KR102408345B1 - 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 레이더를 통해 연직 방향으로 전파를 방출하여 바람장을 산출하는 수직 측풍기의 측정 정보에 대한 검증을 위해 바람장으로부터 바람장의 산출 근거가 되는 원시 데이터까지 단계별로 모의한 결과와 상기 수직 측풍기의 단계별 산출 결과를 비교하여 상기 수직 측풍기의 단계별 산출 결과를 검증하고 오차가 발생한 단계를 확인 및 수정할 수 있도록 지원하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 수직 측풍기의 정확도 및 신뢰도를 용이하게 검증할 수 있도록 지원함과 아울러 오류 발생시 수직 측풍기의 오류 발생 부분에 대한 정확한 식별 및 오류 정정이 이루어지도록 지원하는 효과가 있다.

Description

수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템 및 방법{Simulation system and method for verification of wind profiler}

본 발명은 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 레이더를 통해 연직 방향으로 전파를 방출하여 바람장을 산출하는 수직 측풍기의 측정 정보에 대한 검증을 위해 바람장으로부터 바람장의 산출 근거가 되는 원시 데이터까지 단계별로 모의한 결과와 상기 수직 측풍기의 단계별 산출 결과를 비교하여 상기 수직 측풍기의 단계별 산출 결과를 검증하고 오차가 발생한 단계를 확인 및 수정할 수 있도록 지원하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수직 측풍기(wind profiler)는 특정 밴드(일례로, VHF-UHF(30 MHz ∼ 3 GHz) 밴드)를 사용하여 대기 중 요란에 의하여 발생하는 산란 신호(브래그 산란)의 도플러 변이를 측정하여 시선 방향의 공기속도를 측정하는 장비이다.

이러한 수직 측풍기는, 전파를 송신 및 수신하는 송수신 모듈이 구비된 안테나가 평면상에 복수로 배열된 위상 배열 안테나를 포함하는 레이더를 구비하며, 각 안테나를 통해 방출되는 전파의 방향 및 세기를 조절하여 일반적으로 3개의 레이더빔이나 5개의 레이더 빔(수직, 동, 서, 남 북)을 형성하고, 이러한 복수의 레이더 빔을 통해 대기의 움직임을 입체적으로 관측하여, 상기 안테나로 수신되는 신호를 기초로 요란이 발생하는 산란 형태가 바람과 동일한 속도로 움직인다고 가정하고 바람벡터 u, v, w 정보를 포함하는 바람장을 산출한다.

이때, 상기 수직 측풍기는 상기 레이더를 통해 수신된 원시 신호로부터 원시 데이터인 I/Q 데이터를 생성하며, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거하고 도플러 스펙트럼으로 변환한 후 상기 스펙트럼으로부터 시선속도를 산출하게 되며, 상기 시선 속도를 근거로 바람장을 산출할 수 있다.

그러나, 이러한 수직 측풍기의 바람장 산출 과정은 별도의 검증 과정이 이루어지지 않아 수직 측풍기에서 산출하는 결과의 정확도 및 신뢰도를 보장하기 어려운 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1814039호

본 발명은 레이더를 통해 연직 방향으로 전파를 방출하여 바람장을 산출하는 수직 측풍기의 측정 정보에 대한 검증을 위해 수직 측풍기의 산출 결과인 바람장으로부터 바람장의 산출 근거가 되는 원시 데이터까지 단계별로 모의한 결과와 상기 수직 측풍기의 원시 신호로부터 바람장을 산출하기까지 수행하는 단계별 산출 결과를 단계별로 상호 비교하여 상기 수직 측풍기의 단계별 산출 결과를 단계별로 검증하여 오차가 발생한 단계를 확인 및 수정할 수 있도록 지원함으로써, 수직 측풍기의 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 미리 구비된 복수의 송수신 모듈을 통해 대기로 전파를 방출하여 반사된 전파를 수신하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템은, 상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 상기 복수의 송수신 모듈의 관측 영역을 구성하는 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계와, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거한 후 상기 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계와, 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계 및 상기 격자별 시선 속도를 근거로 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행하는 레이더 신호 처리부와, 외부 장치로부터 상기 수직 측풍기가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하고, 상기 관측 자료에 포함된 바람장을 기초로 상기 격자별로 시선 속도를 모의하여 상기 격자별 모의 시선 속도를 포함하는 제 1 모의값을 산출하며, 상기 레이더 신호 처리부에서 상기 제 3 단계 수행시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값을 기초로 상기 격자별로 상기 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의한 격자별 모의 스펙트럼에 대한 제 2 모의값을 산출하고, 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 제 3 모의값을 산출하는 모의 처리부 및 상기 제 3 모의값을 상기 원시 데이터와 비교하여 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 경우 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 산출 결과인 상기 원시 데이터와 상기 격자별 도플러 스펙트럼와 상기 격자별 시선 속도 및 실제 결과를 각각 상기 제 1 내지 제 3 모의값 및 상기 관측 자료 중 대응되는 어느 하나와 상기 단계별로 비교하여, 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 단계별 비교 결과에 따른 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 오류 발생 단계가 하나 이상 존재시 상기 하나 이상의 오류 발생 단계에 대한 오류 정보를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 레이더 신호 처리부는, 상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계를 수행하는 신호 분석부와, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거하고 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계를 수행하는 품질 관리부와, 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계를 수행하는 모멘트 생성부 및 상기 격자별 시선 속도를 근거로 격자별로 x축 방향 성분인 u 성분과 y축 방향 성분인 v 성분 및 z축 방향 성분인 w 성분이 포함된 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행하는 기상변수 산출부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 하나 이상의 오류 발생 단계를 식별하고, 상기 오류 발생 단계별로 상기 신호 분석부와 품질 관리부와 모멘트 생성부 및 기상 변수 산출부 중 상기 오류 발생 단계를 수행하는 구성부에 대한 정보가 포함된 오류 정보를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 속성은 스펙트럼 세기, 시선 속도, 스펙트럼 폭, 신호 대 잡음비를 결정하기 위한 잡음 수준 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 모의 처리부는, 외부 장치로부터 상기 수직 측풍기가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하는 통신부와, 상기 통신부를 통해 수신된 상기 관측 자료에 포함되는 바람장으로부터 격자별로 설정된 u 성분, v 성분 및 w 성분에 따라 상기 격자별로 시선속도를 모의하여 상기 격자별로 모의된 시선속도를 포함하는 상기 제 1 모의값을 산출하는 모멘트 모의부와, 상기 모멘트 생성부에서 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도 산출시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값를 기초로 상기 격자별로 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의하여, 격자별 모의 스펙트럼을 포함하는 상기 제 2 모의값을 산출하는 품질 모의부 및 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 모의 원시 데이터인 상기 제 3 모의값을 산출하는 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 통신부는 수치모델(Numerical Weather Prediction, NWP) 3차원 바람장 또는 라디오존데(sounding) 관측자료를 상기 관측 자료로 수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 모멘트 모의부는 상기 관측 자료에 포함된 3차원 바람 성분을 이용하여 상기 관측 영역을 구성하는 격자별로 시선속도를 산출하고, 미리 설정된 상기 수직 측풍기의 하드웨어 정보를 기초로 상기 수직 측풍기의 관측 반경 내 레이더 빔을 모의하여 상기 모의된 레이더 빔을 통해 시선 속도를 상기 격자별로 계산한 후 상기 격자별로 상기 관측 자료에 따른 시선속도와 상기 모의된 레이더 빔에 따른 시선 속도를 기초로 평균 시선 속도를 산출하며, 상기 격자별 평균 시선 속도를 각각 모의 시선 속도로 포함하는 제 1 모의값을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 품질 모의부는 상기 격자별로

를 통해 상기 도플러 파워 스펙트럼 S(v)를 산출하고, 상기 P는 스펙트럼 세기이고, 상기 v는 시선속도, v₀는 모의 시선속도, σ는 스펙트럼 폭이며,

를 통해 잡음 수준 N을 산출하며, 상기 S_k는 대기 신호이고, 상기 n은 이산 스펙트럼의 지표(Index) 수이고,

를 통해 모의 스펙트럼 P_k를 산출하며, 상기 X_k는 0과 1사이에 분포하는 균일 랜덤 변수인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 신호 생성부는 상기 격자별로 얻어진 상기 모의 스펙트럼 P_k를

에 적용하여 격자별로 I/Q 데이터를 모의한 모의 I/Q 데이터인 I(i)와 Q(i)를 산출하고, 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 상기 제 3 모의값을 생성하며, 상기 θ_k는 0과 2π사이에 분포하는 균일 랜덤 변수인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 미리 구비된 복수의 송수신 모듈을 통해 대기로 전파를 방출하여 반사된 전파를 수신하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 방법은, 레이더 신호 처리부를 통해, 상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 상기 복수의 송수신 모듈의 관측 영역을 구성하는 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계와, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거한 후 상기 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계와, 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계 및 상기 격자별 시선 속도를 근거로 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행하는 과정과, 모의 처리부를 통해, 외부 장치로부터 상기 수직 측풍기가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하고, 상기 관측 자료에 포함된 바람장을 기초로 상기 격자별로 시선 속도를 모의하여 상기 격자별 모의 시선 속도를 포함하는 제 1 모의값을 산출하며, 상기 레이더 신호 처리부에서 상기 제 3 단계 수행시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값을 기초로 상기 격자별로 상기 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의한 격자별 모의 스펙트럼에 대한 제 2 모의값을 산출하고, 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 제 3 모의값을 산출하는 과정 및 제어부를 통해, 상기 제 3 모의값을 상기 원시 데이터와 비교하여 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 경우 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 산출 결과인 상기 원시 데이터와 상기 격자별 도플러 스펙트럼와 상기 격자별 시선 속도 및 실제 결과를 각각 상기 제 1 내지 제 3 모의값 및 상기 관측 자료 중 대응되는 어느 하나와 상기 단계별로 비교하여, 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 단계별 비교 결과에 따른 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 오류 발생 단계가 하나 이상 존재시 상기 하나 이상의 오류 발생 단계에 대한 오류 정보를 생성하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명은 수직 측풍기가 레이더를 구성하는 복수의 송수신 모듈을 통해 수신한 원시 데이터로부터 바람장을 산출하는 계산 과정을 역산하는 방식으로 외부 장치로부터 수신되는 상기 수직 측풍기가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 기초로 상기 수직 측풍기의 상기 계산 과정에서 발생하는 단계별 산출 결과와 각각 대응되는 단계별 대응 결과를 모의하고, 상기 단계별 산출 결과와 단계별 대응 결과를 상호 비교하여 단계별로 산출 결과의 오류 여부를 검출할 수 있으며, 오류가 발생한 산출 결과에 대응되는 오류 발생 단계와 해당 오류 발생 단계를 수행하는 수직 측풍기를 구성하는 구성부에 대한 오류 정보를 제공하여 수직 측풍기의 정확도 및 신뢰도를 용이하게 검증할 수 있도록 지원함과 아울러 오류 발생시 수직 측풍기의 오류 발생 부분에 대한 정확한 식별 및 오류 정정이 이루어지도록 지원하는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 수직 측풍기의 구성 및 동작에 대한 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템의 구성도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템의 동작 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 방법에 대한 순서도.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 상세 실시예를 설명한다.

설명에 앞서, 도 1에 도시된 바와 같이 수직 측풍기(wind profiler)(1)는 각각이 레이더(radar)(레이더의 안테나)로서 동작하는 복수의 송수신 모듈을 포함(구비)하고, 상기 복수의 송수신 모듈 각각을 통해 전파를 대기로 방출하며, 상기 대기의 목표물로부터 반사되는 전파를 수신하여 수신되는 전파의 도플러 편이(Doppler shift)를 이용하여 바람의 속도를 측정하고, 이를 통해 상기 수직 측풍기(1)에 의해 관측되는 관측 영역의 바람장을 산출한다.

이때, 도시된 바와 같이 상기 수직 측풍기(1)에 구성된 상기 복수의 송수신 모듈이 위상 배열 안테나를 구성하게 된다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 수직 측풍기(1)는 상기 복수의 송수신 모듈 각각에서 방출되는 전파의 방향과 세기를 조절하여 상기 복수의 송수신 모듈이 형성하는 레이더 빔(radar beam)의 지향각과 거리를 조정할 수 있으며, 이를 통해 3차원 공간 상의 관측 영역에 대한 바람장을 산출할 수 있다.

본 발명은 이러한 수직 측풍기(1)가 산출하는 바람장의 산출 과정에 대한 검증을 수행하여 상기 수직 측풍기(1)의 바람장 산출 과정에서 오류가 발생하는지 검증할 수 있도록 지원함과 아울러 오류가 발생한 동작 단계와 해당 동작 단계를 수행하는 수직 측풍기(1)에 구성된 구성부에 대한 정보를 제공하여 수직 측풍기(1)의 산출 결과에 대한 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있도록 지원하는데, 이를 이하 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직 측풍기(1)의 검증을 위한 모의 시스템(이하, 모의 시스템)의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모의 시스템은 도시된 바와 같이 수직 측풍기(1)에 구성되는 레이더 신호 처리부(110)와 모의 처리부(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 레이더 신호 처리부(110) 이외에 상기 모의 처리부(120) 및 제어부(130)는 상기 수직 측풍기(1)와 별도의 구성부로서 구성될 수도 있으며, 상기 수직 측풍기(1)를 구성하는 구성부로 구성될 수도 있다.

우선, 상기 레이더 신호 처리부(110)는, 상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 상기 복수의 송수신 모듈의 관측 영역을 구성하는 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계를 수행하고, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거한 후 상기 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계를 수행하며, 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계 및 상기 격자별 시선 속도를 근거로 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행할 수 있다.

이때, 상기 관측 영역과 상기 격자 설정에 대한 정보는 상기 레이더 신호 처리부(110)에 미리 설정될 수 있다.

또한, 상기 모의 처리부(120)는 외부 장치로부터 상기 수직 측풍기(1)가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하고, 상기 관측 자료에 포함된 바람장을 기초로 상기 격자별로 시선 속도를 모의하여 상기 격자별 모의 시선 속도를 포함하는 제 1 모의값을 산출하며, 상기 레이더 신호 처리부(110)에서 상기 제 3 단계 수행시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값을 기초로 상기 격자별로 상기 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의한 격자별 모의 스펙트럼에 대한 제 2 모의값을 산출하고, 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 제 3 모의값을 산출할 수 있다.

즉, 상기 모의 처리부(120)는 상기 레이더 신호 처리부(110)가 원시 데이터로부터 바람장을 산출하는 계산 과정을 역산하여 외부 장치로부터 수신된 바람장으로부터 상기 원시 데이터를 모의하는 과정을 수행한다.

또한, 상기 제어부(130)는 상기 레이더 신호 처리부(110) 및 모의 처리부(120)와 연동하거나 상호 통신할 수 있으며, 상기 제 3 모의값을 상기 원시 데이터와 비교하여 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 경우 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 산출 결과인 상기 원시 데이터와 상기 격자별 도플러 스펙트럼와 상기 격자별 시선 속도 및 실제 결과를 각각 상기 제 1 내지 제 3 모의값 및 상기 관측 자료 중 대응되는 어느 하나와 상기 단계별로 비교하여, 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 단계별 비교 결과에 따른 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 오류 발생 단계가 하나 이상 존재시 상기 하나 이상의 오류 발생 단계에 대한 오류 정보를 생성할 수 있다.

이때, 상기 제어부(130)는 상기 하나 이상의 오류 발생 단계 각각에 대해 오류 정보를 생성할 수도 있다.

즉, 상기 제어부(130)는 상기 레이더 신호 처리부(110)가 원시 데이터로부터 바람장을 산출하는 계산 과정을 구성하는 제 1 내지 제 4 단계를 포함하는 단계별 산출 결과를 상기 계산 과정을 역산하는 방식으로 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 대응 결과를 산출하는 모의 처리부(120)로부터 수신된 상기 단계별 대응 결과와 상호 비교하여 단계별 산출 결과의 오류 여부를 판단 및 검증할 수 있으며, 오류가 발생한 산출 결과에 대응되는 오류 발생 단계에 대한 정보를 제공하여 오류 정정이 이루어지도록 지원할 수 있다.

이때, 상기 제어부(130)는 상기 오류 정보를 검증 결과 정보로 제공하거나, 오류가 발생한 단계별로 생성한 오류 정보를 포함하는 검증 결과 정보를 생성하여 제공할 수도 있다.

상술한 구성을 토대로, 상기 레이더 신호 처리부(110)와, 모의 처리부(120) 및 제어부(130)의 상세 구성과 상세 동작 구성을 설명한다.

상기 레이더 신호 처리부(110)는 신호 분석부(111)와, 품질 관리부(112)와, 모멘트 생성부(113) 및 기상변수 산출부(114)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선, 상기 신호 분석부(111)는, 상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 기초로 상기 관측 영역을 구성하는 격자별로 I/Q 데이터(In-phase and Quadrature data)로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계를 수행할 수 있다.

또한, 상기 품질 관리부(112)는, 상기 신호 분석부(111)로부터 제공된 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거하고 상기 격자별로 도플러 스펙트럼(Doppler spectrum)으로 변환하는 제 2 단계를 수행할 수 있다.

또한, 상기 모멘트 생성부(113)는, 상기 품질 관리부(112)로부터 제공된 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계를 수행할 수 있다.

또한, 상기 기상변수 산출부(114)는, 상기 격자별 시선 속도를 근거로 격자별로 x축 방향 성분인 u 성분과 y축 방향 성분인 v 성분 및 z축 방향 성분인 w 성분이 포함된 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행할 수 있다.

이때, 상기 u 성분, v 성분 및 w 성분은 각각 바람벡터를 의미할 수 있으며, 각각 풍향 및 풍속을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 레이더 신호 처리부(110)의 구성을 통해 수직 측풍기(1)는 상기 복수의 송수신 모듈을 이용하여 측정한 바람장에 대한 실제 결과를 산출할 수 있다.

한편, 상기 모의 처리부(120)는 상기 수직 측풍기(1)가 상기 실제 결과를 산출하는 과정 및 상기 실제 결과를 검증하여 상기 수직 측풍기(1)의 실질적인 동작을 수행하는 레이더 신호 처리부(110)에 대한 오류 검증을 수행할 수 있는데, 이를 상세히 설명한다.

우선, 상기 모의 처리부(120)는 통신부(121)와, 모멘트 모의부(122), 품질 모의부(123) 및 신호 생성부(124)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 통신부(121)는 외부 장치로부터 상기 수직 측풍기(1)가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신할 수 있다.

이때, 상기 통신부(121)는 상기 외부 장치로부터 수치모델(Numerical Weather Prediction, NWP) 3차원 바람장 또는 라디오존데(Radiosonde) 관측자료를 상기 관측 자료로 수신할 수 있으며, 본 발명에서 설명하는 관측 자료는 상기 외부 장치에 의해 측정된 바람장에 대한 관측 정보를 의미할 수 있다.

또한, 상기 모멘트 모의부(122)는 상기 통신부(121)를 통해 수신된 상기 관측 자료에 포함되는 바람장으로부터 격자별로 설정된 u 성분, v 성분 및 w 성분에 따라 상기 격자별로 시선속도를 모의하여 상기 격자별로 모의된 시선속도를 포함하는 상기 제 1 모의값을 산출할 수 있다.

이에 대한 일례로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 모멘트 모의부(122)는 도 4에 도시된 NWP 기반으로 측정된 바람장에 대한 관측 자료를 상기 통신부(121)로부터 수신하면, 상기 관측 자료에 격자별로 포함된 바람 성분인 u 성분과 v 성분 및 w 성분을 기초로 격자별 시선 속도를 계산한다.

또한, 상기 모멘트 모의부(122)는, 미리 설정된 상기 수직 측풍기(1)의 하드웨어 정보(레이더(복수의 송수신 모듈) 설정 정보)를 기초로 상기 수직 측풍기(1)의 관측 반경 내 레이더 빔(radar beam)을 모의하여 상기 모의된 레이더 빔을 통해 시선 속도를 상기 격자별로 계산한 후 격자별로 얻어진 시선 속도를 대응되는 격자에 내삽(삽입)할 수 있다.

또한, 상기 모멘트 모의부(122)는, 상기 격자별로 상기 관측 자료에 따른 시선속도와 상기 모의된 레이더 빔에 따른 시선 속도를 기초로 평균 시선 속도를 산출하며, 상기 격자별 평균 시선 속도를 각각 모의 시선 속도로 포함하는 제 1 모의값을 산출할 수 있다.

이때, 상기 모멘트 모의부(122)는 상기 수직 측풍기(1)에 구성된 복수의 송수신 모듈을 통해 생성되는 레이더 빔을 모의하여 상기 격자별 시선 속도 계산시, 상기 격자별로 상기 레이더 빔의 관측 영역을 벗어난 관측 영역 외부의 목표물로부터 반사된 전파로 인해 발생하는 접힘 노이즈를 상기 시선 속도 계산에서 제외하여 상기 시선 속도 계산에 대한 정확도를 높일 수 있다.

또한, 상기 품질 모의부(123)는 상기 모멘트 생성부(113)와 연동하여, 상기 모멘트 생성부(113)에서 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도 산출시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값를 기초로 상기 격자별로 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의하여 모의 스펙트럼을 생성하고, 상기 격자별 모의 스펙트럼을 포함하는 상기 제 2 모의값을 산출할 수 있다.

이때, 상기 품질 모의부(123)의 모의 스펙트럼 산출 과정을 상세히 설명하면, 상기 품질 모의부(123)에는 모의 스펙트럼을 생성하기 위해 스펙트럼 세기, 시선속도, 스펙트럼 폭과 같은 모멘트 자료와 스펙트럼의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 결정하기 위한 잡음 수준을 포함하는 복수의 속성이 미리 설정될 수 있다.

또한, 상기 품질 모의부(123)는 상기 모멘트 생성부(113)와 연동하여, 상기 모멘트 생성부(113)에서 상기 도플러 스펙트럼으로부터 상기 시선 속도 산출시 생성한 상기 복수의 속성별 파라미터를 상기 모멘트 생성부(113)의 시선 속도 산출시 상기 모멘트 생성부(113)로부터 격자별로 수신할 수 있으며, 상기 모멘트 모의부(122)가 모의한 모의 시선 속도가 포함된 제 1 모의값을 상기 모멘트 모의부(122)로부터 수신할 수 있다.

이때, 상기 스펙트럼 세기와 폭 그리고 잡음 수준 또는 SNR 값은 임의의 값으로 설정이 가능하다.

또한, 상기 품질 모의부(123)는, 상기 격자별로 상기 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의하기 위해 대기 신호의 도플러 파워 스펙트럼 S(v)를 가우스 함수 분포(Gaussian Distribution)로 가정하여 하기 수학식 1을 통해 산출한다.

이때, 상기 P는 스펙트럼 세기이고, 상기 v는 시선속도, v₀는 모의 시선속도, σ는 스펙트럼 폭이다. 이때, 상기 v는 상기 모멘트 생성부(113)에 의해 생성된(산출된) 시선 속도를 의미할 수 있다.

다음, 상기 품질 모의부(123)는 대기의 잡음 신호를 백색 잡음으로 가정하여 잡음 수준(N)과 SNR 중 하나가 주어졌을 경우 아래의 수학식 2로부터 다른 하나를 연산할 수 있다.

이때, 상기 S_k는 대기 신호이고, 상기 n은 이산 스펙트럼의 지표(Index) 수이다.

모의 스펙트럼(P_k)은 대기 신호(S_k)와 잡음 수준(N)의 합으로 이루어질 수 있으며 지수 분포를 가지기 때문에, 상기 품질 모의부(123)는 그 확률 밀도 함수를 대기 신호의 도플러 파워 스펙트럼과 잡음 수준을 이용하여 하기 수학식 3을 통해 산출할 수 있다.

또한, 상기 품질 모의부(123)는, 0과 1 사이에서 분포하는 균일 랜덤 변수(X_k)를 이용하여 누적 확률 분포의 역함수를 통해 지수 분포를 도출해 낼 수 있기 때문에, 이를 위해 다음의 수학식 4를 이용한다.

또한, 상기 품질 모의부(123)는 상기 수학식 4에서 좌변을 0에서 P_k로 적분하고, 우변을 0에서 X_k로 적분한 뒤 정리하면 하기 수학식 5를 통해 모의 스펙트럼 P_k를 얻을 수 있다.

상술한 바에 따라, 상기 품질 모의부(123)는, 상기 수학식 1 내지 5를 격자별로 적용하여 격자별로 모의 시선 속도에 대응되는 모의 스펙트럼을 산출할 수 있으며, 상기 격자별 모의 스펙트럼을 포함하는 제 2 모의값을 산출(생성)할 수 있다.

이때, 상기 품질 모의부(123)는 격자별로 모의 스펙트럼 산출시 상술한 바에 따른 비간섭적분(Incoherent Integration)을 통한 모의 횟수를 미리 설정된 횟수만큼 반복 수행할 수 있으며, 이를 통해 도 6(a)에 도시된 바와 같이 적은 수의 모의 횟수로 모의한 모의 스펙트럼은 피크 및 잡음의 변동 폭이 크게 나타나지만 이러한 모의 횟수를 증가시켜 도 6(b)에 도시된 바와 같이 잡음의 변동성을 줄일 수 있으면서도 스펙트럼 첨두를 뚜렷하게 하여 원본 스펙트럼과 비교 가능할 정도로 유사하게 모의 스펙트럼을 산출할 수 있다.

또한, 상기 신호 생성부(124)는, 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 모의 데이터(모의 원시 데이터)인 상기 제 3 모의값을 산출할 수 있다.

일례로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 신호 생성부(124)는, 격자별로 얻어진 개별 모의 스펙트럼을 하기 수학식 6에 따른 상기 역 이산 푸리에 변환을 통해 격자별로 I/Q 데이터를 모의한 모의 I/Q 데이터인 I(i)와 Q(i)를 산출할 수 있으며, 상기 격자별로 산출된 모의 I/Q 데이터를 포함하는 모의 원시 데이터인 상기 제 3 모의값을 생성할 수 있다.

이때, 상기 θ_k는 0과 2π사이에 분포하는 균일 랜덤 변수일 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 모의 처리부(120)는 상기 레이더 신호 처리부(110)가 원시 데이터로부터 바람장을 산출하는 계산 과정을 구성하는 제 1 내지 제 4 단계를 포함하는 단계별 산출 결과 각각에 대응되어 상기 계산 과정을 역산하는 방식으로 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 대응 결과를 획득할 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(130)는 상기 레이더 신호 처리부(110) 및 상기 모의 처리부(120)와 연결되어 상기 레이더 신호 처리부(110)의 단계별 산출 결과를 상기 레이더 신호 처리부(110)로부터 수신하고, 상기 단계별 산출결과와 각각 대응되는 단계별 대응 결과를 상기 모의 처리부(120)로부터 수신할 수 있으며, 상기 단계별 산출 결과와 단계별 대응 결과를 동일 데이터 종류끼리 비교하여 오류 여부를 검증할 수 있다.

일례로, 상기 제어부(130)는 상기 레이더 신호 처리부(110)로부터 단계별 산출 결과로서 상기 제 1 단계의 수행에 따른 산출 결과인 원시 데이터와, 상기 제 2 단계의 수행에 따른 산출 결과인 격자별 도플러 스펙트럼과, 상기 제 3 단계의 수행에 따른 산출 결과인 격자별 시선 속도 및 상기 제 4 단계의 수행에 따른 바람장에 대한 실제 결과를 수신할 수 있다.

이때, 상기 원시 데이터, 격자별 도플러 스펙트럼, 격자별 시선 속도 및 실제 결과는 각각 서로 다른 데이터 종류로 상기 제어부(130)에 정의될 수 있다.

또한, 상기 제어부(130)는 상기 모의 처리부(120)로부터 상기 레이더 신호 처리부(110)의 계산 과정을 역산한 단계별 대응 결과로서, 상기 제 4 단계의 실제 결과에 대응되며 외부 장치로부터 수신한 바람장에 대한 관측 자료와, 상기 제 3 단계의 격자별 시선 속도에 대응되며 관측 자료로부터 격자별 시선 속도를 모의한 모의 수행에 따른 모의 결과인 격자별 모의 시선 속도에 대한 제 1 모의값과, 상기 제 2 단계의 격자별 도플러 스펙트럼에 대응되며 격자별 모의 시선 속도로부터 격자별 도플러 스펙트럼을 모의한 모의 수행에 따른 모의 결과인 격자별 모의 스펙트럼에 대한 제 2 모의값 및 상기 제 1 단계의 원시 데이터에 대응되며 격자별 모의 스펙트럼으로부터 상기 원시 데이터를 모의한 모의 수행에 따른 모의 결과인 모의 원시 데이터에 대한 제 3 모의값을 수신할 수 있다.

이때, 상기 관측 자료와 동일한 데이터 종류의 데이터는 상기 실제 결과로 상기 제어부(130)에 정의될 수 있으며, 상기 격자별 모의 시선 속도를 포함하는 제 1 모의값과 동일한 데이터 종류의 데이터는 상기 격자별 시선 속도로 상기 제어부(130)에 정의될 수 있고, 상기 격자별 모의 스펙트럼을 포함하는 제 2 모의값과 동일한 데이터 종류의 데이터는 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로 상기 제어부(130)에 정의될 수 있으며, 상기 모의 원시 데이터인 제 3 모의값과 동일한 데이터 종류의 데이터는 상기 원시 데이터로 상기 제어부(130)에 정의될 수 있다.

또한, 이러한 데이터 종류의 정의에 대한 정보를 포함하면서 상기 데이터 종류별로 상기 레이더 신호 처리부(110) 및 상기 모의 처리부(120)의 대응되는 구성부에 대한 정보가 매칭된 설정 정보가 상기 제어부(130)에 설정될 수 있다.

이에 따라, 상기 제어부(130)는 상기 레이더 신호 처리부(110)로부터 단계별 산출 결과가 수신되고, 상기 모의 처리부(120)로부터 단계별 대응 결과가 수신되면, 상기 단계별 산출 결과에 포함된 원시 데이터와 상기 단계별 대응 결과에 포함된 모의 원시 데이터인 제 3 모의값을 우선 비교하여, 상기 원시 데이터와 제 3 모의값의 비교에 따른 오차가 미리 설정된 기준치 이상인지 판단할 수 있다.

상기 제어부(130)는 상기 원시 데이터와 제 3 모의값의 비교에 따른 판단 결과 오차가 미리 설정된 기준치 미만인 경우 상기 수직 측풍기(1)에 포함된 레이더 신호 처리부(110)의 동작 상태를 정상으로 판단할 수 있으며, 이에 대한 알림 정보를 생성하여 별도의 출력부나 상기 수직 측풍기(1)에 구성된 출력부를 통해 제공할 수 있다.

한편, 상기 제어부(130)는 상기 원시 데이터와 제 3 모의값의 비교에 따른 판단 결과 오차가 미리 설정된 기준치 이상이면, 상기 레이더 신호 처리부(110)의 동작에 이상이 발생한 것으로 판단하고 후속 과정을 진행할 수 있다.

이러한 후속 과정에 대한 일례로서, 상기 제어부(130)는 상기 설정 정보를 기초로 상기 레이더 신호 처리부(110)의 단계별 산출 결과를 상기 모의 처리부(120)의 단계별 대응 결과와 동일한 데이터 종류끼리 비교하여, 비교 결과 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 산출 결과인 상기 원시 데이터와 상기 격자별 도플러 스펙트럼와 상기 격자별 시선 속도 및 실제 결과 중 데이터 종류에 따라 대응되는 단계별 대응 결과와 오차가 미리 설정된 기준치 이상 발생한 단계별 산출 결과를 오류 발생 결과로서 하나 이상 식별할 수 있다.

이때, 상기 제어부(130)에는 상기 데이터 종류별로 오류 발생 기준에 대한 오차 범위가 미리 설정될 수 있으며, 서로 다른 데이터 종류 상호 간 서로 다른 오류 발생 기준이 설정될 수도 있다.

또한, 상기 제어부(130)는 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 식별된 오류 발생 결과에 대응되는 오류 발생 단계를 상기 설정 정보를 기초로 식별할 수 있다.

이때, 상기 오류 발생 단계는 오류가 발생한 데이터 종류일 수도 있다.

또한, 상기 제어부(130)는 상기 오류 발생 단계에 대한 오류 정보를 생성하고, 상기 오류 정보를 포함하는 검증 결과 정보를 생성할 수 있으며, 상기 검증 결과 정보를 상기 수직 측풍기(1)에 구성되거나 별도 장치로 구성된 출력부를 통해 출력하거나 제공할 수 있다.

이때, 상기 제어부(130)는 상기 설정 정보를 기초로 상기 레이더 신호 처리부(110)를 구성하는 신호 분석부(111), 품질 관리부(112), 모멘트 생성부(113) 및 기상변수 산출부(114) 중 오류 발생 단계를 수행하는 구성부에 대한 정보가 포함된 오류 정보를 생성할 수 있다.

또한, 상기 제어부(130)는 상기 단계별 비교 결과에 따른 오류 발생 결과가 하나 이상 서로 다른 데이터 종류에서 발생한 경우 상기 하나 이상의 오류 발생 결과와 각각 대응되는 오류 정보를 하나 이상 생성하고, 상기 하나 이상의 오류 정보를 포함하는 검증 결과 정보를 생성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 수직 측풍기(1)가 레이더를 구성하는 복수의 송수신 모듈을 통해 수신한 원시 데이터로부터 바람장을 산출하는 계산 과정을 역산하는 방식으로 외부 장치로부터 수신되는 상기 수직 측풍기(1)가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 기초로 상기 수직 측풍기(1)의 상기 계산 과정에서 발생하는 단계별 산출 결과와 각각 대응되는 단계별 대응 결과를 모의하고, 상기 단계별 산출 결과와 단계별 대응 결과를 상호 비교하여 단계별로 산출 결과의 오류 여부를 검출할 수 있으며, 오류가 발생한 산출 결과에 대응되는 오류 발생 단계와 해당 오류 발생 단계를 수행하는 수직 측풍기(1)를 구성하는 구성부에 대한 오류 정보를 제공하여 수직 측풍기(1)의 정확도 및 신뢰도를 용이하게 검증할 수 있도록 지원함과 아울러 오류 발생시 수직 측풍기(1)의 오류 발생 부분에 대한 정확한 식별 및 오류 정정이 이루어지도록 지원할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 미리 구비된 복수의 송수신 모듈을 통해 대기로 전파를 방출하여 반사된 전파를 수신하는 수직 측풍기(1)의 검증을 위한 모의 방법에 대한 순서도이다.

도시된 바와 같이, 레이더 신호 처리부(110)를 통해, 상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 상기 복수의 송수신 모듈의 관측 영역을 구성하는 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계와, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거한 후 상기 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계와, 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계 및 상기 격자별 시선 속도를 근거로 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행하는 과정을 수행한다(S1).

다음, 모의 처리부(120)를 통해, 외부 장치로부터 상기 수직 측풍기(1)가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하고, 상기 관측 자료에 포함된 바람장을 기초로 상기 격자별로 시선 속도를 모의하여 상기 격자별 모의 시선 속도를 포함하는 제 1 모의값을 산출하며, 상기 레이더 신호 처리부(110)에서 상기 제 3 단계 수행시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값을 기초로 상기 격자별로 상기 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의한 격자별 모의 스펙트럼에 대한 제 2 모의값을 산출하고, 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 제 3 모의값을 산출하는 과정을 수행한다(S2).

이후, 제어부(130)를 통해, 상기 제 3 모의값을 상기 원시 데이터와 비교하여 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 경우(S3) 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 산출 결과인 상기 원시 데이터와 상기 격자별 도플러 스펙트럼와 상기 격자별 시선 속도 및 실제 결과를 각각 상기 제 1 내지 제 3 모의값 및 상기 관측 자료 중 대응되는 어느 하나와 상기 단계별로 비교하여, 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 단계별 비교 결과에 따른 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 오류 발생 단계가 하나 이상 존재시 상기 하나 이상의 오류 발생 단계에 대한 오류 정보를 생성하는 과정을 수행한다(S4).

이때, 상기 제어부(130)는 하나 이상의 오류 발생 단계별로 오류 정보를 생성하고, 상기 오류 발생 단계별로 생성된 오류 정보를 포함하는 검증 결과 정보를 생성하여 제공할 수 있다.

본 명세서에 기술된 다양한 장치 및 구성부는 하드웨어 회로(예를 들어, CMOS 기반 로직 회로), 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 전기적 구조의 형태로 트랜지스터, 로직게이트 및 전자회로를 활용하여 구현될 수 있다.

예를 들어, 상기 레이더 신호 처리부(110), 모의 처리부(120) 및 제어부(130)는 각각 RAM, ROM, CPU(또는 MCU), GPU, 버스 등을 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다.

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 수직 측풍기 110: 레이더 신호 처리부
111: 신호 분석부 112: 품질 관리부
113: 모멘트 생성부 114: 기상변수 산출부
120: 모의 처리부 121: 통신부
122: 모멘트 모의부 123: 품질 모의부
124: 신호 생성부 130: 제어부

Claims (10)

1. 미리 구비된 복수의 송수신 모듈을 통해 대기로 전파를 방출하여 반사된 전파를 수신하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템에 있어서,
   상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 상기 복수의 송수신 모듈의 관측 영역을 구성하는 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계와, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거한 후 상기 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계와, 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계 및 상기 격자별 시선 속도를 근거로 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행하는 레이더 신호 처리부;
   외부 장치로부터 상기 수직 측풍기가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하고, 상기 관측 자료에 포함된 바람장을 기초로 상기 격자별로 시선 속도를 모의하여 격자별 모의 시선 속도를 포함하는 제 1 모의값을 산출하며, 상기 레이더 신호 처리부에서 상기 제 3 단계 수행시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값을 기초로 상기 격자별로 상기 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의한 격자별 모의 스펙트럼에 대한 제 2 모의값을 산출하고, 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 제 3 모의값을 산출하는 모의 처리부; 및
   상기 제 3 모의값을 상기 원시 데이터와 비교하여 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 경우 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 산출 결과인 상기 원시 데이터와 상기 격자별 도플러 스펙트럼과 상기 격자별 시선 속도 및 실제 결과를 각각 상기 제 1 내지 제 3 모의값 및 상기 관측 자료 중 대응되는 어느 하나와 상기 단계별로 비교하여, 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 단계별 비교 결과에 따른 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 오류 발생 단계가 하나 이상 존재시 상기 하나 이상의 오류 발생 단계에 대한 오류 정보를 생성하는 제어부
   를 포함하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 레이더 신호 처리부는,
   상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계를 수행하는 신호 분석부;
   상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거하고 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계를 수행하는 품질 관리부;
   상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계를 수행하는 모멘트 생성부; 및
   상기 격자별 시선 속도를 근거로 격자별로 x축 방향 성분인 u 성분과 y축 방향 성분인 v 성분 및 z축 방향 성분인 w 성분이 포함된 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행하는 기상변수 산출부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 하나 이상의 오류 발생 단계를 식별하고, 상기 오류 발생 단계별로 상기 신호 분석부와 품질 관리부와 모멘트 생성부 및 기상 변수 산출부 중 상기 오류 발생 단계를 수행하는 구성부에 대한 정보가 포함된 오류 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 속성은 스펙트럼 세기, 시선 속도, 스펙트럼 폭, 신호 대 잡음비를 결정하기 위한 잡음 수준 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 모의 처리부는,
   외부 장치로부터 상기 수직 측풍기가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하는 통신부;
   상기 통신부를 통해 수신된 상기 관측 자료에 포함되는 바람장으로부터 격자별로 설정된 u 성분, v 성분 및 w 성분에 따라 상기 격자별로 시선속도를 모의하여 상기 격자별로 모의된 시선속도를 포함하는 상기 제 1 모의값을 산출하는 모멘트 모의부;
   상기 모멘트 생성부에서 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 상기 격자별 시선 속도 산출시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값를 기초로 상기 격자별로 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의하여, 격자별 모의 스펙트럼을 포함하는 상기 제 2 모의값을 산출하는 품질 모의부; 및
   상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 모의 원시 데이터인 상기 제 3 모의값을 산출하는 신호 생성부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 통신부는 수치모델(Numerical Weather Prediction, NWP) 3차원 바람장 또는 라디오존데(Radiosonde) 관측자료를 상기 관측 자료로 수신하는 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 모멘트 모의부는 상기 관측 자료에 포함된 3차원 바람 성분을 이용하여 상기 관측 영역을 구성하는 격자별로 시선속도를 산출하고, 미리 설정된 상기 수직 측풍기의 하드웨어 정보를 기초로 상기 수직 측풍기의 관측 반경 내 레이더 빔을 모의하여 상기 모의된 레이더 빔을 통해 시선 속도를 상기 격자별로 계산한 후 상기 격자별로 상기 관측 자료에 따른 시선속도와 상기 모의된 레이더 빔에 따른 시선 속도를 기초로 평균 시선 속도를 산출하며, 상기 격자별 평균 시선 속도를 각각 모의 시선 속도로 포함하는 제 1 모의값을 산출하는 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 품질 모의부는 상기 격자별로
   

   

   
   를 통해 도플러 파워 스펙트럼 S(v)를 산출하고, 상기 P는 스펙트럼 세기이고, 상기 v는 시선속도, v₀는 모의 시선속도, σ는 스펙트럼 폭이며,
   

   

   
   를 통해 잡음 수준 N을 산출하며, 상기 S_k는 대기 신호이고, 상기 n은 이산 스펙트럼의 지표(Index) 수이고,
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   를 통해 모의 스펙트럼 P_k를 산출하며, 상기 X_k는 0과 1사이에 분포하는 균일 랜덤 변수인 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 신호 생성부는 상기 격자별로 얻어진 상기 모의 스펙트럼 P_k를
   

   

   
   에 적용하여 격자별로 I/Q 데이터를 모의한 모의 I/Q 데이터인 I(i)와 Q(i)를 산출하고, 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 상기 제 3 모의값을 생성하며, 상기 θ_k는 0과 2π사이에 분포하는 균일 랜덤 변수인 것을 특징으로 하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 시스템.
   
10. 미리 구비된 복수의 송수신 모듈을 통해 대기로 전파를 방출하여 반사된 전파를 수신하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 방법에 있어서,
    레이더 신호 처리부를 통해, 상기 복수의 송수신 모듈을 통해 수신된 원시 신호를 상기 복수의 송수신 모듈의 관측 영역을 구성하는 격자별로 I/Q 데이터로 처리하여 상기 격자별 I/Q 데이터를 포함하는 원시 데이터를 생성하는 제 1 단계와, 상기 원시 데이터에서 노이즈를 제거한 후 상기 격자별로 도플러 스펙트럼으로 변환하는 제 2 단계와, 상기 격자별 도플러 스펙트럼으로부터 격자별 시선 속도를 산출하는 제 3 단계 및 상기 격자별 시선 속도를 근거로 연직 프로파일 형태의 바람장에 대한 실제 결과를 산출하는 제 4 단계를 수행하는 과정;
    모의 처리부를 통해, 외부 장치로부터 상기 수직 측풍기가 배치된 위치의 바람장에 대한 관측 자료를 수신하고, 상기 관측 자료에 포함된 바람장을 기초로 상기 격자별로 시선 속도를 모의하여 격자별 모의 시선 속도를 포함하는 제 1 모의값을 산출하며, 상기 레이더 신호 처리부에서 상기 제 3 단계 수행시 생성한 미리 설정된 속성별 파라미터 및 상기 제 1 모의값을 기초로 상기 격자별로 상기 도플러 스펙트럼에 대응되는 스펙트럼을 모의한 격자별 모의 스펙트럼에 대한 제 2 모의값을 산출하고, 상기 제 2 모의값의 역 이산 푸리에 변환을 통해 상기 원시 데이터에 대응되는 제 3 모의값을 산출하는 과정; 및
    제어부를 통해, 상기 제 3 모의값을 상기 원시 데이터와 비교하여 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 경우 상기 제 1 내지 제 4 단계와 각각 대응되는 단계별 산출 결과인 상기 원시 데이터와 상기 격자별 도플러 스펙트럼과 상기 격자별 시선 속도 및 실제 결과를 각각 상기 제 1 내지 제 3 모의값 및 상기 관측 자료 중 대응되는 어느 하나와 상기 단계별로 비교하여, 상기 제 1 내지 제 4 단계 중 상기 단계별 비교 결과에 따른 오차가 미리 설정된 기준치 이상인 오류 발생 단계가 하나 이상 존재시 상기 하나 이상의 오류 발생 단계에 대한 오류 정보를 생성하는 과정
    을 포함하는 수직 측풍기의 검증을 위한 모의 방법.

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