이 해설에서는 물리탐사 및 지구물리 분야 실무자들의 측지 좌표계와 지도 투영에 관한 이해를 높이기 위해 이를 구성하는 요소들의 개념을 상세히 설명하였다. 지구 타원체, 지오이드, 지심 위도, 측지 위도, 경도, 항정선, 대원 등의 기본 개념을 자세히 설명하였다. 또한 현재 대표적으로 널리 사용되고 있는 지심 직각 좌표계, 경위도 좌표계에 대한 설명과 함께 좌표계 간의 좌표 변환에 대해서도 자세히 설명하였다. 이와 더불어 지역 측지 데이텀 변환 및 직각 좌표 투영에 대한 설명을 추가하고 우리나라 측지 좌표계에 대하여 요약하여 물리탐사 실무에서 좌표 체계를 더 잘 이해하고 사용할 수 있도록 하였다.
오로라는 태양풍과 지구자기장의 상호작용에 의해 지구의 상층대기에서 일어나는 대규모의 방전현상이다. 방전을 일으키는 전자들은 상층대기의 원자나 분자들과 충돌하여 이들을 들뜨게 하거나 이온화시킨다. 이렇게 들뜬 분자나 원자는 가시광선, 자외선 및 적외선영역의 빛을 방출한다. 오로라의 운동은 빛을 방출하는 상층대기의 운동에 의해서가 아니라 이를 야기하는 하강전자의 충격지점이 변하기 때문이다. 이것은 마치 극지방 상층대기가 TV의 브라운관과 같은 구실을 하고 오로라는 브라운관 안쪽의 형광막에 전자가 부딪쳐 빛을 내는 것과 유사한 현상이다. 따라서 오로라의 운동으로부터 지구주변의 전기장과 자기장의 변화를 알아낼 수 있다. 오로라는 화려한 빛을 발산할 뿐만 아니라 오로라타원체를 따라 강력한 전류가 발생되므로 상층대기 및 지상에 그 효과가 감지된다. 이로 인하여 지상 및 우주공간에 설치된 인류의 최첨단기기의 성능과 수명에 영향을 미쳐 사회.경제적으로 다양한 손실을 야기한다.
각종 중력자료를 분석하여 한반도 일원의 정밀지오이드에 대하여 연구하였다. 한반도 일원의 중력자료에 의한 상대지오이드의 변화는 1.5m에 이르고 있고 한반도 내에서의 지오이드의 변화는 GRS1980 지구 타원체에 비해 15.5 m에서 30.0 m에 이르고 있으며 남북을 축으로 서쪽에서 동쪽방향으로 증가하는 경향을 보이고 있다. 본 연구의 결과는 다른 계산방법 특히 GPS 측정 결과들에 의한 검증이 필요하면, 이들을 이용하여 좀 더 나은 결과를 도출할 수 있을 것이다.
우리나라는 육지와 바다에서 서로 다른 높이기준면을 사용하고 있으므로 국가공간정보의 활용도 제고를 위해서도 높이기준의 일원화를 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 수직기준면에 대한 검토와 표준화 방향조사, 국제기구 활동연계를 통한 향후 발전방향을 제시하였다. 그 결과 외국의 경우처럼 지구타원체와 지오이드면의 차이를 데이터베이스하고 보정시스템을 구축할 필요가 있으며, 앞으로 S-100에 대처하기 위하여 해양데이터에 대한 SDI표준안 연구가 시급함을 보여주고 있다.
본 연구에서는 유/무인 우주발사체의 재진입모듈에 적용되는 Heat-Shield(열차단막)의 형상에 따른 유동특성을 수치해석으로 분석했다. 재진입모듈이 지구의 대기권을 다시 진입하는 환경(고도 70km)을 기준으로 해석을 진행했다. 열차단막의 형상은 평판, 곡률이 다른 타원으로 나누었으며, 각 형상별 유동특성을 확인했다. 결론적으로 재진입 모듈의 형상에 따라 압력과 속도분포를 기준으로 열적인 분포를 예상했으며, 계산된 항력계수를 비교했다. 단순한 유동으로 열적 분포를 예상한 것에 한계가 있지만 대기권 재진입 모듈의 2차원 설계에 도움이 될 형상기준을 제시했다. 수치해석은 모두 Edison_CFD에서 제공하는 툴을 이용해 수행했으며, 전처리에는 e-mega (structured)을 후처리에는 e-dava를 이용했다. 해석 solver는 '정렬격자기반 2차원 압축성 유동 범용해석 소프트웨어'를 이용했다.
제주도 내의 13개의 수준점에서 GPS를 측정하였으며, 이에 의한 GPS/Levelling 지오이드와 PNU95 지오이드를 비교, 분석하여 보았다. GPS의 측정결과 각. 수준점의 타원체 높이를 ${\pm}3\;cm$ 이내의 정밀도로 측정하였다. 계산된 GPS/Levelling 지오이드는 제주도의 지형 변화를 잘 나타내고 있으며, 제주도에서 지오이드와 지형의 상관식은 다음과 같다. $$N\;=\;0.001082\;{\times}\;h\;+\;25.458\;{\pm}\;0.227\;s.d.$$ 계산된 GPS/Levelling 지오이드와 PNU95 지오이드는 잘 일치하고 있으며 두 지오이드의 RMS 차이는 0.14 m이다.
Unified State Model(이후 USM)은 Altman(1972)에 의해 처음 제안된 이후 Chodas(1981), Raol & Sinha(1985), Vittaldev et al.(2012) 등을 거치며 연구 발전되어 왔다. 이 모델은 공간상 6개 성분의 위치, 속도 벡터를 이용해 위성의 운동을 기술하는 기존 계산 방법과 달리 4개의 Quaternion 변수를 도입하여 위성의 위치를, 3개의 Hodograph 변수를 도입하여 위성의 속도를 각각 기술한다. USM의 장점은 직교좌표계로 표현된 위성의 위치, 속도 변수에 비해 USM 변수의 변화량이 상대적으로 작기 때문에 수치 계산 시 계산의 안정도가 높다. 또한 원궤도(${\omega}$ : undefined)와 적도면 궤도(i = 0, ${\Omega}$ : undefined) 계산 시에 나타나는 특이성(singularity) 문제가 발생하지 않는다. 본 연구에서는 USM 계산방법과 기존 방법에 의한 위성궤도 계산결과의 차이를 비교 분석하였다. 지구궤도 위성의 정밀계산을 위해 이체항 이외에 지구타원체 섭동항과 대기 항력에 의한 섭동항을 추가 적용하였다. 비구형 지구 중력 포텐셜에 의한 섭동은 J4항까지 고려하였으며, 대기 항력은 간단한 exponential 모델을 적용하였다. 또한 수치계산 시 적분 간격과 정밀도 차수를 조절하여 각 모델의 계산 안정성을 테스트하였다. 본 연구의 궤도계산 결과 USM 모델을 이용한 계산방법은 그 정밀성과 계산효율성이 매우 우수한 것으로 검증되었다.
지상의 관측소에서 특정 인공위성을 찾아내기 위해서는 위성의 정밀궤도 계산이 필요하다. 궤도상의 인공위성의 위치는 시간에 따라 계속 변하므로 이러한 위성의 위치를 실시간으로 추적하기 위해서는 컴퓨터를 이용한 계산이 필수적이다. 정밀한 계산 결과를 얻기 위하여 태양과 지상 관측소의 위치는 Astronomical Almanac과 지구 타원체 모델을 이용하여 계산 하였다. 인공위성의 궤도는 미공군 북미방공사령부(NORAD)에서 발표하는 TLE를 초기값으로 이용하여 J2 섭동효과를 포함한 위성의 위치 및 속도의 변화를 계산하여 SkyView로 나타내었다. 이렇게 나타낸 SkyView의 결과를 실제 위성의 궤적과 비교하여 위성의 궤도를 검증하였으며, 시간에 따른 위성의 광도 곡선 변화 계산 루틴을 작성하여 실제 위성을 찾아내기 위한 기초자료로 활용이 가능하도록 하였다. 모든 계산을 위한 프로그램을 Visual Studio.net 2010 환경에서 C++ 언어를 이용하여 작성하였으며, 결과를 나타내기 위하여 Nokia 사의 Cross Platform 라이브러리인 Qt를 이용하여 UI 제작 및 Visualization을 수행하였다. Qt 라이브러리는 C++ 언어를 기반으로 작성된 플랫폼 독립적인 GUI 라이브러리로써 MS Windows, Linux, MacOS 환경에서 사용이 가능하다. 이를 통해 운영체제에 관계없이 모든 컴퓨터 환경에서 동일한 유저 인터페이스를 이용하여 계산을 할 수 있다. 본 연구는 향후 우주물체탐색에 있어 독자적인 운영을 위한 프로그램으로 활용할 예정이다.
국가측지계는 지도제작 분야, 국토의 개발에 있어 단일한 위치기준을 제공하여 주는 것으로서 국가에서 법령으로 정의하고 유지관리를 하고 있다. 최근까지 세계 각 국가에서는 천문측량에 의한 독자적인 측지계를 사용하였으나, 최근 우주 위성측지기술의 발전으로 전 지구 규모의 고정밀 측지기준계(세계좌표계)가 개발되어 사용되고 있다. 우리나라도 2001년 12월 측량법을 개정하여 기존에 사용하던 Bessel 타원체를 준거타원체로 하는 기존측지계에서 GRS80타원체를 준거타원체로 하는 세계측지계로 국가측지계를 전환하였다. 이에 따라 국토지리정보원을 중심으로 다양한 연구결과가 도출되어 세계측지계로의 전환을 위한 기술적 제도적 기반이 어느 정도 갖추어졌음에도 불구하고, 국토지리정보원, 국토해양부 및 일부 지방자치단체가 세계측지계 전환을 추진하고 있어 지방자치단체나 공공기관으로 확산되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 세계측지계 전환을 활성화하기 위해서는 현재 세계측지계 전환의 기술적, 제도적 문제점 및 저해 요인을 분석하고 해결 방안을 제시하여 이에 대한 정책적 실행방안의 수립이 요구된다. 이에 본 연구에서는 선행연구결과 및 자료조사, 세계측지계 전환 추진현황을 분석하고 세계측지계 전환의 문제점을 분석하여 기술적, 제도적 보완사항을 제시하고, 전환 대상 및 전환 유형에 대한 표준화를 수행하였으며, 국토지리정보원 및 유관기관의 업무범위 제시 및 2010년 세계측지계 전면 사용을 위한 정책방향을 제시함으로써 세계측지계 전환의 활성화를 도모하고자 하였다.
OSU89B를 이용하여 한반도 일원의 지오이드와 수직선편차에 대하여 연구하였다. 한반도 일원에서 지오이드는 GRS1980 지구타원체에 비해 +3m~+35m 범위의 변화를 나타내며, 전반적으로 서에서 동으로 높아져 감이 특징적이다. 수직선편차는 $\xi$가 -8.9"~8.0", $\eta$가 -13.1"~9.0"의 범위의 변화를 보이며 전반적으로 서편경향이 특징적이다.며 전반적으로 서편경향이 특징적이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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