초록 ▼

□ 연구개발목표 및 내용
■ 최종 목표
국내 위험기상 대응 능력 강화를 위해
∘ 해상 부이와 선박, 차량에 장착할 수 있는 비고정형 라디오미터를 개발하고
∘ 라디오미터의 밝기온도 측정값 기반의 연직 온습도 산출 알고리즘을 제시하여
∘ 초소형·초경량 라디오미터 관측 및 분석 시스템을 개발․검증한다
■ 전체 내용
[1단계]
○ 해상 운영 시 발생할 문제점 극복 기술에 대한 설계 요구도 제시
- 모의 실험을 통한 해상용 라디오미터 최적 주파수 제시
- 최적 주파수 선정에 따른 해상 운

□ 연구개발목표 및 내용
■ 최종 목표
국내 위험기상 대응 능력 강화를 위해
∘ 해상 부이와 선박, 차량에 장착할 수 있는 비고정형 라디오미터를 개발하고
∘ 라디오미터의 밝기온도 측정값 기반의 연직 온습도 산출 알고리즘을 제시하여
∘ 초소형·초경량 라디오미터 관측 및 분석 시스템을 개발․검증한다
■ 전체 내용
[1단계]
○ 해상 운영 시 발생할 문제점 극복 기술에 대한 설계 요구도 제시
- 모의 실험을 통한 해상용 라디오미터 최적 주파수 제시
- 최적 주파수 선정에 따른 해상 운영에 적합한 안테나 성능 기준 및 사양 제시
- 해상용 라디오미터 수신기 온도 유지 기준 마련 및 기술 방안 제시
- 비고정 관측에서 고정 관측과 동일한 수준의 연직 온습도 산출 기법 제시
- 밝기온도 및 온습도 자료에 대한 정확도 목표 수준 제시
○ 설계 요구도를 만족하는 핵심 부품 제작 및 성능 시연
- 설계 요구도 만족을 위한 각 부체계의 핵심 부품 리스트 선정
※ 부체계 구성(예): 안테나, 신호처리부, 동작부, 운영환경, 보정기술 등
- 설계 요구도 성능에 맞는 라디오미터 수신 기술 개발
- 해상용 라디오미터 운영 안정성 및 내구성을 유지할 수 있는 기술 개발
- 관련 기술에 대한 핵심 부품 제작 및 성능 시연
○ 성능 시연 결과를 통한 라디오미터 체계 상세 설계
- 해상용 라디오미터 하드웨어에 대한 상세 설계
- 해상용 라디오미터 운영에 필요한 소프트웨어(펌웨어, 운영프로그램 등) 상세 설계
※ 라디오미터 및 부체계의 상태정보 모니터링과 원격조종이 가능한 방안 제시
※ 밝기온도 측정 값 기반 온습도 산출 알고리즘 제시
[2단계-1차년도]
○ 라디오미터 관측자료 처리기술 개발 및 검증
- 해상용 라디오미터 모의 밝기온도 자료를 활용한 연직 온습도 산출 기법 검증
※ 비고정 관측환경(회전, 위치 이동, 흔들림 등) 효과 포함
- 청천과 구름 상태에서 밝기온도 및 연직 온습도 산출 자료 정확도 검증
○ 해상용 라디오미터 제작 및 지상에서의 성능 시험
- 라디오미터(안테나, 수신기, 자료수집 및 저장 체계 등)와 관련 부체계 제작
- 원격 라디오미터 조종, 자료수신, 저장 및 처리 기능 구현
- 운영환경(기온, 습도, 강수, 모션, 진동, 충격 등) 구현 실내 실험장치를 이용한 성능시험
- 기상관측차량 등 지상 이동체 기반의 야외 비고정 관측 성능시험
[2단계-2차년도]
○ 해상용 라디오미터의 선박 운영 시험
- 선박 운영시험을 위한 성능 검증 방법 개발 및 결과 분석
- 선박 운영시험에 필요한 장치 제작
○ 해상용 라디오미터의 해양부이 장착 및 운영 시험
- 해양부이에 라디오미터 설치를 위한 거치대 및 통신 체계 제작
- 해양부이 운영 시험 수행을 통한 결과 분석
※ 관측자료 정확도, 내구성, 안정성 등이 포함
○ 밝기온도와 온습도 자료의 품질 평가
- 설계 당시 요구도 기준 부합 여부 평가
- 라디오미터 상태정보 자료를 이용한 설계 사양 부합 여부 검증
■ 1단계
● 목표
해상용 라디오미터 개발을 위한 설계 요구도를 제시하고, 설계 요구도를 만족하는 핵심부품 제작 및 성능 시연을 통해 라디오미터 체계에 대한 상세 설계를 수행한다.
● 내용
[1차년도-2021년]
○ 해상 운영 시 발생할 문제점 극복 기술에 대한 설계 요구도 제시
- 모의 실험을 통한 해상용 라디오미터 최적 주파수 제시
: 국내 기상 반영을 위해 국내 라디오존데 자료 수집 및 구름 내 물의 양 추정 모델을 이용한 대기전파모델을 구현하고, 대기층 설정 및 주파수별 가중함수를 제시하여 최적 주파수를 선정함
- 최적 주파수 선정에 따른 해상 운영에 적합한 안테나 성능 기준 및 사양 제시
: 해상운영에 적합한 안테나 타입과 빔폭, 도파관, 보호 렌즈 등의 사양을 제시함
- 해상용 라디오미터 수신기 온도 유지 기준 마련 및 기술 방안 제시
: 히터, 팬, 온도제어보드 등을 장착하여 수신기 온도를 유지함
- 비고정 관측에서 고정 관측과 동일한 수준의 연직 온습도 산출 기법 제시
: 기존의 문헌조사와 더불어 장비가 설치될 기반 시설의 제작업체 등의 자문을 얻어 흔들림 범위를 사전 조사하고, 관측 환경을 반영할 수 있는 파라미터를 선정하여 적용한 산출기법을 제시하여 모의 자료를 통해 결과를 비교하여 검증함
- 밝기온도 및 온습도 자료에 대한 정확도 목표 수준 제시
: 비고정 관측 환경을 고려한 모의 실험 결과를 고려하여 정확도 목표 수준을 제시함
○ 설계 요구도를 만족하는 핵심 부품 제작 및 성능 시연
- 설계 요구도 만족을 위한 각 부체계의 핵심 부품 리스트 선정
※ 부체계 구성(예): 안테나, 신호처리부, 동작부, 운영환경, 보정기술 등
: 전파를 수신하기 위해 가장 필수적인 요소인 안테나, 수신기, DAQ 보드를 중심으로 장비를 설계함
- 설계 요구도 성능에 맞는 라디오미터 수신 기술 개발
: 전파를 안정적으로 정확하게 수신할 수 있도록 헤테로다인 방식을 적용한 라디오미터를 개발하고, Hot-Cold 보정기법과 Tipping Curve 보정기법을 사용하여 전파를 수신하도록 함
- 해상용 라디오미터 운영 안정성 및 내구성을 유지할 수 있는 기술 개발
: 방수 및 방진 기능을 할 수 있도록 안테나를 비롯한 라디오미터 하우징을 설계하고, 다양한 기상 환경에서 운용될 수 있도록 수분 및 결빙 제거 장치를 설치함
- 관련 기술에 대한 핵심 부품 제작 및 성능 시연
: 온습도를 관측할 수 있는 안테나와 수신기, DAQ 보드를 제작하고, 성능 시험 장치를 통해 각 부품의 성능을 측정함
○ 성능 시연 결과를 통한 라디오미터 체계 상세 설계
- 해상용 라디오미터 하드웨어에 대한 상세 설계
: 안테나, 수신기, DAQ 보드 외에 구동장치와 온도조절장치, 제어보드를 설계함
- 해상용 라디오미터 운영에 필요한 소프트웨어(펌웨어, 운영프로그램 등) 상세 설계
: 구동 제어 및 자료 저장, 온습도 자료 산출, 자료 원격 송신 등을 수행할 수 있도록 제어보드와 소프트웨어를 설계함.
※ 라디오미터 및 부체계의 상태정보 모니터링과 원격조종이 가능한 방안 제시
※ 밝기온도 측정 값 기반 온습도 산출 알고리즘 제시
■ 2단계
● 목표
해상용 라디오미터 개발과 운영을 위해 관측자료 처리 기술을 개발하여 검증하고, 제작한 라디오미터를 지상과 선박, 해양 부이에 장착하여 운영 시험 및 관측자료, 산출자료에 대한 품질 평가를 실시한다.
● 내용
[1차년도-2022년]
○ 라디오미터 관측자료 처리기술 개발 및 검증
- 해상용 라디오미터 모의 밝기온도 자료를 활용한 연직 온습도 산출 기법 검증
: 출력 오차 및 흔들림 오차를 포함한 모의 밝기온도를 산출하고 역산을 통해 온습도 산출 기법을 검증함
※ 비고정 관측환경(회전, 위치 이동, 흔들림 등) 효과 포함
- 청천과 구름 상태에서 밝기온도 및 연직 온습도 산출 자료 정확도 검증
: 가상의 구름 상태를 가정하여 대기전파모델을 통해 밝기온도를 산출하고, 산출 밝기온도로부터 연직 온습도 자료를 산출하여 정확도를 검증함. 야외 비고정 관측 성능시험 이전에 야외 고정관측 성능시험을 통해 숙명여대 라디오미터나 기상청 라디오미터와의 동시 관측 또는 라디오존데 비양지에서의 관측을 실시하여 검증하거나, 수치모델자료를 통한 밝기온도 및 산출자료 정확도 검증도 수행하도록 함
○ 해상용 라디오미터 제작 및 지상에서의 성능 시험
- 라디오미터(안테나, 수신기, 자료수집 및 저장 체계 등)와 관련 부체계 제작
: 1차년도에서 설계한 안테나, 수신기, DAQ보드 및 부체계를 제작하여 성능시험 및 지상관측 시험을 위한 라디오미터 시스템을 완성함
- 원격 라디오미터 조종, 자료수신, 저장 및 처리 기능 구현
: 무선통신모뎀을 사용하여 무선통신이 가능하도록 하여 자료송신 및 원격 구동이 가능하게 함
- 운영환경(기온, 습도, 강수, 모션, 진동, 충격 등) 구현 실내 실험장치를 이용한 성능시험
: 기상관측 선박이나 해상기상부이의 운영환경을 조사한 자료를 바탕으로 실내 실험장치를 구성하고 성능 시험을 실시함
- 기상관측차량 등 지상 이동체 기반의 야외 비고정 관측 성능시험
: 차량 설치를 위한 거치대를 제작하고, 이동 경로를 설정하여 성능 시험을 실시함
[2차년도-2023년]
○ 해상용 라디오미터의 선박 운영 시험
- 선박 운영시험을 위한 성능 검증 방법 개발 및 결과 분석
: 선박 환경을 조성하고 라디오미터 성능을 검증하여 선박 환경에서 산출된 결과의 정확도를 분석함
- 선박 운영시험에 필요한 장치 제작
: 선박 운영에 필요한 고정장치 등을 제작함
○ 해상용 라디오미터의 해양부이 장착 및 운영 시험
- 해양부이에 라디오미터 설치를 위한 거치대 및 통신 체계 제작
: 설치될 해양 부이의 사양을 고려하여 거치대를 제작하고, 해상 통신을 위한 시스템을 제작함
- 해양부이 운영 시험 수행을 통한 결과 분석
: 장기 해상부이 관측을 수행하고 장비의 내구성과 안정성, 관측자료의 정확도를 검토하여 분석함
※ 관측자료 정확도, 내구성, 안정성 등이 포함
○ 밝기온도와 온습도 자료의 품질 평가
- 설계 당시 요구도 기준 부합 여부 평가
: 밝기온도 자료를 이용하여 설계 당시 제시된 정확성과 안정성을 평가함
- 라디오미터 상태정보 자료를 이용한 설계 사양 부합 여부 검증
: 라디오미터의 상태정보 자료를 이용하여 수신기의 안정성과 성능 및 기타 부가 장치의 성능을 평가함

□ 연구개발성과
○ 해상용 라디오미터 3조
○ 라디오미터 운영과 자료처리 체계(S/W와 H/W) 3조
○ 라디오미터 보정 장치 3조 (필요 시)
○ 보고서
○ 실내용 라디오미터 거치대 1조
○ 차량용 라디오미터 거치대 1조
○ 선박용 라디오미터 거치대 1조
○ 부이용 라디오미터 거치대 1조

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 라디오미터 핵심 관측 기술 및 이동 관측 기술 확보
○ 온습도 연직분포 관측자료를 활용한 기상예보 및 기후 모델 개선
○ 기존 기상 관측자료와의 연계로 한반도 전역의 온습도 입체 관측자료 확보 및 특성연구
○ 라디오미터 자료산출 기술 개발 및 항공과 위성 관측자료 산출 연구에 응용
○ 온습도 관측용 라디오미터의 기술 국산화 및 수출력 향상
○ 위험기상에 대한 예보 정확성 향상으로 선제 대응 및 국민 생활 안전 확보
○ 해양 기상관측 취약지역에 대한 자료 수집 및 위험기상 대응 능력 향상
○ 장기 자료 축적을 위한 관측 기술 확보로 기후변화 연구 및 대응자료 확보

(출처 : 요 약 문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발 과제의 개요 ... 9
• 가. 연구개발과제의 최종 목표 ... 9
• 나. 연구개발과제의 운영 개념 및 주요 결과물 ... 9
• 다. 연구개발과제의 필요성 ... 9
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 12
• 가. 해상 운영 시 발생할 문제점 극복 기술에 대한 설계 요구도 제시 ... 12
• 나. 설계 요구도를 만족하는 핵심 부품 제작 및 성능 시연 ... 27
• 다. 장비 안정화장치 설계 및 제작 ... 78
• 라. 라디오미터 관측자료 처리기술 개발 및 검증 ... 80
• 마. 해상용 라디오미터의 구동 및 자료 구조 ... 107
• 바. 해상용 라디오미터의 성능 ... 113
• 사. 해상용 라디오미터 산출 기초 설정 ... 116
• 아. 해상용 라디오미터 현장 시험 ... 119
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 145
• 가. 연구수행 결과 ... 145
• 나. 목표 달성 수준 ... 153
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 154
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 155
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 156
• 끝페이지 ... 158