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낙뢰 관측원리

TODS (Total Lighting Detection System)의 관측원리

낙뢰관측방법으로는 도달시간차방식(TOA, Time Of Arrival), 방향탐지방식(MDF, Magnetic Direction Find), 전파간섭계방식(Interferomenter)이 있다. TOA방식은 낙뢰가 발생하여 각 센서에 도달한 시간을 이용하고, MDF방식은 낙뢰가 발생한 방향을 이용하며, 전파간섭계방식은 전기장의 위상차를 이용하여 낙뢰발생 위치를 알아낸다. LLP시스템은 MDF방식을 이용하였으며, IMPACT·LDARⅡ시스템 중 IMPACT 센서는 TOA방식과 MDF방식을 합성한 방식으로 낙뢰를 탐지하였고, LDARⅡ 센서는 TOA 방식으로 낙뢰를 탐지하였다. 현 LINET시스템은 각 센서에 GPS 안테나가 부착되어있으며, 최소 5개 이상의 센서에 낙뢰가 도달하는 시간도달차 방식으로 낙뢰를 탐지한다.

TOA 방식

센서위치와 낙뢰발생위치 2개의 센서를 이용한 방식

  • 낙뢰발생 시 발생하는 전자기파가 여러 개의 센서에 도달하는 시간 차이를 계산하여 낙뢰의 위치(위·경도, 거리)를 결정하는 방식으로 각 센서 간의 GPS 시간동기화가 중요하다.다음의 그림처럼 센서별 관측반경이 겹치는 영역에 낙뢰가 위치하므로 정확도를 높이기 위해서 최소 3개 이상의 센서가 필요하다.

MDF 방식

3개의 센서를 이용한 방향탐지방법(MDF)

  • 방향탐지방법(MDF)은 낙뢰로부터 발생한 전자파가 도달되는 방향을 측정하여 2개의 안테나로부터 낙뢰의 위치를 결정하는 방식이다. 따라서 MDF방식에서는 진북을 정확하게 설정하는 것이 중요하다. 다음의 그림은 방향탐지방법에 의한 낙뢰위치 결정방법을 보이고 있다.

TOA 방식과 MDF 방식의 합성

Magnetic Direction Finding Combined With Circular Intersection Method

  • TOA방식과 MDF방식을 합성하여 낙뢰를 관측하는 방법으로써 TOA 방식만을 사용하였을때 발생하는 위치 부정확성의 문제를 방지할 수 있어, 보다 정확한 낙뢰의 위치를 관찰할 수 있다.

전파간섭계방식(Interferomenter)

센서위치와 낙뢰발생위치 2개의 센서를 이용한 방식

  • 센서의 방향성 안테나에서 수신한 전기장의 위상차를 이용하여 낙뢰위치를 결정하는 방식이다.