국내 운용 UHF-윈드프로파일러 레이더의 원시 스펙트럼 분석

이경훈,권병혁,김유진,이건명,Lee, Kyung-Hun,Kwon, Byung-Hyuk,Kim, Yu-Jin,Lee, Geon-Myeong 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.5

In this paper raw spectrum data were analyzed to suggest the moving forward of performance evaluation and quality control of wind profilers of four manufacturers operating in South Korea. For the analysis, the profile of the spectrum averaged by season and the profile of four statistical values (minimum, average, median, and maximum) calculated by Power Spectrum Density (PSD) were used. The quality of spectrum data was the best for LAP-3000, followed by YKJ3, PCL-1300, and CLC-11-H. In Cheorwon and Chupungnyeong, where PCL-1300 was installed, the variability of the spectrum due to ground clutter and non-meteorological signals was large, so ground clutter removal and signal processing such as moving average and multi-peak were required. In Gunsan and Paju, where CLC-11-H was installed, DC (Direct Current) bias and propagation folding were found, so it is necessary to remove the DC bias and limit the effective altitude for observation.

UHF 레이더 자료의 품질 평가

이경훈(Kyung-Hun Lee)권병혁(Byung-Hyuk Kwon),윤홍주(Hong-Joo Yoon) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.3

윈드프로파일러와 라디오존데 관측을 함께 하고 있는 북강릉과 창원의 윈드프로파일러에 대한 성능을 평가하였다. 2019년 12월부터 2020년 11월까지 1년간 고도별·월별 풍속 자료 수집률을 조사하고, 라디오존데의 풍속과 비교하였다. 두 관측 지점의 정상 자료 수집률은 최저 관측 고도에서 낮다가 증가하였고, 2 km 이상부터 다시 감소하였다. 여름철(6, 7, 8월)의 수집률이 높았고, 겨울철(12, 1, 2월)의 수집률이 낮았다. 라디오존데와 비교한 결과는 고층 모드에서 0.9, 저층 모드에서 0.8의 높은 상관관계를 보였다. The performance of wind profilers were evaluated in Bukgangneung and Changwon, where both wind profilers and radiosonde are being operated. From December 2019 to November 2020, the acquisition rate of wind speed data by altitude and month was investigated and compared with the wind speed of radiosonde. The acquisition rate of normal data increased at the minimal observable altitude, and then decreased again from 2 km or more at the two observation sites. The acquisition rate was high in summer (June, July, August), and low in winter (December, January, February). The results compared with radiosonde showed high correlation of 0.9 in the high mode and 0.8 in the low mode.

UHF 윈드프로파일러 레이더의 펄스 해상도에 따른 풍속의 정확성 평가

이경훈(Kyung-Hun Lee),권병혁(Byung-Hyuk Kwon),윤홍주(Hong-Joo Yoon) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.3

기상청에서 운용 중인 윈드프로파일러는 저층을 집중 관측하는 저층 모드와 고층을 집중 관측하는 고층 모드로 나누어 관측한다. 북강릉과 창원에 설치된 LAP-3000 윈드프로파일러는 저층 모드와 고층 모드의 샘플링주파수를 동일하게 설정한 것이 특징으로, 동일한 고도에서 두 모드로 관측한 바람을 비교해볼 수 있다. 두 지점의 2020년 1년 동안 풍속을 분석한 결과, 두 모드의 상관성이 라디오존데와의 상관성보다 최대 0.2 낮았다. 두 모드의 풍속에 대한 T-test 수행 결과는 온위, 비습이 급변하는 구간 자주 나타나는 10월에 특히 유의미한 차이를 보였다. 대기경계층의 발달 차이는 관측 모드에 따라 풍속의 정확도에 영향을 미친다. The wind profilers operated by the Korea Meteorological Administration observe in a low mode for intensive observation of the low levels and a high mode for intensive observation of the high levels. The LAP-3000 wind profiler installed in Bukgangneung and Changwon is characterized by the same sampling frequency of the low mode and the high mode, allowing to compare winds observed in both modes at the same altitude. As a result of analyzing the wind speed of the two points for one year in 2020, the correlation between the two modes was up to 0.2 lower than the correlation with radiosonde. The T-test for the wind speed of the two modes showed a particularly significant difference in October, where the temperature and specific humidity fluctuate frequently. The difference in the development of the atmospheric boundary layer affects the accuracy of the wind speed depending on the observation mode.

레이더 상수를 이용한 UHF 윈드프로파일러 표준화

이경훈(Kyung Hun Lee),권병혁(Byung Hyuk Kwon),윤홍주(Hong-Joo Yoon) 한국전자통신학회 2020 한국전자통신학회 논문지 Vol.15 No.5

기상청의 UHF 대역 윈드프로파일러 레이더는 바람의 연직 분포를 산출하는 장비로, 더 나은 성능을 위해 보정이 필요하다. 보정은 강수에 민감한 UHF 레이더의 특징을 이용하고, 레이더 사이트에서 우량계로 측정한 시간별 일련의 지상 강우 강도를 기준으로 한다. 장비 보정을 하지 않으면 청천에서도 바람 벡터에 오차가 발생할 수 있으므로, 레이더 상수 결정 방법에 따라 정기적으로 보정 작업이 수행되어야 한다. 레이더 산출 바람을 라디오존데로 관측한 바람과 비교하여, 최적의 레이더 상수가 바람의 정확도 향상에 이바지하는 것을 확인하였다. The UHF band wind profiler radars of the Korea Meteorological Administration (KMA), which produces the vertical profile of the wind, need to be calibrated for better performance. The capabilities of the radar in detecting even light precipitation were used for the calibration of which reference takes the hourly series of ground rainfall rate measured by a rain gauge at the radar site. This calibration must be renewed regularly according to the methodology implemented in this work since errors occur on the wind vectors in the clear sky without reflectivity calibration. Comparing the wind by wind profiler with that by radiosonde, the optimal radar constant contributed to the improvement of wind accuracy.

가시 밴드와 근적외 밴드를 이용한 해무 탐지 알고리즘

이경훈(Kyung Hun Lee),권병혁(Byung Hyuk Kwon),윤홍주(Hong Joo Yoon) 한국전자통신학회 2018 한국전자통신학회 논문지 Vol.13 No.3

GOCI(: Geostationary Ocean Color Imager)는 8개 밴드의 레일리 보정 반사도를 이용하여 수평 500m × 500m의 높은 공간 해상도로 해무를 탐지한다. 가시광선과 근적외선은 지표면의 특성을 강하게 반영하여 구름과 안개 판별에 오차를 유발한다. Band7 반사도의 임계값을 설정하여 육지로 유입되는 해무를 탐지할 수 있었다. Band4 반사도가 Band8보다 크게 나타나는 영역이 구름으로 판별되는 경우는 주변 영역과 평균 반사도의 비교를 통해 해무로 탐지되는 오류를 보정하였다. 개선된 알고리즘은 천리안위성(COMS: Communication, Ocean, Meteorological Satellite)의 안개 영상 및 기상청 시정계 자료와 비교하여 검증되었다. The Geostationary Ocean Color Imager(: GOCI) detects the sea fog at a high horizontal resolution of 500m × 500m using the Rayleigh corrected reflectance of 8 bands. The visible and the near infrared waves strongly reflect the characteristics of the earth surface, causing errors in cloud and fog detection. A threshold of the Band7 reflectance was set to detect the sea fog entering the land. When the region on which Band4 reflectance is larger than Band8 is determinated as cloud, the error over-estimated as sea fog is corrected by comparing the average reflectance with the surrounding region. The improved algorithm has been verified by comparing the fog images of the Cheollian satellite (COMS: Communication, Ocean, and Meteorological Satellite) as well as the visibility data from the Korea Meteorological Administration.

형식승인을 위한 측기의 드리프트 검사 방법

서대일,이경훈,권병혁,Seo, Dae-Il,Lee, Kyung-Hun,Kwon, Byung-Hyuk 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.5

측기의 드리프트는 시간의 경과, 환경변화, 마모, 충격, 진동, 전자기장 그리고 부적절한 사용 등에 의해 발생한다. 제한된 시험 기간에 출력값의 변화를 직접적으로 드리프트로 결정하는 것은 부적절하므로 측기 교정 방법에 시간에 따른 변화를 부여하여 제로 드리프트와 스팬 드리프트를 모두 반영하는 새로운 알고리즘을 제안하였다. 승온과 감온 과정의 아홉 단계 항온 환경에서 1분 간격으로 약 60분 동안 측정한 온도의 드리프트는 0.49%로 산출되었다.

오일러 방법으로 원격 측정된 유체운동의 속도 산출과 정확도 평가

김민성(Min-Seong Kim),이경훈(Kyung Hun Lee),권병혁(Byung-Hyuk Kwon),윤홍주(Hong-Joo Yoon) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.1

지구 유체운동의 속력과 방향은 전자기파를 이용한 원격탐사 방법으로 측정된다. UHF 레이더와 GPS 존데를 이용하여 고도별 유체의 속도를 각각 오일러 측정 방법과 라그랑지 측정 방법으로 산출하였다. 대기의 운동 방향인 풍향은 바람이 불어오는 쪽으로 표시하고, 0° – 360°의 순환값을 사용하기 때문에 통계적 분석에 주의가 필요하다. 계산 조건의 설정에 따라 발생하는 오류를 제시하였고, 수정된 비교 결과의 정밀도는 400% 까지 향상 하였다. The speed and direction of the earth s fluid motion is measured by a remote sensing method using electromagnetic waves. Using UHF radar and GPS Sonde, the vertical profile of fluid velocity was calculated by the Euler measurement method and the Lagrange measurement method, respectively. Since the wind direction, which is the direction of motion of the atmosphere, is indicated in the direction of the wind blowing, and a circular value of 0° - 360° is used, it is necessary to pay attention to statistical analysis. Errors caused by calculation conditions are provided, and the corrected accuracy of comparison results is improved by 400%.

도플러 스펙트럼 대칭성을 이용한 바람 벡터 품질 관리

김민성(Min-Seong Kim),이경훈(Kyung-Hun Lee),권병혁(Byung-Hyuk Kwon),윤홍주(Hong-Joo Yoon) 한국전자통신학회 2020 한국전자통신학회 논문지 Vol.15 No.5

The 1.29 GHz wind profiler radar is a remote observation device that is useful not only for calculating wind vectors in clear air, but also for detecting rainfall. The Doppler spectrum symmetry test is essential in the horizontal wind treatment process. Since asymmetry may be detected in rainfall cases, it is necessary to reflect in the wind calculation algorithm that the sign of the radial velocity is the same according to the magnitude of the vertical velocity. In the summer of 2017 (June, July), a wind vector calculation algorithm by Bragg scattering and Rayleigh scattering was developed using Changwon wind profiler data, and verified by comparing it with radiosonde data at 6 hour intervals. 1.29 GHz 윈드프로파일러 레이더는 청천의 바람 벡터 산출뿐만 아니라 강우 탐지에도 유용한 원격 관측 장비이다. 수평 바람 처리 과정에서 도플러 스펙트럼의 대칭성 검사는 필수 사항이다. 강우가 있을 때는 대칭성이 나타나지 않을 수 있기 때문에 연직속도의 크기에 따라 시선속도의 부호가 같아지는 것을 바람 산출 알고리즘에 반영하여야 한다. 2017년 여름철(6월, 7월) 창원 윈드프로파일러 자료로 브래그 산란과 레일리 산란에 의한 바람 벡터 산출 알고리즘을 개발하고, 대칭성을 고려하여 품질 관리된 윈드프로파일러 바람벡터를 6시간 간격의 라디오존데 자료와 비교하여 검증하였다.

적외선과 초음파 센서로 측정한 순천만 이산화탄소 변동

김상진(Sang-Jin Kim),김민성(Min-Seong Kim),이경훈(Kyung Hun Lee),권병혁(Byung-Hyuk Kwon),윤홍주(Hong-Joo Yoon) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.1

순천만 갯벌에서 3차원 초음파풍속계로 바람과 기온을 측정하고, 적외선 센서를 이용하여 이산화탄소 농도를 측정하였다. 일반적으로 기온이 증가하면 대기 중의 이산화탄소 농도가 증가하고, 기온이 감소하면 이산화탄소도 감소한다. 그러나 일몰 직후에는 광합성이 줄어들기 때문에, 기온이 감소함에도 이산화탄소 농도는 증가하였다. 또한 갯벌이 해수로 덮이게 되는 고조기에는 기온 증가에도 불구하고 대기 난류가 강하게 나타나 이산화탄소 농도가 감소하였다. 이산화탄소의 농도 변화에 미치는 갯벌 생태계의 광합성과 호흡 그리고 대기 난류의 영향에 대한 정량적 평가가 필요하다. Wind and temperature were measured with a three-dimensional ultrasonic anemometer and the carbon dioxide concentration was measured using an infrared sensor in the tidal flat of Suncheon Bay. In general, as the temperature increases, the concentration of carbon dioxide increases, and as the temperature decreases, the carbon dioxide also decreases in the atmosphere. However, since photosynthesis declined immediately after the sunset, the concentration of carbon dioxide increased as the temperature decreased. In addition, near the high tide when the tidal flat is covered with seawater, the atmospheric turbulence was strong despite an increase in temperature, resulting in a decrease in carbon dioxide concentration. It is necessary to quantitatively evaluated the effects of photosynthesis, respiration and atmospheric turbulence on the change of carbon dioxide concentration over tidal flat ecosystems.