산란계

Scatterometer

산란계 또는 확산계는 공기와 같은 매체의 확산에 의해 산란된 광선이나 레이더파의 귀환을 측정하는 과학 기구이다.가시광을 이용한 확산계는 공항이나 도로를 따라 수평 가시성을 측정하기 위해 사용된다.레이더 산란계는 무선 또는 마이크로파를 사용하여 표면의 정규화된 레이더 단면(θ0, "시그마 제로" 또는 "시그마 제로")을 결정합니다.풍속과 방향을 찾기 위해 기상위성에 탑재되는 경우가 많고, 산업분야에서 표면의 거칠기를 분석하는 데 사용된다.

옵티컬

공항 산란계(또는 확산계)

광확산계는 기상학에서 광학적 범위 또는 수평적 가시성을 찾기 위해 사용되는 장치이다.광원, 보통 레이저 및 리시버로 구성됩니다.둘 다 공통 영역을 겨냥하여 아래쪽으로 35° 각도로 배치됩니다.광빔에 따른 공기에 의한 가로 산란을 감쇠계수로 정량한다.맑은 공기 소멸 계수(예: 안개)로부터의 이탈이 측정되며 가시성에 반비례한다(손실이 클수록 가시성이 낮다).

이러한 장치는 일반적인 가시성을 위해 자동 기상 관측소에서, 활주로 가시 범위를 위해 공항 활주로에서, 시각적 조건을 위해 도로를 따라 배치됩니다.이들의 주요 단점은 측정이 송신기와 수신기 사이의 매우 적은 양의 공기로 이루어진다는 것입니다.따라서 보고된 가시성은 일반화된 조건(예: 시놉틱 안개)에서 기기 주변의 일반적인 조건만을 나타낸다.이러한 경우가 항상 있는 것은 아닙니다(예: 군데군데 안개).

레이더 산란계

레이더 산란계

레이더 산란계는 극초단파 에너지의 펄스를 지구 표면에 전달하고 반사 에너지를 측정하는 방식으로 작동한다.신호+노이즈 측정에서 노이즈 전용 전력을 별도로 측정하여 감산하여 후방 산란 신호 전력을 결정합니다.Sigma-0(δδ)은 분산 표적 레이더 방정식을 사용하여 신호 전력 측정에서 계산됩니다.산란계 기기는 정확한 후방 산란 측정을 위해 매우 정밀하게 보정됩니다.

우주인 산란계의 주요 적용 분야는 바다 [1]위의 근지풍 측정이었다.이러한 기구는 바람 산란계로 알려져 있다.서로 다른 방위각에서 시그마-0 측정을 조합함으로써 바람과 후방 산란과 관련된 지구물리학적 모델 함수(GMF)를 사용하여 해양 표면을 통과하는 근접 표면 바람 벡터를 결정할 수 있다.해양 상공에서 레이더 후방 산란은 일반적으로 해양 상공의 근표면 바람과 평형을 이루는 바람에 의해 생성된 모세관 중력 파장의 산란에서 발생한다.산란 메커니즘은 브래그 산란으로 알려져 있는데, 이것은 마이크로파와 공명하는 파동으로부터 발생합니다.

후방 산란 동력은 풍속과 풍향에 따라 달라집니다.다른 방위각에서 볼 때, 이러한 파장에서 관측된 후방 산란은 다양하다.이러한 변화는 해수면 바람, 즉 속도와 방향을 추정하는 데 이용할 수 있다.이 추정 프로세스는 '바람 검색' 또는 '모델 함수 반전'으로 불리기도 한다.이는 산란계 후방 산란과 벡터 바람과 관련된 GMF(경험적 또는 반경험적 형태)에 대한 정확한 지식에 기초한 비선형 반전 절차이다.검색에는 GMF를 사용한 각도 다양성 산란계 측정이 필요하다. 이 산란계는 다른 방위각에서 해양 표면의 동일한 지점에 대한 여러 후방 산란계 측정을 수행하는 산란계에 의해 제공된다.

Metop-A 위성에 탑재된 Eumetsat의 ASCAT(Advanced Sacterometer) 계측기로 포착된 4등급 태풍 솔릭의 스냅샷

산란계 바람 측정은 공기-바다 상호작용, 기후 연구에 사용되며 [2]특히 허리케인 모니터링에 유용하다.산란계 후방 산란 데이터는 식물, 토양 수분, 극지방 얼음, 남극 빙산의[3] 추적 및 지구 변화에 [4]대한 연구에 적용된다.산란계 측정은 우주에서 모래와 눈 언덕 위로 부는 바람을 측정하기 위해 사용되어 왔다.우주 탐사선을 이용한 태양계 위성의 연구가 비지상적인 응용 분야이다.특히 토성과 그 위성에 대한 NASA/ESA 카시니호의 임무가 그렇다.

NASA, ESA, NASDA에 의해 여러 세대의 바람 산란계가 우주로 날아갔다.첫 번째 작동식 바람 산란계는 Seasat 산란계(SASS)로 알려져 있으며 [5]1978년에 발사되었다.Ku-band(14GHz)에서 동작하는 팬빔 시스템입니다.1991년 ESA는 유럽 원격 감지 위성 ERS-1 첨단 마이크로파 계측기(AMI) 산란계를,[6] 1995년 ERS-2 AMI 산란계를 출시했다.두 AMI 팬빔 시스템은 모두 C 대역(5.6GHz)에서 작동했습니다.1996년 NASA는 NASDA ADEOS I 위성([1]Ku-band 팬빔 시스템)[7]에 탑재된 NASA 산란계(NSCAT)를 발사했다.나사는 1999년 QuikSCAT에서 SeaWinds로 알려진 최초의 스캐닝 산란계를 발사했다.Ku-band에서 운영되었습니다.두 번째 SeaWinds 계기는 2002년에 NASDA ADEOS-2를 통해 비행되었다.인도우주연구기구는 2009년 Oceansat-2 플랫폼에 Ku-band 산란계를 발사했다.ESA와 EUMETSAT는 2006년 온보드 Metop-A에 [8]최초의 C밴드 ASCAT를 출시했습니다.2016년 발사된 사이클론 지구항법위성시스템(CYGNSS)은 탑재 레이더 송신기를 사용하지 않고 지구표면에서의 위성위치확인시스템(GPS) 신호의 반사를 분석해 쌍정적 접근을 이용한 8개 소형 위성들의 별자리이다.

식물학에 대한 공헌

산란계는 19세기 중반부터 시작된 풍향에 의한 이방성(방향 의존성) 장거리 분산의 가설을 입증하는 데 도움을 주어 육지 간의 강한 꽃 친화성을 설명하였다.

2004년 5월 사이언스지에 의해 "남반구의 장거리 분산 차량으로서의 바람"이라는 제목으로 발표된 연구는 1999년부터 2003년까지 시윈즈 산란계에 의해 측정된 바람 방위각과 속도를 매일 측정했다.그들은 남반구의 많은 생물들에게 바람이 분산되는 매개체라는 생각을 뒷받침하는 지리적 인접성보다 바람의 연결성과 꽃의 유사성이 더 강한 상관관계를 발견했다.

반도체 및 정밀제조

산란계는 반도체 [9]및 정밀 가공 산업에서 광택 및 래핑된 표면의 거칠기를 위한 도량형 분야에서 널리 사용됩니다.지형 [10][11]평가를 위한 기존의 스타일러스 방법 대신 빠르고 비접촉적인 방법을 제공합니다.산란계는 진공 환경과 호환되며 진동에 민감하지 않으며 표면 처리 및 기타 도량형 [12][13]도구와 쉽게 통합될 수 있습니다.

사용하다

국제우주정거장의 ISS-RapidScat 위치도

지구 관측 위성 또는 설치된 계측기에서 사용하는 예 및 작동 [14]날짜:

  • ADEOS I의 NSCAT(NASA 산란계) 계측기(1996–97)
  • QuikSCAT의 SeaWinds 계측기(2001-2009)
  • SCATSAT-1의 OSCAT-2 계측기(2016년 출시)
  • Oceansat-2에 대한 SCAT 계측기(2009-2014)
  • ISS-RapidScat on the International Space Station (2014-2016)
  • MetOp 위성에서의 ASCAT
  • CYGNSS 별자리 (2016년 출시)

레퍼런스

  1. ^ a b F. Naderi; M. H. Freilich & D. G. Long (June 1991). "Spaceborne Radar Measurement of Wind Velocity Over the Ocean—An Overview of the NSCAT Scatterometer System". Proceedings of the IEEE. 79 (6): 850–866. doi:10.1109/5.90163.
  2. ^ 추신 장, Z옐레낙, J.M. 시에니키에비치, R. Knabb, M.J. Brennan, D.G. Long, M.프리버그.해양 경고 및 예측 환경에서 원격으로 감지된 위성 표면 벡터 바람의 작동 사용 및 영향, 해양학, Vol. 22, No.2, 194–207, 2009 페이지.
  3. ^ K.M. Stuart와 D.G. Long, SeaWinds Ku-band 마이크로파 산란계, Part II, doi:10.1016/j.dsr2.2010.11.004, Vol. 58, 페이지 12.85–1300, 2011.
  4. ^ D.G. 롱, M.R. 드링크워터, B.홀트, S. Saatchi, C.베르토이아.산란계 이미지 데이터, EOS, 미국지질물리학연합의 거래, Vol. 82, No. 43, 503, 23페이지를 이용한 세계 얼음 및 육지 기후 연구 2001년 10월.
  5. ^ W.L. 그랜섬 등SeaSat-A 위성 산란계, IEEE 해양 공학 저널, Vol. OE-2, pp 200–206, 1977.
  6. ^ E. Atema, ERS-1 위성에 탑재된 능동형 마이크로파 기기, IEEE의 진행, 791, 6, 페이지 791–799, 1991.
  7. ^ W-Y 차이, J.E. Graf, C.윈, J.N. 허들스턴, S. 던바, M.H. 프릴리치, F.J. 웬츠, D.G. 롱, W.L. 존스.NASA 산란계의 발사 후 센서 검증 및 보정, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 37, No.3, 1517–1542, 1999.
  8. ^ J. 피가 살다냐, J.J.W. 윌슨, E.Atema, R. Gelsthorpe, M.R. Drinkwater, A.스토펠렌.기상 운용(MetOp) 플랫폼의 고급 산란계(ASCAT): 유럽 바람 산란계에 대한 후속 조치, Canadian Journal of Remote Sensing, Vol. 28, No. 3, 2002년 6월.
  9. ^ 존 C. 스토버SPIE 옵티컬엔지니어링 프레스, 1995– Science – 321 페이지.
  10. ^ 마이어, G, 외 연구진(1988) "원자력 현미경에 대한 노벨 광학 접근", 응용 물리학 서신, 53, 1045–1047
  11. ^ Baumeister, Todore, et al.(1967) 기계공학자를 위한 표준 핸드북.맥그로힐, LCCN 16-12915
  12. ^ 존 M. 게라"실용 종합 산란계", Proc.SPIE 1009, Surface Measurement and Characterization, 146(1989년 3월 21일)
  13. ^ "Roughness via Scatterometry". ZebraOptical. Retrieved 30 December 2016.
  14. ^ "Scatterometry & Ocean Vector Winds: Satellite Studies". Florida State University. Retrieved 30 December 2016.

외부 링크