.25.
⑩“Korea Ionospheric Data Assimilative Regional Model (KIDARiM)”
• 학회명: 2019 AGU fall meeting
• 발표자명: 곽영실, 김정헌, 박재흥, 김용하, 이영숙, 이정덕, 윤종연
• 발표일 : 2019.12.09.
⑪“Regional Ionospheric Prediction Applying Ionosonde Data Assimilation with Neural Network algorithm”
• 학회명: 2019 AGU fall meeting
• 발표자명: 김정헌, 문수인, 김용하, 곽영실
• 발표일 : 2019.12.12.

▶ 소프트웨어 등록 2건
①“단파통신 경보 등급 산출 소프트웨어”
• 저작권 등록: 한국 저작권 위원회
• 등록번호: C-2019-043813 호
• 창작/공표/등록 연월일: 2019.12.23./2019.12.23./2019.12.30.
②“전리권 교란 지수 산출 소프트웨어”
• 자적권 등록: 한국 저작권 위원회
• 등록번호: C-2019-043814 호
• 창작/공표/등록 연월일: 2019.12.23./2019.12.23./2019.12.30.

o 3차년도(2020년)의 정량목표: 보고서 1건, 논문 2건, 학술발표 4건, SW 2건, 기술문서 1건
o 3차년도 최종 연구개발성과: 보고서 1건, 논문 2건, 학술발표 14건, SW 1건, 기술문서 1건
▶ 논문 2건
①“Regional ionospheric parameter estimation by assimilating the LSTM trained results into the SAMI2 model”
• 학술지명: Space weather, SCI
• 저자명: 김정헌, 곽영실, 김용하, 문수인, 정세헌, 윤종연
• 게재일 : 2020.10.16.
②“Forecasting Ionospheric F2 Parameters over Jeju Station using Long Short-Term Memory”
• 학술지명: Journal of the Korean Physical Society, SCI
• 저자명: 문수인, 김용하, 김정헌, 곽영실, 윤종연
• 게재일 : 2020.11.19.

▶ 학술발표 14건
①“Regional assimilation modeling with combinations of different data types using ionospheric data assimilation four-dimension (IDA4D) algorithm”
• 학회명: 고층대기/전리권 관측 및 모델링 워크샵, 2020.08.05~08.07
• 저자명: 정세헌, 김용하
②“Characterizing Ionospheric disturvances caused by the North Korean Rocket (Hwasung-15) with a four-dimensional variation (4D-Var) data-assimilation model”
• 학회명: 고층대기/전리권 관측 및 모델링 워크샵, 2020.08.05~08.07
• 저자명: 김광수, 김용하
③“Convolution neural network by KERAS (Python)”
• 학회명: 고층대기/전리권 관측 및 모델링 워크샵, 2020.08.05~08.07
• 저자명: 이상우, 김용하
④““RNN with Pytorch”
• 학회명: 고층대기/전리권 관측 및 모델링 워크샵, 2020.08.05~08.07
• 저자명: 문수인, 김용하
⑤“Simulation of the quasi-6 day wave activity during the 2019 southern hemispheric sudden stratospheric warming by SD-WACCM”
• 학회명: 고층대기/전리권 관측 및 모델링 워크샵, 2020.08.05~08.07
• 저자명: 이원석, 김용하
⑥“Mesospheric temperature from SDSS over Apache Point observatory”
• 학회명: 고층대기/전리권 관측 및 모델링 워크샵, 2020.08.05~08.07
• 저자명: 이용호, 김용하
⑦“Recent studies of ionospheric prediction model using the deep-learning method”
• 학회명: 고층대기/전리권 관측 및 모델링 워크샵, 2020.08.05~08.07
• 저자명: 김정헌, 곽영실
⑧“자료동화 기법과 전리권 물리모델을 활용한 지역 전리권 예측연구”
• 학회명: 제 10회 우주전파환경 컨퍼런스, 2020.10.26~10.27
• 저자명: 김정헌, 곽영실
⑨“The possibility of regional ionosphere prediction using the LSTM deep-learning algorithm specialized for geomagnetic storm periods”
• 학회명: 한국 우주과학회 가을 학술대회, 2020.10.28.~10.30.
• 저자명: 김정헌, 곽영실, 문수인, 김용하, 윤종연
⑩“A statistical study of geomagnetic field perturbations observed in the upper ionosphere using Swarm magnetic field data”
• 학회명: 한국 우주과학회 가을 학술대회, 2020.10.28.~10.30.
• 저자명: 김수인, 김관혁, 곽영실, 박재흥
⑪“A regional ionospheric modeling study with different data types using the ionospheric data assimilation four-dimension (IDA4D) algirithm”
• 학회명: 한국 우주과학회 가을 학술대회, 2020.10.28.~10.30.
• 저자명: 정세헌, 김용하
⑫“Characterizing ionospheric disturbances caused by the North Korean rocket (Hwasung-15) with a four-dimensional vatiational (4D-Var) data-assimilation model””
• 학회명: 한국 우주과학회 가을 학술대회, 2020.10.28.~10.30.
• 저자명: 김광수, 김용하, 최병규, 홍준석, Nicholas Ssessanga
⑬“Mesosphere temperature from SDSS over Apache Point observatory during the 2011-2018 period”
• 학회명: 한국 우주과학회 가을 학술대회, 2020.10.28.~10.30.
• 저자명: 이용호, 김용하, 이영선
⑭“The observation and SD-WACCM simulation of planetary wave activities in the upper atmosphere during the 2019 southern hemispheric sudden stratospheric warming”
• 학회명: 한국 우주과학회 가을 학술대회, 2020.10.28.~10.30.
• 저자명: 이원석, 김용하, 송인선, 정세헌, S. Eswaraiah, D.J. Murphy

▶ 소프트웨어 등록 1건 (진행 중)
①“전리권 검증 데이터 수집 소프트웨어”
• 저작권 등록 (진행 중): 한국 저작권 위원회

▶ 기술문서 1건
①“한반도 전리권 자료동화 통합 예측모델 운영 매뉴얼”
• 전파센터 내 서버에 설치된 최종 통합모델의 운영과 관련된 기술문서

11. 파급효과
o 기술적 측면
- 국내 관측자료 환경에 적합한 모델을 개발하고 운용할 수 있는 기반기술 확보
- 우주전파환경 예·경보 기술의 범위를 한반도에서부터 그 주변 해역까지 확장함으로써, 무선 통신 장애를 최소화 할 수 있는 기술 확보
- 수요기관에 직접 도움이 되는 전리권 교란에 대한 체계적인 진단/분석/예측 기술력 확보
- 우주전파환경 예·경보 고도화를 통한 통신인프라 장애 최소화 기술 확보

o 사회적 측면
- 국내외에서 생산되는 전리권 관측자료에 대한 분석결과를 통하여, 전리권 관측 자료를 활용하는 연구자들에게 자료에 대한 기초정보 제공을 통한 연구 활성화
- 한국형 전리권 모델의 상세설계서를 도출하고, 체계적인 한국형 전리권 모델의 개발을 유도함으로써, 이를 통한 관련 학연의 인력 양성
- 최종적으로 개발될 전리권 예측모형을 통하여 정확한 단파통신 예측에 활용함으로써 전파 사용자의 피해를 사전에 예방

o 경제적, 산업적 측면
- 현대 사회에 다양한 형태로 존재하는 무선 서비스의 안정적 운용에 기여
- 우주전파환경 예경보 정확도 향상을 위한 우주전파환경 관측기술과 전리권 교란 예측기술의 자립화 및 국산화를 통한 국내 우주전파환경 연구 기반 저변 확대
- 전리권 예측모델을 통하여 전리권 교란으로 인해 발생하는 방송/통신 등 다양한 서비스에 대한 동시 다발적인 피해의 사전 예방 및 최소화
- 전리권 교란으로 인한 군 HF 통신, 연안어선 통신, 해양감시 HF 레이더, 기상감시 HF 레이더 등의 장해를 최소화함으로써 HF 주파수 이용률 증대 도모

12. 결과활용 등 향후계획
o 결과활용 및 향후 계획
① 자료동화기반 한반도 국지 전리권 예측모델 개발
- 동아시아 전리권 사입사 관측 네트워크을 통해 얻은 전리권 관측자료는 한반도 상공을 비롯한 주변 해양 상공의 전리권 상태 감시에 활용될 뿐만 아니라, 한국형 전리권 예측모델의 입력 자료로 직접 활용되어 예측모델의 정확도와 신뢰도 향상에 기여하며, 우주전파센터의 전리권 교란에 대한 체계적인 진단/분석/예측 기술력 확보에 활용
- 실시간 전리권 관측자료를 입력으로 하여 자료동화기반으로 개발되는 한반도 국지 전리권 예측모델 개발 통해 한반도 상공 전리권 상황에 최적화된 예측결과를 제공하는데 활용
- 나아가 우주전파환경 예경보 고도화를 통해 태양흑점폭발에 의한 단파통신 및 GPS 분야 피해를 사전에 예방하는데 활용하며, 전리권 교란에 의한 장해를 최소화함으로써 HF 주파수 이용률 증대 도모에 활용 가능

② 단파통신용 전리권 교란 지수 개발
- 수요자별 업무환경에 필요한 우주환경정보를 제공할 수 있는 체계 구축
- 국방 분야에서, 부대 간 통신 운용 계획 수립 및 특수 주파수 작전권역 분석에 활용하고, 작전 지역에서의 통신 환경 정보 제공
- 항공 분야에서, 항공기 위치보고를 위한 통신환경 분석 및 주파수 선정에 활용
- 해상 분야에서, 수협과 어업선박 간 방송/통신, 해안국 주파수 서비스 권역분석 및 해상경찰의 조난통신용 주파수 계획에 활용
- 전파통신 분야에서, 아마추어 햄 실시간 전파 환경 제공 서비스에 활용하고, 전파솔루션 기업의 해외경쟁력 강화에 활용

(출처 : 요약 6p)

Abstract ▼

Ⅳ. R&D results
1. Stable security of ionospheric observational data over the Korean Peninsula and East Asia
A. Stable security of ionospheric observational data over the Korean peninsula and East Asia (Year 1)
1) Advancement of the operation system for the ionospheric oblique sounding
2)

Ⅳ. R&D results
1. Stable security of ionospheric observational data over the Korean Peninsula and East Asia
A. Stable security of ionospheric observational data over the Korean peninsula and East Asia (Year 1)
1) Advancement of the operation system for the ionospheric oblique sounding
2) Securing a system for real-time collection of ionospheric observational data
B. Enhancement of the quality of ionograms from the ionospheric oblique sounding in East Asia (2nd year)
1) Development of dedicated tracing algorithm for high-resolution oblique sounding ionogram
2) Application of algorithm for extracting patent rights parameter of high-resolution oblique sounding data
3) Development of algorithm SW using open source
C. Operation and test of display/operation system for high-resolution ionospheric oblique sounding observation data (3rd year)
1) Development of a display system for observational data of high-resolution ionospheric oblique sounding
2) Development of an operation system for high-resolution ionospheric oblique sounding

2. Development of the Korean ionospheric numerical model based on data assimilation
A. Detailed design of the Korean ionospheric prediction model (1st year)
1) Detailed design of algorithm for IDA4D data assimilation model
2) Operation and test of TIE-GCM model
3) Detailed design of KIPM output and display
4) Detailed design of system structure for merging IDA4D, TIE-GCM, KIPM models
B. Development of SW for the Korean ionospheric prediction model (2nd year)
1) Development of SW for data assimilation regional model coupled with IDA4D and TIEGCM
2) Perform KIPM test using pre-designed KIPM test option file
3) Simultaneous Merge operation test and verification of TIEGCM and KIPM
4) Simultaneous merge operation test and verification of IDA4D and KIPM
C. Improvement of the Korean ionospheric prediction model algorithm (3rd year)
1) Developing an algorithm to product the final display data
2) Performance improvement and verification of the final product for the final model

3. Development of Korean ionospheric prediction model integrated system
A. Korean ionospheric prediction model system and hardware design (! next year)
1) Establish a plan for design and research data
2) IDA4D, TIE-GCM, KIPM model operating environment analysis
3) Detailed design of interface and integrated system between model and algorithm
4) Hardware design
B. Pilot operation of the integrated operation system for the Korean ionospheric prediction model (2nd year)
1) Development of real-time collection/processing system for input data of ionospheric prediction model
2) Interface and operation system development
3) Trial operation of integrated system
C. Korean ionospheric prediction model integrated system improvement (3rd year)
1) Integrated system performance improvement and stabilization
2) Prediction model display data generation and operator interface development

4. Development of ionospheric disturbance index for shortwave communication
A. Preparation of a plan to develop the ionospheric disturbance index on the Korean Peninsula (1st year)
1) Overseas ionospheric index trend analysis
2) Analysis of impact of shortwave communication by ionospheric index
3) Establishment of a plan to develop the ionospheric disturbance index on the Korean Peninsula
B. Development of the ionospheric disturbance index on the Korean Peninsula (2nd year)
1) Development of the ionospheric disturbance index
2) Shortwave communication alarm level standard establishment
3) Developing S/W for calculating the disturbance index of the ionosphere of the Korean Peninsula and the alarm level of shortwave communication
C. Shortwave communication alarm level verification and Korean peninsula ionospheric disturbance index verification (3rd year)
1) Shortwave communication alarm level verification
2) Verification of the impact of shortwave communication alarm level by ionospheric disturbance index

(출처 : SUMMARY 22p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 ... 4
• 과제수행결과 요약 ... 6
• 요 약 문 ... 18
• S U M M A R Y ... 21
• 목차 ... 26
• 표목차 ... 29
• 그림목차 ... 32
• 1. 과제의 개요 ... 42
• 가. 연구개발 목적 ... 42
• 1) 최종 목표 ... 42
• 2) 연구개발 세부 목표 ... 42
• 3) 연차별 연구개발 세부 목표 및 결과 ... 43
• 나. 연구개발의 필요성 ... 45
• 다. 국내외 기술개발 현황 ... 46
• 1) 국내 기술 및 산업 현황 ... 46
• 2) 국외 기술 및 산업 현황 ... 50
• 라. 과제 범위 및 내용 ... 62
• 1) 연차별 연구개발 과제의 범위 및 내용 ... 62
• 2) 연차별 추진일정 ... 65
• 2. 과제수행 내용 및 결과 ... 68
• 가. 1차년도 (2018.07.01. ~ 2018.12.31.) ... 68
• 1) 한반도 및 동아시아 전리권 관측자료 안정적 확보 ... 68
• 2) 한국형 전리권 예측모델 상세설계 ... 78
• 3) 한국형 전리권 예측모델 시스템 및 H/W 설계 ... 117
• 4) 한반도 전리권 교란 지수 개발 방안 마련 ... 124
• 나. 2차년도 (2019.01.01. ~ 2019.12.31.) ... 143
• 1) 동아시아 사입사 전리권 관측자료 품질 고도화 ... 143
• 2) 한국형 전리권 예측모델 SW 개발 ... 149
• 3) 한국형 전리권 예측모델 통합 시스템 운영 ... 172
• 4) 단파통신 경보 등급 기준 수립 및 한반도 전리권 교란 지수 개발 ... 200
• 다. 3차년도 (2020.01.01. ~ 2020.12.31.) ... 206
• 1) 고해상도 전리권 사입사 관측자료 표출 시스템 가동 및 테스트 ... 206
• 2) 한국형 전리권 예측모델 알고리즘 개선 ... 221
• 3) 한국형 전리권 예측모델 통합 시스템 개선 ... 249
• 4) 단파통신 경보등급 검증 및 한반도 전리권 교란 지수 검증 ... 270
• 라. 연구 개발 성과 ... 283
• 1) 1차년도 (2018.07.01.~2018.12.31.) ... 283
• 2) 2차년도 (2019.01.01.~2019.12.31.) ... 284
• 3) 3차년도 (2020.01.01.~2020.12.31.) ... 289
• 3. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 293
• 가. 목표 ... 293
• 1) 평가 착안점 및 주요 성능지표 정의/목표치 근거 ... 294
• 나. 연차별 달성 목표 ... 297
• 1) 1차년도 (2018.07.01. ~ 2018.12.31.) ... 297
• 2) 2차년도 (2019.01.01. ~ 2019.12.31.) ... 298
• 3) 3차년도 (2020.01.01. ~ 2020.12.31.) ... 299
• 다. 목표 달성여부 ... 300
• 라. 관련 분야 기술 발전에의 기여도 ... 301
• 1) 기술적 기여도 ... 301
• 2) 사회·문화적 기여도 ... 301
• 3) 경제·산업적 기여도 ... 301
• 4) 전리권 관련 국제 협력 차원 기여도 ... 302
• 마. 연구결과가 국내외 기술개발 현황에서 차지하는 위치 ... 302
• 1) 자료동화기반 한국형 전리권 예측모델 개발 ... 302
• 2) 국가간 전리권 장거리 사입사 관측자료의 안정적 확보 ... 303
• 3) 단파통신용 전리권 교란 지수 개발 ... 304
• 4. 연구개발비 사용실적 ... 305
• 가. 사업비 집행 총괄표 ... 305
• 나. 연구비 관리체계의 투명성 및 집행절차의 적합성 ... 305
• 5. 연구개발결과의 활용계획 ... 306
• 가. 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획 ... 306
• 나. 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 307
• [붙임1] 참고문헌 ... 308
• [붙임3] 자체보안관리진단표 ... 317
• 끝페이지 ... 318