지하투과레이더를 이용한 이상구간 평가 시 안테나 지향성의 영향

강성훈,이종섭,이성진,박영곤,홍원택,Kang, Seonghun,Lee, Jong-Sub,Lee, Sung Jin,Park, Young-Kon,Hong, Won-Taek 한국지반공학회 2017 한국지반공학회논문집 Vol.33 No.11

지하투과레이더 신호는 같은 대상지반에 대하여 탐사를 수행하더라도 안테나의 지향성에 따라 신호의 진폭이 다르게 측정될 수 있으므로 이상구간 평가 시 안테나의 지향성을 고려하여야 한다. 본 논문의 목적은 전자기파의 반사특성분석을 통하여 안테나의 지향성을 조사하고, 지향성에 따른 이상구간의 검측이 가능한 각도의 유효범위를 평가하는 것이다. 지향성 측정을 위하여 원형의 금속봉을 반사체로 설정하고 전자기파의 E-평면(E-plane)과 H-평면(H-plane)에 대하여 안테나와 이루는 각도와 거리를 조절하며 반사파를 측정하였다. 측정된 반사파의 분석을 통하여 안테나에 대한 영역의 경계를 설정하였으며, 근거리장 및 원거리장 영역에서 각각 서로 거리가 다른 두 지점을 설정하여 근거리장 및 원거리장 영역에서의 방사 패턴을 조사하였다. 방사 패턴 측정 결과, 근거리장에서는 E-평면 및 H-평면 모두 최소 $50^{\circ}$ 이상의 구간에서 부엽이 나타나 주엽 방향 및 부엽 방향에 대하여 지향성을 보인 반면, 원거리장에서는 주엽 방향에 대해서만 지향성을 보였다. 근거리장 영역에서는 반사파의 진폭이 변동을 보이긴 하나 반사파와 잡음의 구분이 가능하여 분석의 신뢰도가 높은 반면 원거리장 영역에서는 반사파의 진폭은 안정된 모습을 보였으나 전자기파손실이 크기 때문에 반사파와 잡음의 구분이 어려워 분석의 신뢰도가 낮을 것으로 판단되었다. 본 연구에서 수행된 근거리장과 원거리장에서의 지향성 평가는 도심지와 같이 임의의 위치 및 깊이에 존재할 수 있는 이상구간 평가시 신뢰도 향상에 활용될 수 있음을 보여준다. The ground penetrating radar (GPR) signal can be measured with different amplitudes according to the directivity, so the directivity of the antenna should be considered. The objective of this study is to investigate the directivity of antenna by analyzing the reflection characteristics of electromagnetic waves radiated from the antenna, and to evaluate effective range of angle that can inspect an abnormal area according to the directivity of antenna. For the measurement of the directivity, a circular metal bar is used as reflector and the signals are measured by changing the angle and the distance between reflector and antenna in the E- and H-plane. The boundary distance between the near field and the far field is determined by analyzing the amplitudes of reflected signals, and two points with different distances from each of near and far fields are designated to analyze radiation patterns in near and far fields. As a result of radiation pattern measurement, in the near field, minor lobes are observed at angle section at more than $50^{\circ}$ in both E- and H-plane. Therefore, antenna has the directivity for the direction of main lobe and minor lobes in near field. In the far field, antenna has the directivity for a single direction of main lobe because minor lobes are not observed. The amplitude of the signal reflected from the near field is unstable, but it can be distinguished from noise. Therefore, in the near field, the ground anomaly can be detected with high reliability. On the other hand, the amplitude of the signal reflected from the far field is stable, but it is hard to distinguish between reflected signal and noise because of the excessive loss of electromagnetic wave. The analyses of directivity in the near and the far fields performed in this study may be effectively used to improve the reliability of the analyses of abnormal area.

지하투과레이더 신호의 보정을 통한 도심지 내 지반 이상구간의 검측

강성훈,이종섭,이성진,이진욱,홍원택,Kang, Seonghun,Lee, Jong-Sub,Lee, Sung Jin,Lee, Jin Wook,Hong, Won-Taek 대한지질공학회 2017 지질공학 Vol.27 No.3

도심지 내 지반침하는 공동의 생성 및 체적함수비의 급격한 변화에 의하여 발생할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 보정 기법이 적용된 지하투과레이더 신호를 이용하여 도심지 내 공동 및 체적함수비의 급격한 변화가 발생한 지반 이상 구간을 검측하고자 하였다. 지반 이상구간에 대한 신호 획득을 위하여 구형의 공동을 모사한 모형지반을 대상으로 지하투과레이더 탐사를 수행하였다. 필터링 기법을 적용하여 설정한 대역폭을 통과하는 신호만을 측정하였으며, 이후 이득 함수, 타임 제로, 배경 제거, 디콘볼루션, 영상 이득 기법을 적용하고 각 기법의 적용에 따른 신호의 변화양상을 비교하였다. 신호처리 및 영상화 기법을 적용한 결과, 공동 발생 구간의 전기적 임피던스 대소관계에 부합하는 위상이 나타났다. 지하투과레이더 측정 신호를 이용하여 산정한 상대 유전율과 모형지반의 체적함수비를 이용하여 예측한 상대 유전율을 비교한 결과, 각 방법으로 도출된 상대 유전율은 서로 유사한 값을 보였다. 이를 통하여 도심지와 같이 매설물의 깊이가 알려져 있는 경우, 보정된 지하투과 레이더 신호를 통하여 체적함수비의 급격한 변화 구간 또한 검측할 수 있을 것이라 판단된다. 본 연구에서 제시된 신호의 보정 기법과 상대 유전율의 산정은 도심지 내 공동 발생 구간 및 체적함수비의 급격한 변화 구간과 같은 이상구간 검측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. The subsidence of ground in urban area can be caused by the occurrence of the cavity and the change in ground volumetric water content. The objective of this study is the detection of abnormal area of ground in urban area where the cavity or the change in ground volumetric water content is occurred by the ground penetrating radar signal. GPR survey is carried out on the test bed with a circular buried object. From the GPR survey, the signals filtered by the bandpass filtering are measured, and the methods consisting of gain function, time zero, background removal, deconvolution and display gain are applied to the filtered signals. As a result of application of the signal processing methods, the polarity of signal corresponds with the relation of electrical impedance of the cavity and the ground in test bed. In addition, the relative permittivity calculated by GPR signal is compared with that of predicted by volumetric water content of the test bed. The relative permittivities obtained from two different methods show similar values. Therefore, the abnormal area where the change in ground volumetric water content is occurred can be detected from the results of the GPR survey in case the depth of underground utilities is known. Signal processing methods and estimation of relative permittivity performed in this study may be effectively used to detect the abnormal area of ground in urban area.

이동 환경에서 웹서비스를 위한 WAP Gateway의 디자인과 구현 이슈

강성훈(Seonghun Kang),한영태(Youngtae Han),민덕기(Dugki Min) 한국정보과학회 2000 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1A

PCS, Digital Cellular CDPD, 그리고 Handheld PC와 같은 휴대단말기를 사용해 각종 정보망의 서비스를 받으려는 움직임이 점차 커지고 있다. 이에 발 맞추어 일반 이동단말기에서 인터넷을 접속 할 수 있는 여러 기술들이 개발되었으며, 현재 사용하는 것으로 Unwired Planet사가 개발한 HDML(Handheld Device Markup Language)기술이 있고, WAP Forum에서 제시한 WAP(Wireless Markup Language)가 있다. WAP의 구조에서 가장 핵심적인 요소로서 WAP Gateway가 있으며, 현재까지 WAP Gateway에 대한 특별한 표준화가 이루어지지 않은 단계에서 각 컨텐츠 사업자가 WAP Gateway를 나름대로 구현하고 사용하는 실정이다. 본고는 보다 확장성을 가지고 무선이라는 환경에 적합하도록 서비스를 개선할 수 있는 WAP Gateway의 설계 및 구현 이슈에 대하여 다룬다.

Experimental Study on the Internal Temperature of latent heat storage refrigerator truck

Seonghun Kang(강성훈),Dongwon Lee(이동원) 한국신재생에너지학회 2014 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.05

Performance evaluation using BER/SNR of wearable fabric reconfigurable beam-steering antenna for On/Off-body communication systems

강성훈(Kang, Seonghun),정상수(Jeong, Sangsoo),정창원(Jung, Chang-Won) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.7

This paper presents a comparison of communication performance between the reconfigurable beam-steering antenna and the omni-directional (loop) antenna during standstill and walking motion. Both omni-directional and reconfigurable antennas were manufactured on the same fabric (?? ?狼哲慄? 炚뽄???司哲司? substrate and operated around 5 GHz band. The reconfigurable antenna was designed to steer the beam directions. To implement the beam-steering capability, the antenna used two PIN diodes. The measured peak gains were 5.9?6.6 dBi and the overall half power beam width (HPBW) was 102°. In order to compare the communication efficiency, both the bit error rate (BER) and the signal-to-noise ratio (SNR) were measured using a GNU Radio Companion software tool and user software radio peripheral (USRP) devices. The measurement were performed when both antennas were standstill and walking motion in an antenna chamber as well as in a smart home environment. From these results, the performances of the reconfigurable beam steering antenna outperformed that of the loop antenna. In addition, in terms of communication efficiencies, in an antenna chamber was better than in a smart home environment. In terms of movement of antennas, standstill state has better results than walking motion state.

무선 헤드셋용 고이득 재구성 빔 스티어링 U-slot 패치 안테나

강성훈(Kang, Seonghun),염인수(Yeom, In-Su),정창원(Jung, Chang-Won) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.9

본 논문은 빔 스티어링이 가능하고 높은 이득을 갖는 무선 헤드셋용 패치안테나에 관한 것이다. 헤드셋 내부에 위치 하는 기존의 무선통신용 안테나는 전방향으로 방사하기 때문에 두부에 미치는 영향이 크므로 이를 개선하기 위해 본 안테나 를 제안하였다. 제안된 안테나는 U-slot 구조로 구성되어 있고, FR-4기판에 제작되었다. 본 안테나는 2.37-2.5 GHz대역에서 동작하며 급전부와 패치부 사이의 임피던스매칭을 위해 테이퍼드(Tapered) 매칭 기법을 사용하였다. 빔 스티어링을 위해 DC 바이어스에 따라 ON/OFF되는 두 개의 핀 다이오드를 사용하였다. 이로써 안테나는 최대 빔 방향이 YZ-평면의 0°, 30°, 330°에서 세 가지 상태(S0 , S₁, S₂)를 갖는다. 측정된 최대 이득은 헤드셋 내부에 장착 되었을때 4.22-5.15 dBi 이다. 제작된 안테나는 무선통신모듈이 장착된 헤드셋과 연결하여 효율적인 무선통신이 가능하다. This paper presents reconfigurable beam steering patch antenna with high gain for a wireless headset. Because existing antenna for wireless communication in headsets has an omni-directional radiation pattern, it has a deleterious effect in the vicinity of the human head. To reduce this effect, this paper proposed an antenna comprised of a U-slot and manufactured on a FR-4 substrate. The antenna operating at the 2.37-2.5 GHz band used a tapered matching method to match the impedance between the feed part and patch part. To implement the beam steering capability, the antenna used two PIN diodes. Using PIN diodes, the antenna presented three states (S0 , S₁, and S₂ ) in the maximum beam directions of the YZ-plane (0°, 30°, and 330°, respectively). The peak gains of the antenna in the headset were 4.22-5.15 dBi. The fabricated antenna could communicate efficiently with a wireless headset.

관입형 유전율 측정장비와 지하투과레이더를 활용한 비포장도로의 건전도 평가

강성훈(Kang, Seonghun),박근우(Park, Geunwoo),김남선(Kim, Namsun),박정희(Park, Junghee),이종섭(Lee, Jong-Sub) 한국지반신소재학회 2023 한국지반신소재학회 학술발표회 Vol.2023 No.3

의복 소재 직물에 제작된 재구성 빔 조향 안테나와 루프 안테나의 성능 비교

강성훈(Seonghun Kang),정창원(Chang Won Jung) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2015 No.1

본 논문에서는 U-slot 구조를 사용한 재구성 빔 조향 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 의복 소재 직물에 제작되었고 루프안테나와 성능을 비교하였다. 두 안테나는 IEEE 802.11a의 주파수범위인 5.725-5.85 GHz에서 동작한다. 제안된 안테나는 빔 조향을 위해 두 개의 핀 다이오드를 사용하며 그로 인해 빔 방향이 서로 다른 세 가지 상태(State 0, 1, 2)가 나타난다. 최대 이득은 5.9-6.6 dBi, 세 가지 상태의 반 전력 빔 폭(HPBW)의 합은 102〫 로 측정되었다. 측정된 총 방사 전력(TRP)과 총 등방성 강도(TIS)의 결과는 제안된 재구성 빔 조향 안테나가 루프 안테나보다 통신 성능이 우수하다는 것을 보여준다. 추가적으로 인체에서 재구성 빔 조향 안테나의 전자파흡수율(SAR) 시뮬레이션 결과는 1g 인체조직 당 0.98 W/kg 이하의 값을 가지므로 국제권고기준에 만족한다.

마이크로폰을 이용한 판 구조물 하부의 공동 검측

강성훈(Kang, Seonghun),이종섭(Lee, Jong-Sub),유정동(Yu, Jung-Doung),김상엽(Kim, Sang Yeob) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

Failure of plate structures such as pavements can be caused by the occurrence of cavities beneath the structure. In this study, a cavity beneath the plate structure were detected in a laboratory model chamber using a hammer and microphone. Specifically, a chamber was constructed using an acrylic plate and dry soil to simulate the pavement and the subgrade, respectively. A plastic box was placed between the acrylic plate and dry soil to simulate a cavity beneath the pavement. The sound waves generated by impacting the acrylic plate with a hammer were measured using a microphone. The measured area under the rectified signal envelope (MARSE) energy was calculated for the measured sound waves, and the variation in it were analyzed according to the measurement location. The test results show that the signal attenuation was low at the cavity section owing to the conservation of impact energy and that the signal amplitude becomes lower at the soil section owing to the weakened flexural vibration. Therefore, the estimated MARSE energy at the cavity section was larger than that at the soil section. This study demonstrates the effective utilization of microphones for detecting cavities beneath the plate structures. 포장층과 같은 판 구조물의 파괴는 구조물 하부에 생성된 공동에 의하여 발생할 수 있다. 본 연구에서는 공동을 모사한토조를 이용한 모형 실험을 통하여 해머와 마이크로폰을 이용하여 포장층 하부의 공동을 검측하고자 하였다. 모형 토조에아크릴 판과 건조한 흙을 이용하여 포장층과 지반을 모사하였으며, 플라스틱 박스를 아크릴 판과 흙 사이에 설치하여 포장층하부의 공동을 모사하였다. 음파 신호는 해머로 아크릴 판을 타격하여 발생시켰으며, 마이크로폰을 이용하여 측정하였다. 획득한 음파에 대하여 MARSE 에너지를 계산하고 측정 지점에 따른 MARSE 에너지의 변화를 분석하였다. 공동 구역에서는타격 에너지가 구조물 내부에 보존되어 신호의 감쇠가 작은 반면 흙 구역에서는 굽힘 진동 거동이 약해져 진폭이 작게나타났으며, 이로 인하여 공동 구역에서의 MARSE 에너지는 흙 구역에서의 값보다 크게 나타났다. 본 연구는 마이크로폰이포장층 하부의 공동 유무에 대한 평가에 효율적으로 이용될 수 있음을 보여준다.

동적 콘 관입기를 이용한 활동층 심도평가

홍원택(Won-Taek Hong),강성훈(Seonghun Kang),박근보(Keunbo Park),이종섭(Jong-Sub Lee) 한국지반환경공학회 2016 한국지반환경공학회논문집 Vol.17 No.1

동토지반을 구성하는 지층 중 표층에 분포하는 활동층은 계절에 따라 동결과 융해를 반복하여 지표면의 동상을 야기한다. 동상 높이는 활동층의 두께에 큰 영향을 받으므로, 동토지반 상부 인프라시설의 안전한 설계 및 시공을 위하여 활동층의 두께 산정은 매우 중요한 부분을 차지한다. 본 연구에서는 경량화된 원위치 관입시험 방법인 동적 콘 관입기를 이용하여 동토지반에서 활동층이 분포하는 심도를 평가하고자 하였다. 동적 콘 관입시험을 적용하기 위한 대상현장으로서 알래스카에 위치한 솔로몬 지역의 동토지반이 선택되었으며, 해당 지역의 두 개소에서 지중온도계측 및 동적 콘 관입시험이 수행되었다. 적용실험 결과 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 동적 콘 관입지수는 활동층 및 영구동토층에서 서로 상이한 값을 나타내는바 동적 관입특성에 따른 활동층과 영구동토층의 경계부 심도가 산정되었으며, 경계부 심도에서 아이스 렌즈층으로 판단되는 구간이 감지되었다. 해당 개소에서 획득된 지중온도분포도에서 영상 및 영하 온도의 경계 심도는 본 연구의 동적 콘 관입시험으로부터 획득된 활동층 분포 심도와 부합하는 결과를 보였다. 본 연구에서 적용된 동적 콘 관입기는 대형장비의 접근 및 적용에 한계가 있는 극한지 동토 지역의 활동층 심도평가를 위하여 활용될 수 있을 것이라 기대된다. An active layer distributed on surface of an extreme cold region causes a frost heave by repeating the freezing and thawing according to the seasonal temperature change. Since the height of frost heave is greatly affected by the thickness of active layer, an accurate evaluation of the thickness of active layer is necessary for the safe design and construction of the infrastructure in the extreme cold region. In this study, dynamic cone penetrometer, which is miniaturized in-situ penetration device, is applied for the evaluation of active layer depth distribution. As the application tests, two dynamic cone penetration tests were conducted on the study sites located in Solomon and Alaska. In addition, ground temperature variations were obtained. As the results of the application tests, the depth of interface between the active layer and the permafrost was evaluated from the difference in dynamic cone penetration indexes of the active layer and the permafrost, and a layer was detected around the interface considered as an ice lens layer. Also, the interface depths between the above zero and the below zero temperature determined from the ground temperature variations correspond with the interface depths evaluated from the dynamic cone penetration tests. This study demonstrates that the dynamic cone penetrometer may be a useful tool for the evaluation of the active layer in the extreme cold region.