KR101031260B1 - 파랑 계측 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

파랑 계측 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해면으로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 해면에 의해 반사되는 레이더 반사파를 수신하는 레이더(Radar); 및 상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하고, 상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하며, 상기 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단하는 계측 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템이 제공된다.
레이더, 강우, 파랑, 계측

Description

파랑 계측 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING WAVES}
본 발명은 파랑 계측 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 레이더를 이용하여 파랑을 계측하는 파랑 계측 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 파랑은 바람이 해면이나 수면 상에 불 때 생기는 풍랑과 어느 해역에서 발생한 풍랑이 바람이 없는 다른 해역까지 진행하여 감쇠해서 생긴 너울이다. 파랑은 마루(파도가 일 때 치솟은 물결의 꼭대기)가 뾰족하고, 파도와 파도 사이의 간격이 비교적 짧지만 너울은 마루가 둥글고 간격이 길다. 또한, 넓은 바다에서는 이 둘이 합쳐 복잡한 해면 양상을 보이며, 파랑의 성격을 나타내는 요소로서는 파고(파도의 골에서 마루까지의 높이), 주기(어느 지점에서 한 마루가 지난 후 다음 마루가 지날 때까지의 시간), 외파장, 파압, 파속 및 파향 등이 있다.
이러한 파랑은 해상 운송 수단 및 해양 구조물 등에 있어서 매우 중요한 환경 요소이며, 안정성 및 시스템 운영의 척도 및 설계 기준의 산정 등을 위해서 파랑 계측을 오랜 전부터 수행하여 왔다.
종래의 파랑 계측은 주로 목측에 의해 수행되었으며 계측과 관련된 기술의 발전에 의해서 가속도 센서나 초음파 센서를 이용한 부이나 수직형의 수면 변위 계측 시스템 등이 개발되었다.
이러한 종래의 파랑 계측 시스템은 고정된 위치에서의 수면 변위를 계측하는 것을 특징으로 하고 있어서, 선박과 같이 그 위치가 지속적으로 변하는 경우에는 적용이 불가한 단점을 갖고 있다. 또한, 종래의 파랑 계측 시스템은 장비의 유지보수가 필수적이며 악천 후나 도난 등으로 인한 망실 사고가 발생할 확률이 높다.
이러한 이유로 선박에서의 파랑 계측은 주로 육안 관측에 의한 방법을 채택하고 있으나, 관측자의 숙련도에 따라 관측치의 신뢰도가 크게 좌우되고 야간 관측이 어려운 점 등으로 인해서 관측 결과의 신뢰도에 문제가 발생한다. 이에 따라, 파랑 계측 시스템은 선박에서도 사용할 수 있도록 꾸준히 발전하고 있고, 최근에는 항해용 레이더를 이용한 파랑 계측 시스템이 많이 적용되는 추세이다.
그러나, 레이더를 이용한 파랑 계측 시스템은 비가 내리면 강우에 의한 레이더 전파의 산란 등의 이유로 정확하게 파랑을 계측할 수 없는 문제가 발생한다.
본 발명은 레이더를 이용하여 강우 시에도 파랑을 계측할 수 있는 파랑 계측 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 강우에 의한 반사 및 감쇄를 보상하여 파랑을 계측할 수 있 는 파랑 계측 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 강우 시에 파랑을 계측하는 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 해면으로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 해면에 의해 반사되는 레이더 반사파를 수신하는 레이더(Radar); 및 상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하고, 상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하며, 상기 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단하는 계측 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템이 제공된다.
그리고, 상기 레이더는, 강우가 없는 경우에서 고정된 구조물로 레이더 송신파를 발사하며, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 반사파를 수신하고, 강우가 있는 경우에서 상기 고정된 구조물로 상기 레이더 송신파를 발사하며, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 강우 반사파를 수신한다.
또한, 상기 계측 장치는, 상기 레이더 반사파에서 상기 구조물 반사파 및 상기 구조물 강우 반사파를 이용하여 상기 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출하고, 상기 레이더 반사파, 상기 강우 반사 성분 및 상기 강우 감쇄 신호를 이용하여 상기 해면 반사파를 설정한다.
여기서, 상기 구조물 반사파는 상기 레이더로부터 주기적으로 전송받은 구조 물 반사파의 평균값이고, 상기 구조물 강우 반사파는 상기 레이더로부터 주기적으로 전송받은 구조물 강우 반사파의 평균값일 수 있다.
그리고, 상기 계측 장치는, 상기 레이더 반사파에서 상기 강우 반사 성분을 추출하는 추출부; 상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하는 설정부; 및 상기 해면 반사파를 이용하여 상기 파랑을 판단하는 판단부를 포함한다.
한편, 상기 계측 장치는, 상기 레이더 반사파에서 강우 측정 장치로부터 수신한 강우량을 이용하여 상기 강우 반사 성분을 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 파랑 계측 시스템이 강우 시에 파랑을 계측하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파랑 계측 시스템이 강우 시에 파랑을 계측하는 방법에 있어서, 상기 파랑 계측 시스템의 레이더를 통해 해면으로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 해면에 의해 반사되는 레이더 반사파를 수신하는 단계; 상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계; 상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하는 단계; 및 상기 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 방법이 제공된다.
그리고, 파랑 계측 방법은 상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계 이전에, 강우가 없는 경우에서 고정된 구조물로 레 이더 송신파를 발사하고, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 반사파를 수신하는 단계; 및 강우가 있는 경우에서 고정된 구조물로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 강우 반사파를 수신하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계는, 상기 레이더 반사파에서 상기 구조물 반사파 및 상기 구조물 강우 반사파를 이용하여 상기 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출하는 단계일 수 있다.
여기서, 상기 구조물 반사파는 주기적으로 수신한 구조물 반사파의 평균값이며, 상기 구조물 강우 반사파는 주기적으로 수신한 구조물 강우 반사파의 평균값일 수 있다.
그리고, 상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하는 단계는, 상기 레이더 반사파, 상기 강우 반사 성분 및 상기 강우 감쇄 신호를 이용하여 상기 해면 반사파를 설정하는 단계일 수 있다.
한편, 상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계는, 강우량을 측정하는 단계; 및 상기 레이더 반사파에서 상기 강우량을 이용하여 상기 강우 반사 성분을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 파랑 계측 시스템 및 방법은 레이더를 이용하여 강우 시에도 파랑을 계측할 수 있는 효과가 발생한다.
또한, 본 발명에 따른 파랑 계측 시스템 및 방법은 강우에 의한 반사 및 감쇄를 보상할 수 있는 효과가 발생한다.
그리고, 본 발명에 따른 파랑 계측 시스템 및 방법은 해면에 의해 반사되는 반사파를 이용하여 파랑을 계측할 수 있는 효과가 발생한다.
이하, 본 발명에 따른 파랑 계측 시스템 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 계측 시스템은 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 계측 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 파랑 계측 시스템(100)은 레이더(Radar, 30) 및 계측 장치(50)를 포함한다.
레이더(30)는 해상의 장애물(예를 들어, 해상 구조물 등), 다른 선박 및 해안 등으로 송신파를 발사하고 반사되는 반사파를 이용하여 표적을 탐지한다. 또한, 레이더(30)는 파랑을 계측하기 위해 해면에 송신파를 발사하고 해면에서 반사되는 반사파를 수신한다. 한편, 레이더(30)는 엑스 밴드 레이더(30)(X-Band Radar)일 수 있다.
레이더(30)는 강우가 있는 경우에 해면으로 송신파를 발사하면 도 2에 도시된 바와 같이 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분(320) 및 해면에 의해 반사되는 해면 반사파(340)를 포함하는 레이더 반사파를 수신한다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 레이더(30)에서 해면으로 레이더 송신파를 발사하면 강우에 의해 산란된 강우 반사 성분은 레이더(30)로 수신되고, 강우의 산란에 의해 감쇄(335)된 레이더 송신파(310)는 해면에 의해 반사된다. 그리고, 해면 반사파(340)는 다시 강우에 의해 감쇄(355)되고, 감쇄된 해면 반사파(340)로 이루어진 레이더 반사파(360)는 레이더(30)로 수신한다. 이때, 레이더 반사파(360)는 강우에 의해 해면으로 반사되는 해면 강우 반사 성분(345)도 포함된다. 그러나, 해면 강우 반사 성분(345)는 소량이므로 없는 것으로 판단하도록 한다.
레이더(30)는 강우가 없는 경우에서 고정된 두 개의 구조물 각각으로 제 1 및 제 2레이더 송신파를 발사하고, 고정된 두 개의 구조물 각각에 의해 반사되는 제 1 및 제 2구조물 반사파를 수신한다. 또한, 레이더(30)는 강우가 있는 경우에서 고정된 두 개의 구조물 각각으로 제 1 및 제 2레이더 송신파를 발사하고, 고정된 두 개의 구조물 각각에 의해 반사되는 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 수신한다. 이때, 두 개의 구조물은 레이더(30)와의 거리가 동일한 위치에 있다.
계측 장치(50)는 선박에 설치된 레이더(30)를 제어한다. 그리고, 계측 장치(50)는 레이더 반사파에서 강우 반사 성분을 추출하고, 강우 반사 성분을 이용하 여 해면 반사파를 설정하며, 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단한다. 이를 위해, 계측 장치(50)는 통신부(510), 입력부(520), 제어부(530), 추출부(540), 설정부(550), 판단부(560), 표시부(570) 및 저장부(580)를 포함한다.
통신부(510)는 레이더(30)와 전기적으로 접속한다. 이때, 통신부(510)는 레이더(30)와 근거리 통신망(Local Area Network : LAN)을 통해 연결될 수 있다. 통신부(510)는 레이더(30)로부터 제 1 및 제 2구조물 반사파, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파 및 레이더 반사파를 전송받는다. 통신부(510)는 레이더(30)로 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호 및 해면 레이더 송신파 발송 시작 신호를 전송한다.
입력부(520)는 사용자로부터 숫자 및 문자 등을 입력받는 수단이다. 입력부(520)는 사용자로부터 시간값을 입력받을 수 있다. 여기서, 시간값은 레이더(30)에서 고정된 구조물로 레이더 송신파를 발사하는 시간이다. 입력부(520)는 입력받은 시간값을 제어부(530)로 제공한다. 입력부(520)는 키보드, 키패드 및 터치 스크린 등의 방식으로 구현될 수 있다.
제어부(530)는 파랑을 계측하기 위해 통신부(510), 입력부(520), 추출부(540), 설정부(550), 판단부(560), 표시부(570) 및 저장부(580)를 포함하는 계측 장치(50)의 구성 요소를 제어한다. 그리고, 제어부(530)는 레이더(30)에서 해면으로 송신파를 발사하도록 해면 레이더 송신파 발송 시작 신호를 생성하고 구조물로 송신파를 발사하도록 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 생성한다. 제어부(530)는 주기적으로 구조물에 송신파를 발사하도록 제어하기 위해 시간값을 설정한다. 제어부(530)는 입력부(520)를 통해 사용자로부터 입력받아 시간값을 설정할 수 있고, 미리 설정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램)을 이용하여 시간값을 설정할 수 있다. 제어부(530)는 설정한 시간값마다 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 레이더(30)에 전송할 수 있다. 또한, 제어부(530)는 설정부(550)에서 설정한 해면 반사파를 이용하여 표시부(570)를 통해 파랑을 표시한다.
추출부(540)는 레이더 반사파에서 강우 반사 성분을 추출한다. 구체적으로, 추출부(540)는 레이더 반사파에서 통신부(510)를 통해 전송받은 제 1 및 제 2구조물 반사파, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 이용하여 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출한다. 여기서, 강우 반사 성분은 레이더 송신파가 강우에 의해 반사되는 반사파며, 강우 감쇄 신호는 강우에 의해 레이더 송신파가 감쇄하는 신호이다. 또한, 추출부(540)는 주기적으로 전송받은 제 1 및 제 2구조물 반사파, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파 각각의 평균을 구해서 제 1 및 제 2구조물 반사파, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 설정할 수 있다. 추출부(540)는 평균값인 제 1 및 제 2구조물 반사파, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 이용하여 강우 반사 성분을 추출하면 하나의 제 1 및 제 2구조물 반사파, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 이용할 때보다 정확하게 추출할 수 있다.
설정부(550)는 레이더 반사파 및 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정한다. 즉, 설정부(550)는 레이더 반사파에 포함된 해면 반사파를 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 이용하여 설정한다.
판단부(560)는 설정부(550)에서 설정한 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단한다. 이에 따라, 파랑 계측 시스템(100)은 강우에 의해 반사되거나 감쇄되는 신호 를 보상하여 파랑을 판단할 수 있다.
표시부(570)는 제어부(530)의 제어하에 해면 반사파를 이용하여 파랑을 표시한다. 표시부(570)는 사용자로부터 데이터를 입력받기 위해 사용자 인터페이스(User Interface : UI)를 표시한다. 표시부(570)는 통신부(510), 입력부(520), 제어부(530), 추출부(540), 설정부(550) 및 판단부(560)에서 오류가 발생하면 오류 발생 사항을 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 표시부(570)를 통해 표시된 오류 발생 사항을 확인하고, 이를 대체할 수 있다.
저장부(580)는 계측 장치(50)에 필요한 데이터 및 계측 장치(50)에서 생성한 데이터를 저장한다. 구체적으로, 저장부(580)는 레이더(30)로부터 수신한 레이더 반사파, 구조물 반사파 및 구조물 강우 반사파를 저장할 수 있고, 추출부(540)에서 추출한 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 저장할 수 있다. 저장부(580)는 설정부(550)에서 설정한 해면 반사파를 저장할 수 있다.
저장부(580)는 제어부(530), 추출부(540), 설정부(550) 및 판단부(560)의 요청에 따라 필요한 데이터를 제공한다. 저장부(580)는 예를 들어 롬(Read Only Memory : ROM), 램(Random Access Memory : RAM) 및 플래시 메모리(Flash memory) 등으로 이루어질 수 있다.
여기서는 계측 장치(50)에서 레이더(30)를 제어한다고 예를 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 계측 장치(50)와는 별도의 레이더(30)를 제어하는 장치를 이용하여 레이더(30)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파랑을 계측하는 방법은 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 계측 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 계측 장치(50)는 강우가 없는 경우에 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 레이더(30)로 전송한다(S211). 구체적으로, 계측 장치(50)의 제어부(530)는 구조물로 송신파를 발사하도록 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 생성한다. 통신부(510)는 제어부(530)에서 생성한 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 레이더(30)로 전송한다.
레이더(30)는 구조물로 레이더 송신파를 발사한다(S213). 즉, 레이더(30)는 계측 장치(50)로부터 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 전송받으면 동일한 거리에 위치한 고정된 두 개의 구조물 각각으로 제 1 및 제 2레이더 송신파 각각을 발사한다.
레이더(30)는 구조물로부터 반사된 구조물 반사파를 수신한다(S215). 다시 말하면, 레이더(30)는 고정된 두 개의 구조물 각각으로부터 반사된 제 1 및 제 2구조물 반사파를 수신한다.
레이더(30)는 수신한 제 1 및 제 2 구조물 반사파를 계측 장치(50)의 통신부(510)로 전송한다(S217).
한편, 계측 장치(50)의 제어부(530)는 설정한 시간값마다 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 레이더(30)로 통신부(510)를 통해 전송한다. 레이더(30)는 시간값마다 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 전송받으면 레이더 송신파를 발사하고, 구조물 반사파를 수신한다. 즉, 제어부(530)는 설정한 시간값마다 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 통신부(510)를 통해 레이더(30)로 전송하면, 레이더(30)는 단계 S213에서 단계 S217를 반복한다.
계측 장치(50)의 제어부(530)는 강우가 있는 경우에 통신부(510)를 통해 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 레이더(30)로 전송한다(S219).
레이더(30)는 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 전송받으면 고정된 두 개의 구조물 각각으로 제 1 및 제 2레이더 송신파 각각을 발사한다(S221). 이때, 고정된 두 개의 구조물은 레이더(30)로부터 동일한 거리에 위치한다.
레이더(30)는 고정된 두 개의 구조물 각각으로부터 반사된 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 수신한다(S223).
레이더(30)는 구조물 강우 반사파를 계측 장치(50)의 통신부(510)로 전송한다(S225).
한편, 계측 장치(50)의 제어부(530)는 설정한 시간값마다 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 통신부(510)를 통해 레이더(30)로 전송한다. 레이더(30)는 시간값마다 구조물 레이더 송신파 발송 시작 신호를 전송받으면 단계 S221에서 단계 S225를 반복한다.
계측 장치(50)는 해면 레이더 송신파 발송 시작 신호를 레이더(30)로 전송한다(S227). 다시 말하면, 계측 장치(50)의 제어부(530)는 레이더(30)로 해면에 송신파를 발사시키기 위해 해면 레이더 송신파 발송 시작 신호를 생성한다. 그리고, 통신부(510)는 해면 레이더 송신파 발송 시작 신호를 제어부(530)의 제어하에 레이 더(30)로 전송한다.
레이더(30)는 해면 레이더 송신파 발송 시작 신호를 계측 장치(50)로부터 전송받으면 해면 레이더 송신파 발송 시작 신호를 판단하고 레이더 송신파를 해면으로 발사한다(S229).
레이더(30)는 레이더 반사파를 수신한다(S231). 레이더(30)는 해면으로부터 반사되고 강우에 의해 감쇄 및 반사되는 레이더 반사파를 수신한다.
레이더(30)는 레이더 반사파를 계측 장치(50)의 통신부(510)로 전송한다(S233).
계측 장치(50)는 레이더 반사파에서 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출한다(S235). 즉, 계측 장치(50)의 추출부(540)는 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출하기 위해 레이더 반사파를 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112009043753937-pat00001
여기서, Ptotal은 레이더 반사파며, Prain은 강우 반사 성분이고, Psea는 해면 반사파다. Arain은 거리 R만큼을 진행하는 레이더 송신파가 강우에 의해 감쇄되는 비율(강우 감쇄율)이며 강우량, 거리 및 전파의 주파수의 함수이다. Arain을 제곱으로 설정한 이유는 레이더 송신파가 왕복하는 동안에 감쇄하기 때문이다.
그리고, 추출부(540)는 제 1 및 제 2구조물 반사파, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 이용하여 [수학식 1]을 [수학식 2]로 다시 정의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009043753937-pat00002
Figure 112009043753937-pat00003
여기서, Pr1 및 Pr2는 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 나타내고, Pt1 및 Pt2는 제 1 및 제 2구조물 반사파를 나타낸다. 강우에 의한 반사를 나타내는 Prain1 및 Prain2는 레이더(30)로부터 동일한 거리에 위치한 두 개의 고정된 구조물에 대한 경우에는 동일한 값이다(Prain1 = Prain2). 강우에 의한 감쇄율을 나타내는 Arain1 및 Arain2는 레이더(30)로부터 동일한 거리에 위치한 두 개의 고정된 구조물에 대한 경우에 동일한 값이다(Arain1 = Arain2).
따라서, 추출부(540)는 [수학식 2]에 레이더(30)로부터 전송받은 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파를 Pr1 및 Pr2에 대입하고, 제 1 및 제 2구조물 반사파를 Pt1 및 Pt2에 대입하여 강우 반사 성분인 Prain 및 강우 감쇄율인 Arain을 추출한다.
이때, 제 1 및 제 2구조물 반사파 각각은 시간값마다 전송받은 제 1 및 제 2구조물 반사파 각각의 평균값일 수 있으며, 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파 각각 은 시간값마다 전송받은 제 1 및 제 2구조물 강우 반사파의 평균값일 수 있다.
위의 과정을 통해 기지의 거리 R 만큼 떨어진 구조물에 대해 구한 Prain 과 Arain을 일반적으로 알려진 강우 중의 전파 신호의 산란과 감쇄에 대한 방정식에 대입하면 강우량을 추정할 수 있다. 이 추정된 강우량을 이용하여 강우에 의한 레이더 송신파의 산란과 감쇄를 추정할 수 있다. 또한, 이러한 계산 과정을 서로 다른 다수의 거리만큼 떨어진 구조물들에 대해 반복하여 거리에 따른 산란과 감쇄에 대한 추정식을 얻을 수도 있다.
계측 장치(50)는 레이더 반사파 및 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정한다(S237). 구체적으로, 계측 장치(50)의 설정부(550)는 해면 반사파를 [수학식 1]을 이용하여 [수학식 3]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112009043753937-pat00004
설정부(550)는 [수학식 3]에 레이더(30)로부터 전송받은 레이더 반사파를 Ptotal에 대입하고, Prain 및 Arain은 추출부(540)에서 추출한 Prain 및 Arain을 대입하여 해면 반사파인 Psea를 설정한다.
계측 장치(50)의 판단부(560)는 설정부(550)에서 설정한 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단한다(S239). 이에 따라, 파랑 계측 시스템(100)은 강우가 있는 경우에도 강우에 의한 반사 및 감쇄를 보정할 수 있으므로 파랑을 정확히 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 파랑 계측 시스템은 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파랑 계측 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 파랑 계측 시스템(100)은 레이더(30), 계측 장치(50) 및 강우 측정 장치(70)를 포함한다.
레이더(30)는 강우가 있는 경우에 해면으로 레이더 송신파를 발사하고, 해면에 의해 반사되는 레이더 반사파를 수신한다. 레이더(30)는 수신한 레이더 반사파를 통신부(510)를 통해 계측 장치(50)로 전송한다.
계측 장치(50)는 레이더(30)를 제어하며, 레이더 반사파를 이용하여 해면 반사파를 설정하고, 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단한다. 이를 위해, 계측 장치(50)는 통신부(510), 입력부(520), 제어부(530), 추출부(540), 설정부(550), 판단부(560), 표시부(570) 및 저장부(580)를 포함한다. 여기의 입력부(520), 제어부(530), 표시부(570) 및 저장부(580)는 도 1에 설명한 입력부(520), 제어부(530), 표시부(570) 및 저장부(580)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
통신부(510)는 레이더(30)와 강우 측정 장치(70)와 전기적으로 연결된다. 통 신부(510)는 레이더(30)로부터 레이더 반사파를 전송받고, 강우 측정 장치(70)로부터 강우량을 전송받는다.
추출부(540)는 통신부(510)를 통해 레이더(30)로부터 전송받은 레이더 반사파에서 강우 측정 장치(70)로부터 전송받은 강우량을 이용하여 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출한다.
설정부(550)는 레이더 반사파, 추출부(540)에서 추출한 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 이용하여 해면 반사파를 설정한다.
판단부(560)는 설정부(550)에서 설정한 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단한다.
강우 측정 장치(70)는 강우가 있는 경우에 강우의 양을 측정하여 강우량을 생성한다. 강우 측정 장치(70)는 생성한 강우량을 계측 장치(50)로 전송한다.
여기서는 강우 측정 장치(70)를 계측 장치(50)와 별도로 형성되는 것을 예를 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 강우 측정 장치(70)는 계측 장치(50) 내에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 파랑을 계측하는 방법은 도 6을 참조하여 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파랑 계측 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 레이더(30)는 강우가 있는 경우에 레이더 송신파를 발사하고 레이더 반사파를 수신한다(S310). 레이더(30)는 계측 장치(50)로부터 해면 레이 더 송신파 발송 시작 신호를 전송받으면 해면으로 레이더 송신파를 발사한다. 그리고, 레이더(30)는 해면 및 강우에 의해 반사되는 레이더 반사파를 수신한다. 레이더(30)는 수신한 레이더 반사파를 계측 장치(50)의 통신부(510)로 전송한다.
강우 측정 장치(70)는 강우의 양을 측정하여 강우량을 생성한다(S330). 강우 측정 장치(70)는 강우량을 계측 장치(50)의 통신부(510)를 통해 전송한다.
계측 장치(50)는 레이더 반사파에서 강우 반사 성분을 추출한다(S350). 구체적으로, 계측 장치(50)의 추출부(540)는 레이더 반사파를 [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112009043753937-pat00005
여기서, Ptotal은 레이더 반사파며, Prain은 강우 반사 성분이고, Psea는 해면 반사파다. Arain은 거리 R만큼을 진행하는 레이더 송신파가 강우에 의해 감쇄되는 비율이며 강우량, 거리 및 전파의 주파수의 함수이다. Arain을 제곱으로 설정한 이유는 레이더 송신파가 왕복하는 동안에 감쇄하기 때문이다.
그리고, 추출부(540)는 강우 반사 성분을 [수학식 5]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112009043753937-pat00006
여기서, r는 강우량이며, R은 레이더(30)로부터의 거리이다. C는 레이더(30)의 특성에 의해 결정되는 상수이고, a는 상수이다.
따라서, 추출부(540)는 [수학식 5]에 제어부(530)로부터 설정된 상수를 C 및 a에 대입하고, 해면으로부터 레이더 반사파가 반사된 거리를 R에 대입하며, 강우 측정 장치(70)로부터 전송받은 강우량을 r에 대입하여 강우 반사 성분인 Prain을 추출한다.
그리고, 추출부(540)는 강우 측정 장치(70)로부터 전송받은 강우량, 해면으로부터 레이더 반사파가 반사된 거리 및 레이더 송신파의 주파수를 이용하여 강우 감쇄 신호인 Arain을 추출한다.
계측 장치(50)의 설정부(550)는 레이더 반사파 및 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정한다(S370). 구체적으로, 설정부(550)는 해면 반사파를 [수학식 4]를 이용하여 [수학식 6]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112009043753937-pat00007
설정부(550)는 [수학식 6]에 레이더(30)로부터 전송받은 레이더 반사파를 Ptotal에 대입하고, Prain 및 Arain은 추출부(540)에서 추출한 Prain 및 Arain을 대입하여 해면 반사파인 Psea를 설정한다.
계측 장치(50)의 판단부(560)는 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단한다(S390). 이때, 표시부(570)는 제어부(530)의 제어하에 해면 반사파를 이용하여 파랑을 표시할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 계측 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더에서 발사되는 송신파를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 송신파 및 레이더 반사파를 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파랑 계측 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파랑 계측 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파랑 계측 방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 레이더
50 : 계측 장치
70 : 강우 측정 장치
100 : 파랑 계측 시스템
310 : 레이더 송신파
360 : 레이더 반사파
510 : 통신부
520 : 입력부
530 : 제어부
540 : 추출부
550 : 설정부
560 : 판단부
570 : 표시부
580 : 저장부

Claims (12)

  1. 강우 시에 파랑을 계측하는 시스템에 있어서,
    해면으로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 해면에 의해 반사되는 레이더 반사파를 수신하는 레이더(Radar); 및
    상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하고, 상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하며, 상기 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단하는 계측 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이더는,
    강우가 없는 경우에서 고정된 구조물로 레이더 송신파를 발사하며, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 반사파를 수신하고, 강우가 있는 경우에서 상기 고정된 구조물로 상기 레이더 송신파를 발사하며, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 강우 반사파를 수신하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 계측 장치는,
    상기 레이더 반사파에서 상기 구조물 반사파 및 상기 구조물 강우 반사파를 이용하여 상기 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출하고, 상기 레이더 반사파, 상기 강우 반사 성분 및 상기 강우 감쇄 신호를 이용하여 상기 해면 반사파를 설정하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 구조물 반사파는 상기 레이더로부터 주기적으로 전송받은 구조물 반사파의 평균값이고, 상기 구조물 강우 반사파는 상기 레이더로부터 주기적으로 전송받은 구조물 강우 반사파의 평균값인 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 계측 장치는,
    상기 레이더 반사파에서 상기 강우 반사 성분을 추출하는 추출부;
    상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하는 설정부; 및
    상기 해면 반사파를 이용하여 상기 파랑을 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 계측 장치는,
    상기 레이더 반사파에서 강우 측정 장치로부터 수신한 강우량을 이용하여 상기 강우 반사 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 시스템.
  7. 파랑 계측 시스템이 강우 시에 파랑을 계측하는 방법에 있어서,
    상기 파랑 계측 시스템의 레이더를 통해 해면으로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 해면에 의해 반사되는 레이더 반사파를 수신하는 단계;
    상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계;
    상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하는 단계; 및
    상기 해면 반사파를 이용하여 파랑을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계 이전에,
    강우가 없는 경우에서 고정된 구조물로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 반사파를 수신하는 단계; 및
    강우가 있는 경우에서 고정된 구조물로 레이더 송신파를 발사하고, 상기 고정된 구조물에 의해 반사되는 구조물 강우 반사파를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계는,
    상기 레이더 반사파에서 상기 구조물 반사파 및 상기 구조물 강우 반사파를 이용하여 상기 강우 반사 성분 및 강우 감쇄 신호를 추출하는 단계인 것 특징으로 하는 파랑 계측 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 구조물 반사파는 주기적으로 수신한 구조물 반사파의 평균값이며, 상기 구조물 강우 반사파는 주기적으로 수신한 구조물 강우 반사파의 평균값인 것을 특 징으로 하는 파랑 계측 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 레이더 반사파 및 상기 강우 반사 성분을 이용하여 해면 반사파를 설정하는 단계는,
    상기 레이더 반사파, 상기 강우 반사 성분 및 상기 강우 감쇄 신호를 이용하여 상기 해면 반사파를 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 파랑 계측 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 레이더 반사파에서 강우에 의해 반사되는 강우 반사 성분을 추출하는 단계는,
    강우량을 측정하는 단계; 및
    상기 레이더 반사파에서 상기 강우량을 이용하여 상기 강우 반사 성분을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 계측 방법.
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