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위성항법 신호를 이용한 지진에 의한 전리층 교란 실시간 검출 기법 연구
송준솔(Junesol Song),강선호(Seon-Ho Kang),한덕화(Deok-Hwa Han),김부겸(Bu-Gyeom Kim),기창돈(Changdon Kee) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.8
본 연구에서는 위성항법 신호를 활용하여 전리층 교란 관측을 통한 실시간 지진 발생 검출에 대한 연구를 수행한다. 위성항법 신호를 활용하여 추정한 전리층 지연을 이용하여 전리층 교란 모니터를 선정하고, 실시간 검출을 위한 교란 판단 기준값(threshold)을 계산하는 방법을 소개한다. 또한, cycle slip 등 다른 오차 요인에 의하여 발생하는 전리층 변화와 지진에 의해 발생하는 전리층 변화를 구분하기 위하여, 지진에 의한 파동 특성을 이용하여 지진에 의한 전리층 교란 검출 판단기준을 제시한다. 한국 및 일본에 설치되어 있는 47개의 기준국으로부터 수집한 측정치를 활용하여 제안된 알고리즘의 성능 검증을 수행한다. In this paper, we focus on the real-time detection method of a seismic ionospheric disturbance using Global Navigation Satellite System (GNSS) signal. First, the monitor for the detection of the seismic ionospheric disturbance is studied based on the estimated ionospheric delay using the GNSS signals. And then, the threshold for the automatic detection is computed. Moreover, to discriminate the seismic ionospheric disturbance against the other ionospheric anomalies due to other error sources such as cycle slips, the signatures of the ionospheric perturbation caused by the seismic wave is investigated. Based on the observation, the detection strategy is proposed. Using GPS observations collected from the 47 permanent stations in South Korea and Japan, the proposed real-time detection method is evaluated.
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미지정수 수준 조정을 고려한 다중클러스터 시스템 효율화 방안
유선경 ( Sunkyoung Yu ),송준솔 ( Junesol Song ),기창돈 ( Changdon Kee ) 한국항행학회 2017 韓國航行學會論文誌 Vol.21 No.6
최근 동적 사용자의 정밀위치 요구가 높아지면서, Network RTK(real time Kinematics)를 동적사용자에게 적용하는 방안 연구가 활발히 진행되고 있다. Network RTK는 다수의 기준국 반송파 측정치를 활용해 약 50-70km 영역에 정밀위치를 제공하는 시스템이다. 이러한 Network RTK 보정정보를 제공하는 다수의 클러스터를 하나의 시스템으로 구성하면, 보다 넓은 영역의 동적 사용자에게 정밀위치를 제공할 수 있다. 본 논문은 다중 클러스터를 전국으로 확장하는 경우 효율적으로 운용하는 방안에 대해 연구했다. 다중 클러스터 시스템의 구성에 따른 계산량을 분석하고, 효율적인 운용을 위해 주 수신국 운용 방안 및 시스템 인프라 구성 방안을 제안했다. 또한 각 제안한 방안에 따른 효과를 분석하고자, 국토지리정보원의 기준국을 활용해 71개의 클러스터를 구성하여, 시뮬레이션을 수행했다. 시뮬레이션 결과 주 수신국 운용 방안에 따라 시스템 계산량은 66 % 감소하고, 시스템 구성에 따라 시스템 구성비용을 90 % 절감할 수 있었다. As the demand of high accuracy positioning for dynamic users increases, Network RTK is actively researched for dynamic users. Network RTK is a system which provides precise positioning in the range of about 50 to 70km radius using carrier phase measurements from several reference stations. By configuring multiple clusters, which provide Network RTK corrections independently, as a single system, it could provide precise positioning for a wider area. In this paper, we have studied how to efficiently operate multiple clusters in the Korean Peninsula. We analyzed the computational load according to the configuration of a multi-cluster system and proposed a method of selecting the main reference station and system infrastructure configuration for efficient operation. In order to analyze the effects of each proposed method, 71 clusters were constructed using the reference stations of the National Geographic Information Institute and simulations were conducted. As a result of the simulation, system computation amount was reduced by 66 % and system configuration cost was reduced by 90 %.
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정상상황 전리층 경향 분석 및 지진에 의한 전리층 교란검출
강선호 ( Seonho Kang ),송준솔 ( Junesol Song ),김오종 ( O-jong Kim ),기창돈 ( Changdon Kee ) 한국항행학회 2018 韓國航行學會論文誌 Vol.22 No.2
지진, 쓰나미 등에 의해 지상에서 생성된 에너지는 대기를 통해 전파되어 전리층 전자밀도를 교란시키므로, 위성신호의 전리층 지연을 이용하면 충격파에 의한 교란을 관측할 수 있다. 전리층의 전자밀도는 지상의 교란원인 이외에도 태양활동, 위도, 계절, 지방 시 등 다양한 요인들에 의해 영향을 받는데, 지진 및 쓰나미와 같은 이상상황을 구분하기 위해서는 정상상황에서의 전리층 경향분석이 필요하다. 또한 전리층 교란은 지상의 교란원인으로부터 거리가 멀어질수록 크기가 감소하므로, 원거리 전리층 교란을 효과적으로 검출하기 위한 적절한 기법이 필요하다. 본 논문에서는, 정상상황에서의 전리층 경향분석을 위해 ionosphere exchange (IONEX) 데이터를 이용하여 태양 극대기 및 극소기, 위도, 계절 등에 의한 전리층 경향을 분석해보았다. 분석한 정상상황 전리층을 바탕으로 경향성이 제거된 감시값을 설정하고, 전리층 교란의 지속성을 이용한 원거리 교란검출 기법을 설계해 이에 대한 오경보율을 분석하였다. 결과적으로 전리층 지연의 2차 미분 값이 감시값으로 선정되었으며, 오경보율은 1.4e-6수준으로 나타났다. 설계한 기법을 2011 도호쿠 대지진 발생 시 수집된 데이터에 적용하여 교란 검출을 확인하였다. As the energy generated by earthquake, tsunami, etc. propagates through the air and disturbs the electron density in the ionosphere, the perturbation can be detected by analyzing the ionospheric delay in satellite signal. The electron density in the ionosphere is affected by various factors such as solar activity, latitude, season, and local time. To distinguish from the anomaly, therefore, it is required to inspect the normal trend of the ionosphere. Also, as the perturbation magnitude diminishes by distance it is necessary to develop an appropriate algorithm to detect long-distance disturbances. In this paper, normal condition ionosphere trend is analyzed via IONEX data. We selected monitoring value that has no tendency and developed an algorithm to effectively detect the long-distance ionospheric disturbances by using the lasting characteristics of the disturbances. In the end, we concluded the 2nd derivative of ionospheric delay would be proper monitoring value, and the false alarm with the developed algorithm turned out to be 1.4e-6 level. It was applied to 2011 Tohoku earthquake case and the ionospheric disturbance was successfully detected.
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