표제지
목차
요약 4
제1장 연구개요 14
1. 연구의 배경 및 목적 15
가. 연구의 배경 15
나. 연구의 목적 19
2. 연구 내용 20
제2장 e-VLBI 구현을 위한 DBBC 기능 고도화 및 최적화 22
1. e-VLBI 관측을 위한 DBBC3 기능 고도화 23
가. DBBC3-4L4H 업그레이드 23
나. DBBC3-4L4H 확장에 따른 입력 연결 설정 소프트웨어 개선 26
다. e-VLBI 관측에 필요한 출력 설정 정의 및 소프트웨어 인터페이스 추가 28
2. DBBC3의 측지 관측 적용을 위한 VLBI 관측 소프트웨어 기능 개선 30
가. 측지 관측 적용을 위한 DBBC3 인터페이스 확장 및 개선 30
나. DBBC3 업그레이드에 따른 관측 소프트웨어 기능 개선 32
3. DBBC3 기반 VLBI 관측 안정화를 위한 성능 평가 및 최적화 수행 39
제3장 DiFX 상관처리 자동화 기술 고도화 40
1. 상관처리를 위한 표준전파원 DB 구축 41
2. 표준전파원 자동 선택ㆍ등록 유틸리티 개발 42
3. 상관처리를 위한 지연시간 보정 기능 자동화 43
가. N-포인트 방법 자동화 43
나. v2d 파일 자동 업데이트 45
4. VLBI 관측 데이터의 저장ㆍ관리ㆍ처리 자동화를 위한 관련 유틸리티 기능 업그레이드 47
가. 데이터 전송 관리 기능 유틸리티 개발 47
나. 데이터 저장 기능 유틸리티 개발 49
제4장 e-VLBI 관측 안정화를 위한 성능 평가 51
1. DiFX 상관기 성능 개선을 위한 서버 추가 연동, DiFX 상관기 SW 업데이트 등 관측 환경 조성 52
가. DiFX 서버 환경 분석 52
나. DiFX belbi2 환경 설정 및 테스트 54
2. e-VLBI 성능 업그레이드 DiFX 상관기를 이용한 e-VLBI 상관처리 테스트 54
가. 세종 + KVN 2Gbps e-VLBI 관측 설정 55
나. 세종 + KVN 2Gbps e-VLBI 상관처리를 위한 DiFX 설정 58
다. 세종 + KVN 2Gbps e-VLBI 상관처리 프린지 검출 60
3. e-VLBI 운용을 위한 사용 매뉴얼 제작 및 e-VLBI 활용 방안 63
가. e-VLBI 운용을 위한 사용 매뉴얼 63
나. e-VLBI 활용 방안 63
제5장 세종 VLBI 활용 확대를 위한 국ㆍ내외 VLBI 네트워크 협력 기반 구축 65
1. KVNㆍEVN과 공동 관측 협력 방안 66
2. 국ㆍ내외 VLBI 관측망 참여를 위한 세종 VLBI 시스템 성능 측정 및 정량화된 성능지표 생성 69
3. 세종+KVNㆍEAVN 등 VLBI 관측망을 이용한 활용 분야 발굴ㆍ제시 70
가. EAVN의 측지ㆍ측성 VLBI 기준 역할 수행 70
나. 국제 K-band 측지 VLBI 관측을 통한 천체기준좌표계(CRF) 연구 71
다. 초정밀 시공간 융합연구 72
라. 국ㆍ내외 VLBI 전파망원경을 활용한 우주탐사선 정밀 위치 결정 74
제6장 광대역 e-VLBI 관측을 위한 주파수 합성기 개발 및 적용ㆍ운영방안 마련 76
1. 세종 시스템에 적합한 합성기 개발을 위한 시스템 구성도 분석, 평가 77
가. 기준신호 전송 시스템 분석, 평가 77
나. 10/100MHz 이외의 1GHz 이상의 고주파수의 기준 주파수 공급 방법 검토 79
다. 현재 설치된 22/43GHz 수신기 및 주파수 하향 변환기의 주파수 안정도 분석, 평가 81
2. 주파수 합성기 개발을 위한 요구 성능 설계 86
가. 주파수 합성기 출력 주파수 범위, 해상도, 출력 전력 계산 86
나. 22/43GHz 수신기의 관측 효율을 고려한 주파수 별 필요 위상 안정도 계산 89
3. 주파수 합성기 회로 설계 및 제작 91
가. 주파수 합성기 시스템 설계 91
나. PLL회로 설계 및 제작 93
다. YIG 발진기를 활용한 RF 회로 설계 및 제작 94
라. 주파수 차폐 상자를 포함한 전체 주파수 합성기 조립 96
마. 주파수 합성기 프로그램 작성 및 주파수 합성기 완성 97
4. 주파수 합성기 종합성능 테스트 99
가. 출력 주파수 신호 크기 및 Lock 여부 측정 99
나. 출력 주파수별 위상 잡음 측정 101
다. 주요 주파수 장기 위상 안정도 측정 101
5. 세종 VLBI 시스템 적용을 위한 현장 성능 시험 104
가. 주파수 합성기 설치 및 수신기 위상 안정도 측정 setup 구성 104
나. 망원경 성능 시험을 위한 프로그램 작성 105
다. 개발된 주파수 합성기를 활용한 수신기 위상 안정도 측정 105
6. 22/43GHz 수신기 광대역화 구현을 위한 주파수 합성기 적용 방안 마련 107
7. 결론 108
참고문헌 110
용어 및 약어 정리 111
[부록 1] DBBC3 업그레이드 성능 시험 결과서 114
[부록 2] 세종 DiFX e-VLBI 매뉴얼 123
[부록 3] 세종 전파망원경 시스템 성능 지표 138
[부록 4] 주파수 합성기 프로그램 151
[부록 5] 주파수 합성기 점검 매뉴얼 159
[부록 6] 민간 연구자 지원 업무 협조 166
[부록 7] EAVN 협력에 관한 연구논문 출판 167
Abstract 169
판권기 171
〈표 1-1〉 DBBC3 firmware별 지원 기능 24
〈표 6-1〉 현재 수신기의 8-10GHz IF 주파수를 사용할 경우, 수신기 광대역화에 요구되는 주파수 합성기의 주파수 범위와 간격 86
〈표 6-2〉 DBBC3 입력 주파수 대역인 4-15GHz IF 주파수를 사용할 경우, 수신기 광대역화에 요구되는 주파수 합성기의 주파수 범위와 간격 87
〈표 6-3〉 43GHz 대역 수신기의 주파수 할당 방법 88
〈표 6-4〉 10GHz 대역 주파수 합성기의 위상잡음(1deg rms의 경우) 89
〈표 6-5〉 10-20GHz YIG 주파수 합성기의 출력 주파수 목록 92
〈표 6-6〉 RF 회로의 주요 부품 목록 96
〈표 6-7〉 주파수 합성기 프로그램의 주요 기능 및 기능 설명 97
〈표 6-8〉 주파수 합성기 응답 명령 98
〈표 6-9〉 주파수 합성기가 만족할 기본 특성 99
〈표 6-10〉 주파수 오프셋에 따른 1deg rms의 위상 잡음과 13.2GHz와 17GHz에서 측정한 주파수 합성기의 위상 잡음 비교; 13.2GHz와 17GHz에서... 101
〈표 6-11〉 안테나 고도 변화 시간 106
〈그림 1-1〉 세종 망원경과 KVN 망원경의 위치 16
〈그림 1-2〉 동아시아 VLBI 관측망(EAVN). 동아시아 지역에 있는 VLBI 망원경 분포 17
〈그림 2-1〉 세종 우주측지관측센터 DBBC3 23
〈그림 2-2〉 DBBC3 구성도 (DBBC3-4L4H는 4개의 IF Block 포함) 24
〈그림 2-3〉 DBBC3 입출력 구성 25
〈그림 2-4〉 입력 결합 회로 구성안 26
〈그림 2-5〉 DBBC3 입력 선택을 위한 스위치 매트릭스 제어 창 27
〈그림 2-6〉 Core3H의 출력 IP/Port 설정 제어 창 28
〈그림 2-7〉 DBBC3의 Core3H 10GbE 출력 설정 29
〈그림 2-8〉 DBBC3의 DBBC 주파수 채널 설정 GUI 창 30
〈그림 2-9〉 Core3H의 출력 IP/Port 설정 제어 창 31
〈그림 2-10〉 Core3H_1,2,3,4의 입력 신호 세기 분포 표시 창 31
〈그림 2-11〉 VLBI 관측 스크립트 실행 창 32
〈그림 2-12〉 Mark6 상태 창 - 4개 입력 스트림 정보 표시 33
〈그림 2-13〉 세종 망원경을 이용한 22GHz 양편파 관측에 대한 프린지 결과 34
〈그림 2-14〉 OCT_D firmware의 동작 구성 35
〈그림 2-15〉 OCT_D 모드의 필터 탭 설정 GUI 패널 35
〈그림 2-16〉 자료 처리 서버에서 Total Power Detector (VFC) 값을 이용한 대기 흡수 계수 측정 결과 37
〈그림 2-17〉 업그레이드된 DSLoc 에서 기록한 시스템 온도 자료를 이용한 ANTAB 파일 결과 37
〈그림 2-18〉 업그레이드된 DSLoc를 이용한 Five Pointing 관측 결과 표시 38
〈그림 2-19〉 업그레이드된 DBBC3 모습 (세종 우주측지관측센터) 39
〈그림 3-1〉 n21mh01a에 대한 clockrate 및 delay 처리결과. 참여 사이트는 세종+KVN+MC(이탈리아)+YS(스페인) 46
〈그림 4-1〉 e-VLBI를 위한 클러스터와 스토리지 구성 개념도(예시) 53
〈그림 4-2〉 세종 DiFX belbi2 서버. 기존 belbi2 3기와 동일한 노드 3기가 추가되어 총 6개로 확장됨 53
〈그림 4-3〉 세종-KVN 실시간 e-VLBI 구성도 54
〈그림 4-4〉 belbi2 서버에서 2Gbps e-VLBI 상관처리를 위한 DiFX 상관처리 초기화(화면캡쳐) 61
〈그림 4-5〉 belbi2 서버에서 2Gbps e-VLBI 상관처리가 진행되며 상관처리된 visibility 데이터가 생성되는 모습(화면캡쳐) 61
〈그림 4-6〉 각 망원경에서 belbi2 DiFX 서버로 2Gbps 데이터가 손실없이(dropped=0.0) 전송되는 모습(화면캡쳐) 61
〈그림 4-7〉 세종+KVN 4기 전파망원경을 이용한 2Gbps e-VLBI DiFX 상관처리 프린지 검출 62
〈그림 4-8〉 e-VLBI를 활용 분야. (좌상) 신속한 UT1 결정. (우상) 위성과 우주탐사선의 정밀 위치 결정 및 항법(Klopoptek et al. 2020). (좌하) 위성을 이용한... 64
〈그림 5-1〉 동아시아 VLBI 망원경 분포도 66
〈그림 5-2〉 EAVN 공동운영 및 과학기술 협력에 관한 양해각서 체결(2021년 10월 1일). 한중일+태국의 4개국 7개 기관(국토지리정보원, 한국천문연구원,... 68
〈그림 5-3〉 세종 22m VLBI 전파망원경 성능 보고서(status report) 69
〈그림 5-4〉 EAVN K-band(22GHz) 측지 VLBI 관측 현황(세종참여) 70
〈그림 5-5〉 천체기준좌표계 성능 향상을 위한 세종+KVN+남아프리카공화국+호주의 전파망원경 분포 71
〈그림 5-6〉 세종+KVN+남아프리카공화국+호주 전파망원경을 이용한 K-band 측지 VLBI 관측 제안서(제출본) 72
〈그림 5-7〉 대륙간 광시계 비교를 위한 시공간 융합연구 개념도 72
〈그림 5-8〉 (좌) 시공간 융합연구를 위한 5개 기관 업무협약 체결식 (2021년 11월 24일). (우) 체결된 시공간 융합연구 양해각서 74
〈그림 5-9〉 (상) 유럽우주국(ESA)의 우주탐사 미션 (하) ESA JUICE 목성탐사선의 VLBI 관측 개념도 (ⓒ ESA/JIVE) 75
〈그림 5-10〉 우리나라의 VLBI를 활용한 우주탐사선 추적 가능 인프라(가능성) VLBI 데이터 분석 가속화 기술개발 연구[2차] 75
〈그림 6-1〉 기준신호 전송시스템의 안테나 수신기 실 블록도. (참조: 세종 VLBI 망원경 기준신호 전송시스템 매뉴얼) 78
〈그림 6-2〉 기준신호 전송시스템 1.4GHz 포트의 출력 스펙트럼. 1.4GHz 신호의 크기는 -25dBm이고, 1.36GHz, 1.38GHz 신호가 같이 출력된다 78
〈그림 6-3〉 1.36/1.38GHz 간섭 신호 제거를 위한 1.4GHz PLL 회로; 1400MHz VCO의 tuning range는 수 kHz 정도임 79
〈그림 6-4〉 1.36/1.38GHz 간섭신호가 제거된 1.4GHz 신호 출력을 위한 PLL 회로 제작 80
〈그림 6-5〉 (상) 1.4GHz PLL 회로에 사용된 V1400, 1.4GHz VCO의 구성도. OCXO(Morion,MV218)의 주파수 조정 범위의 제한을 받아서 +/- 4.2KHz의... 80
〈그림 6-6〉 13.25GHz PDRO의 온도에 따른 위상 안정도 측정 setup 81
〈그림 6-7〉 13.25GHz PDRO의 온도에 따른 위상 안정도 측정 사진; 왼쪽은 Reference 용 13.25GHz PDRO와 위상 안정도 비교를 위한 부품 구성 사진,... 81
〈그림 6-8〉 13.25GHz PDRO의 온도에 따른 위상 안정도 측정 결과; 8deg/℃의 온도에 따른 위상 안정도를 보임 82
〈그림 6-9〉 13.25GHz PDRO의 100MHz 기준 주파수 신호에 따른 위상잡음 측정 결과; (좌) 실허실 측정 결과, (우) 안테나 수신기실 측정 결과, 200Hz 이하의... 82
〈그림 6-10〉 기존의 국부발진기를 사용한 22GHz 수신기 위상 안정도 측정 구성도; 1.4GHz PLO 회로의 출력 하모닉 신호를 수신기의 입력 coupling 포트에 인가하여... 83
〈그림 6-11〉 22GHz 대역 수신기에 1.4GHz 하모닉 신호를 인가하기 위해 1.4GHz PLO의 출력 신호를 Power Amplifier와 Comb generator 등에 수신기의... 84
〈그림 6-12〉 IF 100MHz 신호와 H-maser 신호의 위상 비교를 위한 측정 setup 84
〈그림 6-13〉 21GHz 신호를 인가했을 때의 22GHz 대역 수신기의 온도에 따른 위상 안정도 측정 결과; 온도가 1.5℃ 변할 때 위상은 40deg 변하여 25deg/℃... 85
〈그림 6-14〉 2022년 4월 28-29일에 이루어진 안테나 수신기 실의 온도 변화; 안테나 고도가 0도 일 때 수신기 근처(Temp_Rx), BBC 근처(Temp_IFConv),... 90
〈그림 6-15〉 짧은 시간 동안의 항온항습기 동작에 따른 수신기 실 내부의 온도 변화; 안테나 고도가 0도 일 때 수신기 근처(Temp_Rx), BBC 근처(Temp_IFConv),... 90
〈그림 6-16〉 1.4GHz와 100MHz 기준 주파수 신호를 사용한 10-20GHz YIG 주파수 합성기 구성도 91
〈그림 6-17〉 10-20GHz YIG 주파수 발생기(MLXS-1838SD)의 테스트 결과 92
〈그림 6-18〉 10-20GHz YIG 주파수 합성기의 직렬통신 포트 핀 할당과 외형 93
〈그림 6-19〉 (상) PLL 회로 구성도. (하) 제작된 PLL 회로 94
〈그림 6-20〉 RF 부품들이 조립된 알루미늄 상자 내부 95
〈그림 6-21〉 주파수 합성기 차폐상자 내부와 전면 사진 97
〈그림 6-22〉 전력 증폭기가 추가된 주파수 합성기의 차폐 상자 내부 사진(좌)과 주파수 합성기 출력 전력(우) 100
〈그림 6-23〉 Marki Microwave 사의 APM-6849 증폭기의 주요 규격 100
〈그림 6-24〉 13.2GHz와 17GHz에서의 주파수 합성기 위상 잡음 측정 결과 101
〈그림 6-25〉 온도 변화에 따른 위상 안정도 측정 구성도 102
〈그림 6-26〉 온도 변화를 위해 스티로폼 상자 안에 설치한 주파수 합성기와 위상 비교를 위해 구성된 RF 부품들 102
〈그림 6-27〉 16.6GHz에서 측정된 주파수 합성기의 온도에 따른 위상 안정도; 스티로폼 상자의 온도 변화(Syn Temperature)에 따른 위상 변화는 2deg/℃ 이하임 103
〈그림 6-28〉 주파수 합성기를 22GHz 수신기 옆에 설치한 사진 104
〈그림 6-29〉 주파수 합성기를 22GHz 수신기의 국부발진기로 사용했을 때 위상 안정도 측정 구성 104
〈그림 6-30〉 안테나 고도와 수신기 실 온도 변화에 따른 22GHz 수신기의 위상 안정도 측정 결과 106
표 A-1. 10-20GHz YIG 주파수 합성기의 출력 주파수 목록 162
표 A-2. 주파수 합성기 응답 명령; RS232 통신을 통해 13.7GHz 주파수 설정을 했을 때 주파수 합성기에서 PC로 보내는 신호 및 정상 범위 162
그림 A-1. 주파수 합성기 정면 사진; 왼쪽에 있는 Power Switch를 올리면 전원을 켤 수 있다. 정상 작동 시에 Power LED와 Lock LED에서 빛이 나옴 159
그림 A-2. 주파수 합성기용 DC Power Supply 정면 사진; 수신기가 설치된 Receiver Plate의 아래에 뒤집혀서 설치되어 있다. 왼쪽에 +15V, 가운데에 -15V, 오른쪽에 +5V를... 160
그림 A-3. 주파수 합성기 후면의 100MHz, 1400MHz 기준 신호 입력; 두 신호 모두 -5dBm~+5dBm 범위의 전력이 공급되어야 한다 161
그림 A-4. 10-20GHz YIG 주파수 합성기의 출력 전력 값 163
그림 A-5. 주파수 합성기 내부 점검 항목; Regulator 보드 입, 출력 전압, 내부 단자들과 RF 부품들의 고정 상태과 커넥터의 연결 상태를 확인한 후, 풀린 부분이 있으면 조인다 164
그림 A-6/그림 A-5. RF 상자 내부의 부품들; 내부 부품들의 조립 상태와 커넥터의 조임 상태를 확인하고, 풀린 부분이 있으면 조인다 165