한국 측지VLBI 시뮬레이션

Abstract

측지VLBI (Very Long Baseline Interferometry)는 우주측지 기술 중 하나로서 매우 먼 거리로부터 오는 퀘사의 잡음을, 독립된 주파수 표준을 이용한 복수 안테나와 전파원의 정밀한 위치를 측정하는 시스템이다. 세계 여러나라에서는 VLBI를 이용하여 측지, 천문과 관련된 국가 기반산업 구축 및 학술연구에 이용하고 있다. 국내 처음으로 측지VLBI 관측을 실시한 때는, 1995년 3.8m mobile 안테나를 이용한 (韓) 국토지리정보원과 (日) 국립지리원 간 관측이었다. 1995년 관측 이후, 십 수년이 지난 2008년 10월 측지VLBI 프로젝트가 공식적으로 시작되었다. 본 연구는 한국 측지VLBI 건설 전 ‘측지VLBI 구축 실시설계’로 도출된 한국 측지VLBI 시스템의 사양 및 성능을 이용한 가상 국제 관측실험을 실시하여 기선 및 관측국의 위치 정밀도를 예측하여 보고, 결과 향상을 위하여 KARAT을 이용한 대기모델을 사용할 것을 제안한다. 본 시뮬레이션은 현재 운용준비 중인 한국 VLBI 안테나 4기 (Korea VLBI Network (이하, KVN) 3기, 측지VLBI 1기)의 주파수 표준, 대기, 시스템 오차의 가상 데이터를 생성하여, 아시아 3개국 (한국, 일본, 중국)에 위치한 관측소를 네트워크‘KVG-EA3’로 구성하여 가상 관측실험을 실시하였다. 시뮬레이션 한 결과, ‘KVG-EA3’네트워크의 위치 정밀도는 약 1.5 mm ~ 7 mm를 보였으며, 한국 VLBI 안테나의 3D root mean square (이하 rms)는 약 7mm ~ 10mm를 보였다. 현재 관측중인 세계의 VLBI 관측에 의한 위치 정밀도는 약 1mm ~ 3mm, 3D rms 값은 약 5mm 이하의 정밀도를 보이고 있음을 생각하면, 본 시뮬레이션 결과에 대한 오차요인을 고려해 볼 필요가 있다. 본 시뮬레이션 결과의 가장 큰 오차요인은 동일 대기모델을 모든 관측국에 적용시킨 것과 약 15일의 짧은 관측일수일 것이며, 그 밖의 오차 요인으로는 error propagation, 국지 규모의 네트워크, 초기 관측국 위치의 부정확 수치, 각 대역별 추정 Systen Equivalent Flux Density (이하 SEFD) 등이라고 생각한다. 시뮬레이션 결과의 향상을 위하여서는, 우선 시뮬레이션 결과에 크게 영향을 끼친 동일 대기모델을 들 수 있다. 즉, 가상 대기모델의 사용은 결과의 신뢰성을 떨어뜨린다. 따라서 최적의 대기 모델은 실제 가상 관측일의 기상 데이터를 이용한 대기 모델을 이용하는 것이지만, 효율적인 방안을 제안하면 KARAT을 이용한 시뮬레이션이 필요할 것으로 생각된다. KARAT (Kashima Ray-Tracing Tools, Hobiger 2007) 은 GPS 데이터를 이용하여 특정 범위내의 전 영역에 대한 전방위 대기 지연값을 산출해 주는 프로그램으로써, KARAT을 이용하여 equivalent 대기 모델이 아닌 각 안테나 위치와 시간에 따른 대기 모델을 이용하여 보다 현실적인 대기모델을 사용할 수 있을 것으로 예상된다. 동아시아 지역에 대한 VLBI 시뮬레이션에 대한 대기 모델은 KARAT을 이용함을 제안한다. 또한 15일 간의 관측일수 또한 정밀한 결과를 도출하기엔 부족하다. 따라서, 다음 시뮬레이션에서는 관측기간의 확대와 KARAT을 이용한 대기 모델을 이용한 시뮬레이션 실행을 통한 정확도 및 정밀도의 향상을 예상한다.