• 한국항공우주학회지
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• 제47권8호
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• pp.549-557
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• 2019

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 판단 기준을 제시한다. 한국 및 일본에 설치되어 있는 47개의 기준국으로부터 수집한 측정치를 활용하여 제안된 알고리즘의 성능 검증을 수행한다.

• 한국항행학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.49-56
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• 2018

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, 지방시 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 태양극대기 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.

• 한국측량학회지
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• 제29권6호
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• pp.651-657
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• 2011

GPS 관측방정식에서 전리층 지연값과 모호정수는 상관관계가 높기 때문에 충분한 시간동안 취득된 자료가 있어야 모호정수의 결정이 가능하다. 특히, 짧은 시간 동안 취득된 자료를 이용하여 정밀측위를 수행하는 신속정지측위의 경우 모호정수의 결정 여부는 측위정확도에 영향을 주는 핵심 요소라 할 수 있다. 본 연구에서는 전리층 교란이 상대적으로 심했던 2011년 2월 19일 서산, 수원, 원주 상시관측소에서 수신된 GPS 관측자료를 이용하여 신속정지측위를 수행한 후 모호정수가 결정되는 데 필요한 시간을 계산하였다. 총 141개의 세션에 대해 신속정지 측위를 수행하였으며 동일한 시간대에 해당되는 이중차분 전리층 지연 평균값과의 상관관계를 분석함으로써 전리층 교란이 신속정지측위 정확도에 미치는 영향을 분석하였다. 모호정수를 결정하는데 필요한 시간과 이중차분 전리층 지연 평균값과의 상관계수는 0.31로 나타났으며 이로부터 전리층의 교란이 신속정지측위 정확도에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 따라서 태양폭풍 발생 시 불가피하게 GPS 측량을 수행하는 경우 충분한 시간 동안 취득된 자료를 사용하여야 정밀측위가 가능하다.

• 한국항행학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.616-622
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• 2018

규모가 큰 지진에 의해 발생한 에너지는 전리층까지 도달하여 교란을 발생시킨다. GNSS (global navigation satellite system) 위성의 신호의 전리층 지연을 분석하면 해당 교란을 검출할 수 있다. 지진에 의한 교란 검출에는 주로 band-pass filter가 사용되는데, 교란의 주파수에 맞는 주파수 대역 설정이 중요하다. 따라서 본 논문에선 GNSS 신호를 통해 지진에 의한 전리층 교란의 주파수를 분석하였다. 전리층 교란의 주파수 분석은 반송파의 geometry free combination으로 산출한 전리층 지연을 1 mHz high-pass filter로 처리한 후, fast Fourier transform을 통해 수행했다. 교란의 주파수 분석결과 초기 교란의 주파수는 4.5 mHz~11 mHz의 범위를 가지며, 5.7 mHz가 대표 주파수이다. 후속 교란의 경우 6 mHz~10 mHz의 주파수 대역을 가지며, 7.3 mHz가 대표 주파수로 관찰되었다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2022년도 춘계학술대회
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• pp.412-414
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• 2022

Global Navigation Satellite Systems (GNSSs)을 이용한 위치정보 서비스가 다양해짐에 따라, 전파 교란 및 기만에 대한 GNSSs의 취약성에 대한 우려도 점점 커지고 있다. 이에 미국, 러시아, 유럽 등 자체적으로 GNSS를 보유하고 운영하고 있는 국가조차도 GNSS의 취약성을 보완할 수 있는 부가적인 항법시스템을 개발하고 있다. 그 중 현재 운영 중인 Medium Frequency (MF) 주파수 대역의 신호를 이용하여 Differential GNSS (DGNSS) 정보를 전달하는 인프라를 활용하여 항법 신호를 송출하는 Ranging Mode (R-Mode) 시스템이 유럽과 한국을 중심으로 개발 중에 있다. 하지만 MF 주파수 대역의 신호는 일몰 이후에 전리층 일부가 소멸되면서 상위 전리층에서 신호가 반사되어 지표면에서 강한 세기로 수신되는 특성을 갖고 있다. 이런 특성은 지표를 통해 전파하는 원 신호를 수신하는 과정에 큰 오차요소로 작용할 수 있다. 본 논문에서는 현재 송출되고 있는 R-Mode 신호의 야간 특성을 분석하고자 한다. 현재 충주, 어청도 DGNSS 기준국에서 송출하고 있는 R-Mode 신호를 다양한 안테나 종류로 수신해보고, 항법 시스템의 정밀도 성능에 악영향을 줄 수 있는 특성에 대한 보완방법을 모색하였다.

• 한국측량학회지
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• 제32권5호
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• pp.469-479
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• 2014

네트워크 RTK 기술은 전리층 및 대류층 지연, 위성 궤도력 오차 등과 같은 거리에 종속된 오차의 보정모델링을 통해 GNSS 측위 정확도를 향상할 수 있는 기법이다. 본 연구에서는 전리층 교란의 극대화 시기인 Cycle24 기간 중, 인천지역 내 20점의 통합기준점을 대상으로 N-RTK (VRS 및 FKP) 측량을 실시하고 초기화시간, 성분별 측위정확도 및 좌표 교차를 비교 분석하였다. 연구결과, 측위정확도는 VRS가 FKP에 비해 우수하였고 두 기법 모두, 고도성분은 수평성분에 비해 2배 이상의 표준편차를 보였는데 이는 전자밀도 변동에 따른 전리층교란과 굴절지수의 변동으로 발생되는 대류층의 요동에 따른 것으로 보인다. 각 통합기준점에서 기법별 초기화는 VRS가 FKP에 비해 빠르게 수렴되었다. 이는 N-RTK를 위한 표준화된 고압축 전송형식의 활용과 국내 이동 통신 인프라에 의한 기준국 보정신호의 신호지연이 최소라는 고려 하에서 두 기법간의 기본원리의 차이, 서로 다른 보정 기준망에 따른 상이한 오차특성 및 FKP 보정값의 비선형 특성에 기인된 것으로 분석된다. 특히, 태양흑점폭발과 플레어로 인하여 우주전파환경의 변화가 발생되는 동안에 정확도의 저하, 초기화시간의 연장, 관측도중 재초기화, 심한 경우 초기화 실패 등의 현상이 발생됨을 확인할 수 있었다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제25권1호
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• pp.33-42
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• 2008

행성간 자기장(Interplanetary Magnetic Field)이 남쪽방향으로 전환되면서 발생된 2003년 자기폭풍 동안 한반도 상공 전리층의 총 전자수 함유량(Total Electron Content, TEC) 변화에 대해 알아보았다. 남쪽방향의 행성간 자기장과 지구 자기장의 상호작용에 의해 고위도에서 유도된 전기장과 저위도 전리층으로 전파된 전기장이 저위도 지역의 TEC 증가와 관련 있는 것으로 생각된다. 데이터 분석결과 2003년 6월 16일에 발생한 이벤트 동안에는 낮 지역 TEC 값이 약 15% 증가하였다. F2층의 최대 높이를 나타내는 hmF2는 300km 까지 상승되었으며, 수직방향 $E{\times}B$ 표류운동은 아랫방향으로 나타났다. 이것은 남쪽방향의 행성간 자기장 동안 고위도 지역으로 유입된 에너지에 의해 발생한 전리층의 교란된 다이나모 전기장이 TEC을 증가시킨 것으로 추정된다. 그러나 11월 20일에 발생한 이벤트 동안에는 전리층으로 전파된 서쪽방향 전기장에 의해 밤 지역 TEC 갈이 약 10% 증가한 것으로 보여 진다. 행성간 자기장이 남쪽방향으로 전환됨과 동시에 hmF2 높이는 200km까지 감소되었으며, 아랫방향 $E{\times}B$ 표류운동이 나타났다. 또한 행성간 전기장 y성분과 수직방향 TEC 값이 거의 비슷하게 변화하는 것을 볼 수 있었다. 이러한 결과들은 서로 다른 원인에 의해 발생하였지만 전리층의 교란된 전기장이 한반도 상공의 순간적인 TEC 값 증가에 중요한 요인으로 작용함을 보여 준다.

• 정보와 통신
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• 제15권9호
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• pp.97-106
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• 1998

태양면의 교란으로 야기되는 지구근방 우주환경의 변화는 인류에게 막대한 사회경제적인 손실을 유발하므로 이를 예측하는 것은 매우 중요한 일이다. 본 연구에서 도입한 자기폭풍 예보코드는 이러한 변화양상을 지자기활동지수인 AE 및 Dst, 극관횡단전위차, 극지방전리층에서 소모되는 에너지 그리고 여기에 수반되는 열권의 온도상승 등의 형태로 예보하도록 고안되었다. 본 예보코드는 플레어 관측으로부터 태양풍 그리고 행성간자기장을 예측하는 부분과 추정된 태양풍파라미터로 표현되는 태양풍-자기권상호작용함수인 $\varepsilon$으로부터 상기 물리량들은 추정하는 부분으로 나누어져 있다. 1993년 11월 초에 발생한 자기폭풍에 이 예보코드를 적용하여 그 결과를 일본인공위성인 Geotail에 의한 태양풍관측결과와 지자기관측소에서 얻은 지자기 활동지수들과 비교하였다. 비록 많은 부분에서 아직 개선되어야할 여지가 발견되었지만 태양 플레어로 야기되는 지구근방 우주환경에 교란상태를 예측하는데 근사적이지만 본 예보모델이 사용될 수 있음을 확인하였다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제12권2호
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• pp.216-233
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• 1995

Kamide et al.(1981)이 개발한 지자기기록 연전방법인 KRM 방법과 Ahn et al.(1995)이 개발한 전기전도도모델을 이용하여 지자기활동이 중간정도로 교란된 기간동안의 극전리층의 전기전도도, 전위, 수평전류, 연자기력선전류, Joule 열 발생, 오로라입자에 의한 에너지유입 등의 분포 및 하강오로라입자의 에너지스펙트럼상의 특성을 조사하였다. 지상지자기자료는 단일 자력계망(Alsaka meridian chain)에서 장기간 (1978년 3월 9일부터 4월 27일까지)에 걸쳐 얻어진 자료이므로 극전리층의 평균적인 전자기상태를 보여줄 것으로 기대되낟. 본연구에서 얻어진 몇가지 결론은 다음과 같다. (1) 전위분포는 소위 두개의 대류 cell이라 불리우는 형태를 나타내며 아침영역의 양의 전위 cell이 저녁영역의 음의 전위 cell로 깊숙히 진입된 모습을 보이고 있다. (2) 이 기간동안 오로라제트전류대가 잘 발달되어 있으며 DP-1 및 DP-2 전류계가 확인되었다. 아침영역의 서향제트전류대의 극쪽영역은 전기장이 전기전도도보다 전류의 밀도를 증가시키는데 더 중요한 구실을 하는 반면 적도쪽은 전기전도도가 상대적으로 중요한 역할을 담당하고 있다. (3) 전지구적인 규모의 연자기력선전류의 분포는 Iijima & Potemra(1976)가 구한 통계적인 분포와 유사했다. 그러나 이미 지적된 바(Kamide 1988)와 같이 영역 1의 전류밀도가 영역 2보다 현저하게 높았다. (4) Joule 열발생은 섬처럼 격리된 영역에 집중되어 나타났다. 하나는 서향제트전류대의 극쪽사면을 따라 나타나고 다른 하나는 오후영역의 동향전류대를 따라 나타났다. (5) 하강오로라입자의 최대 평균 에너지는 아침시간대(07~08 MLT)에 나타나는 반면 최대에너지유입은 02 MLT 시간대에 관측되었다. 그래서 지자기활동이 증가할 때 수반되는 오로라밝기의 증가와 전기전도도의 강화는 하강전자의 평균에너지의 증가보다는 에너지속의 증가와 더 밀접한 관계가 있는 것 같다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제26권4호
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• pp.467-478
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• 2009

2003년 10월 28일에 X18 급의 태양 플레어가 발생한 다음날인 10월 29일부터 10월 31일까지 할로윈 이벤트로 불리는 초대형 지자기 폭풍이 전 지구적으로 발생하였다. 할로윈 이벤트 기간 동안 한반도 상공 전리권 양상을 살펴보기 위해서 GPS 신틸레이션 S4 지수와 GPS 토모그래피 기법을 사용한 최대 전자밀도($NmF_2$)의 변화를 날짜별로 분석하였다. GPS 신호손실과 신틸레이션의 총 발생 횟수는 10월 28일과 29일이 각각 1,094회와 1,387회로 30일과 31일의 604회와 897회에 비해 높게 나타났다. 이는 지자기 폭풍이 반드시 전리권 교란을 발생하지 않음을 의미 한다. 그러므로 지자기 폭풍이 아닌 전리권 교란을 감시하기 위해서는 지자기 교란 지수보다 S4 지수가 유용할 것이다. 전리권 전자밀도 변화 양상은 GPS 토모그래피 기법으로 산출된 전리권 최대전자밀도($NmF_2$) 값을 날짜별로 분석하였다. 10월 28일에 가장 높은 $NmF_2$ 값을 보이고 있다. 이는 안양 이온존데에서 관측된 $NmF_2$ 값의 변화와 일치되는 경향을 보이며, 전자밀도가 낮은 30일과 31일에 GPS 신틸레이션과 신호손실 총 발생회수가 낮게 나타나는 양상을 보이고 있다. 결론적으로 지자기 폭풍과 GPS 신호 품절의 상관성은 나타나지 않고 있으나 전자멸도가 감 소할수록 GPS 신호품질은 양호한 것으로 나타나고 있다. 향후 장기관측 자료 분석을 통해 평상시와 지자기 폭풍 기간 동안의 GPS 신호품질과 전자멸도 변화에 대해 연구가 진행될 것이다.