GPS 가강수량 정확도 향상을 위한 라디오미터와의 비교실험

손동효,조정호,백정호,노경민 한국우주과학회 2010 한국우주과학회보 Vol.19 No.1

대기 수증기량의 정확한 추정은 우주측지 정밀도 향상에 필수적이다. 대류층 지연오차의 주요 원인인 대기 수증기량을 추정하는 대표적인 시스템으로는 라디오존데, 라디오미터, GPS 등이 있다. 한국천문연구원은 GPS 가강수량의 상시 비교검증을 위해 2009년 7월부터 라디오미터를 도입하여 비교관측을 수행하고 있다. 라디오미터는 대기복사의 밝기온도를 측정하여 가강수량을 산출하는 시스템으로써, 24시간 연속관측이 가능하고 실시간으로 관측결과를 확인할 수 있으나, 강수시 불안정하다. 2009년 7월부터 최근까지 GPS와 라디오미터 가강수량 결과간 비교로부터 0.1mm, 1.8mm의 편향과 표준편차, 0.98의 상관관계계수를 산출하였다. 현재 두 시스템의 가강수량을 10분 간격으로 비교하고 있으며, 그 결과를 웹으로 표출하는 시스템을 구축하여 운영하고 있다.

iRTK시스템 정밀도 개선에 대한 연구

손동효,조정호,박필호,최규홍 한국우주과학회 2003 한국우주과학회보 Vol.12 No.2

DGNSS 기준국 관측환경 분석

손동효,박관동,원지혜,최용권,기창돈 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회지 Vol.35 No.8

In this study, we analyzed the signal environment of 17 DGNSS stations operated by DGPS Central Office through TEQC quality checking, visibility analysis and site visits. With TEQC, we produced times series of four indices of TEQC quality checking: observation ratio, L1 pseudorange multipath, L2 pseudorange multipath, and the frequency of cycle slip events. From visibility analysis, the directions where missing observations are happening were identified and the result was verified through onsite investigation. Without considering TEQC indices at the six sites(Palmido, Eochungdo, Geomundo, Pyeongchang, Seongju, and Chungju), the average TEQC indices were: 98% observation ratio, 0.19m of L1 pseudorange multipath, 0.71m of L2 pseudorange multipath, and 1.3 cycle slips per 1000 observations. The observation ratios at Palmido and Eochungdo were low. It was found that receiver settings were incorrect so that they could track the P2 signal of GPS satellites with L2C capability. No signal-blocking obstacles were found around the Geomundo station except the lighthouse. Thus, we guess that the poor TEQC indices at the site are believed to be caused by problems in the GPS hardware or cables. The low observation ratio at Pyeongchang is being caused by the surrounding hills blocking the satellite view from the south to the northwest directions. Even though all of four TEQC indices were bad at Seongju and Chungju stations, we found that the signal reception environment at the two sites is in good condition. We think that the quality indices got poor probably because of malfunctioning equipment. So, further investigation is needed for the Seongju and Chungju sites. 이 연구에서는 국토해양부 위성항법중앙사무소가 운영하고 있는 17곳 DGNSS 기준국의 신호수신환경을 파악하기 위해 관측자료의 TEQC 프로그램 품질평가, 가시성 분석 및 현장조사를 병행하였다. TEQC 프로그램 수행결과 팔미도, 어청도, 거문도, 평창, 성주, 충주 기준국의 일부 지수가 상대적으로 저조하게 나타났다. 6곳을 제외한 품질평가지수는 평균 98%의 데이터수신율과 0.19m의 L1 의사거리 다중경로 오차, 0.71m의 L2 의사거리 다중경로 오차가 나타났으며, 사이클슬립은 1000회 관측당 평균 1.3회 수준으로 나타나 대부분의 기준국들은 최적의 환경에 놓여 있었다. 그러나 팔미도와 어청도의 경우 데이터수신율이 낮았다. 이는 L2C 신호를 송출하는 위성들의 P2 신호를 기록하지 못하여 수신율을 저하시키는 요인으로 확인되었다. 거문도의 경우 주변 장애물은 존재하지 않았으나 설치된 관측장비 또는 설비문제로 인하여 품질지수가 저하된 것으로 사료된다. 평창은 남쪽에서 북서쪽으로 이어지는 야산이 폭 넓게 위치하고 있어 데이터 수신율이 상대적으로 좋지 않은 기준국으로 확인되었다. 4개의 품질평가지수가 모두 좋지 않은 성주와 충주는 주변 환경이 다른 기준국과 큰 차이는 없었으나, 설치된 관측장비에 의해 신호품질이 저하된 것으로 추정되어 비교실험을 통한 추가 분석이 필요하다.

다년간(2000-2008) GPS 자료를 이용한 가강수량의 연간변화경향 분석

손동효,조정호 한국우주과학회 2009 한국우주과학회보 Vol.18 No.2

우주측지 정밀도 향상을 위해 대류층 지연오차의 정확한 산출은 필수적이다. 한국천문연구원은 GPS 자료를 이용하여 대류층 지연오차 요인인 대기 중의 수증기량을 정확히 산출하는 연구를 수행하고 있다. 또한, 1999년부터 GPS 관측을 시작한 이래로 10년 이상의 연속 관측자료를 보유하고 있다. 이 연구에서는 2000년부터 2008년까지 한국천문연구원의 GPS 상시관측소 5곳(서울, 대전, 목포, 밀양, 속초)의 GPS 가강수량을 산출하고 이들의 다년간 변화경향을 분석하였다. 산출된 GPS 가강수량을 라디오존데 관측값과 비교하여 신뢰도 검증하였다. 선형회귀방법을 통하여 GPS 가강수량에 대한 경향을 분석하면 관측 지역마다 기울기의 차는 있으나 전체적으로 시간이 지날수록 GPS 가강수량이 증가하는 경향을 보였다. 해당 기간동안 GPS 가강수량의 연간 변화량은 평균 0.20mm 증가하였고 목포의 경우 0.25mm로 가장 큰 변화량을 보였으며 서울이 0.16mm로 가장 작은 변화량을 보였다. 여름철 연간 변화량은 평균 0.32mm 증가하였고 겨울철은 평균 0.08mm 감소하였다. 일반적으로 기온이 상승하면 상대습도가 내려가 수증기의 증발이 활발해져 대기 중의 수증기량이 증가한다. 최근 10년간 기상청의 기온은 매해 평균 0.16℃씩 증가하였으며 대기 중의 수증기량과 직접적으로 연관되어 있는 GPS 가강수량의 변화 경향과 유사함을 확인하였다.

한반도내 규모 5.0 이상의 지진에 의한 GPS 전리층 변동

손동효,박순천,이원진,이덕기 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.6

We detected the coseismic ionospheric disturbance generated by the earthquakes of magnitude 5.0 and greater in Korean Peninsula. We considered the seismic events such as Gyeongju earthquake in September 2016 with magnitude 5.8, the Pohang earthquake in November 2017 with magnitude 5.4, and the underground nuclear explosion from North Korea in September 2017 with magnitude 5.7. Although all GPS stations were not detected, the ionospheric disturbance induced by these earthquakes occurred approximately 10-30 minutes and 40-60 minutes after the events. We inferred that the time difference within each variation is due to the different focal depth and the geometry of epicenter, satellite, and GPS station. In the case of the Gyeongju earthquake, the earthquake had relatively deeper depth than the other earthquakes. However, the seismic magnitude was bigger and it occurred at nighttime when the ionospheric activity was stable. So we could observe such anomalous variations. It is considered that the ionospheric disturbance caused by the difference in velocity of the upward propagating waves generated by earthquake appears more than once. Our results indicate that the detection of ionospheric disturbances varies depending on the geometry of the GPS station, satellite, and epicenter or the detection method and that the apparent growth of amplitude in the time series varies depending on the focal depth or the site-satellite-epicenter geometry. 우리는 국내에서 발생한 규모 5.0 이상의 지진으로 인해 전리층의 전자밀도가 변동하는 것을 확인하였다. 대상 지진원은 2016년 9월 규모 5.8의 경주 지진, 2017년 11월 규모 5.4의 포항 지진, 그리고 2017년 9월 북한 지하 핵실험에 의한 규모 5.7의 인공지진이다. 비록 모든 GPS 관측소에서 전리층 변동이 나타나지 않았지만, 이들 지진에 의한 변동현상은 사건 발생 후 약 10-30분과 40-60분 경과 시점에 나타났다. 각 변동 내에서 시간차이가 발생하는 것은 진원 깊이에 의한 차이와 관측소-위성-진앙간의 공간상 배치 차이 때문이라 생각된다. 경주 지진의 경우, 다른 두 사건에 비해 상대적으로 깊은 곳에서 발생하였지만, 규모가 크고 전리층이 안정적인 밤시간대에 일어나 변동이 탐지되었다. 그리고 크게 한 차례 이상 나타난 것은 지진에 의해 생성된 충격파들의 대기 전달 속도차이에 의한 현상이라 사료된다. 이 연구를 통해 전리층 변동의 탐지가 관측소–위성–진앙간의 기하학적 배치나 탐지방법에 따라 다르게 나타나고, 변동의 탐지시점이 대상체 간의 기하학적 배치나 진원 깊이에 따라 차이가 있음을 확인하였다.

DGNSS 기준국 관측환경 분석

손동효,박관동,원지혜,최용권,기창돈,Sohn, Dong-Hyo,Park, Kwan-Dong,Won, Ji-Hye,Choi, Yong-Kwon,Kee, Chang-Don 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회지 Vol. No.

이 연구에서는 국토해양부 위성항법중앙사무소가 운영하고 있는 17곳 DGNSS 기준국의 신호수신환경을 파악하기 위해 관측자료의 TEQC 프로그램 품질평가, 가시성 분석 및 현장조사를 병행하였다. TEQC 프로그램 수행결과 팔미도, 어청도, 거문도, 평창, 성주, 충주 기준국의 일부 지수가 상대적으로 저조하게 나타났다. 6곳을 제외한 품질평가지수는 평균 98%의 데이터수신율과 0.19m의 L1 의사거리 다중경로 오차, 0.71m의 L2 의사거리 다중경로 오차가 나타났으며, 사이클슬립은 1000회 관측당 평균 1.3회 수준으로 나타나 대부분의 기준국들은 최적의 환경에 놓여 있었다. 그러나 팔미도와 어청도의 경우 데이터수신율이 낮았다. 이는 L2C 신호를 송출하는 위성들의 P2 신호를 기록하지 못하여 수신율을 저하시키는 요인으로 확인되었다. 거문도의 경우 주변 장애물은 존재하지 않았으나 설치된 관측장비 또는 설비문제로 인하여 품질지수가 저하된 것으로 사료된다. 평창은 남쪽에서 북서쪽으로 이어지는 야산이 폭 넓게 위치하고 있어 데이터 수신율이 상대적으로 좋지 않은 기준국으로 확인되었다. 4개의 품질평가지수가 모두 좋지 않은 성주와 충주는 주변 환경이 다른 기준국과 큰 차이는 없었으나, 설치된 관측장비에 의해 신호품질이 저하된 것으로 추정되어 비교실험을 통한 추가 분석이 필요하다. In this study, we analyzed the signal environment of 17 DGNSS stations operated by DGPS Central Office through TEQC quality checking, visibility analysis and site visits. With TEQC, we produced times series of four indices of TEQC quality checking: observation ratio, L1 pseudorange multipath, L2 pseudorange multipath, and the frequency of cycle slip events. From visibility analysis, the directions where missing observations are happening were identified and the result was verified through onsite investigation. Without considering TEQC indices at the six sites(Palmido, Eochungdo, Geomundo, Pyeongchang, Seongju, and Chungju), the average TEQC indices were: 98% observation ratio, 0.19m of L1 pseudorange multipath, 0.71m of L2 pseudorange multipath, and 1.3 cycle slips per 1000 observations. The observation ratios at Palmido and Eochungdo were low. It was found that receiver settings were incorrect so that they could track the P2 signal of GPS satellites with L2C capability. No signal-blocking obstacles were found around the Geomundo station except the lighthouse. Thus, we guess that the poor TEQC indices at the site are believed to be caused by problems in the GPS hardware or cables. The low observation ratio at Pyeongchang is being caused by the surrounding hills blocking the satellite view from the south to the northwest directions. Even though all of four TEQC indices were bad at Seongju and Chungju stations, we found that the signal reception environment at the two sites is in good condition. We think that the quality indices got poor probably because of malfunctioning equipment. So, further investigation is needed for the Seongju and Chungju sites.

준실시각 GPS 위상자료 처리 알고리즘 성능 개선에 관한 연구

손동효,조정호,박종욱,임형철,박필호,최규홍 한국우주과학회 2004 Journal of Astronomy and Space Sciences Vol.21 No.2

Comparison of the Characteristics of Precipitable Water Vapor Measured by Global Positioning System and Microwave Radiometer

손동효,박관동,원지혜,조정호,노경민 한국우주과학회 2012 Journal of Astronomy and Space Sciences Vol.29 No.1

In this study, global positioning system (GPS)-derived precipitable water vapor (PWV) and microwave radiometer (MWR)-measured integrated water vapor (IWV) were compared and their characteristics were analyzed. Comparing those two quantities for two years from August 2009, we found that GPS PWV estimates were larger than MWR IWV. The average difference over the entire test period was 1.1 mm and the standard deviation was 1.2 mm. When the discrepancies between GPS PWV and MWR IWV were analyzed depending on season, the average difference was 0.7 mm and 1.9mm in the winter and summer months, respectively. Thus, the average difference was about 2.5 times larger in summer than that in winter. However, MWR IWV measurements in the winter months were over-estimated than those in the summer months as the water vapor content got larger. The results of the diurnal analysis showed that MWR IWV was underestimated in the daytime, showing a difference of 0.8 mm. In the early morning hours, MWR IWV has a tendency to be over-estimated, with a difference of 1.3 mm with respect to GPS PWV.

NDGPS 관측자료의 품질향상을 위한 비교실험

손동효,박관동,김혜인,김두식,기창돈 한국항해항만학회 2012 한국항해항만학회지 Vol.36 No.8

위성항법중앙사무소는 다수의 DGNSS 기준국을 운영하고 있으며 이 중 일부 기준국은 타 기준국에 비해 TEQC 품질평가 결과가 저조하다. 이에 이 연구에서는 GPS 관측자료의 품질향상을 위해 품질을 저하시키는 요인을 찾아 규명하고자 한다. 비교실험 대상은 TEQC 품질평가가 상대적으로 저조한 충주기준국을 대상으로 진행하였다. 현장조사를 통해 GPS 신호를 차단 또는 방해하는 장애물은 존재하지 않는 것으로 확인되었다. 비교실험은 주변의 환경적 요인을 고려한 동시관측 비교실험과 관측장비의 이상요인을 고려한 장비교체 비교실험으로 진행하였다. 동시관측 비교실험 결과에서는 실험용 관측기기에서 양질의 데이터가 기록되어 충주기준국 주변의 환경적인 부분은 품질저하의 주된 요인이 아님을 확인하였다. 기준국의 주요 관측장비를 하나씩 교체하며 진행한 장비교체 비교실험에서는 실험용 수신기에 기록된 데이터의 품질이 가장 양호함을 확인하였다. 상위 2가지 비교실험을 통해 수신기의 이상이 GPS 관측자료의 품질을 저하시키는 주된 요인임을 확인하였다. The DGNSS Central Office operates 17 DGNSS reference stations. Compared to the other DGNSS sites, the TEQC data quality of some sites is poorer. In this study, we tried to find out the causes that degrade the quality of GPS data for the purpose of improving the signal quality of the DGNSS stations. We selected the Chungju station that is the one of those stations with bad data quality. Through the on-site visit, we found that there is no signal-blocking obstacles. In addition to site surveys, we conducted two experiments; simultaneous observation considering environmental factors and comparison test through equipment replacements to check the malfunctioning of GPS equipments. In the simultaneous test results, we realized that environmental factors do not induce any bad effects on the data quality. In equipment replacement experiments, we confirmed that the data quality is of excellent quality when the test receiver was used instead of the original one installed at the site. When we replaced the antenna instead of the receiver, the data quality was bad. Through those two experiments, we concluded that the receiver is the main factor that degrades the signal quality.

GPS 자료의 품질향상을 위한 비교관측

손동효,박관동,김두식 한국항해항만학회 2012 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.공동학술