KR101429451B1 - 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치 - Google Patents

다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치로서, 시분할 방식으로 무선 송신하는 라디오존데로부터 고층 대기의 온도, 기압 및 습도의 기상상태를 관측한 기상 데이터를 수신하고, 그 기상 데이터가 실린 기상원조 주파수 전대역(400.0㎒ ~ 406㎒, BW=6㎒)에 대해 디지털 샘플링 처리를 수행하여 출력하는 다채널 라디오존데 수신기; 상기 다채널 라디오존데 수신기로부터 디지털 샘플링 처리된 디지털 신호를 전송받고, 그 디지털 신호의 분석 처리를 통해 기상 데이터를 복원하는 퍼스널 컴퓨터(PC); 및 상기 다채널 라디오존데 수신기와 상기 퍼스널 컴퓨터 간의 통신 규약을 통해서 신호 송수신이 가능하도록 처리하는 USB & 이더넷 인터페이스를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치에 따르면, 시분할 방식으로 무선 송신하는 라디오존데에 대응하여 SDR 방식의 2채널 또는 3채널 수신기로 다채널 라디오존데 수신기를 구성함으로써, 동시에 복수로 운영되는 라디오존데로부터 혼신에 대한 제한 없이 고층 대기의 기상상태를 관측할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고층 대기의 관측 중에 혼신으로 인한 관측 중단이 방지될 수 있도록 함으로써, 악기상의 조건 상태에서도 정밀한 기상관측이 가능하도록 하며, 동시에 3개의 라디오존데 운영이 가능하며, 30분 간격으로 라디오존데 관측을 수행할 경우 태풍과 같은 악기상 변화를 조밀화된 간격으로 관측이 가능하여 대기 상태를 더욱 세밀하게 분석할 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 다채널 라디오존데 수신기의 다수의 채널을 동시 모니터링이 가능하도록 함으로써, 관측 중간에 혼신이 일어나더라도 혼신으로 인한 결측이 예방될 수 있도록 할 수 있다.

Description

다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치{A RADIOSONDE RECEIVER DEVICE FOR UPPER AIR OBSERVATION OF MULTI CHANNELS}
본 발명은 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고층 대기의 온도, 기압 및 습도를 관측하는 라디오존데로부터 시분할 방식의 무선 송신을 통해 기상 데이터를 수신하여 처리 분석이 가능하도록 구성됨으로써, 고층 대기의 관측 중에 혼신으로 인한 관측 중단이 방지될 수 있도록 하는 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치에 관한 것이다.
지구표면을 감싸고 있는 대기는 인간생활에 밀접한 영향을 미치고 있다. 이러한 대기의 구조와 변동을 파악하기 위하여 사용되고 있는 관측기기들 중 라디오존데(radiosonde)는 기온, 기압, 습도와 GPS 센서를 장착한 관측 기기를 풍선에 매달아 대기 중으로 날려 보낸 후 이 관측기기로부터 일정한 시간 간격으로 송신하는 관측 자료를 수신받아 대기 상태를 파악하는 관측기기이다.
라디오존데는 대기 중을 날아가면서 온도, 기압, 습도 등을 직접 측정하고, 바람은 일정한 시간 동안 풍선이 날아간 거리를 파악하여 계산한다. 라디오존데의 위치를 파악하는 방법은 Long Range Navigation(Loran: 로란) 방법과 Global Positioning System(GPS) 방법이 널리 사용되고 있다. 이러한 방법으로 상층 대기에 직접 접촉하여 관측하는 방법은 전자기파를 이용하여 대기의 상층 상태를 파악하는 원격 탐측장비와 비교하여 높은 정확도를 가지는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 라디오존데의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 일반적인 라디오존데와 지상수신기의 구성 시스템을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 라디오존데(10)는 풍선(11)에 매달려 성층권까지 상승하여 고층 대기의 기압, 기온, 습도 등의 기상상태를 관측하고, 지상 수신기(20)로 관측 정보를 무선 송신하게 된다. 이때, 종래의 지상 수신기(20)는 단채널 수신기로서 관측 수행 주기가 2시간으로 최소 2시간 간격으로 고층 대기의 관측을 실시하게 된다. 즉, 라디오존데(10)를 현장에서 운영하다 보면 관측 시작 전에는 혼신이 없었으나, 관측 중간에 무선 간섭이 발생할 경우 관측은 중단되고, 재관측을 시행해야 하므로 인해 막대한 금전적 손실이 발생하게 된다. 또한, 하나의 라디오존데가 지상으로 낙하하여 기능을 상실하기 전에 다른 라디오존데를 날릴 경우 먼저 날린 라디오존데의 전파가 나중에 날린 라디오존데의 관측 정보로 수신되는 문제를 회피하기 위하여 라디오존데를 날리는 시간 간격을 1시간 이내로 단축할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 시분할 방식으로 무선 송신하는 라디오존데에 대응하여 SDR 방식의 2채널 또는 3채널 수신기로 다채널 라디오존데 수신기를 구성함으로써, 동시에 복수로 운영되는 라디오존데로부터 혼신에 대한 제한 없이 고층 대기의 기상상태를 관측할 수 있도록 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 고층 대기의 관측 중에 혼신으로 인한 관측 중단이 방지될 수 있도록 함으로써, 악기상의 조건 상태에서도 정밀한 기상관측이 가능하도록 하며, 동시에 3개의 라디오존데 운영이 가능하며, 30분 간격으로 라디오존데 관측을 수행할 경우 태풍과 같은 악기상 변화를 조밀화된 간격으로 관측이 가능하여 대기 상태를 더욱 세밀하게 분석할 수 있도록 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 다채널 라디오존데 수신기의 다수의 채널을 동시 모니터링이 가능하도록 함으로써, 관측 중간에 혼신이 일어나더라도 혼신으로 인한 결측이 예방될 수 있도록 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치는,
다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치로서,
시분할 방식으로 무선 송신하는 라디오존데로부터 고층 대기의 온도, 기압 및 습도의 기상상태를 관측한 기상 데이터를 수신하고, 그 기상 데이터가 실린 기상원조 주파수 전대역(400.0㎒ ~ 406㎒, BW=6㎒)에 대해 디지털 샘플링 처리를 수행하여 출력하는 다채널 라디오존데 수신기;
상기 다채널 라디오존데 수신기로부터 디지털 샘플링 처리된 디지털 신호를 전송받고, 그 디지털 신호의 분석 처리를 통해 기상 데이터를 복원하는 퍼스널 컴퓨터(PC); 및
상기 다채널 라디오존데 수신기와 상기 퍼스널 컴퓨터 간의 통신 규약을 통해서 신호 송수신이 가능하도록 처리하는 USB & 이더넷 인터페이스를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 라디오존데는,
사용 주파수 채널을 2개 또는 3개로 특정한 시분할 방식의 송신기를 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 다채널 라디오존데 수신기는,
SDR(Software Defined Radio)방식의 수신기로 구현할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 다채널 라디오존데 수신기는,
상기 라디오존데가 2개 또는 3개로 운영되는 것에 대응하여 2채널 또는 3채널 수신기로 구성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 다채널 라디오존데 수신기는,
상기 라디오존데의 기상 데이터를 수신한 무선신호 입력단으로부터 들어오는 미약 신호를 증폭하는 RF 프런트 엔드(RF front end);
기저대역으로 낮추기 위한 주파수를 발진시키는 주파수 발진회로(PLL);
상기 주파수 발진회로를 통하여 입력된 주파수 발진 신호와 상기 RF 프런트 엔드에서 들어오는 무선신호를 혼합하여 0~6㎒ 대역의 베이스밴드로 신호를 다운 변환(down converting)하여 출력하는 믹서(Mixer);
상기 믹서로부터 출력되는 신호 중 0~6㎒만 통과시키기 위한 저역 통과 필터(LPF);
상기 저역 통과 필터를 통과한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(ADC); 및
상기 아날로그 디지털 변환기를 제어하며, 상기 변환된 디지털 신호를 상기 퍼스널 컴퓨터로 전송하는 제어를 수행하는 디지털 신호 처리기(DSP)를 포함하여 구성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 퍼스널 컴퓨터는,
상기 다채널 라디오존데 수신기의 디지털 신호 처리기로부터 받은 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하고, 복조 처리를 통해 최종 라디오존데의 기상 데이터 신호를 복원할 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 퍼스널 컴퓨터는,
사용자가 원하는 주파수 채널을 설정하면, 복조기가 설정한 주파수에서 데이터를 복원 처리하며,
주파수 두 개를 선택하여 믹싱할 경우 두 개의 설정 채널에서 독립적으로 데이터를 복원한 후, 두 개의 채널에서 나오는 데이터를 혼합하여 관측 데이터를 복원하여 분석 처리할 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 퍼스널 컴퓨터는,
상기 두 개의 채널에 대한 데이터 분석 처리에서 한 개 채널에 혼선이 일어날 경우 나머지 한 개 채널에서 들어오는 자료를 관측 데이터로 설정하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치에 따르면, 시분할 방식으로 무선 송신하는 라디오존데에 대응하여 SDR 방식의 2채널 또는 3채널 수신기로 다채널 라디오존데 수신기를 구성함으로써, 동시에 복수로 운영되는 라디오존데로부터 혼신에 대한 제한 없이 고층 대기의 기상상태를 관측할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고층 대기의 관측 중에 혼신으로 인한 관측 중단이 방지될 수 있도록 함으로써, 악기상의 조건 상태에서도 정밀한 기상관측이 가능하도록 하며, 동시에 3개의 라디오존데 운영이 가능하며, 30분 간격으로 라디오존데 관측을 수행할 경우 태풍과 같은 악기상 변화를 조밀화된 간격으로 관측이 가능하여 대기 상태를 더욱 세밀하게 분석할 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 다채널 라디오존데 수신기의 다수의 채널을 동시 모니터링이 가능하도록 함으로써, 관측 중간에 혼신이 일어나더라도 혼신으로 인한 결측이 예방될 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 일반적인 라디오존데의 구성을 도시한 도면.
도 2는 일반적인 라디오존데와 지상수신기의 구성 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치의 시스템 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치에 적용되는 다채널 라디오존데 수신기의 내부 기능블록의 구성을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치의 시스템 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치에 적용되는 다채널 라디오존데 수신기의 내부 기능블록의 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치는, 다채널 라디오존데 수신기(110), 퍼스널 컴퓨터(120), 및 USB & 이더넷 인터페이스(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
다채널 라디오존데 수신기(110)는, 시분할 방식으로 무선 송신하는 라디오존데(10)로부터 고층 대기의 온도, 기압 및 습도의 기상상태를 관측한 기상 데이터를 수신하고, 그 기상 데이터가 실린 기상원조 주파수 전대역(400.0㎒ ~ 406㎒, BW=6㎒)을 모두 디지털 샘플링 처리를 수행하여 출력하는 구성이다. 여기서, 라디오존데(10)는 사용 주파수 채널을 2개 또는 3개로 특정한 시분할 방식의 송신기를 사용할 수 있다. 이때, 라디오존데(10)가 2개 또는 3개로 운영이 가능하며, 30분 간격으로 라디오존데(10)의 관측 수행에 사용될 수 있으며, 다채널 라디오존데 수신기(110)는 라디오존데(10)의 운영 개수에 대응하여 2채널 또는 3채널 수신기로 구성할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 시분할 방식의 송수신을 위한 채널의 구성을 최대 3개 채널로 한정하여 구성함으로써 구현의 복잡성이 해소될 수 있도록 한다.
또한, 다채널 라디오존데 수신기(110)는 동시에 2개 또는 3개 채널을 모니터링할 수 있도록 하는 SDR(Software Defined Radio)방식의 수신기로 구현할 수 있다. 이러한 다채널 라디오존데 수신기(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 라디오존데(10)의 기상 데이터를 수신한 무선신호 입력단으로부터 들어오는 미약 신호를 증폭하는 RF 프런트 엔드(111)(RF front end)와, 기저대역으로 낮추기 위한 주파수를 발진시키는 주파수 발진회로(112)(PLL)와, 주파수 발진회로(112)를 통하여 입력된 주파수 발진 신호와 RF 프런트 엔드(111)에서 들어오는 무선신호를 혼합하여 0~6㎒ 대역의 베이스밴드로 신호를 다운 변환(down converting)하여 출력하는 믹서(113)(Mixer)와, 믹서(113)로부터 출력되는 신호 중 0~6㎒만 통과시키기 위한 저역 통과 필터(114)(LPF)와, 저역 통과 필터(114)를 통과한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(115)(ADC), 및 아날로그 디지털 변환기(115)를 제어하며, 변환된 디지털 신호를 퍼스널 컴퓨터(120)로 전송하는 제어를 수행하는 디지털 신호 처리기(116)(DSP)를 포함하여 구성할 수 있다.
퍼스널 컴퓨터(120)는, 다채널 라디오존데 수신기(110)로부터 디지털 샘플링 처리된 디지털 신호를 전송받고, 그 디지털 신호의 분석 처리를 통해 기상 데이터를 복원하는 장치 구성이다. 이러한 퍼스널 컴퓨터(120)는 다채널 라디오존데 수신기(110)의 디지털 신호 처리기(116)로부터 받은 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하고, 복조 처리를 통해 최종 라디오존데(10)의 기상 데이터 신호를 복원하는 역할을 한다. 즉, 퍼스널 컴퓨터(120)는 사용자가 원하는 주파수 채널을 설정하면, 복조기(Demodulator)가 설정한 주파수에서 데이터를 복원 처리할 수 있다. 이때, 주파수 두 개를 선택하여 믹싱(mixing)할 경우 두 개의 설정 채널에서 독립적으로 데이터를 복원한 후, 두 개의 채널에서 나오는 데이터를 혼합하여 관측 데이터를 복원하여 분석 처리하게 된다. 퍼스널 컴퓨터(120)는 두 개의 채널에 대한 데이터 분석 처리에서 한 개 채널에 혼선이 일어날 경우 나머지 한 개 채널에서 들어오는 자료를 관측 데이터로 설정하여 사용할 수 있도록 한다.
USB & 이더넷 인터페이스(130)는, 다채널 라디오존데 수신기(110)와 퍼스널 컴퓨터(120) 간의 통신 규약을 통해서 신호 송수신이 가능하도록 처리하는 인터페이스 구성이다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 다채널 라디오존데 수신기
111: RF 프런트 엔드
112: 주파수 발진회로(PLL) 113: 믹서(Mixer)
114: 저역 통과 필터(LPF) 115: 아날로그 디지털 변환기(ADC)
116: 디지털 신호 처리기(DSP) 120: 퍼스널 컴퓨터(PC)
130: USB & 이더넷 인터페이스

Claims (8)

  1. 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치로서,
    시분할 방식으로 무선 송신하는 라디오존데(10)로부터 고층 대기의 온도, 기압 및 습도의 기상상태를 관측한 기상 데이터를 수신하고, 그 기상 데이터가 실린 기상원조 주파수 전대역(400.0㎒ ~ 406㎒, BW=6㎒)에 대해 디지털 샘플링 처리를 수행하여 출력하는 다채널 라디오존데 수신기(110);
    상기 다채널 라디오존데 수신기(110)로부터 디지털 샘플링 처리된 디지털 신호를 전송받고, 그 디지털 신호의 분석 처리를 통해 기상 데이터를 복원하는 퍼스널 컴퓨터(120)(PC); 및
    상기 다채널 라디오존데 수신기(110)와 상기 퍼스널 컴퓨터(120) 간의 통신 규약을 통해서 신호 송수신이 가능하도록 처리하는 USB & 이더넷 인터페이스(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 라디오존데(10)는,
    사용 주파수 채널을 2개 또는 3개로 특정한 시분할 방식의 송신기를 사용하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다채널 라디오존데 수신기(110)는,
    SDR(Software Defined Radio)방식의 수신기로 구현하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다채널 라디오존데 수신기(110)는,
    상기 라디오존데(10)가 2개 또는 3개로 운영되는 것에 대응하여 2채널 또는 3채널 수신기로 구성하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다채널 라디오존데 수신기(110)는,
    상기 라디오존데(10)의 기상 데이터를 수신한 무선신호 입력단으로부터 들어오는 미약 신호를 증폭하는 RF 프런트 엔드(111)(RF front end);
    기저대역으로 낮추기 위한 주파수를 발진시키는 주파수 발진회로(112)(PLL);
    상기 주파수 발진회로(112)를 통하여 입력된 주파수 발진 신호와 상기 RF 프런트 엔드(111)에서 들어오는 무선신호를 혼합하여 0~6㎒ 대역의 베이스밴드로 신호를 다운 변환(down converting)하여 출력하는 믹서(113)(Mixer);
    상기 믹서(113)로부터 출력되는 신호 중 0~6㎒만 통과시키기 위한 저역 통과 필터(114)(LPF);
    상기 저역 통과 필터(114)를 통과한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(115)(ADC); 및
    상기 아날로그 디지털 변환기(115)를 제어하며, 상기 변환된 디지털 신호를 상기 퍼스널 컴퓨터(120)로 전송하는 제어를 수행하는 디지털 신호 처리기(116)(DSP)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 퍼스널 컴퓨터(120)는,
    상기 다채널 라디오존데 수신기(110)의 디지털 신호 처리기(116)로부터 받은 디지털 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하고, 복조 처리를 통해 최종 라디오존데(10)의 기상 데이터 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 퍼스널 컴퓨터(120)는,
    사용자가 원하는 주파수 채널을 설정하면, 복조기가 설정한 주파수에서 데이터를 복원 처리하며,
    주파수 두 개를 선택하여 믹싱할 경우 두 개의 설정 채널에서 독립적으로 데이터를 복원한 후, 두 개의 채널에서 나오는 데이터를 혼합하여 관측 데이터를 복원하여 분석 처리하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 퍼스널 컴퓨터(120)는,
    상기 두 개의 채널에 대한 데이터 분석 처리에서 한 개 채널에 혼선이 일어날 경우 나머지 한 개 채널에서 들어오는 자료를 관측 데이터로 설정하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치.
KR1020140028647A 2014-03-11 2014-03-11 다채널 고층관측용 라디오존데 수신 장치 KR101429451B1 (ko)

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