KR101555046B1 - 태양 전파 폭발 검출 방법 - Google Patents

태양 전파 폭발 검출 방법 Download PDF

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Abstract

태양전파 폭발의 형식에 따른 스펙트럼 특성을 이용하여 자동으로 태양 전파 폭발이 발생함을 검출할 수 있는 태양 전파 폭발 검출 방법이 개시된다. 태양 전파 폭발 검출 방법은, 취득된 태양 전파 스펙트럼에서 노이즈 성분을 제거하는 단계; 및 상기 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 라돈 변환하여 공간을 변환하고, 변환된 공간에서 산출된 라돈 변환값에 따라 태양 전파 폭발을 검출하는 단계를 포함한다. 상기 태양 전파 폭발 검출 방법에 따르면, 태양 전파 폭발이 나타내는 특유의 스펙트럼을 자동으로 검출함으로써, 작업자에 피로를 절감할 수 있으며 작업자에 의한 검출 오류나 검출 누락 등의 문제를 해소할 수 있다.

Description

태양 전파 폭발 검출 방법{METHOD FOR DETECTING SOLAR RADIO BURST}
본 발명은 태양 전파 폭발 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양 전파 폭발의 형식에 따른 스펙트럼 특성을 이용하여 자동으로 태양 전파 폭발이 발생함을 검출할 수 있는 태양 전파 폭발 검출 방법에 관한 것이다.
태양 전파 폭발은 지자기 교란, 전파 통신 교란 등과 같이 지구 상의 문명 생활에 지대한 영향을 미치고 있다.
태양 전파 폭발 형식 중 형식 Ⅲ은 1 내지 3초간 지속되는 폭발로 전파속도는 빛의 속도의 10% 이상될 정도로 빠르다. 형식 Ⅲ은 종종 그룹으로 나타나기도 하며, 이 그룹 전체의 지속시간은 1 내지 5 분이고, 그 주파수범위는 10kHz 내지 1GHz에 이른다. 형식 Ⅲ은 플레어의 폭발 후에 나타나며 폭발에 수반된 고에너지 전자가 태양 대기층을 통과하면서 플라즈마 방출을 유도한다. 밀도가 높은 지역에서 빠르게 낮은 지역으로 이동하므로 전파 폭발 역시 높은 주파수에서 낮은 주파수로 빠르게 이동한다.
태양 전파 폭발 형식 중 형식 Ⅱ는 코로나 질량 방출(coronal mass ejection)에 관련된 충격파에서 발생한다. 형식 Ⅱ는 형식 Ⅲ에 비해 상당히 느려 수 분에서 수십 분 지속되며 종종 2차 고조파(second harmonics)가 함께 관측된다. 역시 플라즈마 방출로 전파가 나오며 기본 모드(fundamental mode)는 대략 150 MHz 에서 시작해서 수십 MHz에서 종료된다. 전파속도는 2000 km/sec이하로 계산되며, 형식 Ⅲ에 비해 빈도는 현저히 낮다.
이러한, 태양 전파 폭발은 지자기 교란, 전파 통신 교란, GPS 신호 이상, 인공위성 위치 변경, 송유관 부식, 극항로 방사능 피폭 등과 같은 지구 상의 문명 생활에 지대한 영향을 미치므로 항시 모니터링 되어야 한다. 그러나, 태양 전자 폭발을 사람이 지속적으로 모니터링 하는 것은 작업자의 피로를 야기하고 그에 따라 데이터 누락 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 당 기술 분야에서는 태양 전파 폭발을 자동으로 모니터링하고 검출할 수 있는 기법이 요구되고 있는 실정이다.
이에, 본 발명은 태양전파 폭발의 형식에 따른 스펙트럼 특성을 이용하여 자동으로 태양 전파 폭발이 발생함을 자동으로 검출할 수 있는 태양 전파 폭발 검출 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
취득된 태양 전파 스펙트럼에서 노이즈 성분을 제거하는 단계; 및
상기 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 라돈 변환하여 공간을 변환하고, 변환된 공간에서 산출된 라돈 변환값에 따라 태양 전파 폭발을 검출하는 단계
를 포함하는 태양 전파 폭발 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 노이즈 성분을 제거하는 단계 이전에 상기 태양 전파 스펙트럼 취득 시간 및 태양 전파 폭발 검출을 위한 주파수 범위를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 노이즈 성분을 제거하는 단계는, 취득된 태양 전파 스펙트럼에서 사전에 제작된 고주파 잡음 방해(RFI) 견본 스펙트럼을 감산하는 단계; 및 상기 고주파 잡음 방해(RFI) 견본 스펙트럼이 감산된 데이터에 스파이크 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스파이크 성분을 제거하는 단계는, 상기 고주파 잡음 방해(RFI) 견본 스펙트럼이 감산된 데이터에 시간축 방향으로 넓은 윈도우를 갖는 미디언 필터를 적용하여 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 태양 전파 폭발을 검출하는 단계는, 상기 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계; 상기 변환하는 단계에서 변환된 공간에서 라돈 변환값을 산출하는 단계; 및 상기 산출하는 단계에서 산출된 복수의 라돈 변환값 중 사전 설정된 문턱값보다 큰 라돈 변환값이 산출된 시간을 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발이 발생한 시간으로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 태양 전파 폭발을 검출하는 단계는, 상기 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간을 주파수 역수-시간 공간으로 변환하는 단계; 상기 주파수 역수-시간 공간으로 변환하는 단계에서 변환된 역수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계; 상기 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계에서 변환된 공간에서 라돈 변환값을 산출하는 단계; 및 상기 산출하는 단계에서 산출된 라돈 변환값 중 사전 설정된 문턱값보다 큰 라돈 변환값을 갖는 영역에서 가장 높은 주파수에 해당하는 시각 및 가장 낮은 주파수에 해당하는 시각을 각각 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발이 발생한 시각 및 종료된 시각으로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 라돈(Radon) 변환을 수행하여 하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계는, 상기 라돈 변환 수행 이전에 상기 주파수 역수-시간 공간으로 변환된 태양 전파 스펙트럼을 세선화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양 전파 폭발이 나타내는 특유의 스펙트럼을 자동으로 검출함으로써, 작업자에 피로를 절감할 수 있으며 작업자에 의한 검출 오류나 검출 누락 등의 문제를 해소할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 태양전파 데이터 범위를 설정하는 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 노이즈 성분을 제거하는 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 노이즈 성분을 제거하는 단계에서 사용되는 RFI 견본 스펙트럼의 일례를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 노이즈 성분을 제거하는 단계에서 노이즈가 제거된 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 스펙트로그래프이다.
도 6은 도 5에 도시된 태양 전파 스펙트럼에 대해 미디언 필터를 적용하여 스파이크 성분을 제거한 결과를 도시한 스펙트로그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발 검출 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발 검출 단계에서 산출된 라돈 변환값 및 문턱값의 일례를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발 검출 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발 검출 단계에서 이용되는 주파수-시간 공간의 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 10b는 도 10a의 스펙트럼을 주파수 역수-시간 공간으로 변환한 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 10c는 도 10b의 스펙트럼에 대한 세선화를 수행한 결과를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발 검출 단계에서 종료시각과 지속시간의 함수로 라돈 변환값의 분포를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법의 흐름도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법은, 취득된 태양 전파 스펙트럼에서 노이즈 성분을 제거하는 단계(S12) 및 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 라돈 변환하여 공간을 변환하고, 변환된 공간에서 산출된 라돈 변환값에 따라 태양 전파 폭발을 검출하는 단계(S13, S14)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법은, 노이즈 성분을 제거하는 단계(S12) 이전에 태양 전파 스펙트럼 취득 시간 및 태양 전파 폭발 검출을 위한 주파수 범위를 설정하는 단계(S11)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법은, 태양 전파 스펙트럼 취득 시간 및 태양 전파 폭발 검출을 위한 주파수 범위를 설정하는 태양전파 데이터 범위를 설정하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다.
도 2는 본 발명의 태양 전파 폭발 검출 방법의 태양전파 데이터 범위를 설정하는 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 태양 전파 폭발 검출 방법의 태양전파 데이터 범위를 설정하는 단계(S11)는, 태양 전파 스펙트럼 취득 시간을 설정하는 단계(S111) 및 태양 전파 스펙트럼의 취득 주파수를 설정하는 단계(S111)를 포함할 수 있다.
태양 전파 스펙트럼 취득 시간을 설정하는 단계(S111)에서는 태양 전파 스펙트럼을 취득하는 전파 망원경이 설치된 관측지의 일출 및 일몰 시간, 그리고 관측지의 자연환경 등을 고려하여 태양 전파 데이터를 취득하기 위한 시간을 설정하는 단계이다.
전파 망원경을 통해 취득된 태양전파 스펙트럼을 살펴 보면, 전파 망원경이 지향하는 위치(예를 들어, 하늘과 산)에 따라 노이즈 성분인 고주파 잡음 방해(RFI: Radio-Frequency Interference, 이하, RFI라고 함)와 백그라운드 파워(background power)가 서로 다르다. 이러한 현상은 자료 처리에 영향을 미칠 수 있으므로, 태양이 완전하게 산 위로 올라왔을 때의 취득된 태양전파에 대해서 RFI와 백그라운드 파워를 구하는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 태양전파를 취득하는 전파 망원경이 위치한 지역(우리 나라의 경우 이천 또는 제주)에서의 일출 및 일몰 시간을 정확하게 파악할 필요가 있다. 본 발명의 발명자는 한국의 천문연구원에서 달 단위로 제공되는 일출몰 시각데이터를 제공받아 파일로 제작하고 읽어 들이는 프로그램을 작성하여 사용한다.
통상, 전파 망원경이 존재하는 관측지 주변에는 산이 있으므로 정확하게 이 일출몰 시각에 태양이 뜨거나 지지 않을 것이므로 보정이 필요하다. 이것은 측정자료에서 배경값이 일출, 일몰을 전후로 값이 바뀌는 시점과 일출, 일몰 시간과 비교를 해서 구한다.
스펙트럼 취득 주파수를 설정하는 단계(S112)는 태양전파 폭발이 발생하는 주파수 범위를 고려하여 데이터 처리 주파수를 설정하는 단계이다.
예를 들어, 태양전파 폭발은 주로 낮은 주파수에서 일어나는 점을 고려하여 태양전파 측정 주파수 자체는 30MHz 내지 2.5GHz이지만 30MHz 내지 170MHz의 범위를 데이터 처리하기 위한 주파수 범위로 결정할 수 있다. 실제로 2011년 및 2012년 이천에서 얻은 데이터를 보면 170MHz 이상에서 전파폭발 현상이 나타난 경우는 매우 드물다.
이어, 단계(S11)에서 결정된 시간 및 주파수 범위에 따라 취득된 태양전파 데이터에서 노이즈 성분을 제거하는 단계(S12)가 수행된다.
도 3은 본 발명의 태양 전파 폭발 검출 방법의 태양전파 데이터에서 노이즈 성분을 제거하는 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양 전파 폭발 검출 방법의 태양전파 데이터에서 노이즈 성분을 제거하는 단계(S12)는, 취득된 태양 전파 데이터에서 사전에 제작한 RFI 견본 스펙트럼을 감산하는 단계(S121) 및 RFI 견본 스펙트럼이 감산된 데이터에 스파이크 성분을 제거하는 단계(S122)를 포함할 수 있다.
전파 망원경을 통해 취득된 태양 전파 데이터, 즉 스펙트럼은 수많은 종류의 RFI를 포함하고 있다. 특히, RFI는 낮은 주파수일수록 더 많이 존재할 수 있다. 또한, RFI는 시간에 따라서도 변하므로 측정된 데이터에서 RFI를 적절히 제거하는 것은 매우 어렵다. 가장 바람직한 RFI 제거 기법 중의 하나는 데이터 취득일에 가까우면서도 태양전파 폭발이 없는 비슷한 시간 대의 데이터를 이용하는 것인데, 폭발이 없는 것을 고르려면 매 순간 작업자가 개입을 하고 판단을 해야 하므로 적합하지 않다.
본 발명의 발명자들은 우리의 경우 눈으로 보아 폭발이 없는 특정일의 측정된 24시간 평균값을 일종의 견본으로 만들어 저장해둔 후 이것을 이용하기로 한다. 이를 위해, 본 발명의 발명자들은 견본 스펙트럼을 만들어 파일로 저장하는 프로그램을 개발하였다. 도 4는 2012년 3월 14일 KST 07시-16시까지의 RFI 스펙트럼을 평균해서 만든 견본 스펙트럼으로 폭이 좁은 스파이크(spike)성분들을 많이 볼 수 있다.
취득된 태양 전파 데이터에서 사전에 제작한 RFI 견본 스펙트럼을 감산하는 단계(S121)에서는 RFI 성분을 제거하기 위해서, 취득된 데이터로부터 이 RFI 견본 스펙트럼을 감산하면 된다. 특히, 연산에 적용되는 데이터는 로그 스케일이므로 이 감산 실제 제산을 하는 것과 같고, 이런 맥락에서 각 스펙트럼 채널의 이득이 다른 것을 보정하는 플랫 필딩(flat fielding) 과정이 함께 이루어질 수 있다.
도 5는 전술한 것과 같이 2012년 7월 7일 08시(KST)경에 있었던 태양전파 폭발의 스펙트럼에서 견본 스펙트럼을 감산한 후의 결과를 나타낸 스펙트로그래프이다. 도 5에 나타난 태양전파 폭발은 형식 Ⅲ 및 형식 Ⅱ가 동시에 나타나서 본 발명에 따른 태양 전파 폭발 검출 방법을 검증하는데 유용하게 사용한 데이터이다. 특히, 도 5에서, 형식 Ⅱ는 기본 모드(fundamental mode)와 2차 고조파(second harmonics)가 함께 나타난다.
단계(S121)의 과정을 수행하더라도 RFI가 완벽하게 제거되지 않을 수 있으므로, 단계(S122)에서 RFI는 주파수 폭이 좁다는 사실을 이용해서 주파수 폭이 좁은 스파이크(spike)성분을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 스파이크 성분을 제거하는 단계(S122)는 태양 폭발 스펙트럼에서 시간축 방향으로 미디언 필퍼(median filter)를 적용하는 과정을 통해 구현될 수도 있다. RFI가 시간에 따라 변동되기는 하지만 매우 천천히 변동되므로 미디언 필터의 필터링 윈도를 넓게(예를 들어, 2000 초 이상) 설정하여 필터링을 수행하면 효율적으로 RFI를 제거할 수 있다. 미디언 필터를 적용하여 RFI를 제거한 결과가 도 6에 도시된다.
도 6에 도시된 것과 같이, 도 5에서 좁은 주파수 대역으로 긴 시간에 걸쳐 나나타는 RFI(스파이크 성분)가 미디언 필터링을 통해 제거되었음을 확인할 수 있다.
전술한 것과 같은, 데이터 범위 설정 단계(S11) 및 노이즈 제거 단계(S12)가 종료되면, 실질적인 태양 전파 폭발을 검출하는 단계(S13 및 S14)가 수행된다. 태양 전자 폭발 검출 단계(S13, S14)는 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 라돈 변환하여 공간을 변환하고, 변환된 공간에서 산출된 라돈 변환값에 따라 태양 전파 폭발을 검출하는 단계로서, 태양 전파 폭발의 형식에 따라 다소 차이가 있다.
먼저, 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발을 검출하는 단계(S13)을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발 검출 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 7에 도시한 것과 같이, 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발 검출 단계(S13)은, 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계(S131)와, 변환된 공간에서 최대 주파수를 나타나는 시점을 x 축 절편으로 결정하고 복수의 기울기에 대해 라돈 변환값을 산출하는 단계(S132)와, 산출된 복수의 라돈 변환값 중 사전 설정된 문턱값보다 큰 라돈 변환값이 산출된 시점을 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발이 발생한 시점으로 검출하는 단계(S133)를 포함할 수 있다.
형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발은 주파수-시간 평면에서 거의 수직선으로 나타난다. 전파속도는 느린 경우도 빛의 속도의 10% 이상이 될 정도로 빠르게 상층대기로 전파된다. 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발은 주파수-시간 평면에서 거의 수직선으로 나타나므로 임의의 공간에서 직선의 패턴을 인식하는 라돈 변환 알고리듬을 적용하여 이를 검출해낼 수 있다. 즉, 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발은 주파수-시간 공간에서 라돈 변환 알고리듬을 적용하여 주파수축 절편과 기울기의 함수로 일직선을 생성하고 이것이 폭발현상과 상관도가 가장 높은 경우를 찾아내는 것이다.
태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계(S131)에서 수행되는 라돈 변환은 아래의 수학식 1와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013119131048-pat00001
상기 수학식 1에서, t, f는 시간, 주파수를 의미하고, s는 시간-주파수로 이루어진 2차원 평면에서 직선상의 길이 요소이다. 이 직선을 절편과 기울기로 기술하면 이 절편과 기울기가 각각
Figure 112013119131048-pat00002
,
Figure 112013119131048-pat00003
가 된다. 직선 방향으로 라돈 변환 수행한 경우 라돈 변환값 R이 최대가 된다.
단계(S132)에서는 최대 주파수가 나타나는 시점으로 x축 절편을 정의했다. 이 경우, x축 절편은 전파폭발이 시작하는 시점으로 볼 수 있다. 당연히 전파폭발이 나타나는 방향으로 수학식 1의 적분을 수행하면 라돈 변환값 R이 최대값이 될 것이다.
4초 간격으로 30MHz 내지 170MHz까지의 스펙트럼에서 피팅 커브(fitting curve)의 식은, 170MHz에서 사건이 시작되고, 30MHz에서 사건이 종료된다고 보고, 아래와 수학식 2와 같이 절편과 기울기를 만들 수 있다.
Figure 112013119131048-pat00004
단계(S132)에서는, 주어진 한 x축 절편에 대해 여러 기울기에 대해 라돈 변환값 R을 구한 후 이 이차원 평면에서 최대값을 구한다. 그러나 전술한 것과 같이 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발은 수 초 이내로 종료되므로 기울기의 범위는 매우 제한적이다. 라돈 변환값 R을 x축 절편 즉, 전파폭발의 시작 시각의 함수로 그려도 문제가 되지 않는다.
단계(S133)에서는 사전 설정된 문턱값(threshold)보다 라돈 변환값이 큰 경우 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발이 발생한 것으로 간주할 수 있다. 도 8은 선택된 문턱값에 따라 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발을 검출하는 예를 도시한 그래프이다. 문턱 값을 20정도로 잡으면 23시 08-09분 사이에 있는 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발이 하나 검출이 된다. 10분 내지 12분 사이에도 값이 높은 영역이 존재하는데 이것은 형식 Ⅱ의 태양 전파 폭발에 의한 것이다. 태양 전자 폭발이 직선상으로 나타나지 않으므로 그 값이 08-09분사이의 사건보다는 값이 작아 형식 Ⅲ과 형식 Ⅱ를 구별할 수 있다. 문턱값은 과거에 발생한 다수의 태양 전파 폭발 결과를 고려하여 적절하게 사전 설정될 수 있다.
다음으로, 형식 Ⅱ의 태양 전파 폭발을 검출하는 단계(S14)을 설명한다.
도 9은 본 발명의 일 실시형태에 따른 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발 검출 단계를 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 9에 도시한 것과 같이, 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발 검출 단계(S14)는, 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간을 주파수 역수-시간 공간으로 변환하는 단계(S141)와, 변환된 역수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계(S142)와, 시작 시간과 지속 시간의 함수를 이용하여 라돈 변환값 R을 산출하는 단계(S143)와, 산출된 라돈 변환값 중 사전 설정된 문턱값보다 큰 라돈 변환값을 갖는 영역에서 가장 높은 주파수에 해당하는 시간 및 가장 낮은 주파수에 해당하는 시간을 각각 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발이 발생한 시각 및 종료된 시각으로 검출하는 단계(S144)를 포함할 수 있다.
형식 Ⅱ 태양 전파 폭발은 높은 주파수에서 발생해서 시간이 갈수록 낮은 주파수로 이동하는 특성을 가지고 있다. 대략 지속시간은 3분 내지 30분정도이다.
주파수-시간 공간을 주파수의 역수-시간 공간으로 변환한 경우, 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발은 직선으로 나타나는 것으로 알려져 있어, 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발은 주파수의 역수-시간 공간에서 전술한 형식 Ⅲ의 태양 전파 폭발과 같이 라돈 변환을 통해 검출할 수 있다.
따라서, 단계(S141)에서 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간을 주파수 역수-시간 공간으로 변환하고, 단계(S142)에서 변환된 역수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계(S143)를 수행할 수 있다.
한편, 단계(S143)에서 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발의 특성을 고려하여 라돈 변환 이전에 변환된 역수-시간 공간에서 표현된 스펙트럼을 세선화(skeletonization)하는 과정이 수행될 수 있다.
형식 Ⅱ 태양 전파 폭발은 주어진 주파수에 대해 지속시간이 길게 나타나고 하모닉(harmonics) 성분도 많이 나타나기 때문에 사건의 시작시간, 종료시간을 정하기가 쉽지 않다. 이런 문제를 해결하기 위해 세선화 기법을 적용할 수 있다. 세선화 기법은 펑퍼짐한 구조를 갖는 형체에 대해서 골격 구조만을 추출해내는 방법으로 다양한 구체적 알고리듬이 알려져 있다. 도 10a는 2012년 7월 31일 09시에 있었던 전형적인 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발에 대한 주파수-시간 공간의 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 10b는 도 10a의 스펙트럼을 주파수 역수-시간 공간으로 변환한 스펙트럼을 도시한 것이며, 도 10c는 도 10b의 스펙트럼에 대한 세선화를 수행한 결과를 도시한 것이다. 도 10c에 도시된 것과 같이 세선화를 수행한 결과 사건의 핵심적인 부분이 잘 표현되어 있는 것을 확인할 수 있다.
단계(S143)에서, 시작 시간과 지속 시간의 함수를 이용하여 라돈 변환값 R을 산출한다. 이 때 사용되는 피팅 커브는 다음 수학식 3과 같다.
Figure 112013119131048-pat00005
상기 수학식 3은, 복잡해 보이지만 주파수가 시간에 반비례하고 t=ts에서 f=170MHz, t=ts+Δ 일 때 f=30MHz가 되도록 한 것이다. 이 수학식 3을 이용하여, 전술한 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발 검출 과정과 유사하게, 시작시각 ts와 지속시간 Δ의 함수로 라돈 변환값을 구할 수 있다.
단계(S144)에서는 산출된 라돈 변환값 중 사전 설정된 문턱값보다 큰 라돈 변환값을 갖는 영역에서 가장 높은 주파수에 해당하는 시각 및 가장 낮은 주파수에 해당하는 시각을 각각 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발이 발생한 시각 및 종료된 시각으로 검출할 수 있다.
도 11은 시작 시각 대신 종료시각(=ts+Δ)과 지속시간 Δ의 함수로 라돈 변환값의 분포를 본 것이다. 도 11을 참조하면, 대략 지속시간 540초, 종료시각 680초 근처에 가장 큰 피크가 확인된다. 도 11에 도시된 예는 비교적 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발이 명확하게 확인 되는 경우로서 전술한 단계들(S141 내지 S144)을 통해 만족스런 검출 결과를 나타내고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 태양 전파 폭발이 나타내는 특유의 스펙트럼을 자동으로 검출함으로써, 작업자에 피로를 절감할 수 있으며 작업자에 의한 검출 오류나 검출 누락 등의 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 취득된 태양 전파 스펙트럼에서 노이즈 성분을 제거하는 단계; 및
    상기 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간 또는 주파수 역수-시간 공간에서 라돈 변환을 실행하여 공간을 변환하고, 변환된 공간에서 라돈 변환값을 산출한 후 상기 라돈 변환값에 따라 태양 전파 폭발의 형식 및 태양 전파 폭발의 발생 시간을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 노이즈 성분을 제거하는 단계는,
    상기 취득된 태양 전파 스펙트럼에서 사전에 제작된 고주파 잡음 방해(RFI) 견본 스펙트럼을 감산하는 단계; 및
    상기 고주파 잡음 방해(RFI) 견본 스펙트럼이 감산된 데이터에 스파이크 성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전파 폭발 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 성분을 제거하는 단계 이전에 상기 태양 전파 스펙트럼 취득 시간 및 태양 전파 폭발 검출을 위한 주파수 범위를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전파 폭발 검출 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 스파이크 성분을 제거하는 단계는,
    상기 고주파 잡음 방해(RFI) 견본 스펙트럼이 감산된 데이터에 시간축 방향으로 넓은 윈도우를 갖는 미디언 필터를 적용하여 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전파 폭발 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계;
    상기 변환하는 단계에서 변환된 공간에서 라돈 변환값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출하는 단계에서 산출된 복수의 라돈 변환값 중 사전 설정된 문턱값보다 큰 라돈 변환값이 산출된 시간을 형식 Ⅲ 태양 전파 폭발이 발생한 시간으로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전파 폭발 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 노이즈 성분이 제거된 태양 전파 스펙트럼을 나타낸 주파수-시간 공간을 주파수 역수-시간 공간으로 변환하는 단계;
    상기 주파수 역수-시간 공간으로 변환하는 단계에서 변환된 역수-시간 공간에서 라돈(Radon) 변환을 수행하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계;
    상기 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계에서 변환된 공간에서 라돈 변환값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출하는 단계에서 산출된 라돈 변환값 중 사전 설정된 문턱값보다 큰 라돈 변환값을 갖는 영역에서 가장 높은 주파수에 해당하는 시각 및 가장 낮은 주파수에 해당하는 시각을 각각 형식 Ⅱ 태양 전파 폭발이 발생한 시각 및 종료된 시각으로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전파 폭발 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 라돈(Radon) 변환을 수행하여 절편과 기울기로 표현된 공간으로 변환하는 단계는, 상기 라돈 변환 수행 이전에 상기 주파수 역수-시간 공간으로 변환된 태양 전파 스펙트럼을 세선화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전파 폭발 검출 방법.
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