KR102632005B1 - Device for attenuation correction of x-band single polarization radar reflectivity using adjacent multiple terrestrial microwave links and method therefor - Google Patents

Device for attenuation correction of x-band single polarization radar reflectivity using adjacent multiple terrestrial microwave links and method therefor Download PDF

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Abstract

본 발명은 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법에 대한 것으로서, 특히 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법은 강우의 시공간적인 변동을 고려할 수 있는 최적의 감쇠 보정 계수를 결정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법은 특정 마이크로파 링크가 기계적인 원인으로 감쇠 자료를 제공할 수 없을 때에도 안정적으로 감쇠 보정 계수를 계산할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to an X-band single polarization radar reflectivity correction device and method, and particularly to an X-band single polarization radar reflectivity correction device and method using multiple terrestrial communication base station microwaves. The X-band single polarization radar reflectivity correction device and method using a multi-terrestrial communication base station microwave according to the present invention can determine the optimal attenuation correction coefficient that can take into account the spatial and temporal variations of rainfall. In addition, the There is an advantage.

Description

다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법{DEVICE FOR ATTENUATION CORRECTION OF X-BAND SINGLE POLARIZATION RADAR REFLECTIVITY USING ADJACENT MULTIPLE TERRESTRIAL MICROWAVE LINKS AND METHOD THEREFOR}X-band single polarization radar reflectivity correction device and method using multiple terrestrial communication base station microwaves {DEVICE FOR ATTENUATION CORRECTION OF

본 발명은 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법에 대한 것으로서, 특히 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an X-band single polarization radar reflectivity correction device and method, and particularly to an X-band single polarization radar reflectivity correction device and method using multiple terrestrial communication base station microwaves.

레이더(Radio Detection And Ranging, RADAR)는 초기에 군사적 목적으로 사용되어오다 2차 세계대전 이후 수문, 기상 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기상 레이더는 전자기파를 송신하여 목표물(강수입자)에 부딪혀서 후방 산란되어 되돌아오는 전자기파를 수신하여 목표물(강수입자)까지의 거리와 강수입자의 강도를 측정하는 원격관측장비이다. 고출력의 대형 에스(S)밴드 및 씨(C)밴드 레이더는 200km 이상의 관측 반경에서 1km 이상의 공간해상도와 5분에서 10분의 시간해상도를 가지기 때문에 저고도 및 시공간적으로 고해상도의 정밀한 강우 관측에는 기술적 한계가 있다. 이와 달리 소형 엑스(X)밴드 레이더는 전자기파의 파장이 에스밴드와 씨밴드에 비해 상대적으로 짧아서 100m 이하의 공간적인 분해능을 가지며 2분 이하의 시간 주기로 저고도 관측이 가능하여 서울과 같은 도심 지역 및 산악지역에서 국지성 호우 관측에 효과적이다. 2003년 9월에 국립 과학 재단의 후원을 바탕으로 설립된 미국 CASA-ERC(Collaborative Adaptive Sensing of the Atmosphere- Engineering Research Center)센터는 여러 소형 엑스밴드 레이더를 이용하여 저고도를 고해상도로 관측하여 강우 추정 정확성을 향상시켰고, 일본 방재과학기술연구소는 2006년부터 여러 엑스밴드 레이더망을 구축하여 성공적인 도시홍수경보시스템을 구축하였다. 하지만 파장(3cm)이 짧은 엑스밴드 레이더 반사도는 강한 강수에코에 의해 감쇠가 크게 발생하여 해당 강수의 방위각의 후면으로 강수에코 탐지가 불가능하여 반사도 크기를 보정해야 한다. 엑스밴드 이중 편파 레이더의 도입으로 감쇠보정 알고리즘이 개발되고 있으나 본 발명에서는 이미 전세계에 곳곳에 구축된 방송통신데이터 중계용으로 사용되고 있는 지상 통신 기지국(이하, 지상 마이크로파 링크) 마이크로파 감쇠 자료를 이용하여 엑스밴드 단일 편파 레이더의 반사도 감쇠를 보정할 수 있는 방법을 새롭게 제안한다.Radar (Radio Detection And Ranging, RADAR) was initially used for military purposes, but has been used in various fields such as hydrology and meteorology since World War II. Weather radar is a remote observation equipment that transmits electromagnetic waves and receives electromagnetic waves that hit the target (precipitation particles) and return after being backscattered, and measures the distance to the target (precipitation particles) and the intensity of the precipitation particles. High-output large S-band and C-band radars have a spatial resolution of more than 1 km and a temporal resolution of 5 to 10 minutes at an observation radius of more than 200 km, so there are technical limitations in low-altitude and precise rainfall observation with high spatial and temporal resolution. there is. In contrast, the small It is effective for observing localized heavy rain in the area. The U.S. Collaborative Adaptive Sensing of the Atmosphere-Engineering Research Center (CASA-ERC), established in September 2003 with support from the National Science Foundation, uses several small The Japanese Disaster Prevention Science and Technology Research Institute has established a successful urban flood warning system by building several X-band radar networks since 2006. However, the X-band radar reflectivity with a short wavelength (3cm) is greatly attenuated by strong precipitation echoes, making it impossible to detect precipitation echoes behind the azimuth of the precipitation, so the reflectivity size must be corrected. An attenuation correction algorithm is being developed with the introduction of the We propose a new method to correct reflectivity attenuation of band single-polarized radar.

대한민국 등록특허공보 제10-1291980호(2013.07.25. 등록)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1291980 (registered on July 25, 2013)

본 발명의 목적은 강수에 의한 전파 감쇠가 큰 단일 편파 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 보정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a correction device and method for correcting single-polarization X-band radar reflectivity, which has large radio wave attenuation due to precipitation.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood through the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Additionally, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the patent claims.

본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치는, 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력을 수집하고, 마이크로파 링크 주변에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 기상청 자동기상관측장비 (Automatic Weather System, AWS)의 강우 감지기에 기록된 강우 시간과 우량계에 기록된 누적 강우량과 강우 시간 자료를 수집하는 관측 자료 수집 모듈과, 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력간의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠를 산출하는 마이크로파 감쇠 산출 모듈, 마이크로파 감쇠의 자기상관계수를 기반으로 강우 유무를 탐지하는 강우 유무 탐지 모듈, 및 강우 유무 탐지 모듈에서 강우 탐지 시 엑스밴드 레이더 게이트(r) 별 감쇠 크기()와, 엑스밴드 레이더의 레이더 반사도()를 이용하여 산출된 감쇠 보정된 레이더 반사도()로 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 엑스밴드 레이더 반사도 보정 모듈을 가지는 반사도 보정 모듈을 포함한다.The X-band single polarization radar reflectivity correction device using a multi-terrestrial communication base station microwave according to the present invention collects the transmission power and reception power of the microwave link, and at least one Korea Meteorological Administration automatic weather observation equipment installed around the microwave link ( An observation data collection module that collects the rainfall time recorded in the rainfall detector of the Automatic Weather System (AWS) and the accumulated rainfall and rainfall time data recorded in the rain gauge, and microwave attenuation is performed using the difference between the transmitted power and received power of the microwave link. A microwave attenuation calculation module that calculates, a rainfall detection module that detects the presence or absence of rainfall based on the autocorrelation coefficient of microwave attenuation, and an attenuation size ( ) and the radar reflectivity of the X-band radar ( Attenuation-corrected radar reflectivity calculated using ) ( ) and includes a reflectivity correction module having an X-band radar reflectivity correction module that corrects the X-band radar reflectivity.

또한, 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 방법은, 관측 자료 수집 모듈이 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력을 수집하고, 마이크로파 링크 주변에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 기상청 자동기상관측장비 (Automatic Weather System, AWS)의 강우 감지기(rain detector)와 우량계에 일정 간격으로 기록된 누적 강우량 자료와 강우 시간 자료를 수집하는 단계와, 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력간의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠 산출 모듈이 마이크로파 감쇠를 산출하는 단계, 마이크로파 감쇠의 자기상관계수를 기반으로 강우 유무 탐지 모듈이 강우 유무를 탐지하는 단계, 및 반사도 보정 모듈이 비용함수를 판단하여 감쇠 보정 계수를 산출하고, 레이더 반사도반사도 와 감쇠 보정 계수 a, b를 적용하여 계산한 게이트(r)별 엑스밴드 레이더 감쇠 크기로 감쇠 보정한 레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 단계를 포함한다.In addition, in the The above steps include collecting accumulated rainfall data and rainfall time data recorded at regular intervals in the rain detector and rain gauge of the Korea Meteorological Administration's Automatic Weather System (AWS), and measuring the transmission power and reception power of the microwave link. A microwave attenuation calculation module calculates microwave attenuation using the difference, a rainfall detection module detects the presence or absence of rainfall based on the autocorrelation coefficient of microwave attenuation, and a reflectivity correction module determines a cost function to determine the attenuation correction coefficient. Calculate the radar reflectivity and reflectivity X-band radar attenuation size for each gate (r) calculated by applying attenuation correction coefficients a and b Radar reflectance corrected for attenuation with It includes the step of calculating and correcting the X-band radar reflectivity.

여기서, 감쇠 보정된 레이더 반사도()는, 이며, 은 엑스밴드 레이더 감쇠 크기로서, 이고, 는 엑스밴드 레이더의 첫번째 게이트의 감쇠 값으로 의 값은 0이며, N은 엑스밴드 레이더 게이트 전체 자료 수, 은 엑스밴드 레이더의 게이트 간격(km), a, b는 엑스밴드 레이더의 감쇠 보정 계수이다.Here, the attenuation corrected radar reflectivity ( )Is, and is the X-band radar attenuation magnitude, ego, is the attenuation value of the first gate of the X-band radar. The value of is 0, N is the total number of X-band radar gate data, is the gate spacing (km) of the X-band radar, and a and b are the attenuation correction coefficients of the X-band radar.

본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법은 강우의 시공간적인 변동을 고려할 수 있는 최적의 감쇠 보정 계수를 결정할 수 있다.The X-band single polarization radar reflectivity correction device and method using a multi-terrestrial communication base station microwave according to the present invention can determine the optimal attenuation correction coefficient that can take into account the spatial and temporal variations of rainfall.

또한, 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치 및 그 방법은 특정 마이크로파 링크가 기계적인 원인으로 감쇠 자료를 제공할 수 없을 때에도 안정적으로 감쇠 보정 계수를 계산할 수 있는 장점이 있다.In addition, the There is an advantage.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention are described below while explaining specific details for carrying out the invention.

도 1은 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치의 개념도이다.
도 2는 대류운 사례에서 마이크로파 링크별 감쇠 보정 계수의 변동성을 나타낸 도면이다.
도 3은 층상운 사례에서 마이크로파 링크별 감쇠 보정 계수의 변동성을 나타낸 도면이다.
도 4는 마이크로파 링크에서 계산한 감쇠 보정 계수들의 평균값과 최대값, 최소값 및 중앙값 등으로 적용하여 게이트별 감쇠 크기를 계산한 후 이를 이용하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하고 에스밴드 레이더 반사도와 비교 검증한 결과를 통계적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 2016년 7월 5일 7시의 대류운 사례에서 한국건설기술연구원의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도(Plan Position Indicator, PPI)를 나타낸 것이다.
도 6은 기상청의 에스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다.
도 7은 7개의 마이크로파 링크 감쇠를 수학식 1에서 수학식 9까지 적용하여 산출한 최적의 감쇠 보정 계수 a와 b를 수학식 6에 적용하여 산출한 엑스밴드 레이더 감쇠장을 나타낸 것이다.
도 8은 산출한 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 수학식 10에 적용하여 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 나타낸 것이다.
도 9는 기상청이 서울시에서 운영중인 AWS 위치에서의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 10은 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 11은 층상운 사례인 2016년 5월 2일 22시의 한국건설기술연구원의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다.
도 12는 기상청의 에스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다.
도 13은 7개의 마이크로파 링크 감쇠를 수학식 1에서 수학식 9까지 적용하여 산출한 최적의 감쇠 보정 계수를 수학식 6에 적용하여 산출한 엑스밴드 레이더 감쇠장을 나타낸 것이다.
도 14는 산출한 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 수학식 10에 적용하여 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 나타낸 것이다.
도 15는 AWS 위치에서의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 16은 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 17은 2016년 7월 5일의 대류운 사례에서 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 18은 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 19는 2016년 5월 2일의 층상운 사례에서 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 20은 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정의 순서도이다.
Figure 1 is a conceptual diagram of an X-band single polarization radar reflectivity correction device using microwaves from a multi-terrestrial communication base station according to the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the variability of the attenuation correction coefficient for each microwave link in the case of convective clouds.
Figure 3 is a diagram showing the variability of the attenuation correction coefficient for each microwave link in the stratiform cloud case.
Figure 4 shows the calculation of the attenuation size for each gate by applying the average, maximum, minimum, and median values of the attenuation correction coefficients calculated from the microwave link, and then using this to correct the X-band radar reflectivity and verify it by comparing it with the S-band radar reflectivity. This is a diagram showing the results statistically.
Figure 5 shows the X-band radar reflectivity (Plan Position Indicator, PPI) before attenuation correction of the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology in the case of convection clouds at 7 o'clock on July 5, 2016.
Figure 6 shows the Korea Meteorological Administration's S-band radar reflectivity (PPI).
Figure 7 shows the
Figure 8 shows the calculated attenuation size for each X-band radar gate. This shows the X-band radar reflectivity corrected for attenuation by applying Equation 10.
Figure 9 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction at the AWS location operated by the Korea Meteorological Administration in Seoul.
Figure 10 shows a scatter plot between the attenuation corrected X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity.
Figure 11 shows the X-band radar reflectivity (PPI) before attenuation correction of the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology at 22:00 on May 2, 2016, a case of stratiform clouds.
Figure 12 shows the Korea Meteorological Administration's S-band radar reflectivity (PPI).
Figure 13 shows the X-band radar attenuation field calculated by applying the optimal attenuation correction coefficient calculated by applying the attenuation of seven microwave links from Equation 1 to Equation 9 to Equation 6.
Figure 14 shows the calculated attenuation size for each X-band radar gate. This shows the X-band radar reflectivity corrected for attenuation by applying Equation 10.
Figure 15 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction at the AWS location.
Figure 16 shows a scatter plot between the attenuation corrected X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity.
Figure 17 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction in the case of convective clouds on July 5, 2016.
Figure 18 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity after attenuation correction.
Figure 19 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction in the case of stratiform clouds on May 2, 2016.
Figure 20 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and the S-band radar reflectivity after attenuation correction.
Figure 21 is a flowchart of X-band single polarization radar reflectivity correction using multiple terrestrial communication base station microwaves according to the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-mentioned objects, features, and advantages will be described in detail later with reference to the attached drawings, so that those skilled in the art will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the drawings, identical reference numerals are used to indicate identical or similar components.

도 1은 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치의 개념도이다.Figure 1 is a conceptual diagram of an X-band single polarization radar reflectivity correction device using microwaves from a multi-terrestrial communication base station according to the present invention.

본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 관측 자료 수집 모듈(100)과, 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠(Rain-caused attenuation, )를 산출하는 마이크로파 감쇠 산출 모듈(200), 마이크로파 감쇠 자료를 기반으로 강우 유무를 탐지하는 강우 유무 탐지 모듈(300), 및 감쇠 보정 계수로 엑스밴드 레이더의 반사도를 보정하는 반사도 보정 모듈(400)을 포함한다.As shown in Figure 1, the Thus, microwave attenuation (Rain-caused attenuation, ), a microwave attenuation calculation module 200 that calculates, a rain presence detection module 300 that detects the presence or absence of rain based on microwave attenuation data, and a reflectivity correction module 400 that corrects the reflectivity of the X-band radar with an attenuation correction coefficient. Includes.

표 1은 본 발명에 따른 관측 자료 수집 모듈에 입력될 7개의 마이크로파 링크의 특성과 각각의 마이크로파 링크의 수신 안테나에서 가장 근접하게 설치된 자동기상관측장비(AWS) 지점명을 나타낸 것이다.Table 1 shows the characteristics of the seven microwave links to be input to the observation data collection module according to the present invention and the name of the Automatic Weather Station (AWS) point installed closest to the receiving antenna of each microwave link.

Link
name
Link
name
Nearest
AWS
Nearest
AWS
Frequency
(GHz)
Frequency
(GHz)
Power
(dBm)
Power
(dBm)
Link Length (km)Link Length (km) Signal resolutionSignal resolution Time resolutionTime resolution
HGHG 419419 8.068.06 2929 21.121.1 0.01 dBm0.01 dBm 15 sec15 seconds GHGH 413413 7.757.75 2929 21.121.1 WMWM 401401 6.326.32 2929 5.75.7 MWMW 401401 6.066.06 2929 5.75.7 MHMH 401401 8.268.26 3030 17.617.6 HMH.M. 421421 7.957.95 3030 17.617.6 MBMB 425425 6.236.23 3030 37.437.4

본 발명은 0.01㏈의 해상도로 15초 간격으로 7개의 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력을 수집하고, 6~8㎓ 이하의 마이크로파를 활용하여 엑스밴드 레이더 반사도 보정을 위한 기준값으로 활용한다.The present invention collects the transmission power and reception power of 7 microwave links at 15 second intervals with a resolution of 0.01 dB, and uses microwaves of 6 to 8 GHz or less as a reference value for X-band radar reflectivity correction.

표 2는 한국건설기술연구원의 엑스밴드 이중 편파 레이더와 기상청의 에스밴드 단일 편파 레이더의 특성을 나타낸 것이다.Table 2 shows the characteristics of the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology's X-band dual-polarization radar and the Korea Meteorological Administration's S-band single-polarization radar.

ParametersParameters KICT radar KICT radar GDK radar GDK radar LocationLocation 37.67°N, 126.74°E37.67°N, 126.74°E 38.1173°N, 127.4336°E38.1173°N, 127.4336°E Transmitter typeTransmitter type MagnetronMagnetron KlystronKlystron Antenna DiameterAntenna Diameter 1.8 m1.8m 8.5 m8.5m FrequencyFrequency 9410±30 MHz9410±30 MHz 2887 MHz2887 MHz Peak powerPeak power 8 kW8kW 850 kW850kW Pulse widthPulse width 0.6 μsec0.6 μsec 0.8 μsec & 4.5 μsec0.8 μsec & 4.5 μsec Pulse repetition frequencyPulse repetition frequency 2000 Hz2000 Hz 250 ~ 1200 Hz250 to 1200 Hz GainGain 41 dB41dB 45 dB45dB Time resolutionTime resolution 1 min1 min 10 min10min Spatial resolutionSpatial resolution 60 m60m 250 m250m Antenna polarizationAntenna polarization Simultaneous H/VSimultaneous H/V Simultaneous HSimultaneous H Effective observation rangeEffective observation range 40 km40 km 240 km240km Beam widthBeam width 1.4 °1.4° 1 °

관측 자료 수집 모듈(100)은 엑스밴드 레이더 반사도 보정을 위해 관측 자료를 입력받아 수집한다. 여기서, 관측 자료 수집 모듈(100)이 수집하는 관측 자료는 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력, 마이크로파 링크 주변에 설치된 기상청의 자동기상관측장비(Automatic Weather System, AWS)의 강우 감지기에 기록된 강우 시간과 우량계에 기록된 누적 강우량과 강우 시간 자료, 엑스밴드 레이더의 반사도 및 에스밴드 레이더의 반사도를 포함한다. 또한, 이를 수집하기 위해서, 관측 자료 수집 모듈(100)은 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력을 수집하는 마이크로파 링크 자료 수집 모듈과, 마이크로파 링크 주변에 설치된 기상청 자동기상관측장비의 강우 감지기에 기록된 강우 지속 시간 자료를 수집하는 강우 감지기 자료 수집 모듈, 한국건설기술연구원의 엑스밴드 레이더의 반사도를 수집하는 엑스밴드 레이더 자료 수집 모듈, 및 기상청의 광덕산 에스밴드 레이더의 반사도를 수집하는 에스밴드 레이더 자료 수집 모듈을 포함한다.The observation data collection module 100 receives and collects observation data for X-band radar reflectivity correction. Here, the observation data collected by the observation data collection module 100 are the transmission power and reception power of the microwave link, and the rainfall time recorded in the rainfall detector of the Korea Meteorological Administration's Automatic Weather System (AWS) installed around the microwave link. It includes the accumulated rainfall and rainfall time data recorded in the rain gauge, the reflectivity of the X-band radar, and the reflectivity of the S-band radar. In addition, in order to collect this, the observation data collection module 100 includes a microwave link data collection module that collects the transmission power and reception power of the microwave link, and the rainfall recorded in the rainfall detector of the Korea Meteorological Administration's automatic weather observation equipment installed around the microwave link. A rainfall detector data collection module that collects duration data, an X-band radar data collection module that collects reflectivity from the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology's Includes.

마이크로파 감쇠 산출 모듈(200)은 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠(rainfall-caused attenuation, )The microwave attenuation calculation module 200 calculates microwave attenuation (rainfall-caused attenuation) using the difference between the transmitted power and received power of the microwave link. )

를 산출한다. 여기서, 마이크로파 감쇠 산출 모듈(200)은 15초 해상도의 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력 간의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠를 산출한다.Calculate . Here, the microwave attenuation calculation module 200 calculates the microwave attenuation using the difference between the transmitted power and received power of the microwave link with 15 second resolution.

강우 유무 탐지 모듈(300)은 마이크로파 감쇠 자료를 기반으로 강우 유무를 탐지한다. 이를 위해서, 강우 유무 탐지 모듈(300)은 강우 특성에 따른 마이크로파 감쇠의 자기상관계수가 0.65 이상을 보인 최소 지연 시간을 창 크기(moving time window, Wt)로 결정하는 창 크기 산출 모듈(310)과, 결정된 창 크기 동안의 평균 마이크로파 감쇠()를 산출하는 평균 마이크로파 감쇠 산출 모듈(320), 결정된 창 크기 동안의 마이크로파 감쇠와 평균 마이크로파 감쇠()간의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠의 검정 통계량을 산출하는 마이크로파 감쇠의 검정 통계량 산출 모듈(330), 마이크로파 감쇠를 이용한 강우 유무를 1차적으로 판단하기 위해 필요한 임계 값을 결정하는 임계 값산출 모듈, 마이크로파 감쇠의 검정 통계량과 임계 값 간의 초과 여부를 통해 1차적으로 강우 유무를 탐지하는 1차 강우 유무 탐지 모듈(350), 1차적으로 결정된 강우 유무 탐지 결과와 특정 창 크기 동안의 평균 마이크로파 감쇠()를 이용하여 마이크로파 기준 감쇠(Ad)를 실시간으로 산출하는 마이크로파 기준 감쇠 산출 모듈(360), 마이크로파 감쇠와 마이크로파 기준 감쇠 간의 초과 여부를 통해 2차적으로 강우 유무를 탐지하는 2차 강우 유무 탐지 모듈(370)을 포함한다.The presence or absence of rainfall detection module 300 detects the presence or absence of rainfall based on microwave attenuation data. To this end, the rainfall presence/absence detection module 300 includes a window size calculation module 310 that determines the minimum delay time at which the autocorrelation coefficient of microwave attenuation according to rainfall characteristics is 0.65 or more as the window size (moving time window, Wt); , the average microwave attenuation during the determined window size ( ), the average microwave attenuation calculation module 320, which calculates the microwave attenuation and the average microwave attenuation during the determined window size ( ), a test statistic calculation module 330 for microwave attenuation that calculates the test statistic of microwave attenuation using the difference between ), and a threshold value that determines the threshold value necessary to primarily determine the presence or absence of rainfall using microwave attenuation. Calculation module, primary rainfall detection module 350, which primarily detects the presence or absence of rainfall through the exceedance between the test statistic of microwave attenuation and a threshold value, the primarily determined rainfall presence or absence detection result and the average microwave during a specific window size attenuation( ), a microwave reference attenuation calculation module 360 that calculates the microwave reference attenuation (Ad) in real time, and a secondary rainfall detection module ( 370).

창 크기 산출 모듈(310)은 마이크로파 감쇠 산출 모듈(200)에서 산출된 마이크로파 감쇠 자료를 기반으로 마이크로파 감쇠의 자기상관계수가 통계학적으로 유의미한 수치, 예를 들어, 0.65를 보이는 최소 지연 시간을 창 크기(moving time window, Wt)로 결정한다.The window size calculation module 310 determines the minimum delay time at which the autocorrelation coefficient of microwave attenuation is statistically significant, for example, 0.65, based on the microwave attenuation data calculated by the microwave attenuation calculation module 200, to determine the window size. (moving time window, Wt).

여기서, 자기상관계수는 아래의 수학식 1과 같다.Here, the autocorrelation coefficient is as shown in Equation 1 below.

수학식 1에서, 이고 는 지연 시간을 나타낸다.In equation 1, ego represents the delay time.

평균 마이크로파 감쇠 산출 모듈(320)은 창 크기 산출 모듈(310)에서 결정된 창 크기 동안의 마이크로파 감쇠를 평균하여 1분 간격으로 평균 마이크로파 감쇠()를 산출한다.The average microwave attenuation calculation module 320 averages the microwave attenuation during the window size determined in the window size calculation module 310 to calculate the average microwave attenuation ( ) is calculated.

여기서, 평균 마이크로파 감쇠()는 창 크기(Wt)내의 마이크로파 감쇠 크기의 평균이며, 아래의 수학식 2와 같다.Here, the average microwave attenuation ( ) is the average of the microwave attenuation size within the window size (Wt), and is expressed in Equation 2 below.

수학식 2에서, 는 실시간 측정되는 마이크로파 감쇠 크기이며, 는 창 크기(Wt)내의 마이크로파 감쇠 자료 개수이다.In equation 2, is the microwave attenuation magnitude measured in real time, is the number of microwave attenuation data within the window size (Wt).

마이크로파 감쇠의 검정 통계량 산출 모듈(330)은 마이크로파 감쇠 산출 모듈(200)에서 산출된 마이크로파 감쇠()와, 평균 마이크로파 감쇠 산출 모듈(320)에서 산출된 평균 마이크로파 감쇠()의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠의 검정 통계량을 산출한다. 여기서, 마이크로파 감쇠의 검정 통계량()은 아래의 수학식 3과 같다.The test statistic calculation module 330 for microwave attenuation calculates the microwave attenuation calculated in the microwave attenuation calculation module 200 ( ), and the average microwave attenuation calculated in the average microwave attenuation calculation module 320 ( ) is used to calculate the test statistic of microwave attenuation. Here, the test statistic of microwave attenuation ( ) is equivalent to Equation 3 below.

수학식 3에서, 마이크로파 감쇠는 비정상성(nonstationary)이기 때문에 마이크로파 감쇠의 검정 통계량()과 마이크로파 감쇠의 표준 편차는 상호 수렴하지 않는다. 는 창 크기(Wt)내의 마이크로파 감쇠의 평균이다.In Equation 3, since microwave attenuation is nonstationary, the test statistic of microwave attenuation ( ) and the standard deviation of microwave attenuation do not converge. is the average of the microwave attenuation within the window size (Wt).

임계 값 산출 모듈(340)은 마이크로파 감쇠를 이용한 강우 유무를 1차 판단하기 위해 필요한 임계값()을 산출한다. 본 실시예는 강우 감지기 자료와 비교하여 90% 이상의 일치를 보이는 임계값을 최종 임계값()으로 결정하는 것을 예시하며, 이는 0.09인 것을 예시한다.The threshold calculation module 340 calculates the threshold value ( ) is calculated. In this embodiment, the final threshold ( ), which illustrates that it is 0.09.

1차 강우 유무 탐지 모듈(350)은 마이크로파 감쇠의 검정 통계량()과, 임계 값 산출 모듈(340)에서 산출된 임계값 간의 초과 여부를 통해 1차적으로 강우 유무를 탐지한다. 즉, 창 크기(Wt)가 결정되면 임계값()이 결정되고, 아래의 수학식 4에 의해 1차적으로 마이크로파 감쇠를 이용한 강우 유무, 즉, 1차 강우 유무가 결정된다.The primary rainfall detection module 350 detects the test statistic of microwave attenuation ( ) and the threshold value calculated by the threshold calculation module 340. The presence or absence of rainfall is initially detected. That is, once the window size (Wt) is determined, the threshold ( ) is determined, and the presence or absence of rainfall using microwave attenuation, that is, the presence or absence of primary rainfall, is determined primarily by Equation 4 below.

마이크로파 기준 감쇠 산출 모듈(360)은 평균 마이크로파 감쇠 산출 모듈(320)에서 산출된 평균 마이크로파 감쇠()와, 1차 강우 유무 탐지 모듈(350)에서 탐지된 1차 강우 유무 탐지 결과를 이용하여 마이크로파 기준 감쇠(Ad)를 실시간으로 산출한다. 여기서, 마이크로파 기준 감쇠(Ad)는 아래의 수학식 5와 같이 산출된다.The microwave reference attenuation calculation module 360 is the average microwave attenuation calculated by the average microwave attenuation calculation module 320 ( ), and the microwave reference attenuation (Ad) is calculated in real time using the primary rainfall detection result detected by the primary rainfall detection module 350. Here, the microwave reference attenuation (Ad) is calculated as Equation 5 below.

마이크로파 감쇠 크기가 실시간으로 산출된 마이크로파 기준 감쇠(Ad)를 초과할 때 강우에 의해 야기된 것으로 결정한다. 마이크로파 감쇠와 마이크로파 기준 감쇠(Ad)간의 초과 여부에 따라 1차적으로 결정된 강우 유무 결과를 보정하는 2차적으로 강우 유무를 최종 결정한다. 강우에 의해 야기된 마이크로파 감쇠 산출 모듈(200)은 마이크로파 감쇠 산출 모듈(200)에서 산출되는 마이크로파 감쇠()가 마이크로파 기준 감쇠 산출 모듈(360)에서 산출된 마이크로파 기준 감쇠()와의 차이가 마이크로파 감쇠 크기()의 2.5%보다 클 때 강우에 의해 야기된 마이크로파 감쇠()로 결정한다.It is determined to be caused by rainfall when the magnitude of microwave attenuation exceeds the microwave reference attenuation (Ad) calculated in real time. The presence or absence of rainfall is finally determined secondarily by correcting the result of the presence or absence of rainfall determined primarily according to whether there is an excess between the microwave attenuation and the microwave reference attenuation (Ad). The microwave attenuation calculation module 200 caused by rainfall is the microwave attenuation calculated in the microwave attenuation calculation module 200 ( ) is the microwave reference attenuation calculated in the microwave reference attenuation calculation module 360 ( ) is the microwave attenuation magnitude ( Microwave attenuation caused by rainfall when greater than 2.5% of ) ( ) is decided.

2차 강우 유무 탐지 모듈(370)은 마이크로파 감쇠()와 마이크로파 기준 감쇠(Ad)간의 초과 여부를 통해 결정된 1차 강우 유무 탐지 결과를 보정하는 2차 강우 유무를 탐지한다. 여기서, 마이크로파 기준 감쇠(Ad)는 창 크기 내의 마이크로파 감쇠의 평균이며, 창 크기 내의 마이크로파 기준 감쇠와 큰 차이를 보이는 마이크로파 감쇠()는 강우가 내렸을 때의 마이크로파 감쇠()로 결정하기 위해 사용된다. 최종적으로 2차 강우 유무 탐지 모듈(370)에서 마이크로파 감쇠()를 이용한 강우 유무 탐지를 결정한다. 또한, 마이크로웨이브 링크 송신 및 수신 안테나로부터 가장 근접하게 설치된 자동기상관측장비(AWS)의 강우 감지기에 강우로 기록된 시간 자료와 비교하여 이를 검증한다.The secondary rainfall detection module 370 detects microwave attenuation ( ) and the microwave reference attenuation (Ad). The presence or absence of secondary rainfall is detected by correcting the primary rainfall detection result determined through the exceedance. Here, the microwave reference attenuation (Ad) is the average of the microwave attenuation within the window size, and the microwave attenuation that differs significantly from the microwave reference attenuation within the window size ( ) is microwave attenuation when it rains ( ) is used to determine. Finally, microwave attenuation ( ) is used to determine the presence or absence of rainfall. In addition, this is verified by comparing it with the time data recorded as rainfall in the rainfall detector of the Automatic Weather Station (AWS) installed closest to the microwave link transmitting and receiving antenna.

반사도 보정 모듈(400)은 감쇠 보정 계수를 산출하여 엑스밴드 레이더의 반사도를 보정한다. 이를 위해서, 반사도 보정 모듈(400)은 마이크로파 감쇠 결정 모듈(410)과, 엑스밴드 레이더 게이트(r) 별 감쇠 크기()를 연산하는 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기 연산 모듈(420)과, 엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기()를 산출하는 엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기 산출 모듈(430), 레이더 주파수로 변환된 마이크로파 감쇠 크기()를 산출하는 마이크로파 감쇠k 크기 산출 모듈(440), 비용함수()를 산출하는 비용함수 산출 모듈(450), 및 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 엑스밴드 레이더 반사도 보정 모듈(460)을 포함한다. 마이크로파 감쇠 결정 모듈(410)은 마이크로파 기준 감쇠(Ad)를 초과하는 마이크로파 감쇠()를 강우에 의해 야기된 마이크로파 감쇠()로 결정한다.The reflectivity correction module 400 calculates an attenuation correction coefficient to correct the reflectivity of the X-band radar. To this end, the reflectivity correction module 400 includes a microwave attenuation determination module 410 and an attenuation size for each X-band radar gate (r) ( ), an attenuation size calculation module 420 for each X-band radar gate, and an X-band radar average attenuation size ( ) X-band radar average attenuation magnitude calculation module 430, microwave attenuation magnitude converted to radar frequency ( ), a microwave attenuation k size calculation module 440 that calculates the cost function ( ) includes a cost function calculation module 450 that calculates, and an X-band radar reflectivity correction module 460 that corrects the X-band radar reflectivity. The microwave attenuation determination module 410 determines the microwave attenuation (Ad) exceeding the microwave reference attenuation (Ad). ) to the microwave attenuation caused by rainfall ( ) is decided.

엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기 연산 모듈(420)은 엑스밴드 레이더 게이트(r) 별 감쇠 크기()를 연산한다. 여기서, 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기는 아래의 수학식 6과 같다.The attenuation size calculation module 420 for each X-band radar gate determines the attenuation size for each X-band radar gate (r). ) is calculated. Here, the attenuation size for each X-band radar gate is expressed in Equation 6 below.

수학식 6에서, 는 측정된 엑스밴드 레이더의 반사도 자료이며, 는 레이더의 첫번째 게이트, 레이더 첫번째 게이트의 감쇠 값인 의 값은 0이다. N은 레이더 게이트 전체 자료 수이다. 은 레이더의 게이트 간격(km)이며, 레이더 전자기파의 왕복 거리를 고려하기 위해서 2를 곱하였다. a, b는 경험적으로 결정되는 레이더 감쇠 보정 계수이다. 본 실시예에서 a는 범위 내에서 변동하고, b는 범위인 것을 예시한다. 각각의 마이크로파 링크에 가장 근접한 레이더 방위각을 선택하였고, 마이크로파 링크는 그 레이더 방위각의 선상에 있는 것으로 가정하였다,In equation 6, is the measured reflectivity data of the X-band radar, is the first gate of the radar, the attenuation value of the first gate of the radar The value of is 0. N is the total number of radar gate data. is the gate interval of the radar (km), and was multiplied by 2 to consider the round-trip distance of the radar electromagnetic wave. a, b are radar attenuation correction coefficients determined empirically. In this example, a is fluctuates within the range, and b is For example, it is a range. The radar azimuth closest to each microwave link was selected, and the microwave link was assumed to be on the line of that radar azimuth.

엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기 산출 모듈(430)은 최적화된 a, b 계수를 결정하기 위해서 아래의 수학식 7과 같이 마이크로파 링크 경로 길이에 해당하는 엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기()를 계산한다. a, b 계수는 초기값으로 a는 그리고 b는 0.7로 상수로 사용한다.In order to determine the optimized a and b coefficients, the X-band radar average attenuation size calculation module 430 calculates the X-band radar average attenuation size ( ) is calculated. The coefficients a and b are initial values, and a is And b is used as a constant of 0.7.

수학식 7에서, 은 마이크로파 링크의 경로 길이에 해당하는 가장 인접한 레이더 게이트의 전체 개수이다.In equation 7, is the total number of nearest radar gates corresponding to the path length of the microwave link.

마이크로파 감쇠 크기 산출 모듈(440)은 레이더 주파수로 변환된 마이크로파 감쇠 크기()를 산출한다. 마이크로파 링크의 주파수와 엑스밴드 레이더 주파수가 다를 경우, 마이크로파 링크의 감쇠 크기(에 마이크로파 링크 주파수와 엑스밴드 레이더 주파수의 비를 곱하여 마이크로파 감쇠 크기()를 아래의 수학식 8과 같이 변환하고, 레이더 감쇠 보정 계수 a를 결정하기 위한 기준 값으로 사용한다.The microwave attenuation size calculation module 440 is a microwave attenuation size converted to radar frequency ( ) is calculated. If the frequency of the microwave link and the X-band radar frequency are different, the attenuation size of the microwave link ( is multiplied by the ratio of the microwave link frequency and the X-band radar frequency to obtain the microwave attenuation magnitude ( ) is converted as shown in Equation 8 below and used as a reference value to determine the radar attenuation correction coefficient a.

비용함수 산출 모듈(450)은 엑스밴드 레이더의 평균 감쇠 크기()와 변환된 마이크로파 감쇠 크기()간의 차이를 계산하여 아래의 수학식 9와 같이 비용함수()를 추정한다.The cost function calculation module 450 is the average attenuation size of the X-band radar ( ) and the converted microwave attenuation magnitude ( ) is calculated to calculate the difference between the cost function ( ) is estimated.

엑스밴드 레이더의 평균 감쇠 크기() 계산에서 필요한 a, b 계수는 초기값으로 a는 으로 상대적으로 크게 설정하였고, a를 단위로 감소하면서 계산상의 안정성을 도모하였다. 그리고 b는 0.7으로 상수로 사용하였고, 비용함수의 값이 0.25 이하일 때의 a값을 엑스밴드 레이더 감쇠 보정 계수 값으로 결정하였다.The average attenuation magnitude of the X-band radar ( ) The coefficients a and b required in the calculation are initial values, and a is was set relatively large, and a was set to be relatively large. Calculation stability was achieved by decreasing the number of units. And b was used as a constant of 0.7, and the value of a when the value of the cost function was less than 0.25 was determined as the X-band radar attenuation correction coefficient value.

도 2는 대류운 사례에서 마이크로파 링크별 감쇠 보정 계수의 변동성을 나타낸 도면이고, 도 3은 층상운 사례에서 마이크로파 링크별 감쇠 보정 계수의 변동성을 나타낸 도면이다. 또한, 도 4는 마이크로파 링크에서 계산한 감쇠 보정 계수들의 평균값과 최대값, 최소값 및 중앙값 등으로 적용하여 게이트별 감쇠 크기를 계산한 후 이를 이용하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하고 에스밴드 레이더 반사도와 비교 검증한 결과를 통계적으로 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the variability of the attenuation correction coefficient for each microwave link in the case of convective clouds, and Figure 3 is a diagram showing the variability of the attenuation correction coefficient for each microwave link in the case of stratiform clouds. In addition, Figure 4 calculates the attenuation size for each gate by applying the average, maximum, minimum, and median values of the attenuation correction coefficients calculated from the microwave link, then uses this to correct the X-band radar reflectivity and compares it with the S-band radar reflectivity. This is a diagram that statistically shows the verification results.

도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2는 대류운, 3은 층상운 사례에서 전술된 수학식 1에서 수학식 9를 이용하여 결정한 각각의 마이크로파 링크별 감쇠 보정 계수(a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7)의 변동성을 나타낸 것이다. 대부분의 마이크로파 링크별 감쇠 보정 계수는 0에서 0.04 이하의 범위를 보였으나 마이크로파 링크 6, 7에서는 상대적으로 큰 변화를 보였는데 이것은 링크 길이가 상대적으로 짧았고, 두 마이크로파 링크와 엑스밴드 레이더와 수평 거리가 상대적으로 가장 멀었기 때문이다. 도 4는 각각의 마이크로파 링크에서 계산한 감쇠 보정 계수들의 평균값, 최대값, 최소값, 중앙값 등으로 적용하여 게이트 별 감쇠 크기를 계산한 후 이를 이용하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하고 에스밴드 레이더 반사도와 비교 검증한 결과를 통계적으로 나타낸 것이다.Referring to Figures 2 and 3, Figure 2 shows the attenuation correction coefficients (a1, a2, a3, a4) for each microwave link determined using Equation 1 to Equation 9 described above in the case of convective clouds and 3 stratiform clouds. , a5, a6, a7). The attenuation correction coefficients for most microwave links ranged from 0 to 0.04 or less, but microwave links 6 and 7 showed relatively large changes due to the relatively short link length and the horizontal distance between the two microwave links and the X-band radar. Because it was relatively farthest. Figure 4 calculates the attenuation size for each gate by applying the average, maximum, minimum, and median values of the attenuation correction coefficients calculated from each microwave link, then uses this to correct the X-band radar reflectivity and compares it with the S-band radar reflectivity. This is a statistical representation of the verified results.

엑스밴드 레이더 반사도 보정 모듈(460)은 레이더 반사도 와 감쇠 보정 계수 a, b를 적용하여 계산한 게이트(r)별 엑스밴드 레이더 감쇠 크기를 이용하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정한다. 이는 아래의 수학식 10과 같이 감쇠 보정한 레이더 반사도를 산출하여 수행할 수 있다.The X-band radar reflectivity correction module 460 is a radar reflectivity correction module. X-band radar attenuation size for each gate (r) calculated by applying attenuation correction coefficients a and b Use to correct the X-band radar reflectivity. This is the radar reflectivity corrected for attenuation as shown in Equation 10 below: It can be performed by calculating .

도 5는 2016년 7월 5일 7시의 대류운 사례에서 한국건설기술연구원의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도(Plan Position Indicator, PPI)를 나타낸 것이다. 도 6은 기상청의 에스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다. 도 7은 7개의 마이크로파 링크 감쇠를 수학식 1에서 수학식 9까지 적용하여 산출한 최적의 감쇠 보정 계수 a와 b를 수학식 6에 적용하여 산출한 엑스밴드 레이더 감쇠장을 나타낸 것이다. 도 8은 산출한 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 수학식 10에 적용하여 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 나타낸 것이다. 도 9는 기상청이 서울시에서 운영중인 AWS 위치에서의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 도 10은 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 도 5는 2016년 7월 5일 7시의 대류운 사례에서 한국건설기술연구원의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도(Plan Position Indicator, PPI)를 나타낸 것이다. 층상운 사례에 비해 40 dBZ이상의 국지적인 강우 셀의 반사도를 보였다. 도 6은 기상청의 에스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다. 도 7은 7개의 마이크로파 링크 감쇠를 수학식 1에서 수학식 9까지 적용하여 산출한 최적의 감쇠 보정 계수 a와 b를 수학식 6에 적용하여 산출한 엑스밴드 레이더 감쇠장을 나타낸 것이다. 도 8은 산출한 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 수학식 10에 적용하여 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 나타낸 것이다. 감쇠 보정 후 에스밴드 레이더 반사도와 공간 분포가 상당히 일치하는 것을 확인할 수 있다. 도 9는 기상청이 서울시에서 운영중인 AWS 위치에서의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 절대 평균 오차(Mean Absolute Error, MAE)는 16.2 dB, RMSE는 17.7 dB 그리고 상관계수는 0.7를 보여 에스밴드 레이더 반사도에 비해 강우 감쇠로 인해 과소 측정된 것을 알 수 있다. 도 10은 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것인데, 절대 평균 오차가 16.2 dB에서 6.7 dB로 크게 감소하였고 RMSE는 17.7 dB에서 8.2 dB로 감소하였으며 상관 계수는 0.7에서 0.8로 증가한 것을 확인하였다.Figure 5 shows the X-band radar reflectivity (Plan Position Indicator, PPI) before attenuation correction of the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology in the case of convection clouds at 7 o'clock on July 5, 2016. Figure 6 shows the Korea Meteorological Administration's S-band radar reflectivity (PPI). Figure 7 shows the Figure 8 shows the calculated attenuation size for each X-band radar gate. This shows the X-band radar reflectivity corrected for attenuation by applying Equation 10. Figure 9 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction at the AWS location operated by the Korea Meteorological Administration in Seoul. Figure 10 shows a scatter plot between the attenuation corrected X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity. Figure 5 shows the X-band radar reflectivity (Plan Position Indicator, PPI) before attenuation correction of the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology in the case of convection clouds at 7 o'clock on July 5, 2016. Compared to the stratiform cloud case, the reflectivity of local rainfall cells was more than 40 dBZ. Figure 6 shows the Korea Meteorological Administration's S-band radar reflectivity (PPI). Figure 7 shows the Figure 8 shows the calculated attenuation size for each X-band radar gate. This shows the X-band radar reflectivity corrected for attenuation by applying Equation 10. After attenuation correction, it can be seen that the S-band radar reflectivity and spatial distribution are quite consistent. Figure 9 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction at the AWS location operated by the Korea Meteorological Administration in Seoul. The Mean Absolute Error (MAE) was 16.2 dB, RMSE was 17.7 dB, and the correlation coefficient was 0.7, indicating that the measurement was underestimated due to rainfall attenuation compared to the S-band radar reflectivity. Figure 10 shows the scatter plot between the attenuation corrected It was confirmed that it increased.

도 11은 층상운 사례인 2016년 5월 2일 22시의 한국건설기술연구원의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이고, 도 12는 기상청의 에스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다. 도 13은 7개의 마이크로파 링크 감쇠를 수학식 1에서 수학식 9까지 적용하여 산출한 최적의 감쇠 보정 계수를 수학식 6에 적용하여 산출한 엑스밴드 레이더 감쇠장을 나타낸 것이다. 도 14는 산출한 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 수학식 10에 적용하여 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 나타낸 것이다. 도 15는 AWS 위치에서의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 도 16은 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.Figure 11 shows the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology's . Figure 13 shows the X-band radar attenuation field calculated by applying the optimal attenuation correction coefficient calculated by applying the attenuation of seven microwave links from Equation 1 to Equation 9 to Equation 6. Figure 14 shows the calculated attenuation size for each X-band radar gate. This shows the X-band radar reflectivity corrected for attenuation by applying Equation 10. Figure 15 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction at the AWS location. Figure 16 shows a scatter plot between the attenuation corrected X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity.

도 11은 층상운 사례인 2016년 5월 2일 22시의 한국건설기술연구원의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다. 도 12는 기상청의 에스밴드 레이더 반사도(PPI)를 나타낸 것이다. 에스밴드 레이더 전자기파는 강수에 의해 감쇠가 크지 않기 때문에 엑스밴드 레이더 반사도에 비해 그 크기가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 도 13은 7개의 마이크로파 링크 감쇠를 수학식 1에서 수학식 9까지 적용하여 산출한 최적의 감쇠 보정 계수를 수학식 6에 적용하여 산출한 엑스밴드 레이더 감쇠장을 나타낸 것이다. 도 14는 산출한 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 수학식 10에 적용하여 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 나타낸 것이다. 감쇠 보정 후 에스밴드 레이더 반사도와 공간 분포가 상당히 일치하는 것을 확인할 수 있다. 도 15는 AWS 위치에서의 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 절대 평균 오차는 8.9 dB, RMSE는 10.3 Db 그리고 상관 계수는 0.3을 보여 과소 측정된 것을 알 수 있다. 도 16은 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것인데, 절대 평균 오차가 8.9 dB에서 3.1 dB 감소하였고 RMSE는 10.3 dB에서 3.7 dB로 감소하였으며 상관 계수는 0.3에서 0.7로 증가하였다.Figure 11 shows the X-band radar reflectivity (PPI) before attenuation correction of the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology at 22:00 on May 2, 2016, a case of stratiform clouds. Figure 12 shows the Korea Meteorological Administration's S-band radar reflectivity (PPI). Since the S-band radar electromagnetic waves are not greatly attenuated by precipitation, it can be seen that their size is relatively large compared to the X-band radar reflectivity. Figure 13 shows the X-band radar attenuation field calculated by applying the optimal attenuation correction coefficient calculated by applying the attenuation of seven microwave links from Equation 1 to Equation 9 to Equation 6. Figure 14 shows the calculated attenuation size for each X-band radar gate. This shows the X-band radar reflectivity corrected for attenuation by applying Equation 10. After attenuation correction, it can be seen that the S-band radar reflectivity and spatial distribution are quite consistent. Figure 15 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction at the AWS location. The absolute average error was 8.9 dB, RMSE was 10.3 Db, and the correlation coefficient was 0.3, indicating that it was underestimated. Figure 16 shows the scatter plot between the attenuation corrected did.

도 17은 2016년 7월 5일의 대류운 사례에서 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이며, 도 18은 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 도 19는 2016년 5월 2일의 층상운 사례에서 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 도 20은 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다.Figure 17 shows a scatter plot between the It is shown. Figure 19 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction in the case of stratiform clouds on May 2, 2016. Figure 20 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and the S-band radar reflectivity after attenuation correction.

도 17은 2016년 7월 5일의 대류운 사례에서 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 검은색 기호는 엑스밴드 레이더 중심으로부터 반경 10 km 이내에 위치한 AWS에서의 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이고 노랑색 기호는 반경 20 km 이내의 반사도 간의 산포도, 파란색 기호는 반경 30 km, 빨강색 기호는 40 km 이내의 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더와 에스밴드 레이더 반사도 간의 절대 평균 오차는 17.9 dB, RMSE는 20.6 dB 그리고 상관 계수는 0.4로 강우에 의한 감쇠로 엑스밴드 레이더 반사도가 낮은 것을 알 수 있다. 도 18은 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더와 에스밴드 레이더 반사도 간의 절대 오차는 17.9 dB에서 8.4 dB로 크게 감소하였고, RMSE는 20.6 dB 에서 10.8 dB로 감소하였으며 상관 계수는 0.4에서 0.7로 증가한 것을 확인할 수 있다. 도 19는 2016년 5월 2일의 층상운 사례에서 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 감쇠 보정 전의 엑스밴드 레이더와 에스밴드 레이더 반사도 간의 절대 평균 오차는 6.4 dB, RMSE는 8.1 dB이었고 상관 계수는 0.6이었다. 도 20은 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더 반사도와 에스밴드 레이더 반사도 간의 산포도를 나타낸 것이다. 감쇠 보정 후의 엑스밴드 레이더와 에스밴드 레이더 반사도 간의 절대 평균 오차는 감쇠 보정 전의 6.4 dB 에서 6.3 dB 로 감소하였고, RMSE는 8.1 dB에서 7.9 dB로 감소하였다. 층상운 사례에 비해 대류운 사례에서 감쇠 보정 효과가 더 큰 것을 확인할 수 있다.Figure 17 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction in the case of convective clouds on July 5, 2016. The black symbol shows the scatter between reflectivities in AWS located within a 10 km radius from the center of the It shows the scatter plot between reflectances. The absolute average error between the Figure 18 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and the S-band radar reflectivity after attenuation correction. It can be seen that after attenuation correction, the absolute error between the Figure 19 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity before attenuation correction in the case of stratiform clouds on May 2, 2016. The absolute average error between the X-band radar and S-band radar reflectivities before attenuation correction was 6.4 dB, RMSE was 8.1 dB, and the correlation coefficient was 0.6. Figure 20 shows a scatter plot between the X-band radar reflectivity and S-band radar reflectivity after attenuation correction. The absolute average error between the X-band radar and S-band radar reflectivity after attenuation correction decreased from 6.4 dB before attenuation correction to 6.3 dB, and the RMSE decreased from 8.1 dB to 7.9 dB. It can be seen that the attenuation correction effect is greater in the convective cloud case than in the stratiform cloud case.

다음은 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치를 이용하여 감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 검증하였다.Next, the attenuation-corrected X-band radar reflectivity was verified using the

감쇠 보정한 엑스밴드 레이더 반사도를 검증하기 위해서 자동기상관측장비(AWS) 지점에서 에스밴드 레이더 반사도 자료와 정량적으로 비교 검증을 하였다. 먼저 두 레이더 간의 수평 거리 차이가 수 백 km이기 때문에 지구 곡면 효과로 빔 높이의 차이가 발생한다. 따라서 본 발명에서는 표 3과 같이 에스밴드 레이더 고도각(0~1.7°)을 조정하여 엑스밴드 레이더 고도각(5°)의 빔의 차이를 최소화하였다.In order to verify the attenuation-corrected First, because the difference in horizontal distance between the two radars is hundreds of kilometers, a difference in beam height occurs due to the effect of the Earth's curvature. Therefore, in the present invention, the beam difference in the X-band radar elevation angle (5°) was minimized by adjusting the S-band radar elevation angle (0 to 1.7°) as shown in Table 3.

AWS
Site
AWS
Site
KICT
RBH (km)
KICT
RBH (km)
GDK
RBH (km) /Elevation angle (°)
G.D.K.
RBH (km)/Elevation angle (°)
AWS
Site
AWS
Site
KICT
RBH (km)
KICT
RBH (km)
GDK
RBH (km) /Elevation angle (°)
G.D.K.
RBH (km)/Elevation angle (°)
116116 2.82.8 2.7/1.02.7/1.0 411411 2.02.0 2.2/0.62.2/0.6 400400 2.92.9 2.6/1.02.6/1.0 413413 2.92.9 2.6/1.02.6/1.0 401401 2.92.9 2.8/1.02.8/1.0 414414 2.12.1 2.0/0.62.0/0.6 402402 3.43.4 3.3/1.7 3.3/1.7 415415 2.42.4 2.2/0.62.2/0.6 403403 3.23.2 3.5/1.73.5/1.7 416416 1.61.6 1.5/0.21.5/0.2 404404 1.51.5 1.4/0.01.4/0.0 417417 2.42.4 2.3/0.62.3/0.6 405405 1.91.9 1.9/0.31.9/0.3 418418 2.22.2 2.3/0.62.3/0.6 406406 2.22.2 2.3/1.02.3/1.0 419419 2.22.2 2.1/0.62.1/0.6 407407 2.82.8 3.1/1.73.1/1.7 421421 2.72.7 2.6/1.02.6/1.0 408408 2.62.6 2.5/1.02.5/1.0 423423 2.02.0 1.9/0.31.9/0.3 409409 2.92.9 3.2/1.73.2/1.7 424424 1.91.9 1.9/0.61.9/0.6 410410 2.32.3 2.3/0.62.3/0.6 425425 2.92.9 2.8/1.02.8/1.0 506506 0.90.9 1.3/0.01.3/0.0 509509 2.62.6 2.7/1.02.7/1.0 510510 1.91.9 1.8/0.31.8/0.3 532532 2.32.3 2.1/1.02.1/1.0 540540 1.21.2 1.3/0.01.3/0.0 541541 3.33.3 2.9/1.72.9/1.7 544544 1.91.9 2.0/0.32.0/0.3 569569 3.23.2 3.1/1.73.1/1.7 572572 3.53.5 3.7/1.73.7/1.7 589589 0.30.3 1.4/0.01.4/0.0 590590 3.23.2 2.9/1.02.9/1.0 599599 3.43.4 2.4/1.72.4/1.7

엑스밴드 레이더 전자기파의 파장은 2.5~4cm, 에스밴드 레이더 전자기파의 파장은 8~15cm이고 강수 입자의 직경은 수 mm이고 눈송이나 우박은 수 mm에서 수 cm이기 때문에, 입자의 크기가 파장보다 작거나 비슷하다. 전파의 파장이 수 cm인 기상 레이더로 관측할 때 수 mm인 빗방울에서는 레일리 산란이, 직경이 수 mm에서 수 cm인 눈송이나 우박에서는 레일리 산란 또는 미 산란이 일어난다. 아래의 수학식 11을 이용하여 에스밴드 레이더 반사도를 엑스밴드 레이더 반사도로 변환하였다.The wavelength of the similar. When observed with a weather radar with a radio wave wavelength of several centimeters, Rayleigh scattering occurs in raindrops with a diameter of several millimeters, and Rayleigh scattering or Mie scattering occurs in snowflakes or hail with a diameter of several millimeters to several centimeters. S-band radar reflectivity was converted to X-band radar reflectivity using Equation 11 below.

수학식 11에서, 는 에스밴드 레이더 반사도이며, 는 엑스밴드 레이더 파장으로 변환한 에스밴드 레이더 반사도이다. 에스밴드 레이더 반사도가 25dBZ 이하일 때는 식에 적용하여 반사도 변환을 하였고, 에스밴드 레이더 반사도가 25dBZ 에서 45dBZ 사이일 경우에는 식을 적용하였고, 45dBZ 이상일 경우에는 식을 적용하여 변환하였다.In equation 11, is the S-band radar reflectivity, is the S-band radar reflectivity converted to X-band radar wavelength. When the S-band radar reflectivity is less than 25dBZ The reflectivity was converted by applying the equation, and when the S-band radar reflectivity is between 25dBZ and 45dBZ, The formula was applied, and if it is above 45dBZ, The conversion was performed by applying the formula.

레이더 빔의 높이 차이와 엑스밴드와 에스밴드 레이더 간의 파장 차이를 고려하였고 그 외의 차이는 무시할 수 있는 수준으로 가정하였다. 정량적 검증은 아래와 같은 수식을 이용하여 통계적으로 수행되었다.The height difference of the radar beam and the wavelength difference between the X-band and S-band radars were considered, and other differences were assumed to be negligible. Quantitative verification was performed statistically using the formula below.

본 발명에서는 강우의 시공간적인 변동성을 고려한 최적의 엑스밴드 레이더 감쇠 보정 계수 a를 결정하기 위해 레이더 반경 내에 위치한 7개의 마이크로파 링크 감쇠 자료를 모두 이용하는 방법을 제안하였다. 각각의 마이크로파 링크 경로 길이에 해당하는 강우에 의한 엑스밴드 레이더의 평균 감쇠 크기(, , , , , , )를 엑스밴드 레이더 주파수로 변환한 7개의 마이크로파 링크 감쇠( )와 각각의 비용함수()가 최소(0.25)가 될 때의 감쇠 보정 계수(a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7)를 각각 산출하였다. 시공간적으로 변동성이 적은 층상운 강우 사례에서는 7개의 감쇠 보정 계수들의 평균값을 사용하였고, 대류운 사례에서는 7개의 감쇠 보정 계수들의 최대값을 최적의 감쇠 보정 계수로 결정하였다. 본 발명에서는 강우의 시공간적인 변동을 고려할 수 있는 최적의 감쇠 보정 계수를 결정할 수 있고, 특정 마이크로파 링크가 기계적인 원인으로 감쇠 자료를 제공할 수 없을 때에도 안정적으로 감쇠 보정 계수를 계산할 수 있는 장점이 있다.In the present invention, we proposed a method of using all seven microwave link attenuation data located within the radar radius to determine the optimal X-band radar attenuation correction coefficient a considering the spatiotemporal variability of rainfall. The average attenuation magnitude of the X-band radar due to rainfall corresponding to each microwave link path length ( , , , , , , 7 microwave link attenuation converted to X-band radar frequency ( ) and each cost function ( ) is the minimum ( The attenuation correction coefficients (a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7) when 0.25) were calculated respectively. In the stratiform cloud rainfall case with little spatial and temporal variability, the average value of the seven attenuation correction coefficients was used, and in the convective cloud case, the maximum value of the seven attenuation correction coefficients was determined as the optimal attenuation correction coefficient. The present invention has the advantage of being able to determine the optimal attenuation correction coefficient that can take into account spatiotemporal variations in rainfall, and to stably calculate the attenuation correction coefficient even when a specific microwave link cannot provide attenuation data due to mechanical reasons. .

다음은 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 후술될 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 방법의 각 단계는 전술된 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치를 이용한다.Next, an X-band single polarization radar reflectivity correction method using a multi-terrestrial communication base station microwave according to the present invention will be described with reference to the drawings. Each step of the X-band single polarization radar reflectivity correction method using multiple terrestrial communication base station microwaves according to the present invention, which will be described later, uses the X-band single polarization radar reflectivity correction device using the above-described multiple terrestrial communication base station microwaves.

도 21은 본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 방법의 순서도이다.Figure 21 is a flowchart of the X-band single polarization radar reflectivity correction method using microwaves from a multi-terrestrial communication base station according to the present invention.

본 발명에 따른 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 방법은 도 21을 참조하면, 관측 자료를 수집하는 단계(S1, 미도시)와, 마이크로파 감쇠 자료를 기반으로 강우 유무를 탐지하는 단계(S2, 미도시), 엑스밴드 레이더의 반사도를 보정하는 단계(S3)를 포함한다.Referring to Figure 21, the It includes a detection step (S2, not shown) and a step of correcting the reflectivity of the X-band radar (S3).

관측 자료를 수집하는 단계(S1)는 관측 자료 수집 모듈로 엑스밴드 레이더 반사도 보정을 위해 관측 자료를 수집한다. 여기서, 관측 자료를 수집하는 단계(S1)에서 수집하는 관측 자료는 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력, 마이크로파 링크 주변에 설치된 기상청의 자동기상관측장비(Automatic Weather System, AWS)의 강우 감지기에 기록된 강우 시간과 우량계에 기록된 누적 강우량과 강우 시간 자료, 엑스밴드 레이더의 반사도 및 에스밴드 레이더의 반사도를 포함한다.The observation data collection step (S1) is an observation data collection module that collects observation data for X-band radar reflectivity correction. Here, the observation data collected in the observation data collection step (S1) is the transmission power and reception power of the microwave link, and the rainfall detector of the Korea Meteorological Administration's Automatic Weather System (AWS) installed around the microwave link. It includes rainfall time, accumulated rainfall and rainfall time data recorded in the rain gauge, reflectivity of X-band radar, and reflectivity of S-band radar.

마이크로파 감쇠 자료를 기반으로 강우 유무를 탐지하는 단계(S2)는 강우 유무 탐지 모듈이 마이크로파 감쇠 자료를 기반으로 강우 유무를 탐지한다.In the step (S2) of detecting the presence or absence of rainfall based on microwave attenuation data, the rainfall presence detection module detects the presence or absence of rainfall based on the microwave attenuation data.

엑스밴드 레이더의 반사도를 보정하는 단계(S3)는 비용함수를 판단하여 감쇠 보정 계수를 산출하고, 레이더 반사도 와 감쇠 보정 계수 a, b를 적용하여 계산한 게이트(r)별 엑스밴드 레이더 감쇠 크기로 감쇠 보정한 레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정한다. 이러한 엑스밴드 레이더의 반사도를 보정하는 단계(S3)는 비용함수를 판단하는 단계(S3-1)와, 레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 단계(S3-2)를 포함한다.The step (S3) of correcting the reflectivity of the X-band radar determines the cost function, calculates the attenuation correction coefficient, and calculates the radar reflectivity X-band radar attenuation size for each gate (r) calculated by applying attenuation correction coefficients a and b Radar reflectance corrected for attenuation with Calculate the X-band radar reflectivity. The step of correcting the reflectivity of the X-band radar (S3) includes the step of determining the cost function (S3-1) and the radar reflectivity It includes a step (S3-2) of calculating and correcting the X-band radar reflectivity.

비용함수를 판단하는 단계(S3-1)는 관측 자료를 수집하는 단계(S1)에서 수집된 관측 자료를 기반으로 비용함수를 연산하고, 연산된 비용함수가 최소인지 판단한다. 이를 위해서, 비용함수를 판단하는 단계(S3-1)는 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 연산하는 단계(S3-1-1)와, 링크 특성을 이용하여 강우에 의해 야기된 마이크로파 감쇠를 산출하는 단계(S3-1-2), 마이크로파 감쇠 크기를 연산하는 단계(S3-1-3), 엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기를 산출하는 단계(S3-1-4), 및 비용함수를 연산하는 단계(S3-1-5)를 포함한다.The step of determining the cost function (S3-1) calculates the cost function based on the observation data collected in the step of collecting observation data (S1), and determines whether the calculated cost function is the minimum. To this end, the step of determining the cost function (S3-1) includes calculating the attenuation size for each X-band radar gate (S3-1-1), and calculating the microwave attenuation caused by rainfall using link characteristics. Step (S3-1-2), calculating the microwave attenuation magnitude (S3-1-3), calculating the X-band radar average attenuation magnitude (S3-1-4), and calculating the cost function ( S3-1-5).

엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기를 연산하는 단계(S3-1-1)는 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기 연산 모듈이 엑스밴드 레이더 게이트(r) 별 감쇠 크기()를 연산한다. 여기서, 엑스밴드 레이더 게이트(r) 별 감쇠 크기()는 전술된 수학식 6과 같다.The step (S3-1-1) of calculating the attenuation size for each X-band radar gate is performed by the attenuation size calculation module for each X-band radar gate (r). ) is calculated. Here, the attenuation size for each X-band radar gate (r) ( ) is the same as Equation 6 described above.

링크 특성을 이용하여 강우에 의해 야기된 마이크로파 감쇠를 산출하는 단계(S3-1-2)는 마이크로파 감쇠 산출 모듈이 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠(rainfall-caused attenuation, )를 산출한다.In the step (S3-1-2) of calculating the microwave attenuation caused by rainfall using link characteristics, the microwave attenuation calculation module calculates microwave attenuation (rainfall-caused attenuation) using the difference between the transmitted power and received power of the microwave link. ) is calculated.

마이크로파 감쇠 크기를 연산하는 단계(S3-1-3)는 마이크로파 감쇠 크기 산출 모듈이 레이더 주파수로 변환된 마이크로파 감쇠 크기()를 산출한다. 이는 전술된 수학식 8과 같이 구할 수 있다.The step of calculating the microwave attenuation magnitude (S3-1-3) is the microwave attenuation magnitude calculation module converting the microwave attenuation magnitude to the radar frequency ( ) is calculated. This can be obtained as in Equation 8 described above.

엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기를 산출하는 단계(S3-1-4)는 엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기 산출 모듈이 전술된 수학식 7과 같이 마이크로파 링크 경로 길이에 해당하는 엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기()를 계산한다.In the step (S3-1-4) of calculating the X-band radar average attenuation size, the X-band radar average attenuation size calculation module calculates the X-band radar average attenuation size ( ) is calculated.

비용함수를 연산하는 단계(S3-1-4)는 비용함수 산출 모듈이 엑스밴드 레이더의 평균 감쇠 크기()와 변환된 마이크로파 감쇠 크기()간의 차이를 계산하여 전술된 수학식 9와 같이 비용함수()를 추정한다.In the step of calculating the cost function (S3-1-4), the cost function calculation module calculates the average attenuation size of the X-band radar ( ) and the converted microwave attenuation magnitude ( ) by calculating the difference between the cost function ( ) is estimated.

레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 단계(S3-2)는 레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정한다. 이를 위해서, 레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 단계(S3-2)는 감쇠 보정 계수를 연산하는 단계(S3-2-1)와, 감쇠 보정 계수를 선택하는 단계(S3-2-2), 및 반사도를 보정하는 단계(S3-2-3)를 포함한다.radar reflectivity The step (S3-2) of calculating and correcting the X-band radar reflectivity is the radar reflectivity. Calculate the X-band radar reflectivity. For this purpose, the radar reflectivity The step of calculating the X-band radar reflectivity (S3-2) includes calculating the attenuation correction coefficient (S3-2-1), selecting the attenuation correction coefficient (S3-2-2), and the reflectivity It includes a step of correcting (S3-2-3).

감쇠 보정 계수를 연산하는 단계(S3-2-1)는 마이크로파 링크 경로 길이에 해당하는 강우에 의한 7개의 엑스밴드 레이더의 평균 감쇠 크기를 7개의 엑스밴드 레이더 주파수로 변환한 마이크로파 링크 감쇠와 각각의 비용함수가 최소가 될 때의 감쇠 보정 계수를 산출한다. 물론, 본 실시예는 관측 자료 수집 모듈에 7개의 마이크로파 링크의 특성이 입력되는 것이므로 7개의 엑스밴드 레이더의 평균 감쇠 크기를 예시하였으며, 관측 자료 수집 모듈에 입력되는 마이크로파 링크의 특성 개수에 따라 이는 달라질 수 있다.The step of calculating the attenuation correction coefficient (S3-2-1) is the microwave link attenuation obtained by converting the average attenuation size of the seven X-band radars due to rainfall corresponding to the microwave link path length into the seven X-band radar frequencies and each Calculate the attenuation correction coefficient when the cost function becomes minimum. Of course, this embodiment illustrates the average attenuation size of seven X-band radars because the characteristics of seven microwave links are input to the observation data collection module, and this may vary depending on the number of characteristics of the microwave links input to the observation data collection module You can.

감쇠 보정 계수를 선택하는 단계(S3-2-2)는 감쇠 보정 계수를 연산하는 단계(S3-2-1)에서 산출된 감쇠 보정 계수 중, 시공간적으로 변동성이 적은 층상운 강우 사례에서는 7개의 감쇠 보정 계수들의 평균값을 선택하고, 대류운 사례에서는 7개의 감쇠 보정 계수들의 최대값을 최적의 감쇠 보정 계수로 선택한다.In the step of selecting the attenuation correction coefficient (S3-2-2), among the attenuation correction coefficients calculated in the step of calculating the attenuation correction coefficient (S3-2-1), in the case of stratiform cloud rainfall with little spatial and temporal variability, 7 attenuation The average value of the correction coefficients is selected, and in the case of convective clouds, the maximum value of the seven attenuation correction coefficients is selected as the optimal attenuation correction coefficient.

반사도를 보정하는 단계(S3-2-3)는 엑스밴드 레이더 반사도 보정 모듈이 레이더 반사도 와 감쇠 보정 계수 a, b를 적용하여 계산한 게이트(r)별 엑스밴드 레이더 감쇠 크기를 이용하여, 전술된 수학식 10과 같이 감쇠 보정한 레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정한다.In the step of correcting reflectivity (S3-2-3), the X-band radar reflectivity correction module X-band radar attenuation size for each gate (r) calculated by applying attenuation correction coefficients a and b Using the attenuation-corrected radar reflectivity as shown in Equation 10 above, Calculate the X-band radar reflectivity.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다. 즉, 본 발명은 전술된 의료요청 상황 이외의 다양한 상황, 예를 들어, 지역 탐색, 맵 서비스, 특정 지역의 베이스 자료 구축 등에 적용될 수도 있다. 또한, 전술된 제어 방법은 프로그램으로 구현되어 저장 매체에 저장될 수 있다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrative drawings, but the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that transformation can occur. In addition, although the operational effects according to the configuration of the present invention were not explicitly described and explained while explaining the embodiments of the present invention above, it is natural that the predictable effects due to the configuration should also be recognized. In other words, the present invention may be applied to various situations other than the medical request situation described above, such as area search, map service, construction of base data for a specific area, etc. Additionally, the above-described control method may be implemented as a program and stored in a storage medium.

100: 관측 자료 수집 모듈
200: 마이크로파 감쇠 산출 모듈
300: 강우 유무 탐지 모듈
310: 창 크기 산출 모듈
320: 평균 마이크로파 감쇠 산출 모듈
330: 마이크로파 감쇠의 검정 통계량 산출 모듈
340: 임계 값 산출 모듈
350: 1차 강우 유무 탐지 모듈
360: 마이크로파 기준 감쇠 산출 모듈
370: 2차 강우 유무 탐지 모듈
400: 반사도 보정 모듈
410: 마이크로파 감쇠 결정 모듈
420: 엑스밴드 레이더 게이트 별 감쇠 크기 연산 모듈
430: 엑스밴드 레이더 평균 감쇠 크기 산출 모듈
440: 마이크로파 감쇠 크기 산출 모듈
450: 비용함수 산출 모듈
460: 엑스밴드 레이더 반사도 보정 모듈
100: Observation data collection module
200: microwave attenuation output module
300: Rainfall detection module
310: window size calculation module
320: Average microwave attenuation calculation module
330: Microwave attenuation test statistic calculation module
340: Threshold calculation module
350: Primary rainfall presence/absence detection module
360: Microwave reference attenuation calculation module
370: Secondary rainfall presence/absence detection module
400: Reflectivity correction module
410: Microwave attenuation determination module
420: X-band radar gate-specific attenuation size calculation module
430: X-band radar average attenuation magnitude calculation module
440: Microwave attenuation magnitude calculation module
450: Cost function calculation module
460: X-band radar reflectivity correction module

Claims (4)

마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력을 수집하고, 상기 마이크로파 링크 주변에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 기상청 자동기상관측장비 (Automatic Weather System, AWS)의 강우 감지기(rain detector)와 우량계에 일정 간격으로 기록된 누적 강우량 자료와 강우 시간 자료를 수집하는 관측 자료 수집 모듈과,
상기 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력간의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠를 산출하는 마이크로파 감쇠 산출 모듈,
상기 마이크로파 감쇠의 자기상관계수를 기반으로 강우 유무를 탐지하는 강우 유무 탐지 모듈, 및
상기 강우 유무 탐지 모듈에서 강우 탐지 시 엑스밴드 레이더 게이트(r) 별 감쇠 크기()와, 엑스밴드 레이더의 레이더 반사도()를 이용하여 산출된 감쇠 보정된 레이더 반사도()로 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 엑스밴드 레이더 반사도 보정 모듈을 가지는 반사도 보정 모듈을 포함하며,
상기 감쇠 보정된 레이더 반사도()는,
이며,
상기 은 엑스밴드 레이더 감쇠 크기로서,
이고,
상기 는 엑스밴드 레이더의 첫번째 게이트의 감쇠 값으로 의 값은 0이며,
상기 N은 엑스밴드 레이더 게이트 전체 자료 수,
상기 은 엑스밴드 레이더의 게이트 간격(km),
상기 a, b는 엑스밴드 레이더의 감쇠 보정 계수인 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 장치.
The transmitted power and received power of the microwave link are collected, and recorded at regular intervals in the rain detector and rain gauge of at least one Korea Meteorological Administration Automatic Weather System (AWS) installed around the microwave link. An observation data collection module that collects accumulated rainfall data and rainfall time data,
A microwave attenuation calculation module that calculates microwave attenuation using the difference between the transmitted power and received power of the microwave link,
A rainfall detection module that detects the presence or absence of rainfall based on the autocorrelation coefficient of the microwave attenuation, and
Attenuation size for each X-band radar gate (r) when detecting rainfall in the rainfall detection module ) and the radar reflectivity of the X-band radar ( Attenuation-corrected radar reflectivity calculated using ) ( ) and includes a reflectivity correction module having an X-band radar reflectivity correction module that corrects the X-band radar reflectivity,
The attenuation corrected radar reflectivity ( )Is,
and
remind is the X-band radar attenuation magnitude,
ego,
remind is the attenuation value of the first gate of the X-band radar. The value of is 0,
N is the total number of X-band radar gate data,
remind is the gate spacing (km) of the X-band radar,
Above, a and b are an X-band single polarization radar reflectivity correction device using a multi-terrestrial communication base station microwave, which is the attenuation correction coefficient of the X-band radar.
삭제delete 관측 자료 수집 모듈이 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력을 수집하고, 상기 마이크로파 링크 주변에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 기상청 자동기상관측장비 (Automatic Weather System, AWS)의 강우 감지기(rain detector)와 우량계에 일정 간격으로 기록된 누적 강우량 자료와 강우 시간 자료를 수집하는 단계와,
상기 마이크로파 링크의 송신 전력과 수신 전력간의 차이를 이용하여 마이크로파 감쇠 산출 모듈이 마이크로파 감쇠를 산출하는 단계,
상기 마이크로파 감쇠의 자기상관계수를 기반으로 강우 유무 탐지 모듈이 강우 유무를 탐지하는 단계, 및
반사도 보정 모듈이 비용함수를 판단하여 감쇠 보정 계수를 산출하고, 레이더 반사도 와 감쇠 보정 계수 a, b를 적용하여 계산한 게이트(r)별 엑스밴드 레이더 감쇠 크기로 감쇠 보정한 레이더 반사도를 산출하여 엑스밴드 레이더 반사도를 보정하는 단계를 포함하며,
상기 감쇠 보정된 레이더 반사도()는,
이며,
상기 은 엑스밴드 레이더 감쇠 크기로서,
이고,
상기 는 엑스밴드 레이더의 첫번째 게이트의 감쇠 값으로 의 값은 0이며,
상기 N은 엑스밴드 레이더 게이트 전체 자료 수,
상기 은 엑스밴드 레이더의 게이트 간격(km),
상기 a, b는 엑스밴드 레이더의 감쇠 보정 계수인 다중 지상 통신 기지국 마이크로파를 활용한 엑스밴드 단일 편파 레이더 반사도 보정 방법.
The observation data collection module collects the transmitted power and received power of the microwave link and sends them to the rain detector and rain gauge of at least one Korea Meteorological Administration Automatic Weather System (AWS) installed around the microwave link. Collecting accumulated rainfall data and rainfall time data recorded at regular intervals;
A microwave attenuation calculation module calculating microwave attenuation using the difference between the transmitted power and received power of the microwave link,
A rainfall detection module detects the presence or absence of rainfall based on the autocorrelation coefficient of the microwave attenuation, and
The reflectivity correction module determines the cost function and calculates the attenuation correction coefficient, and the radar reflectivity X-band radar attenuation size for each gate (r) calculated by applying attenuation correction coefficients a and b Radar reflectance corrected for attenuation with It includes the step of calculating and correcting the X-band radar reflectivity,
The attenuation corrected radar reflectivity ( )Is,
and
remind is the X-band radar attenuation magnitude,
ego,
remind is the attenuation value of the first gate of the X-band radar. The value of is 0,
N is the total number of X-band radar gate data,
remind is the gate spacing (km) of the X-band radar,
Above, a and b are the attenuation correction coefficients of the X-band radar.
삭제delete
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