강우레이더 관측의 정확도는, 호우의 강도나 형태와 같은 기상학적 조건(변동 오차 요소) 외에도, 관측 지점의 레이더로부터의 거리, 고도, 관측유역의 형태나 크기 등 다양한 관측환경 조건(고정 오차 요소)에 의해서도 달라질 수 있기 때문에, 강우레이더 관측의 오차 성분을 정량화할 필요가 있다. 본 연구에서는 거리와 고도에 의한 오차 특성을 이중편파 변수의 특성을 이용하여 실증적으로 분석하였고, 이를 통해 감쇠의 영향과 산지효과(또는 지형효과)로 인한 오차 규모를 정량적으로 산정 비교하였다. 거리가 멀어짐에 따라 고도도 높아지기 때문에 QPE 불확실도의 거리와 고도에 따른 성분을 구분하는 것은 매우 어려운데, 거리에 대한 불확실도 성분이 매우 작은 R(KDP)를 이용한다면 효과적으로 분리가 가능하다. 이러한 원리를 이용하여, 관측 거리에 따른 오차가 매우 작은 R(KDP)를 기준으로 관측 거리에 따른 오차와 고도에 따른 오차를 분리하여 표준화[Z-score] 하였다. R(Z)의 경우는 관측 고도와 거리에 따른 오차가 중첩되어 나타나나, R(KDP)는 거리에 따른 오차는 거의 나타나지 않으므로 이를 기본 가정으로 하여 R(Z)와 R(KDP) 관계로부터 관측 고도에 따른 오차 성분만 분리하였다. 분리 결과, 관측 거리에 따른 표준 오차의 경우 100km 까지는 대략 10%(0.1) 이하로 나타났으나, 150km 이상에서는 30%(0.3)를 초과하는 것으로 나타났다. 관측 고도에 따른 표준 오차의 경우 2~3번째 고도각 까지는 대략10%(0.1) 이하로 나타났으나, 3번째 고도각 이상에서는 20%(0.2), 4번째 고도각 이상에서는 50%(0.5)를 초과하는 것으로 나타나, 고도에 의한 영향이 거리에 의한 영향보다 민감하게 나타났다. 1번째 고도각에서는, 100km 이내 근거리에서 관측 거리가 가까워질수록 오차가 증가하는 경향을 보이는데, 이는 저고도 빔 간섭(빔 차폐) 등의 영향으로 추정되었다.
본 논문에서는 X-대역 능동 위상 배열 레이더 시스템에 사용되는 MMIC 다기능 칩을 0.5 ${\mu}m$ p-HEMT 상용 공정을 이용하여 저전력 특성을 가지도록 개발하였다. 다기능 칩은 6-비트 디지털 위상 천이 기능, 6-비트 디지털 감쇠 기능, 송/수신 모드 선택 기능, 신호 증폭 기능 등의 다양한 기능을 제공한다. $16mm^2(4mm{\times}4mm)$ 칩 크기의 소형으로 제작된 MMIC 다기능 칩은 7~11 GHz에서 10 dB의 송/수신 이득 특성과 14 dBm의 P1dB 특성을 가지며, DC 소모 전력이 0.6 W로 매우 낮은 저전력 특성을 보였다. 그리고 6-비트, 64 상태에 대해 위상 천이 특성과 감쇠 특성의 측정 결과, 동작 주파수에서 $3^{\circ}$의 RMS(Root Mean Square) 위상 오차와 0.6 dB의 RMS 감쇠 오차를 보였다.
본 논문에서는 크게 계산량이 증가하지 않으면서 음향 반향 제거기의 성능을 향상시킬 수 있는 잡음에 강건한 적응 알고리즘과 후처리기를 제안한다. 제안하는 적응 알고리즘은 기준 입력신호와 마이크 입력신호의 전력 합으로 적응 상수를 정규화 한다. 근단화자의 음성신호나 주변 잡음이 마이크로 입력되면 그 전력만큼 적응 상수가 작아지기 때문에 이들 주변 잡음에 의한 계수 오조정을 줄일 수 있다. 잔여 반향을 제거하기 위해서 잡음에 강건한 알고리즘과 연동하는 새로운 후처리 방법을 제안한다. 제안하는 후처리 방법은 마이크 입력신호와 추정 오차신호의 상관도를 활용한다. 잔여 반향은 마이크 입력신호의 전력으로 정규화된 상관도에 의해서 감쇠되어 제거한다. 정규화 상관도는 잔여 반향에 대해서 Wiener 필터 역할을 한다. 동시 통화시에는 추정 오차신호에는 근단화자의 음성신호가 대부분을 차지함으로 정규화 상관도는 거의 1이 되어 근단화자의 음성신호는 감쇠없이 전송된다. 반향 신호만 있을 때에는 잔여 반향은 후처리기에 의해서 대부분 감쇠되어 제거된다. 제안하는 후처리기를 이용한 음향 반향 제거기의 계산량은 NLMS 알고리즘에 비해서 크게 증가하지 않는다.
흡수와 산란이 매우 작은 반사경의 손실을 측정하기 위하여 공동 광자 감쇠시간 측정 방법을 이용한 측정 장치를 구성하였다. 장치의 광자 감쇠시간의 측정 오차는 반사경의 위치에 따른 손실 불균일성으로 설명할 수 있으며 단시간 안정도와 장시간 안정도 측정을 통하여 본 장치의 장시간 안정도의 한계는 3일이고 그 때의 최소 측정 오차는 4 ppm임을 확인하였다. 또한 구성된 장치를 이용하여 제작 방법과 손실이 다른 여러 반사경의 손실을 측정한 결과 이온빔 스퍼터링 방법을 사용한 반사경이 전자총 증착 방법을 사용한 반사경에 비해 작은 손실을 가진 것을 알 수 있었으며 반사경의 손실이 측정 위치에 따라 다르게 나타나 손실이 공간적으로 균일하지 않음을 확인하였다.
오염물질의 이동 현상을 모의하기 위하여, 감쇠항이 있는 3차원 이송-확산 방정식의 수치모형이 개발되었다. 개발된 모형은 유한차분 모형으로서 시간단계의 가중치 ${\alpha}$를 포함하는 음해법(implicit finite difference method)과, 반복법인 Gauss-Seidel SOR(successive over relaxation)이 사용되었다. 모형은 보다 단순화된 가정 하에서 존재하는 두 가지의 해석적인 해와 비교되었다. 그 결과 Peclet number가 5~20 이하에서는 수치 분산의 영향이 크지 않았고 작은 오차범위 내에서 해석적인 해와 동일하였다. 또한 가중치 ${\alpha}$의 변화에 대한 모형의 거동은 Crank-Nicolson 모형(${\alpha}$=0.5)이 fully-implicit 모형(${\alpha}$=1)보다 해석적인 해에 접근함을 보여주었다. 모형의 검증과 실효성 제고를 위하여, mass balance를 검토하였다. 즉, 이송, 확산 및 감쇠항 각각에 대한 질량 이동을 산출하였으며, 그 결과 질량 이동의 계산 오차는 약 3% 이내였다. 본 모형은 감쇠 과정이 수반되는 3차원 이송-확산의 농도분포와 질량이동을 산출할 수 있으며 다양한 경계조건을 설정함으로서 현장조건을 반영할 수 있다. 그러나본 모형은 고정격자를 기반으로하는 유한차분 모형이므로 Peclet number가 비교적 작게 나타날 수 있는 토양 및 지하수계의 오염물질 이동 등의 문제에서 유용하게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
에디 공분산 방법은 생태계와 대기간의 질량과 에너지 교환을 측정하는데 널리 사용되고 있다. 이 방법은 다른 미기상학적 방법과는 달리 많은 가정을 필요로 하지 않는 직접 측정으로서, 스칼라의 농도 변화를 측정하기 위해 고속 반응의 개회로 또는 폐회로 기기를 필요로 한다. 후자를 사용할 경우, 흡입된 공기가 관을 통과하면서 스칼라의 농도 변동의 감쇠가 일어난다. 이러한 관 감쇠 효과는 측정하고자 하는 난류 플럭스를 과소 평가하게 한다. 난류 흐름의 감쇠 효과를 정량화하기 위해서 개회로 기기와 폐회로 기기로 측정된 수증기 농도를 각각 분석하였다. 통계적 분석에 의하면, 폐회로 기기에서 얻어진 스펙트럼이 0.5 Hz 이상의 영역에서 개회로 기기에서 얻어진 스펙트럼과 서로 다름을 보였다. 낮에는 관 감쇠에 의한 수증기 플럭스의 손실이 5% 이내였으나, 밤에는 풍속이 작고, 난류의 강도가 약하여 플럭스 손실이 상대적으로 크게 나타났다. 이론적으로 계산된 플럭스 손실은 관측 결과와 고주파수 영역에서 약간의 차이를 보였는데, 이것은 수증기가 관의 벽과 상호 작용하면서 플럭스 측정에 영향을 주었기 때문인 것으로 추정된다. 결론적으로, 개회로나 폐회로기기 모두 5% 오차 내에서 수증기 플럭스 관측에 사용할 수 있다. 그러나 대기가 안정할 때는 플럭스 산출시 고주파수에서의 영향을 신중히 고려해 주어야 한다.
송신 안테나는 약 53m 높이에 설치하고, 수신 안테나는 약 6m 높이에 설치하였으며, 해안국에서 700m부터 약 20km까지의 전파 경로 구간에서 $5{\pm}1m/s$의 속도로 이동하면서 150.0625MHz의 단일 주파수를 사용하여 수신신호의 크기를 측정하는 시험을 수행하였다. 본 논문에서는 실해역 측정 데이터를 입력으로 하여 최소자승법오차 방법을 이용하여 측정한 전달경로 구간에서 경로감쇠지수가 3.79가 됨을 추정하였으며, 추정한 경로감쇠지수는 해상 VHF 채널(100MHz)에 대해 ITU-R P.1546-4 Annex 2의 측정 결과와 유사한 결과를 보인다. 추정한 경로감쇠 지수값은 우리나라 남해안의 해상통신에서 하절기의 경로감쇠 지수 예측값으로 사용할 수 있을 것이다.
높은 재현성과 함께 효율적인 수동 정렬을 위하여 제안된 대형코어 단일모드 폴리머 광도파로를 이용하여 제작 가능한 폴리머 광도파로 소자인 가변 광감쇠기를 제안하고 삼차원 빔전파 방법을 이용하여 소자의 동작 특성을 파악하고 최적 구조를 설계하였다. 소자의 표면에 집적된 박막 전극 히터에서 발생하는 열로 인해 폴리머 광도파로에서 발생하는 굴절률 분포 변화를 수치해석적으로 구하였으며 이 결과를 이용하여 삼차원 빔전파 해석을 수행하였다. 대형코어 광도파로가 가지는 작은 굴절률 대비로 인해 효과적인 광감쇠 현상을 작은 온도 변화로부터 얻을 수 있음을 확인하였다. 일반 광도파로 VOA에서 섭씨 150도 이상의 온도 변화가 필요한 반면 대형 코아 광도파로 VOA는 섭씨 70도 정도의 온도 변화 만으로도 20 dB 이상의 감쇠를 얻을 수 있었다. 대형코아 광도파로가 가지는 장점인 높은 정렬오차 허용범위와 더불어 낮은 구동전압으로 동작하는 장점을 함께 가지는 가변 광감쇠기 설계를 완성하였다.
additive 감쇠에 의한 감쇠 최소 자승법에 가우스 소거법과 Jacobian 행렬을 직교 변환시킨 SVD(singular value decomposition)법을 적용하여 조건수가 양호한 triplet 사진 렌즈계에 적용하여 수렴 속도와 안정성을 비교하였다. SVD 직교화 방법을 적용한 감쇠 최소 자승 법이 최소 merit 함수에 보다 안정되고 빠르게 수렴하였다. SVD 방법을 적용한 최적화에서 적절한 merit 함수를 얻을 수 있지만 오차 함수의 비선형성으로 인해 merit 함수가 국부 최소 점에 수업하는 경우가 있어서 간단한 전역 최적화 방법인격자 법으로 최적화를 실시하여 SVD 방법에 의한 merit 함수보다 낮은 전역 최소 점에 수렴하게 하였다.
서로 대칭인 두 광기능성 그룹들 (4-cyanoazobenzene groups)을 포함하는 측쇄형 액정 고분자(liquid crystalline polymalonic esters, PCN)에 이광파혼합을 이용하여 소거가 가능한 편광 홀로그램을 기록하였다. 기록된 회절격자의 회절효율을 측정하고, 기록광의 세기에 대한 격자의 기록 특성, 암실 상태에서의 감쇠 및 광에 의한 소거 특성을 조사하였다. 측정결과, 복굴절$\Delta$n은 약6.5$\times$10-2;로 Fe:LiNbO3, Ce:BaTiO3 등의 무기결정에 비해 10~100배 정도 높게 측정되었으며, 감쇠곡선도 1시간 동안 4.3$\times$10-5%의 감쇠를 나타냄으로서 정보저장소자로서의 응용 가능성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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