KR101810405B1 - 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템에 관한 것으로서, 이중편파 기상레이더에 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행할 때, 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행함으로써, 관측의 정확도를 높임은 물론 특정 지점에서의 관측 오류를 방지하면서, 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 포함한 측정을 수행할 수 있다.

Description

다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템{SYSTEM FOR DETECTING FOG AND FINE PARTICLE USING MULTIPLE FREQUENCIES}

본 발명은 안개 및 미세입자 검출에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 이중편파 기상레이더에 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행할 때, 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행함으로써, 관측의 정확도를 높임은 물론 특정 지점에서의 관측 오류를 방지하면서, 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 포함한 측정을 수행할 수 있는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 도로 상에서 차량을 운행할 경우 전방의 상황에 대한 시정 판단이 중요하다. 도로 상에 짙은 안개나 미세입자에 의해 시정이 불량하면 교통사고 발생의 우려가 높아지고, 각종 교통사고로 인한 인명 및 재산 피해가 증가되기 때문이다.

이에 따라 기존에는 시정계(visibility meter)를 사용하여 시정을 계측하거나, 또는 미세먼지 측정장치(EDM, Environmental Dust Monitor), 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 등을 통해 황사와 같은 미세먼지의 농도를 측정하고, 시정정보나 미세먼지와 관련된 정보를 도로표지판 등에 표시하여 운전자들에게 제공하였다.

하지만, 상술한 바와 같은 종래의 시정계는 악천후 및 환경상의 영향을 크게 받기 때문에 짧은 가시거리의 측정만이 이루어졌기 때문에 안개의 생성, 발달 및 소멸과정을 확인하는데 한계가 있었다.

또한, 라이다 등의 장비를 사용할 경우에도 단순히 편광의 정보만 정성적으로 제공하고 있을 뿐 안개나 미세입자 등의 정확한 밀도, 속도, 방향 등에 대한 정량적인 정보를 제공하지 못하였다.

그러므로 운전자에게 시정 정보를 제공하여 교통안전을 확보하고 사회적 손실비용을 줄일 수 있는 고해상도의 원거리 관측 시스템의 개발 및 서비스 제공이 시급한 실정이다.

따라서 본 발명에서는 이중편파 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용하여 K 밴드로는 구름 높이나 짙은 안개를 관측하고, W 밴드로는 옅은 안개 및 황사와 같은 미세입자를 관측하고, 관측정보의 신호처리를 통해 산출되는 기상변수들을 토대로 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도의 측정은 물론, 측정 대상 안개 및 미세입자의 이동방향이나 성장/발달/소멸을 확인할 수 있도록 함으로써, 밀리터리파(millimeter wave) 집적기술을 이용한 저전력, 고해상도의 초소형 기상레이더를 구현할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

또한, 본 발명은 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행할 때, 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행함으로써, 관측의 정확도를 높임은 물론 특정 지점에서의 관측 오류를 방지할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저 한국등록특허 제1380675호(2014.04.02.)는 구름의 유무를 자동으로 감자하기 위하여 배경신호를 포함하여 레이저에 의하여 수신되는 광자의 수를 예측 및 측정하여 시간이 지남에 따라 구름이 특정 위치에서 발생할 경우 그 위치에서 산란되는 광자의 수를 두 지점에서 동시에 통계적 제한을 만족하는 지점을 파악하여 최소의 레이저만 대기 중에 조사하고도 원하는 신뢰도로 구름의 유무를 결정할 수 있는 구름의 유무 결정 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 선행기술은 배경신호와 구름이 없는 라이다 신호 크기를 실험적-이론적으로 얻어 그 각 고도에서 얻어지는 광자의 평균 수, 표준편차 등을 추출하고 이를 근거로 실제 상황에서 즉 구름의 유무 및 고도를 알 수 없는 미지의 상황에서 각 고도에서 얻어진 신호를 얻고, 획득된 구름에 의한 신호 크기를 모집단의 특성(평균, 표준편차)과 비교하여 구름의 존재 여부를 알 수 있고, 구름이 관측되면 바로 그 방향으로의 거리를 측정하고 다른 방향 혹은 다른 시간에 다시 측정이 이루어지도록 하고, 이를 통하여 장비의 내구성을 높이고, 측정 속도를 빨리할 수 있는 효과를 제공하는 것으로서, 구름의 존재 여부를 판단하는 점에서 본 발명의 안개 및 미세입자의 정보를 측정하는 구성과 일부 유사성이 있다.

하지만, 본 발명은 이중편파 기상레이더에 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용하여 K 밴드로는 짙은 안개를 관측하고, W 밴드로는 옅은 안개 및 황사와 같은 미세입자를 관측하는 기술로서, 반사신호의 신호처리를 통해 산출되는 각종 기상변수들을 토대로 안개 및 미세입자의 밀도나 분포에 대한 측정과, 이동방향이나 성장/발달/소멸을 확인할 수 있는 기술적 구성을 제시하고 있기 때문에, 상기 선행기술의 시간 차이를 두고 구름의 존재 여부를 확인하는 기술 구성과 비교해 볼 때 기술적 특징의 차이점이 분명하다.

특히, 본 발명에서 제시하는 안개 및 미세입자의 측정과정에서 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용하여 관측의 정확도를 높이고 특정 구역에서의 관측 오류시 이를 보정할 수 있는 기술 구성은 상기 선행기술에 전혀 언급되어 있지 않으며, 이와 관련된 그 어떠한 암시도 되어 있지 않은 본 발명만의 특징적 구성임을 확인할 수 있다.

또한, 한국등록특허 제1574635호(2015.12.04.)는 편광 라이다 기술을 이용하여 원거리에서 구름이나 안개 등의 물방울 입자 크기 및 총량을 측정하는 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 원거리에서 구름 등으로 조사된 편광 레이져 신호에 대한 수평 및 수직 편광 산란 신호를 수신하여, 이로부터 구름 등에 포함된 물방울 입자의 크기 및 총량을 측정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

상기 선행기술은 구름 등의 측정 대상물에 레이저를 조사하고 그로부터 산란된 수평 및 수직 산란 신호를 수신한 후, 이로부터 포화선형편광도 및 선형편광도 기울기를 산출하고, 다시 소광계수를 산출한 후, 물방울 입자의 유효 입자 크기 및 총량 등을 산출함으로써, 측정 시간대 및 측정 거리 한계를 극복할 수 있고, 보다 간단한 구조로서 설치 및 작동이 용이하면서도 실시간으로 정확한 측정이 가능한 효과를 제공하는 것으로서, 원거리에서 구름이나 안개 등의 물방울 입자 크기 및 총량을 측정하는 점에서 본 발명의 안개 및 미세입자의 정보를 측정하는 구성과 일부 유사성이 있다.

하지만, 본 발명은 이중편파 기상레이더에 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용한 기술로서, K 밴드로 측정하는 짙은 안개와 W 밴드로 측정하는 미세입자에 관련된 밀도나 분포에 대한 측정 이외에, 안개 및 미세입자의 이동방향이나 성장/발달/소멸을 함께 확인할 수 있는 기술적 구성을 제시하고 있기 때문에, 상기 선행기술의 물방울 입자의 크기나 총량을 원거리에서 확인하는 기술 구성과 비교해 볼 때 기술적 구성의 차이점이 있다.

즉 상기 언급한 각각의 선행기술들은 대부분 시간 차이를 두고 구름의 존재 여부를 확인하는 구성, 원거리에서 구름이나 안개 등의 물방울 입자 크기 및 총량을 측정하는 구성이기 때문에, K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용한 기상레이더를 통해 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도의 확인은 물론, 안개 및 미세입자의 발달과정, 이동방향 등을 확인할 수 있으며, 안개 및 미세입자의 관측을 수행할 때 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용함으로써 관측의 정확도를 높이고 특정 구역에서의 관측 오류가 발생되더라도 즉각적인 오류 보정을 수행할 수 있는 본 발명의 구성과는 기술적 차이점이 분명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 이중편파 기상레이더에 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 적용하여 관측을 수행할 때, K 밴드로는 이슬비, 운고(雲高, 구름의 높이), 짙은 안개를 관측하고, W 밴드로는 옅은 안개 및 황사와 같은 미세입자를 측정할 수 있도록 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다중 주파수를 이용하는 이중편파 기상레이더를 통해 안개 및 미세입자의 관측을 수행할 때, 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행함으로써, 관측의 정확도를 높임은 물론 특정 지점에서의 관측 오류를 방지하면서, 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 포함한 측정을 수행할 수 있도록 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다중 주파수를 이용하는 이중편파 기상레이더를 통해 관측한 각종 기상정보와 각종 센서를 통해 측정한 해당 지역의 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보를 참조하여, 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 포함한 측정을 수행할 수 있도록 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템은, 다중 주파수별로 이중편파를 생성하여 안테나를 통해 송출하며, 상기 안테나를 통해 목표물에 부딪혀 반사되는 신호를 수신하여 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 산출하는 기상레이더; 및 상기 기상레이더에서 산출한 기상변수를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 기상데이터 처리부;를 포함하며, 상기 다중 주파수는, K 밴드와 W 밴드의 주파수 대역인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 기상레이더는, 관측시점이 도래될 때마다 관측대상 지역을 하나의 그리드로 처리하는 단일 구역 관측과 관측대상 지역을 복수개의 그리드로 처리하는 다중 구역 관측을 순차적으로 수행하여 K 밴드와 W 밴드의 이중편파를 안테나를 통해 송출하며, 상기 안테나로 수신되는 반사신호의 신호처리를 통해 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 산출하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 기상데이터 처리부는, 상기 기상레이더에서 산출되는 현재 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수와 이전 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수를 비교하며, 비교결과를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 검출 시스템은, 상기 기상레이더로부터 전송받은 상기 단일 구역 관측에 따라 산출된 기상변수와 상기 다중 구역 관측에 따라 산출된 기상변수를 비교하며, 비교결과를 토대로 단일 구역 관측에 의해 산출된 기상변수와 다중 구역 관측에 의해 산출된 각각의 구역별 기상변수의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면 해당 구역 부분을 관측 오류로 판정하는 관측 오류 처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 관측 오류 처리부는, 특정 구역 부분에 관측 오류가 발생되면 관측 오류가 발생한 구역 부분과 인접한 구역의 기상변수들의 평균값 또는 중간값으로 보정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 검출 시스템은, 상기 기상레이더의 관측범위 내에 설치되어, 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보를 측정하는 측정부;를 더 포함하며, 상기 기상데이터 처리부에서, 상기 기상레이더에서 산출한 기상변수와 상기 측정부에서 측정한 환경정보의 비교를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 방법은, 기상레이더에서, 다중 주파수별로 이중편파를 생성하여 안테나를 통해 송출하며, 상기 안테나를 통해 목표물에 부딪혀 반사되는 신호를 수신하여 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 산출하는 기상변수 산출 단계; 및 기상데이터 처리부에서, 상기 기상레이더에서 산출한 기상변수를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 안개 및 미세입자 측정 단계;를 포함하며, 상기 다중 주파수는, K 밴드와 W 밴드의 주파수 대역인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 기상변수 산출 단계는, 상기 기상레이더에서, 관측시점이 도래될 때마다 관측대상 지역을 하나의 그리드로 처리하는 단일 구역 관측과 관측대상 지역을 복수개의 그리드로 처리하는 다중 구역 관측을 순차적으로 수행하여 K 밴드와 W 밴드의 이중편파를 안테나를 통해 송출하는 이중편파 송출 단계; 및 상기 안테나로 수신되는 반사신호의 신호처리를 통해 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 산출하는 신호 처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 안개 및 미세입자 측정 단계는, 상기 기상데이터 처리부에서, 상기 기상레이더에서 산출되는 현재 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수와 이전 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수를 비교하는 기상변수 비교 단계; 및 상기 기상변수 비교 단계의 비교결과를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 측정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 검출 방법은, 관측 오류 처리부에서, 상기 기상레이더로부터 전송받은 상기 단일 구역 관측에 따라 산출된 기상변수와 상기 다중 구역 관측에 따라 산출된 기상변수를 비교하는 비교 단계; 및 상기 비교 단계에서의 비교결과를 토대로 단일 구역 관측에 의해 산출된 기상변수와 다중 구역 관측에 의해 산출된 각각의 구역별 기상변수의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면 해당 구역 부분을 관측 오류로 판정하는 관측 오류 판정 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 검출 방법은, 상기 관측 오류 판정 단계의 판정결과 특정 구역 부분에 관측 오류가 발생되면, 상기 관측 오류 처리부에서 관측 오류가 발생한 구역 부분과 인접한 구역의 기상변수들의 평균값 또는 중간값으로 보정을 수행하는 보정 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 검출 방법은, 상기 기상레이더의 관측범위 내에 설치된 측정부에서, 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보를 측정하는 측정 단계;를 더 포함하며, 상기 기상데이터 처리부에서, 상기 기상레이더에서 산출한 기상변수와 상기 측정 단계에서 측정한 환경정보의 비교를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명의 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템에 따르면, 이중편파 기상레이더에 사용되는 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수를 통해 안개 및 미세입자의 관측을 수행할 때, 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용하여 안개 및 미세입자의 관측 및 신호처리를 수행하기 때문에 관측의 정확도를 높일 수 있고, 특정 지점에서의 관측 오류를 방지할 수 있으며, 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도의 확인은 물론, 측정 대상 안개 및 미세입자의 이동방향이나 성장/발달/소멸을 확인할 수 있으므로 저전력, 고해상도의 초소형 기상레이더를 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전파를 이용하는 기상레이더에서 산출하는 각종 기상변수를 토대로 안개 및 미세입자의 측정을 수행하기 때문에 기존에 구축되어 운영중인 시정계와 대기 미세먼지 측정장치를 대체할 수 있고, 안개 및 미세입자의 분포, 밀도, 공간분포, 시간변동 등에 대한 고해상도의 자료 제공을 토대로 안개 및 미세입자의 예보의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 안개 및 미세입자 다발지역에서의 교통사고 발생을 획기적으로 줄일 수 있음은 물론 시설물 개선에 도움을 주는 효과가 있다.

또한, 본 발명이 적용되는 차세대 밀리터리파 센서 응용기술은 단순한 탐지 및 관측 작업을 수행하는 레이더와는 달리 밀리미터파 집적회로(MIMIC, Millimeter Monolithic Integrated Circuit), 고해상도의 신호처리, 유비쿼터스 네트워크 등의 ICT 기술이 접목된 융합시스템의 구현이 가능해지며, 이에 따라 의료, 방산, 환경 등의 각종 산업분야의 주도권 확보, 다양한 정책 수립, 산업육성에 이바지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 기상레이더의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 관리서버의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 단일 구역 관측과 다중 구역 관측을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 7은 도 6의 안개 및 미세입자 측정과정을 보다 상세하게 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명이 적용된 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 과정을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 기상레이더(200)는 24GHz 대역의 K 밴드 주파수와 75∼110GHz 대역의 W 밴드 주파수를 사용하고, 관측거리 10km 이하의 초소형 이중편파 기상레이더로서, K 밴드에서는 운고 및 짙은 안개를 관측하고, W 밴드에서는 옅은 안개 및 황사와 같은 미세입자를 관측할 수 있다.

또한, 상기 기상레이더(200)는 높은 고도나 원거리에 부유하는 작은 입자의 크기와 총량을 원격, 실시간으로 얻을 수 있으므로 측정하고자 하는 물질(예를 들어, 안개, 미세입자 등)의 성장, 소멸을 확인할 수 있으며, 구름의 경우 강수량, 안개의 경우 소멸 등 미세 입자 영역의 다양한 정보를 관측할 수 있다.

또한, 상기 기상레이더(200)는 빠른 시간에 안개의 유무는 물론 황사와 같은 미세입자의 이동, 발달 등을 결정할 수 있는 자료를 확보할 수 있고, 기존 레이저 방식의 라이다 관측 반경을 넓혀 예측 시간을 줄일 수 있으며, 공간상의 정보를 쉽게 획득할 수 있으므로 3차원 정보를 토대로 보다 정확한 관측을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명에 적용되는 기상레이더(200)는 관측대상 지역으로 광대역 펄스를 송신하여 수적(즉 물방울)에 반사된 수신신호로부터 수적의 특성(미세변위, 전자파 반사특성 등)을 파악하는 레이더식 적응형 시정센서로, 소형화 및 집적화된 밀리미터파 집적회로 기술을 적용한 차세대 시정 센서를 구현할 수 있다.

관리서버(300)는 네트워크(100)를 통해 기상레이더(200)로부터 전송되는 안개 및 미세입자 측정을 위한 관측정보(즉 목표물에 의해 반사되는 신호를 신호처리하여 획득한 기상변수로서, 수적의 특성정보, 반사도, 시선속도, 스펙트럼 폭, 교차상관계수, 차등반사도, 차등위상차, 비차등위상차 등을 포함함)를 토대로 관측대상 지역의 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하며, 클라이언트의 요청에 따라 각 지역별 안개 및 미세입자에 관련된 정보를 제공한다.

이때 안개 및 미세입자에 관련된 측정정보는 관리서버(300)에서 수행하는 방식 이외에, 기상레이더(200)에서 직접 처리한 후 측정 정보를 관리서버(300)로 제공하거나, 기상레이더(200)에 통신 연결된 컴퓨터를 통해 수행할 수도 있다.

이러한 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 특정 지역에 설치된 기상레이더(200)에서 관측대상 지역의 안개 및 미세입자를 측정하기 위한 K 밴드와 W 밴드의 수평편파 및 수직편파의 이중편파 신호를 생성한다.

그리고 안테나를 통해 K 밴드와 W 밴드의 수평편파 및 수직편파의 이중편파 신호를 측정 대상의 목표 지역으로 송출한다.

목표지역으로 송출된 K 밴드와 W 밴드의 이중편파는 목표물에 의해 반사되어 기상레이더(200)의 안테나를 통해 수신되고, 수신된 신호는 신호처리 과정을 거쳐 해당 지역의 안개 및 미세입자 측정에 필요한 관측정보인 기상변수로 변환된다. 즉 K 밴드의 반사신호는 안개 측정에 필요한 기상변수로 변환되고, W 밴드의 반사신호는 미세입자 측정에 필요한 기상변수로 변환되는 것이다.

이때 수신된 신호는 전력(voltage) 형태로 수신되므로 신호처리를 통해 ADC(Analog-Digital Converter) 과정, 필터링 과정 등의 신호처리 과정을 거치게 된다. 또한, 수신된 신호에는 관측에 필요한 입자 정보 이외에, 지형, 채프에코, 새떼 등의 클러터(clutter) 신호가 함께 수신되는데, 이러한 클러터 신호를 신호처리 단계에서 적절히 제거해 주어야 한다. 왜냐하면 클러터 신호를 제거하지 않으면 안개 및 미세입자 산출에 오류가 발생되기 때문이다.

이렇게 기상레이더(200)에서 산출된 안개 및 미세입자 측정을 위한 기상변수는 네트워크(100)를 통해 관리서버(300)로 전송된다.

상기 관리서버(300)는 기상레이더(200)로부터 전송되는 기상변수를 토대로 해당 지역의 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 등을 측정하며, 측정된 각 지역별 안개 및 미세입자 정보를 원하는 클라이언트에게 제공한다.

한편, 상기 관리서버(300)는 각각의 기상레이더(200)의 최적화된 구동을 위한 시스템 정보 업데이트 기능을 추가로 수행할 수 있다. 즉 상기 관리서버(300)에서 시스템 정보의 업데이트가 이루어지면, 해당 업데이트 정보를 네트워크(100)를 통해 각각의 기상레이더(200)로 전송하여 설치하도록 하는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 기상레이더의 구성을 상세하게 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 관리서버의 구성을 상세하게 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 적용되는 단일 구역 관측과 다중 구역 관측을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 안개 및 미세입자 검출 시스템은, 네트워크(100), 복수의 기상레이더(200), 관리서버(300), 데이터베이스(400) 등으로 구성된다.

네트워크(100)는 유/무선 인터넷, 블루투스(bluetooth), 비콘(beacon), RFID(Radio Frequency Identification), 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 등을 포함한 현재 공지되어 있는 각종 통신망으로서, 복수의 기상레이더(200)와 관리서버(300) 사이의 통신회선을 연결하여 상호간에 정량적인 안개 및 미세입자의 측정을 위해 산출한 기상변수, 시스템 정보 업데이트 등에 관련된 데이터 통신이 이루어지도록 한다.

기상레이더(200)는 다중 주파수를 사용하는 이중편파 방식을 채용한 초소형 기상레이더 장비로서, 기상관측을 수행하는 각각의 지역별로 복수 개 설치되어 있다.

예를 들어, 본 발명에 적용되는 기상레이더(200)는 운고 및 짙은 안개를 관측할 수 있는 24GHz 대역의 K 밴드와 옅은 안개 및 황사와 같은 미세입자를 관측할 수 있는 75∼110GHz 대역의 W 밴드의 주파수 대역을 사용하고, 대략 3∼10km 이내의 관측거리를 가지고 있으며, 1M(L)ㅧ1M(W)ㅧ1.4M(H) 규격의 독립형(stand-alone)으로 구성된다. 그리고 목표물에서 반사되는 신호의 손실을 줄일 수 있도록 레이돔(radome)이 구비되어 있다.

상기 기상레이더(200)는 K 밴드와 W 밴드의 수평편파 및 수직편파의 이중편파를 생성하여 안테나를 통해 목표지점으로 송출하고, 목표물에 부딪혀 반사된 신호를 안테나를 통해 수신한 후 신호처리 과정을 거쳐 해당 지역의 정량적인 안개 및 미세입자의 측정에 필요한 관측정보인 기상변수를 산출하며, 산출된 기상변수를 네트워크(100)를 통해 관리서버(300)로 전송하여 해당 지역의 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 등을 측정할 수 있도록 한다.

즉 상기 기상레이더(200)는 안테나를 통해 수신되는 목표물에 부딪혀 반사되는 K 밴드와 W 밴드의 수평편파 및 수직편파의 신호처리를 수행하여 수적의 특성정보, 반사도, 시선속도, 스펙트럼 폭, 교차상관계수, 차등반사도, 차등위상차, 비차등위상차 등의 각종 기상변수를 산출하며, 산출된 기상변수를 네트워크(100)를 통해 관리서버(300)로 전송함으로써, 상기 관리서버(300)에서 상기 기상레이더(200)로부터 전송받은 기상변수를 토대로 특정 지역의 안개 및 안개입자의 일반적인 측정 데이터는 물론, 이동방향이나 발달과정에 관련된 측정을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

이때 상기 기상레이더(200)는 관측시점이 도래될 때마다 관측대상 지역을 하나의 그리드로 처리하는 단일 구역 관측과, 관측대상 지역을 복수개의 그리드로 처리하는 다중 구역 관측을 순차적으로 수행하여 K 밴드와 W 밴드의 이중편파를 안테나를 통해 송출하며, 상기 안테나로 수신되는 반사신호의 신호처리를 통해 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 산출한다. 예를 들어, 관측대상 지역이 3km라 가정할 때, 단일 구역 관측은 도 5의 (a)에서와 같이 하나의 시정계로 관측대상 지역을 대표한다. 그리고 다중 구역 관측은 도 5의 (b)에서와 같이 각 지점별로 1km를 관측할 수 있도록 9개의 관측 지점을 형성하여 개별 구역 관측을 수행하거나, 또는 도 5의 (c)에서와 같이 각 지점별로 2km를 관측할 수 있도록 4개의 관측 지점을 형성하되 관측 영역의 일부가 겹쳐지는 중첩 구역 관측을 수행하는 등 다양하게 적용할 수 있다.

관측 영역을 점점 세분화하면 더 많은 수의 세밀한(fine-grained) 관측영역이 생성되고, 이 경우에 복수의 세밀한 관측영역을 포함하는 일정 크기의 관측영역을 이용하여 하나씩 이동하면서 관측해 나갈 수 있다. 이는 관측하고자 하는 전체 영역에 대해서 일정 크기의 관측영역으로 점진적으로 상하로 이동하면서 관측함으로써, 콘볼루션(convolution)으로 관측데이터를 생성하는 것이 가능하다. 이렇게 콘볼루션하여 생성된 관측데이터는 인접 관측영역 사이의 상관도(correlation)를 측정할 수 있게 하며, 이를 이용하면 전체 관측영역과 각 그리드의 관측영역에 대한 관측 오류를 줄일 수 있고, 더 정밀하게 관측할 수 있게 된다. 이러한 개념의 측정 방법은 본 발명에서 제안하는 중요한 기술적 특징 중 하나이다.

관리서버(300)는 기상청, 도로교통부 등의 정부기관이나 사설 사업자가 운영하는 컴퓨터로서, 네트워크(100)를 통해 기상레이더(200)에서 산출한 기상변수를 전송받고, 이를 토대로 특정 지역의 안개 및 미세입자 정보를 측정하며, 측정된 각 지역별 정량적인 안개 및 미세입자 정보를 원하는 클라이언트에게 제공한다.

즉 상기 관리서버(300)는 상기 기상레이더(200)에서 산출되는 현재 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수와 이전 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수를 비교하며, 비교결과를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 것이다.

또한, 상기 관리서버(300)는 상기 기상레이더(200)의 구동과 관련된 최적화된 시스템 관리정보의 업데이트를 수행하는 기능을 추가로 수행할 수 있다.

데이터베이스(400)는 관리서버(300)에서 수행하는 각 지역별 정량적인 안개 및 미세입자에 관련된 측정을 위한 각종 프로그램이나 데이터를 저장하며, 각각의 기상레이더(200)의 원활한 구동을 위한 최적화 정보의 업데이트 정보를 저장, 관리한다.

한편, 상기 기상레이더(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 신호 발생부(210), 송수신 모듈(220), 안테나(230), 신호 처리부(240), 통신부(250), 저장부(260), 측정부(270), 제어부(280) 등으로 구성된다.

신호 발생부(210)는 송수신 모듈(220)에서 K 밴드와 W 밴드의 수평편파, 수직편파 또는 이들을 조합한 이중편파를 발생시키기 위한 펄스를 생성하는 기능을 수행한다.

송수신 모듈(220)은 K 밴드와 W 밴드의 수평편파, 수직편파 또는 이들을 조합한 이중편파를 생성하여 안테나(230)를 통해 송출하며, 상기 안테나(230)를 통해 목표물에 부딪혀 반사되는 K 밴드와 W 밴드의 신호를 수신하여 신호 처리부(240)로 출력한다. 또한, 상기 송수신 모듈(220)은 저전력 구동을 위하여 원 칩 상에 구현하는 것이 바람직하다.

이때 상기 송수신 모듈(220)은 W 밴드 처리부(221)와 K 밴드 처리부(224)를 포함한다.

상기 W 밴드 처리부(221)는 모듈레이터(modulator), 고전력 증폭기(power amplifier) 등을 포함하여 신호 발생부(210)에서 생성된 펄스를 변조하여 W 밴드의 수평편파 및 수직편파를 발생시켜 출력하는 W 밴드 송신부(222)와, 저잡음 증폭기(low noise amplifier), 중간 주파수 증폭기(intermediate frequency amplifier), 발진기(oscillator) 등을 포함하여 안테나(230)를 통해 수신된 W 밴드의 수평편파 및 수직편파의 잡음 제거 및 중간 주파수 변환을 수행하여 신호 처리부(240)로 출력하는 W 밴드 수신부(223)를 포함한다.

상기 K 밴드 처리부(224)는 상기 신호 발생부(210)에서 생성된 펄스를 변조하여 K 밴드의 수평편파 및 수직편파를 발생시켜 출력하는 K 밴드 송신부(225)와 안테나(230)를 통해 수신된 K 밴드의 수평편파 및 수직편파의 잡음 제거 및 중간 주파수 변환을 수행하여 신호 처리부(240)로 출력하는 K 밴드 수신부(226)를 포함한다.

또한, 상기 송수신 모듈(220)에서는 제어부(280)의 제어에 따라 수직편파보다 수평편파에 전력을 더 배정하여 관측 범위를 확대할 수도 있다.

안테나(230)는 위성 통신의 송수신용으로 사용되고 있는 반사경 안테나인 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)를 주로 사용하여, 송수신 모듈(220)에서 생성된 W 밴드와 K 밴드의 이중편파를 목표지점으로 송출한다.

상기 안테나(230)는 상기 송수신 모듈(220)의 W 밴드 송신부(222)에서 발생된 수평편파와 수직편파를 목표지점으로 송출하며, 목표물에 부딪혀 반사되는 신호를 수신하여 W 밴드 수신부(223)로 출력한다.

또한, 상기 안테나(230)는 상기 송수신 모듈(220)의 K 밴드 송신부(225)에서 발생된 수평편파와 수직편파를 목표지점으로 송출하며, 목표물에 부딪혀 반사되는 신호를 수신하여 K 밴드 수신부(226)로 출력한다.

신호 처리부(240)는 ADC, 시그널 프로세서 등을 포함하고, 상기 송수신 모듈(220)의 W 밴드 수신부(223)와 K 밴드 수신부(226)로부터 입력되는 W 밴드와 K 밴드의 수평편파 및 수직편파를 신호처리하여 수적의 특성정보, 반사도, 시선속도, 스펙트럼 폭, 교차상관계수, 차등반사도, 차등위상차, 비차등위상차 등의 각종 기상변수를 산출한다. 즉 상기 신호 처리부(240)는 상기 송수신 모듈(220)에서 수신한 반사신호를 토대로 정량적인 안개 및 미세입자 측정을 위한 각종 기상변수를 산출하는 것이다.

통신부(250)는 상기 신호 처리부(240)에서 산출한 기상변수를 네트워크(100)를 통해 관리서버(300)로 전송하며, 상기 관리서버(300)로부터 최적화된 동작을 위한 시스템 관리정보를 전송받아 제어부(280)로 출력한다.

저장부(260)는 통상적인 메모리로서, 기상레이더(200)에서 사용되는 각종 동작프로그램이 저장되어 있고, 상기 관리서버(300)로부터 전송받은 시스템 관리정보를 저장하여 최적화상태를 유지한다.

측정부(270)는 상기 기상레이더(200)의 관측범위 내에 복수 개 설치된 센서로부터 입력되는 감지데이터를 토대로 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보를 측정한다. 측정된 환경정보는 통신부(260)를 통해 관리서버(300)로 전송되어, 관리서버(300)에서 상기 신호 처리부(240)에서 산출한 기상변수와 상기 측정부(270)에서 측정한 환경정보의 비교를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정할 수 있도록 한다.

이때 상기 측정부(270)는 안개 및 미세입자의 데이터 측정방식이나 사용 환경에 따라 사용하지 않을 수 있다. 즉 관리서버(300)에서 기상레이더(200)에서 산출한 기상변수만을 사용하여 안개 및 미세입자의 측정을 수행할 경우에는 측정부(270)는 사용되지 않는다.

제어부(280)는 신호 발생부(210)에서의 펄스 생성, 송수신 모듈(220)에서의 K 밴드와 W 밴드의 수평편파, 수직편파의 생성 및 반사되는 수신신호의 잡음 제거와 중간 주파수 변환, 안테나(230)에서의 K 밴드와 W 밴드의 수평편파 및 수직편파 송출과 반사신호 수신, 신호 처리부(240)에서의 기상변수 산출, 통신부(250)에서의 기상변수 송수신, 저장부(260)에서의 동작 프로그램 관리 및 시스템 관리정보 저장 등을 총괄적으로 제어한다.

이때 상기 기상레이더(200)는 도면에 도시하지는 않았지만, 외부로부터 인가되는 상용교류전원을 기상레이더(200)에서 사용되는 전원으로 변환하여 기상레이더(200) 내부의 각 구성으로 동작전원을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 관리서버(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 통신부(310), 기상데이터 처리부(320), 관측 오류 처리부(330), 기상레이더 관리부(340), 제어부(350) 등으로 구성된다.

통신부(310)는 네트워크(100)를 통해 상기 기상레이더(200)로부터 정량적인 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 전송받아 제어부(350)로 출력하며, 제어부(350)의 제어를 통해 최적화된 시스템 관리정보를 상기 기상레이더(200)로 전송한다.

기상데이터 처리부(320)는 상기 통신부(310)를 통해 상기 기상레이더(200)로부터 전송받은 기상변수를 토대로 특정 지역의 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정한다. 이때 상기 기상데이터 처리부(320)는 공지의 알고리즘을 참조하여 상기 기상레이더(200)에서 산출한 기상변수를 토대로 안개 및 미세입자를 측정한다.

이때 상기 기상데이터 처리부(320)는 상기 기상레이더(200)에서 산출되는 현재 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수와 이전 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수를 비교하며, 비교결과를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정한다.

관측 오류 처리부(330)는 상기 기상레이더(200)로부터 전송받은 상기 단일 구역 관측에 따라 산출된 기상변수와 상기 다중 구역 관측에 따라 산출된 기상변수를 비교하며, 비교결과를 토대로 단일 구역 관측에 의해 산출된 기상변수와 다중 구역 관측에 의해 산출된 각각의 구역별 기상변수의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면 해당 구역 부분을 관측 오류로 판정한다.

또한, 상기 관측 오류 처리부(330)는 특정 구역 부분에 관측 오류가 발생되면, 관측 오류가 발생한 구역 부분과 인접한 구역의 기상변수들의 평균값 또는 중간값으로 관측 오류가 발생한 구역의 보정을 수행한다.

기상레이더 관리부(340)는 기상레이더(200)의 동작을 최적화 상태로 유지하기 위한 시스템 관리정보를 생성하여 데이터베이스(400)에 저장, 관리하며, 생성된 상기 시스템 관리정보를 통신부(310)를 통해 각각의 기상레이더(200)로 제공한다.

제어부(350)는 통신부(310)에서의 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수의 수신 및 최적화된 시스템 관리정보의 전송, 기상데이터 처리부(320)에서의 기상변수를 토대로 한 특정 지역의 안개 및 미세입자의 측정, 관측 오류 처리부(330)에서의 단일 구역 관측에 따라 산출된 기상변수와 다중 구역 관측에 따라 산출된 기상변수의 비교, 비교결과를 토대로 관측대상 구역의 일부 구역에 대한 관측 오류 판정 및 데이터 보정, 기상레이더 관리부(340)에서의 최적화된 시스템 관리정보의 생성 및 제공 등을 총괄적으로 제어한다.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 방법의 일 실시예를 도 6과 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이며, 도 7은 상기 도 6의 안개 및 미세입자 측정과정을 보다 상세하게 나타낸 순서도이다.

우선, 안개 및 미세입자의 관측을 수행하는 기관이나 사업자 측에서 관측이 필요한 위치에 복수의 기상레이더(200)를 설치한다.

이와 같이 기상레이더(200)를 설치한 이후, 각각의 기상레이더(200)에서는 K 밴드와 W 밴드의 이중편파를 발생시킨다(S100).

그리고 S100 단계에서 생성한 K 밴드와 W 밴드의 이중편파를 안테나를 통해 측정 대상이 되는 목표지역으로 송출하여 관측을 시작한다(S200). 이때 상기 기상레이더(200)는 도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 관측시점이 도래될 때마다 관측대상 지역을 하나의 그리드로 처리하는 단일 구역 관측과 관측대상 지역을 복수개의 그리드로 처리하는 다중 구역 관측을 순차적으로 수행하여 K 밴드와 W 밴드의 이중편파를 안테나를 통해 송출한다. 이때 상기 다중 구역 관측은 사용환경에 따라 도 5 (b)의 개별 구역 관측과 도 5 (c)의 중첩 구역 관측 중 어느 하나를 사용하거나, 그 이외의 다른 방식을 적용할 수 있다.

S200 단계를 통해 K 밴드와 W 밴드의 이중편파를 관측대상의 지점에 송출한 이후, 기상레이더(200)는 안테나를 통해 목표물에 부딪혀 반사되는 K 밴드와 W 밴드의 신호를 수신하고(S300), 수신한 반사신호의 신호처리를 수행하여 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 산출한다(S400).

이후 상기 기상레이더(200)는 산출된 기상변수를 네트워크(100)를 통해 관리서버(300)로 출력한다(S500). 즉 상기 기상레이더(200)는 안테나로 수신한 반사신호의 신호처리를 통해 수적의 특성정보(미세변위, 전자파 반사특성 등), 반사도, 시선속도, 스펙트럼 폭, 교차상관계수, 차등반사도, 차등위상차, 비차등위상차 또는 이들의 조합을 포함한 기상변수를 산출하여 상기 관리서버(300)로 제공하는 것이다.

S600 단계를 통해 상기 기상레이더(200)에서 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 관리서버(300)로 전송하면, 관리서버(300)는 상기 기상레이더(200)로부터 전송받은 기상변수를 토대로 특정 지역의 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정한다(S600). 이때 상기 관리서버(300)는 상기 S600 단계에서 수행된 특정 지역의 안개 및 미세입자의 측정정보를 클라이언트의 요청에 따라 해당 클라이언트에게 제공하는 서비스를 추가로 수행할 수 있다.

상기 S600 단계를 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 관리서버(300)는 상기 기상레이더(200)로부터 전송받은 단일 구역 관측에 따라 산출된 기상변수와 다중 구역 관측에 따라 산출된 기상변수를 비교하고(S610), S610 단계의 비교결과를 토대로 단일 구역 관측에 의해 산출된 기상변수와 다중 구역 관측에 의해 산출된 각각의 구역별 기상변수의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는지를 판단한다(S620).

S620 단계의 판단결과 단일 구역 관측에 의해 산출된 기상변수와 다중 구역 관측에 의해 산출된 각각의 구역별 기상변수의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면, 상기 관리서버(300)는 해당 구역 부분을 관측 오류로 판정하고, 관측 오류가 발생한 구역 부분과 인접한 구역의 기상변수들의 평균값 또는 중간값을 연산한다(S630).

그리고 상기 관리서버(300)는 S630 단계에서 연산된 관측 오류가 발생한 구역 부분과 인접한 구역의 기상변수들의 평균값 또는 중간값으로 관측 오류가 발생한 구역 부분의 보정을 수행한다(S640).

이후, 상기 관리서버(300)는 현재 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수와 이전 관측시점에서의 단일 구역 관측 또는 다중 구역 관측에 따른 기상변수를 비교하고(S650), 비교결과를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정한다(S660).

상기 S660 단계를 통해 안개 및 미세입자에 관련된 측정이 이루어지면, 상기 관리서버(300)는 안개 및 미세입자의 측정이 종료되는지를 판단하고(S670), 안개 및 미세입자의 측정 작업이 종료될 때까지 상기 S100 단계 이후를 반복하여 수행한다. 즉 기상레이더(200)로부터 다음의 관측시점에 따른 기상변수를 제공받아 안개 및 미세입자의 측정을 지속적으로 수행하는 것이다.

한편, 상기 관리서버(300)는 상기 설명과 같이 상기 기상레이더(200)에서 산출한 기상변수만을 사용하여 안개 및 미세입자의 측정을 수행하는 방식과 달리, 상기 기상레이더(200)에서 산출한 기상변수와 상기 기상레이더(200)의 관측범위 내에 설치된 측정부(270)에서 측정한 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보의 비교를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정할 수도 있다.

또한, 상기 관리서버(300)는 각각의 기상레이더(200)의 구동과 관련된 시스템 관리정보의 지속적인 업데이트 기능을 추가로 수행할 수 있다.

이처럼, 본 발명은 다중 주파수를 사용하는 기상레이더에서 단일 구역 관측방식과 다중 구역 관측방식을 혼용하여 안개 및 미세입자의 관측을 수행하기 때문에 관측의 정확도가 향상되고, 특정 지점에서의 관측 오류의 발생이 방지되며, 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도의 확인은 물론, 측정 대상 안개 및 미세입자의 이동방향이나 성장/소멸을 확인할 수 있으므로 저전력, 고해상도의 초소형 기상레이더를 구현할 수 있다.

또한, 전파를 이용하는 기상레이더에서 산출하는 각종 기상변수를 토대로 안개 및 미세입자의 측정을 수행하므로 기존에 운영중인 시정계와 대기 미세먼지 측정장치를 대체할 수 있고, 안개 및 미세입자에 대한 고해상도의 자료 제공을 토대로 안개 및 미세입자의 예보의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 안개 및 미세입자 다발지역에서의 교통사고 발생을 획기적으로 줄일 수 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

100 : 네트워크 200 : 기상레이더
210 : 신호 발생부 220 : 송수신 모듈
221 : W 밴드 처리부 222 : W 밴드 송신부
223 : W 밴드 수신부 224 : K 밴드 처리부
225 : K 밴드 송신부 226 : K 밴드 수신부
230 : 안테나 240 : 신호 처리부
250 : 통신부 260 : 저장부
270 : 측정부 280 : 제어부
300 : 관리서버 310 : 통신부
320 : 기상데이터 처리부 330 : 관측 오류 처리부
340 : 기상레이더 관리부 350 : 제어부
400 : 데이터베이스

Claims (12)

1. 이중편파를 송출하고 목표물에 부딪혀 반사되는 신호를 수신하는 안테나;
   상기 수신한 신호를 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수로 변환하는 신호처리부; 및
   관측시점이 도래될 때마다 K 밴드와 W 밴드의 다중 주파수별로 이중편파를 생성하여 안테나를 통해 송출하는 신호발생부;를 포함하며,
   소정의 설정에 따라 관측대상 지역을 하나의 그리드로 처리하는 단일 구역 관측과 관측대상 지역을 복수개의 그리드로 처리하는 개별 구역 관측, 중첩 구역 관측 또는 이들의 조합을 포함하는 다중 구역 관측을 순차적으로 수행하여 관측데이터를 생성 및 출력하며,
   상기 다중 구역 관측에 대한 관측데이터를 콘볼루션하여 인접한 관측영역 사이의 상관도를 추출할 수 있도록 하며,
   상기 상관도를 토대로 단일 구역 관측과 다중 구역 관측에서 설정된 각 그리드별 관측영역에 대한 관측 오류를 줄일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출용 기상레이더.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기상레이더는,
   상기 기상레이더의 관측범위 내에 설치되어, 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보를 측정하는 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출용 기상레이더.
3. 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출용 기상레이더로부터 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 수신하여, 현재 관측시점에서의 단일 구역 관측과 개별 구역 관측, 중첩 구역 관측 또는 이들의 조합을 포함하는 다중 구역 관측에 따른 기상변수와 이전 관측시점에서의 상기 단일 구역 관측과 상기 다중 구역 관측에 따른 기상변수를 비교하고, 비교결과를 토대로 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도 또는 이들의 조합에 대한 측정과, 측정대상 안개 및 미세입자의 이동방향이나 성장, 발달, 소멸 또는 이들의 조합을 확인하는 기상데이터 처리부;
   상기 기상레이더로부터 전송받은 상기 단일 구역 관측에 따라 산출된 기상변수와 상기 다중 구역 관측에 따라 산출된 기상변수를 비교하고, 비교결과를 토대로 상기 단일 구역 관측에 의해 산출된 기상변수와 상기 다중 구역 관측에 의해 산출된 각각의 구역별 기상변수의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면 해당 구역 부분을 관측 오류로 판정하고, 특정 구역 부분에 관측 오류가 발생되면 관측 오류가 발생한 구역 부분과 인접한 구역의 기상변수들의 평균값 또는 중간값으로 보정을 수행하는 관측 오류 처리부; 및
   상기 기상레이더의 동작에 관한 시스템 관리정보를 생성하여 데이터베이스에 저장하며, 상기 생성된 상기 시스템 관리정보를 네트워크를 통해 각각의 기상레이더로 제공하는 기상레이더 관리부;를 포함하고,
   상기 기상레이더에서 상기 단일 구역 관측과 상기 다중 구역 관측에서 설정된 각 그리드별 관측영역을 이동하면서 관측을 수행하면 상기 기상데이터 처리부에서 상기 다중 구역 관측에 대한 관측데이터를 콘볼루션하여 인접한 관측영역 사이의 상관도를 추출하며, 상기 상관도를 토대로 단일 구역 관측과 다중 구역 관측에서 설정된 각 그리드별 관측영역에 대한 관측 오류를 줄일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 검출 시스템은,
   다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출용 기상레이더로부터 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보가 더 수신되면,
   상기 기상변수 및 상기 환경정보의 비교를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 기상데이터 처리부에서, 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출용 기상레이더로부터 안개 및 미세입자의 측정을 위한 기상변수를 수신하여, 현재 관측시점에서의 단일 구역 관측과 개별 구역 관측, 중첩 구역 관측 또는 이들의 조합을 포함하는 다중 구역 관측에 따른 기상변수와 이전 관측시점에서의 상기 단일 구역 관측과 상기 다중 구역 관측에 따른 기상변수를 비교하고, 비교결과를 토대로 안개 및 미세입자의 총량, 입자크기, 분포, 밀도 또는 이들의 조합에 대한 측정과, 측정대상 안개 및 미세입자의 이동방향이나 성장, 발달, 소멸 또는 이들의 조합을 확인하는 안개 및 미세입자 측정 단계;
   관측 오류 처리부에서, 상기 기상레이더로부터 전송받은 상기 단일 구역 관측에 따라 산출된 기상변수와 상기 다중 구역 관측에 따라 산출된 기상변수를 비교하고, 비교결과를 토대로 상기 단일 구역 관측에 의해 산출된 기상변수와 상기 다중 구역 관측에 의해 산출된 각각의 구역별 기상변수의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면 해당 구역 부분을 관측 오류로 판정하고, 특정 구역 부분에 관측 오류가 발생되면 관측 오류가 발생한 구역 부분과 인접한 구역의 기상변수들의 평균값 또는 중간값으로 보정을 수행하는 관측 오류 처리 단계; 및
   기상레이더 관리부에서, 상기 기상레이더의 동작에 관한 시스템 관리정보를 생성하여 데이터베이스에 저장하며, 상기 생성된 상기 시스템 관리정보를 네트워크를 통해 각각의 기상레이더로 제공하는 시스템 관리정보 제공 단계;를 포함하고,
   상기 기상레이더에서 상기 단일 구역 관측과 상기 다중 구역 관측에서 설정된 각 그리드별 관측영역을 이동하면서 관측을 수행하면 상기 기상데이터 처리부에서 상기 다중 구역 관측에 대한 관측데이터를 콘볼루션하여 인접한 관측영역 사이의 상관도를 추출하며, 상기 상관도를 토대로 단일 구역 관측과 다중 구역 관측에서 설정된 각 그리드별 관측영역에 대한 관측 오류를 줄일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 검출 방법은,
    상기 기상레이더의 관측범위 내에 설치된 측정부에서, 온도, 습도, 기압, 풍속 또는 이들의 조합을 포함한 환경정보를 측정하는 측정 단계;를 더 포함하며,
    상기 기상데이터 처리부에서, 상기 기상레이더에서 산출한 기상변수와 상기 측정 단계에서 측정한 환경정보의 비교를 토대로 안개 및 미세입자에 관련된 총량, 입자크기, 분포, 밀도, 발달과정, 이동방향 또는 이들의 조합을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수를 이용한 안개 및 미세입자 검출 방법.

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