KR101237324B1 - Apparatus for communition radiosonde using frequency hopping spread spectrum - Google Patents

Apparatus for communition radiosonde using frequency hopping spread spectrum Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A radiosonde communications device using an FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) is provided to avoid crosstalk and interference when transmitting measured meteorological data to a receiving device on the ground by using a meteorological aid frequency band(400MHz-406MHz). CONSTITUTION: A radiosonde(200) observes the conditions of the weather. The radiosonde modulates weather condition information for the observed conditions of the weather along with self-location information by an FHSS mode. The radiosonde wirelessly transmits the modulated signal to the ground. An UHF antenna(300) receives the weather condition information and the location information transmitted from the radiosonde. A radio signal demodulation device(400) demodulates the weather condition information and the location information received from the UHF antenna to digital data. The radio signal demodulation device transmits the demodulated digital data to a computer(500).

Description

주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치{Apparatus for communition radiosonde using frequency hopping spread spectrum}Radiosonde communication device using frequency hopping spread spectrum method {Apparatus for communition radiosonde using frequency hopping spread spectrum}

본 발명은 라디오존데 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상으로부터 30Km 이상의 기상자료를 측정하여 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)을 이용하여 지상의 수신장치로 전송하는 경우에 혼선과 간섭을 회피할 수 있는 주파수도약확산스펙트럼(FHSS) 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to radiosonde communication, and more specifically, to avoid crosstalk and interference when measuring weather data of 30 km or more from the ground and transmitting it to a terrestrial receiver using a weather aid frequency band (400 MHz to 406 MHz). The present invention relates to a radiosonde communication device using a frequency hopping spread spectrum (FHSS) method.

지구표면을 감싸고 있는 대기는 인간생활에 밀접한 영향을 미치고 있다. 이러한 대기의 구조와 변동을 파악을 위하여 사용되고 있는 관측기기들 중 라디오존데(Radiosonde)는 기온, 습도와 GPS 센서를 장착한 관측 기기를 풍선에 매달아 대기 중으로 날려 보낸 후 이 관측 기기로부터 일정한 시간 간격으로 송신하는 관측자료를 수신받아 대기의 상층 상태를 파악하는 관측기기이다.The atmosphere surrounding the earth's surface has a close impact on human life. Among the instruments used to understand the structure and fluctuations of the atmosphere, Radiosonde hangs a balloon equipped with temperature, humidity and GPS sensors in a balloon and sends it to the air at regular intervals from the instrument. It is an observation device that receives the observation data transmitted and grasps the upper state of the atmosphere.

라디오존데는 대기 중을 날아가면서 온도, 기압, 습도 등을 직접 측정하고 바람은 일정한 시간 동안 풍선이 날아간 거리를 파악하여 계산한다. 라디오존데의 위치를 파악하는 방법은 Long Range Navigation(Loran: 로란) 방법과 Global Positioning System(GPS) 방법이 널리 사용되고 있다. Radiosonde measures the temperature, air pressure, and humidity directly while flying in the air, and the wind calculates the distance the balloon flies over a certain period of time. Long range navigation (Loran) method and Global Positioning System (GPS) method are widely used.

예로써, 대한민국등록특허 10-1045827호에 게시된 대기하층 승강식 관측 실험기에서는 각종 센서를 통해 온도, 습도 등을 관측하고 해당 관측 신호 및 위치 신호를 지상으로 출력하는 경우 정밀한 관측 결과값을 알 수 있도록 하고 있다. For example, in the lower atmospheric lift observation tester published in Korean Patent No. 10-1045827, when observing temperature and humidity through various sensors, and outputting the corresponding observation signal and position signal to the ground, the precise observation result can be known. To make it work.

그러나, 이러한 라디오존데를 이용하여 고층기상관측을 목적으로 하는 기관(예로써, 기상청 및 군부대 등)에서 기상원조주파수(400 ~ 406Mhz)를 사용하는 수요가 많아져 한정되어있는 기상원조 주파수 대역(400 ~ 406Mhz)내에서 다수의 라디오존데(GPS 라디오존데 및 LORAN-C 라디오존데)가 혼재되어 동시에 운영됨으로써 라디오존데간의 혼선과 간섭으로 데이터 유실 및 비정상적인 관측이 이뤄지는 사례가 많아지는 문제가 있었다.
However, by using such radiosonde, there is a growing demand for using meteorological aid frequencies (400-406 Mhz) in institutions (for example, meteorological offices and military units) for the purpose of high-rise weather observation. ~ 406Mhz) multiple radiosondes (GPS radiosonde and LORAN-C radiosonde) are mixed and operated at the same time, there is a problem that a lot of cases of data loss and abnormal observation is made due to interference and interference between radiosonde.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 지상으로부터 30Km 이상의 기상자료를 측정하여 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)을 이용하여 지상의 수신장치로 전송하는 경우에 혼선과 간섭을 회피할 수 있는 주파수도약확산스펙트럼(FHSS) 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치를 제공하는데 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve all the disadvantages and problems of the prior art as described above, the present invention is to measure the weather data from 30Km or more from the ground to the terrestrial receiver using the meteorological aid frequency band (400MHz ~ 406MHz) It is an object of the present invention to provide a radiosonde communication apparatus using a frequency hopping spread spectrum (FHSS) method that can avoid crosstalk and interference when transmitting.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치는, 풍선(100)에 연결되어 대기의 기상상태를 관측하고, 관측한 기상상태정보를 자신의 위치정보와 함께 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조하여 지상으로 무선 송신하는 라디오존데(200); 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조되어 라디오존데로부터 송신된 기상상태정보와 위치정보를 수신하는 UHF 안테나(300); 및 UHF 안테나(300)로부터 수신된 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식의 기상상태정보와 위치정보를 디지털 데이터로 복조하여 기상상태정보 데이터를 분석하는 컴퓨터(500)로 전송하는 무선신호 복조수단(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
Radiosonde communication device using the frequency hopping spread spectrum method of the present invention for achieving the above object, is connected to the balloon 100 to observe the weather conditions of the atmosphere, and the observed weather state information with its location information frequency A radio sonde 200 that modulates in a hopping spread spectrum (FHHS) scheme and wirelessly transmits to the ground; A UHF antenna 300 which is modulated in a frequency hopping spread spectrum (FHHS) scheme to receive weather state information and location information transmitted from a radiosonde; And demodulating weather state information and location information of a frequency hopping spread spectrum (FHHS) method received from the UHF antenna 300 into digital data, and transmitting the radio signal demodulation means 400 to the computer 500 for analyzing the weather state information data. It characterized in that it is configured to include.

여기서, 라디오존데(200)는, 온도를 센싱하는 온도센서부(210)와, 습도를 센싱하는 습도센서부(220)와, 온도센서부(210) 및 습도센서부(220)에서 센싱된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 측정부(230)와, 라디오존데(200)의 위치정보를 획득하기 위한 GPS 수신기(250)와, 라디오존데(200)를 제어하며, 측정부(230)에서 측정한 기상정보와, GPS 수신기(250)에서 수신한 위치정보를 디지털 데이터로 출력하는 제어부(270)와, 기상정보와 위치정보를 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조하여 지상으로 무선 송신하는 라디오존데 송신부(280) 및 라디오존데(200)에 전원을 공급하는 전원공급부(260)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
Here, the radio sonde 200, the temperature sensor 210 for sensing the temperature, the humidity sensor 220 for sensing the humidity, the analog sensor sensed by the temperature sensor 210 and the humidity sensor 220 The measurement unit 230 converts the data into digital data, the GPS receiver 250 for acquiring the position information of the radio sonde 200, and the radio sonde 200 are controlled and measured by the measurement unit 230. The controller 270 outputs the weather information and the position information received from the GPS receiver 250 as digital data, and the radio sonde modulates the weather information and the position information in a frequency hopping spread spectrum (FHHS) method and transmits the radio to the ground. It is preferably configured to include a power supply unit 260 for supplying power to the transmitter 280 and the radio sonde 200.

또한, 온도센서부(210)는 온도를 센싱하는 온도센서(211)와, 온도기준값(212)을 제공하는 저항으로 구성되고, 습도센서부(220)는 습도를 센싱하는 습도센서(221)와, 습도기준값(222)을 제공하는 콘덴서로 구성되며, 측정부(230)는 온도센서(211)의 센싱값과 온도기준값(212)을 멀티플렉싱하는 멀티플렉서(231)와, 멀티플렉싱된 아날로그 데이터를 디지털 펄스형태로 발생시키는 펄스 발생부(232)와, 펄스 발생부(232)에서 발생된 펄스의 클럭을 조절하는 디바이더(233)와, 습도센서(221)의 센싱값과 습도기준값(222)을 디지털 값으로 측정하는 습도측정회로로 구성되는 습도측정부(234)로 구성됨이 바람직하다.
In addition, the temperature sensor unit 210 is composed of a temperature sensor 211 for sensing the temperature, a resistance to provide a temperature reference value 212, the humidity sensor unit 220 and the humidity sensor 221 for sensing the humidity and And a condenser providing a humidity reference value 222, and the measurement unit 230 is a multiplexer 231 for multiplexing the sensing value and the temperature reference value 212 of the temperature sensor 211, and digitally pulses the multiplexed analog data. The pulse generator 232 for generating the form, the divider 233 for adjusting the clock of the pulse generated by the pulse generator 232, the sensing value and the humidity reference value 222 of the humidity sensor 221 is a digital value. It is preferable that the humidity measuring unit 234 is configured as a humidity measuring circuit to measure by.

한편, 라디오존데 송신부(280)는, 제어부(270)에서 전송된 디지털 데이터를 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 전송하기 위하여 에러정정 및 인터리빙을 수행하는 에러정정/인터리빙부(281)와, 에러정정 및 인터리빙된 디지털 데이터를 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) 변조방식으로 변조하는 GFSK 변조부(282)와, 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)의 주파수를 발진시키는 주파수 합성 발진부(284)와, 주파수 합성 발진부(284)를 제어하는 호핑시퀀스발생부(283)와, GFSK 변조부(282)에서 변조된 기저대역의 디지털 데이터를 수신하여 주파수 합성 발진부(284)로부터의 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)신호와 믹싱하여 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)으로 상향 변환하는 믹서(285) 및 상향변환된 아날로그 데이터가 지상의 수신으로 송신될 수 있도록 전력증폭하여 출력하는 전력증폭부(286)로 구성됨이 바람직하다.
Meanwhile, the radiosonde transmitter 280 includes an error correction / interleaving unit 281 that performs error correction and interleaving to transmit digital data transmitted from the control unit 270 in a frequency hopping spread spectrum (FHHS) method, and an error. A GFSK modulator 282 for modulating the corrected and interleaved digital data with a Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) modulation scheme, a frequency synthesized oscillator 284 for oscillating a frequency of a meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz), and a frequency The hopping sequence generator 283 controlling the synthesized oscillator 284, and the baseband frequency band from the frequency synthesized oscillator 284 (400MHz to 406MHz) by receiving baseband digital data modulated by the GFSK modulator 282. Mixer 285, which up-converts to the meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz) by mixing with the signal, and amplifies the power so that the up-converted analog data can be transmitted to the ground. It is comprised of a power amplifier 286 to force are preferred.

또한, 무선신호 복조수단(400)은, 라디오존데 송신부(280)에서 송신된 데이터가 UHF 안테나(300)를 통해 수신되면 해당 데이터에서 잡음성분을 제거하고 증폭하는 저잡음 증폭부(LNA)(410)와, 라디오존데 송신부(280)와 같은 방식의 도약신호를 발생시키는 호핑 시퀀스 발생부(430)와, 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)의 주파수를 기저대역으로 변환할 수 있는 기저대역 주파수를 발진시키는 주파수 합성 발진부(440)와, 잡음성분이 제거된 데이터를 주파수 합성 발진부(440)로부터의 기저대역 주파수와 믹싱하여 기저대역으로 하향변환(down conversion)하는 믹서(420)와, 하향변환된 데이터를 GFSK 방식으로 복조시키는 GPSK 복조부(450)와, GFSK 방식으로 복조된 데이터를 에러정정알고리즘을 통해 검증하고 역인터리빙하여 라디오존데 제어부(270)에서 출력된 기상정보 및 위치정보가 포함된 디지털 데이터로 복원하는 에러정정/역인터리빙부(460)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
In addition, the radio signal demodulation means 400, when the data transmitted from the radio zone transmitter 280 is received through the UHF antenna 300, a low noise amplifier (LNA) 410 to remove and amplify noise components from the data And a hopping sequence generator 430 for generating a hopping signal in the same manner as the radio sonde transmitter 280, and a baseband frequency capable of converting a frequency of the meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz) into a base band. A frequency synthesized oscillator 440, a mixer 420 for downconverting the baseband frequency from the frequency synthesized oscillator 440 to the baseband by mixing data from which noise components have been removed, and downconverted data GPSK demodulation unit 450 for demodulating the GFSK method, and the data demodulated in the GFSK method through the error correction algorithm and verifying the reverse interleaving, the weather information output from the radiosonde control unit 270 and It is preferably configured to include the error correction / de-interleave unit 460 to restore it to the digital data including the location information.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

첫째, 기상원조 주파수 대역의 운영상태를 모니터할 수 있다.First, the operational status of the weather aid frequency band can be monitored.

둘째, GFSK 방식을 이용하여 혼신이 생기지 않는 대역폭 중에서 운영가능한 주파수 대역을 선택할 수 있다. Second, using the GFSK scheme, it is possible to select an operating frequency band from the bandwidth without interference.

셋째, 라디오존데(200) 관측 중 혼신이 일어날 경우, 수신 데이터가 깨지거나, 에러정정 알고리즘을 통해 정정하거나 데이터 버림을 결정하게 된다.라디오존데(200)가 고층에서 관측하여, 1초단위로 측정 데이터를 갱신하므로, 측정된 데이터를 최소 1회부터 최대 100회 재전송할 수 있으므로 혼선과 간섭을 회피할 수 있다.
Third, when interference occurs during the observation of the radiosonde 200, the received data is broken, or is corrected through an error correction algorithm, or the data is discarded. The radiosonde 200 is observed from a higher floor and measured in units of 1 second. Since the data is updated, the measured data can be retransmitted at least once to at most 100 times, thereby avoiding crosstalk and interference.

도 1은 본 발명에 따른 고층기상 관측 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 나타낸 고층기상 관측 시스템에서 라디오존데를 설명하기 위한 블록 구성도,
도 3은 도 2에 나타낸 라디오존데의 온도센서부, 습도센서부 및 측정부를 상세히 설명하기 위한 블록 구성도,
도 4는 도 2에 나타낸 라디오존데의 디지털 데이터를 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용하여 송신하는 라디오존데의 송신부를 설명하기 위한 블록 구성도,
도 5는 도 4에 나타낸 라디오존데 송신부의 송신 데이터를 수신하고 복조하는 무선신호 복조수단을 설명하기 위한 블록 구성도이다.1 is a view for explaining a high-rise weather observation system according to the present invention,
2 is a block diagram illustrating a radiosonde in the high-rise weather observation system shown in FIG. 1;
3 is a block diagram illustrating the temperature sensor unit, the humidity sensor unit, and the measurement unit of the radiosonde shown in FIG. 2 in detail;
FIG. 4 is a block diagram illustrating a radiosonde transmitter that transmits the radiosonde digital data shown in FIG. 2 using the frequency hopping spread spectrum method; FIG.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a radio signal demodulation means for receiving and demodulating the transmission data of the radiosonde transmitter shown in FIG.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
In addition, although the term used in the present invention is selected as a general term that is widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, since the meaning is described in detail in the description of the relevant invention, It is to be understood that the present invention should be grasped as a meaning of a term that is not a name of the present invention. Further, in describing the embodiments, descriptions of technical contents which are well known in the technical field to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

도 1은 본 발명에 따른 고층기상 관측 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a high-rise weather observation system according to the present invention.

본 발명에 따른 고층기상관측 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 풍선(100)과, 라디오존데(200), UHF 안테나(300), 무선신호 복조수단(400), PC(500), 프린터(510), 허브(600) 및 인트라넷(700)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the high-rise weather observation system according to the present invention includes a balloon 100, a radio sonde 200, a UHF antenna 300, a radio signal demodulation means 400, a PC 500, and a printer 510. ), A hub 600 and an intranet 700.

여기서, 풍선(100)은 헬륨 등의 가스가 충전되어 기상관측을 위하여 라디오존데(200)를 기상관측 위치까지 띄워준다.Here, the balloon 100 is filled with a gas such as helium to float the radio sonde 200 to the meteorological position for meteorological observation.

라디오존데(200)는 풍선(100)에 연결되어 대기의 기상상태를 관측하고, 관측한 기상상태정보를 자신의 위치정보와 함께 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조하여 지상으로 무선 송신한다.The radio sonde 200 is connected to the balloon 100 to observe the weather state of the atmosphere, and modulates the observed weather state information with its location information in a frequency hopping spread spectrum (FHHS) method to wirelessly transmit to the ground.

UHF 안테나(300)는 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조되어 라디오존데(200)로부터 송신된 기상상태정보와 위치정보를 수신한다. 이때, UHF 안테나(300)는 지향성 안테나와 무지향성 안테나 2개를 한 쌍으로 구성할 수 있다. The UHF antenna 300 is modulated in a frequency hopping spread spectrum (FHHS) scheme to receive weather state information and location information transmitted from the radio sonde 200. In this case, the UHF antenna 300 may be configured as a pair of the directional antenna and two non-directional antenna.

무선신호 복조수단(400)은 UHF 안테나(300)로부터 수신된 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식의 기상상태정보와 위치정보를 디지털 데이터로 복조하여 기상상태정보 데이터를 분석하는 컴퓨터(500)로 전송한다.The radio signal demodulation means 400 demodulates the weather state information and the position information of the frequency hopping spread spectrum (FHHS) method received from the UHF antenna 300 to digital data and transmits the data to the computer 500 for analyzing the weather state information data. do.

컴퓨터(500)는 라디오존데(200)로부터 전송된 고층의 기상관측 자료를 저장하고, 분석하며, 기상관서에 필요한 형태로 변환한다. 변환된 자료는 프린터(510)를 통해 출력되거나, 모니터(도시하지 않음)에 디스플레이되거나, 허브(600)를 통해 인트라넷(700)으로 기상관서에 전송될 수 있다.
The computer 500 stores, analyzes, and converts high-rise weather observation data transmitted from the radiosonde 200 into a form required for the weather station. The converted data may be output through the printer 510, displayed on a monitor (not shown), or transmitted to the weather station through the hub 600 to the intranet 700.

도 2는 도 1에 나타낸 고층기상 관측 시스템에서 라디오존데를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 라디오존데의 온도센서부, 습도센서부 및 측정부를 상세히 설명하기 위한 블록 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a radiosonde in the high-rise weather observation system shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram illustrating the temperature sensor unit, the humidity sensor unit, and the measurement unit of the radiosonde shown in FIG. 2 in detail. to be.

도 1에 나타낸 고층기상 관측 시스템에서 라디오존데는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 온도센서부(210), 습도센서부(220), 측정부(230), 센서인터페이스부(240), GPS 수신기(250), 전원공급부(260) 및 제어부(270)로 구성된다.In the high-rise weather observation system shown in FIG. 1, the radiosonde has a temperature sensor unit 210, a humidity sensor unit 220, a measurement unit 230, a sensor interface unit 240, and a GPS as shown in FIGS. 2 and 3. The receiver 250 includes a power supply unit 260 and a control unit 270.

여기서, 온도센서부(210)는 고층에서의 온도를 센싱한다. 이때, 온도센서부(210)는 도 3에서와 같이 온도센서(211)와, 온도기준값(212)을 제공하는 저항으로 구성할 수 있다. Here, the temperature sensor unit 210 senses the temperature in the high floor. At this time, the temperature sensor unit 210 may be composed of a temperature sensor 211 and a resistor providing a temperature reference value 212 as shown in FIG.

습도센서부(220)는 고층에서의 습도를 센싱한다. 이때, 습도센서부(220)는 도 3에서와 같이 습도센서(221)와, 습도기준값(222)을 제공하는 콘덴서로 구성할 수 있다.The humidity sensor unit 220 senses humidity in a high floor. In this case, the humidity sensor unit 220 may be configured as a condenser for providing a humidity sensor 221 and a humidity reference value 222 as shown in FIG.

물론, 센서에 대하여는 온도센서와, 습도센서를 예로 하였으나 필요한 경우에는 기압센서 등 다른센서를 추가할 수도 있다.Of course, the temperature sensor and the humidity sensor are used as examples, but other sensors such as an air pressure sensor may be added if necessary.

측정부(230)는 온도센서부(210) 및 습도센서부(220)에서 센싱된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환한다. 이때, 측정부(230)는 도3에 나타낸 바와 같이, 온도센서(211)의 센싱값과 온도기준값(212)을 멀티플렉싱하는 멀티플렉서(231)와, 멀티플렉싱된 아날로그 데이터를 디지털 펄스형태로 발생시키는 펄스 발생부(232)와, 펄스 발생부(232)에서 발생된 펄스의 클럭을 조절하는 디바이더(233)와, 습도센서(221)의 센싱값과 습도기준값(222)을 디지털 값으로 측정하는 습도측정회로로 구성되는 습도측정부(234)로 구성할 수 있다.The measuring unit 230 converts the analog data sensed by the temperature sensor unit 210 and the humidity sensor unit 220 into digital data. At this time, the measurement unit 230, as shown in Figure 3, the multiplexer 231 for multiplexing the sensing value and the temperature reference value 212 of the temperature sensor 211, and a pulse for generating the multiplexed analog data in the form of digital pulses Humidity measurement to measure the generator 232, the divider 233 to adjust the clock of the pulse generated by the pulse generator 232, the sensing value and the humidity reference value 222 of the humidity sensor 221 as a digital value The humidity measuring unit 234 may be configured as a circuit.

한편, 센서인터페이스부(240)는 예를 들어 앞에서 설명한 것과 같은 기압센서와 같은 새로운 센서를 추가하는 경우 제어부(270)와 해당 추가 센서의 인터페이스를 위해 구성할 수 있다.On the other hand, the sensor interface unit 240 may be configured for the interface of the control unit 270 and the additional sensor, for example when adding a new sensor, such as the barometric pressure sensor described above.

GPS 수신기(250)는 고층의 기상에서 현재의 라디오존데(200)의 위치 자료를 획득하기 위한 것으로, 안테나(ANT)에서 수신된 GPS 신호를 수신하는 항법장치부이다. 물론, GPS 신호가 아닌 로란-C 신호를 수신하도록 구성할 수도 있다.The GPS receiver 250 is for acquiring position data of the current radio sonde 200 in a high-rise weather, and is a navigation device unit that receives a GPS signal received from an antenna ANT. Of course, it can also be configured to receive a Loran-C signal rather than a GPS signal.

전원공급부(260)는 라디오존데(200)의 각 구성품(예로써, 센서부, GPS 수신기, 제어부 등)에서 필요로 하는 전원을 공급하는 배터리로 구성할 수 있다.The power supply unit 260 may be configured as a battery for supplying power required by each component (eg, sensor unit, GPS receiver, control unit, etc.) of the radio sonde 200.

제어부(270)는 라디오존데(200)를 제어하며, 측정부(230)에서 측정한 기상정보와, GPS 수신기(250)에서 수신한 위치정보를 디지털 데이터로 출력한다. 이때, 제어부(270)에서 출력되는 디지털 데이터는 라디오존데 송신부(280)로 출력된다.
The controller 270 controls the radio sonde 200 and outputs weather information measured by the measurement unit 230 and position information received by the GPS receiver 250 as digital data. At this time, the digital data output from the controller 270 is output to the radio zone transmitter 280.

도 4는 도 2에 나타낸 라디오존데의 디지털 데이터를 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용하여 송신하는 라디오존데의 송신부를 설명하기 위한 블록 구성도이다.FIG. 4 is a block diagram illustrating a radiosonde transmitter that transmits the radiosonde digital data shown in FIG. 2 using the frequency hopping spread spectrum method.

본 발명에 따른 라디오존데의 디지털 데이터를 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용하여 송신하는 라디오존데 송신부는 도 4에 나타낸 바와 같이, 에러정정/인터리빙부(281), GFSK 변조부(282), 호핑시퀀스발생부(283), 주파수 합성 발진부(284), 믹서(285), 전력증폭부(286)로 구성된다.Radiosonde transmitter for transmitting the digital data of radiosonde according to the present invention using the frequency hopping spread spectrum method, as shown in Figure 4, error correction / interleaving unit 281, GFSK modulator 282, hopping sequence generation A unit 283, a frequency synthesized oscillator 284, a mixer 285, and a power amplifier 286.

여기서, 에러정정/인터리빙부(281)는 도 3에서 나타낸 제어부(270)에서 전송된 디지털 데이터를 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 전송하기 위하여 에러정정 및 인터리빙을 수행한다.Here, the error correction / interleaving unit 281 performs error correction and interleaving to transmit digital data transmitted by the control unit 270 shown in FIG. 3 in a frequency hopping spread spectrum (FHHS) method.

GFSK 변조부(282)는 에러정정 및 인터리빙된 디지털 데이터를 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) 변조방식으로 변조한다. 여기서, GFSK 변조방식은 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식에서의 변조방식으로써, 디지털 신호를 그대로 아날로그 신호로 변조하면 주파수 대역이 무한히 넓어지므로 이를 방지하기 위하여 가우시안 필터(Gaussian Filter)를 이용한 GFSK 방식을 이용한다.The GFSK modulator 282 modulates the error corrected and interleaved digital data by Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) modulation. Here, the GFSK modulation method is a modulation method in the frequency hopping spread spectrum (FHHS) method, and the GFSK method using a Gaussian filter is used to prevent the frequency band from being infinitely wider when the digital signal is modulated as an analog signal. I use it.

호핑시퀀스발생부(283)는 주파수 합성 발진부(284)를 제어하여, 주파수 도약을 초당 최소 2회에서 최대 100회까지 주파수 도약을 하도록 제어한다.The hopping sequence generator 283 controls the frequency synthesizing oscillator 284 to control the frequency hopping so that the frequency hopping is performed at least 2 times up to 100 times.

주파수 합성 발진부(284)는 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)의 주파수를 발진시킨다.The frequency synthesized oscillator 284 oscillates a frequency of the meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz).

믹서(285)는 GFSK 변조부(282)에서 변조된 기저대역의 디지털 데이터를 수신하여 주파수 합성 발진부(284)로부터의 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)신호와 믹싱하여 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)으로 상향 변환한다.The mixer 285 receives the baseband digital data modulated by the GFSK modulator 282 and mixes the signals with the meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz) from the frequency synthesis oscillator 284 to provide the meteorological aid frequency band (400 MHz to Up to 406 MHz).

전력증폭부(286)는 상향변환된 아날로그 데이터가 지상의 수신으로 송신될 수 있도록 전력증폭하여 출력한다.
The power amplifier 286 amplifies and outputs the upconverted analog data so that it can be transmitted by reception of the ground.

도 5는 도 4에 나타낸 라디오존데 송신부의 송신 데이터를 수신하고 복조하는 무선신호 복조수단을 설명하기 위한 블록 구성도이다.FIG. 5 is a block diagram illustrating a radio signal demodulation means for receiving and demodulating the transmission data of the radiosonde transmitter shown in FIG.

본 발명에 따른 라디오존데 송신부의 송신 데이터를 수신하고 복조하는 무선신호 복조수단은 도 5에 나타낸 바와 같이, 저잡음 증폭부(410), 믹서(420), 호핑 시퀀스 발생부(430), 주파수 합성 발진부(440), GPSK 복조부(450) 및 에러정정/역인터리빙부(460)로 구성된다.As shown in FIG. 5, the radio signal demodulation means for receiving and demodulating the transmission data of the radiosonde transmitter according to the present invention includes a low noise amplifier 410, a mixer 420, a hopping sequence generator 430, and a frequency synthesized oscillator. 440, the GPSK demodulation unit 450, and the error correction / deinterleaving unit 460.

여기서, 저잡음 증폭부(LNA)(410)는 라디오존데 송신부(280)에서 송신된 데이터가 UHF 안테나(300)를 통해 수신되면 해당 데이터를 증폭하며 이때, 잡음성분을 제거하고 증폭한다. Here, the low noise amplifier (LNA) 410 amplifies the data when the data transmitted from the radio zone transmitter 280 is received through the UHF antenna 300, and removes the noise component and amplifies the data.

호핑 시퀀스 발생부(430)는 라디오존데 송신부와 같은 방식의 도약신호를 발생시킨다.The hopping sequence generator 430 generates a hopping signal in the same manner as the radio sonde transmitter.

주파수 합성 발진부(440)는 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)의 주파수를 기저대역으로 변환할 수 있는 기저대역 주파수를 발진시킨다.The frequency synthesis oscillator 440 oscillates a baseband frequency capable of converting a frequency of the meteorological aid frequency band (400MHz to 406MHz) into a baseband.

그리고, 믹서(420)는 잡음성분이 제거된 데이터를 주파수 합성 발진부(440)로부터의 기저대역 주파수와 믹싱하여 기저대역으로 하향변환(down conversion)한다.The mixer 420 down-converts the data from which the noise component is removed to the baseband by mixing the baseband frequency from the frequency synthesis oscillator 440.

GPSK 복조부(450)는 하향변환된 데이터를 GFSK 방식으로 복조시킨다.The GPSK demodulator 450 demodulates the down-converted data by the GFSK method.

에러정정/역인터리빙부(460)는 GFSK 방식으로 복조된 데이터를 에러정정알고리즘을 통해 검증하고 역인터리빙하여 라디오존데 제어부(270)에서 출력된 기상정보 및 위치정보가 포함된 디지털 데이터로 복원한다.The error correction / reverse interleaving unit 460 verifies the demodulated data by the GFSK method through an error correction algorithm and reverse interleaves the digital data including weather information and position information output from the radiosonde control unit 270.

복원된 데이터는 컴퓨터(500)로 전송된다.The recovered data is sent to the computer 500.

이와 같은 주파수도약확산방식을 이용하는 경우 컴퓨터(500)를 통해 기상원조 주파수 대역의 운영상태를 모니터할 수 있고, GFSK 방식을 이용하여 혼신이 생기지 않는 대역폭 중에서 운영가능한 주파수 대역을 선택할 수 있다. 다시 말하면, 라디오존데(200) 측정 시작전 송신측과 수신측 사이의 도약 발생을 매칭(sync) 시킨다. 이때, 1초당 0회부터 최대 100회까지 설정할 수 있으며, 0회는 도약을 하지 않는 것을 의미한다. 참고로, 라디오존데(200)가 고층에서 관측하여, 1초단위로 측정 데이터를 갱신하므로, 측정된 데이터를 최소 1회부터 최대 100회 재전송할 수 있고, 라디오존데(200) 관측 중 혼신이 일어날 경우, 수신 데이터가 깨지거나, 에러정정 알고리즘을 통해 정정하거나 데이터 버림을 결정하게 된다.
In the case of using the frequency hopping spreading method, the operation state of the weather aid frequency band can be monitored through the computer 500, and the frequency band which can be operated can be selected from the bandwidth without interference using the GFSK method. In other words, the occurrence of the leap between the transmitting side and the receiving side is synchronized before starting the radiosonde 200 measurement. At this time, it can be set from 0 times up to 100 times per second, 0 times means not to jump. For reference, since the radiosonde 200 observes the high-rise, and updates the measurement data in units of 1 second, it is possible to retransmit the measured data from at least one to up to 100 times, and interference may occur during the radiosonde 200 observation. In this case, the received data is broken, corrected through an error correction algorithm, or data discarded is determined.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the examples disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100 : 풍선 200 : 라디오존데
210 : 온도센서부 220 : 습도센서부
230 : 측정부 240 : 센서인터페이스부
250 : GPS 수신기 260 : 전원공급부
261 : 배터리 262 : 레귤레이터
270 : 제어부 280 : 라디오존데 송신부
281 : 에러정정/인터리빙부 282 : GFSK 변조부
283 : 호핑시퀀스발생부 284 : 주파수 합성 발진부
285 : 믹서 286 : 전력증폭부
300 : UHF 안테나 400 : 무선신호 복조수단
410 : 저잡음 증폭부 420 : 믹서
430 : 호핑 시퀀스 발생부 430 : 주파수 합성 발진부
450 : GPSK 복조부 460 : 에러정정/역인터리빙부
500 : PC 510 : 프린터
600 : 허브 700 : 인트라넷100: balloon 200: radio zone
210: temperature sensor unit 220: humidity sensor unit
230: measuring unit 240: sensor interface unit
250: GPS receiver 260: power supply
261: battery 262: regulator
270 control unit 280 radio zone transmitter
281: error correction / interleaving unit 282: GFSK modulation unit
283: hopping sequence generator 284: frequency synthesis oscillator
285 mixer 286 power amplifier
300: UHF antenna 400: radio signal demodulation means
410: low noise amplifier 420: mixer
430: hopping sequence generator 430: frequency synthesis oscillator
450: GPSK demodulation unit 460: error correction / reverse interleaving unit
500: PC 510: Printer
600: hub 700: intranet

Claims (5)

온도를 센싱하는 온도센서부(210)와, 습도를 센싱하는 습도센서부(220)와, 상기 온도센서부(210) 및 상기 습도센서부(220)에서 센싱된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 측정부(230)와, 위치정보를 획득하기 위한 GPS 수신기(250)와, 상기 측정부(230)에서 측정한 기상정보와, 상기 GPS 수신기(250)에서 수신한 위치정보를 디지털 데이터로 출력하는 제어부(270)와, 상기 기상정보와 위치정보를 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조하여 지상으로 무선 송신하는 라디오존데 송신부(280) 및 전원을 공급하는 전원공급부(260)를 포함하여 구성되며, 풍선에 연결되어 대기의 기상상태를 관측하고, 관측한 기상상태에 대한 기상상태정보를 자신의 위치정보와 함께 상기 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조하여 지상으로 무선 송신하는 라디오존데(200);
상기 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 변조되어 상기 라디오존데(200)로부터 송신된 상기 기상상태정보와 위치정보를 수신하는 UHF 안테나(300); 및
상기 UHF 안테나(300)로부터 수신된 상기 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식의 상기 기상상태정보와 위치정보를 디지털 데이터로 복조하여 기상상태정보 데이터를 분석하는 컴퓨터(500)로 전송하는 무선신호 복조수단(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치.Converting the analog data sensed by the temperature sensor unit 210 for sensing a temperature, the humidity sensor unit 220 for sensing humidity, the temperature sensor unit 210 and the humidity sensor unit 220 into digital data Measuring unit 230, GPS receiver 250 for obtaining location information, weather information measured by the measurement unit 230, and outputs the position information received by the GPS receiver 250 as digital data And a control unit 270, a radio sonde transmitter 280 for wirelessly transmitting to the ground by modulating the weather information and location information in a frequency hopping spread spectrum (FHHS) method, and a power supply unit 260 for supplying power. Radiosonde connected to the balloon to observe the air condition of the atmosphere, and modulates the weather state information of the observed weather state with its location information by the frequency hopping spread spectrum (FHHS) method and transmits the radio to the ground. 200);
A UHF antenna 300 which is modulated in the frequency hopping spread spectrum (FHHS) scheme and receives the weather state information and location information transmitted from the radio sonde 200; And
Radio signal demodulation means for demodulating the weather condition information and location information of the frequency hopping spread spectrum (FHHS) method received from the UHF antenna 300 into digital data and transmitting the weather condition information data to a computer 500 for analysis. Radiosonde communication device using the frequency hopping spread spectrum method, characterized in that configured to include. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 온도센서부(210)는 온도를 센싱하는 온도센서(211)와, 온도기준값(212)을 제공하는 저항으로 구성되고,
상기 습도센서부(220)는 습도를 센싱하는 습도센서(221)와, 습도기준값(222)을 제공하는 콘덴서로 구성되며,
상기 측정부(230)는 상기 온도센서(211)의 센싱값과 상기 온도기준값(212)을 멀티플렉싱하는 멀티플렉서(231)와, 멀티플렉싱된 아날로그 데이터를 디지털 펄스형태로 발생시키는 펄스 발생부(232)와, 상기 펄스 발생부(232)에서 발생된 펄스의 클럭을 조절하는 디바이더(233)와,
상기 습도센서(221)의 센싱값과 습도기준값(222)을 디지털 값으로 측정하는 습도측정회로로 구성되는 습도측정부(234)로 구성됨을 특징으로 하는 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치.
The method of claim 1,
The temperature sensor unit 210 is composed of a temperature sensor 211 for sensing a temperature, and a resistor for providing a temperature reference value 212,
The humidity sensor unit 220 is composed of a humidity sensor for sensing the humidity 221 and a condenser for providing a humidity reference value 222,
The measurement unit 230 includes a multiplexer 231 for multiplexing the sensing value of the temperature sensor 211 and the temperature reference value 212, a pulse generator 232 for generating the multiplexed analog data in the form of a digital pulse; A divider 233 for adjusting a clock of a pulse generated by the pulse generator 232;
Radiosonde communication device using the frequency hopping spread spectrum method characterized in that the humidity measurement unit 234 is composed of a humidity measuring circuit for measuring the sensing value and the humidity reference value 222 of the humidity sensor 221 as a digital value .
제1항에 있어서,
상기 라디오존데 송신부(280)는,
상기 제어부(270)에서 전송된 디지털 데이터를 주파수도약확산스펙트럼(FHHS) 방식으로 전송하기 위하여 에러정정 및 인터리빙을 수행하는 에러정정/인터리빙부(281)와,
에러정정 및 인터리빙된 디지털 데이터를 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying) 변조방식으로 변조하는 GFSK 변조부(282)와,
기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)의 주파수를 발진시키는 주파수 합성 발진부(284)와,
상기 주파수 합성 발진부(284)를 제어하는 호핑시퀀스발생부(283)와,
상기 GFSK 변조부(282)에서 변조된 기저대역의 디지털 데이터를 수신하여 상기 주파수 합성 발진부(284)로부터의 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)신호와 믹싱하여 기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)으로 상향 변환하는 믹서(285) 및
상향변환된 아날로그 데이터가 지상의 수신으로 송신될 수 있도록 전력증폭하여 출력하는 전력증폭부(286)로 구성됨을 특징으로 하는 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치.
The method of claim 1,
The radio sonde transmitter 280,
An error correction / interleaving unit 281 for performing error correction and interleaving to transmit digital data transmitted from the control unit 270 in a frequency hopping spread spectrum (FHHS);
A GFSK modulator 282 for modulating error correction and interleaved digital data with a Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) modulation scheme;
A frequency synthesized oscillator 284 for oscillating a frequency of a meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz),
A hopping sequence generator 283 for controlling the frequency synthesized oscillator 284;
Receives the baseband digital data modulated by the GFSK modulator 282 and mixes the signal with the meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz) from the frequency synthesis oscillator 284 to the meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz). Up-converting mixer 285 and
And a power amplifying unit (286) for amplifying and outputting the upconverted analog data so that the analog data can be transmitted by reception on the ground.
제4항에 있어서,
상기 무선신호 복조수단(400)은,
상기 라디오존데 송신부(280)에서 송신된 데이터가 상기 UHF 안테나(300)를 통해 수신되면 해당 데이터에서 잡음성분을 제거하고 증폭하는 저잡음 증폭부(LNA)(410)와,
상기 라디오존데 송신부(280)와 같은 방식의 도약신호를 발생시키는 호핑 시퀀스 발생부(430)와,
기상원조주파수 대역(400MHz ~ 406MHz)의 주파수를 기저대역으로 변환할 수 있는 기저대역 주파수를 발진시키는 주파수 합성 발진부(440)와,
상기 잡음성분이 제거된 데이터를 상기 주파수 합성 발진부(440)로부터의 기저대역 주파수와 믹싱하여 기저대역으로 하향변환(down conversion)하는 믹서(420)와,
상기 하향변환된 데이터를 GFSK 방식으로 복조시키는 GPSK 복조부(450) 및
상기 GFSK 방식으로 복조된 데이터를 에러정정알고리즘을 통해 검증하고 역인터리빙하여 상기 라디오존데 제어부(270)에서 출력된 기상정보 및 위치정보가 포함된 디지털 데이터로 복원하는 에러정정/역인터리빙부(460)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 주파수도약확산스펙트럼 방식을 이용한 라디오존데 통신 장치.5. The method of claim 4,
The radio signal demodulation means 400,
A low noise amplifier (LNA) 410 for removing and amplifying a noise component from the data when the data transmitted from the radiosonde transmitter 280 is received through the UHF antenna 300;
A hopping sequence generator 430 for generating a hopping signal in the same manner as the radio sonde transmitter 280;
A frequency synthesis oscillator 440 for oscillating a baseband frequency capable of converting a frequency of a meteorological aid frequency band (400 MHz to 406 MHz) into a base band;
A mixer 420 for mixing down the noise-free data with the baseband frequency from the frequency synthesis oscillator 440 to downconvert to the baseband;
A GPSK demodulator 450 for demodulating the down-converted data in a GFSK scheme;
Error correction / deinterleaving unit 460 for verifying and demodulating the demodulated data using the GFSK method through an error correction algorithm to restore digital data including weather information and position information output from the radiosonde control unit 270. Radiosonde communication device using the frequency hopping spread spectrum method, characterized in that configured to include.
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