본 논문에서는 위성 DMB 환경에서 멀티채널 오디오 서비스를 제공할 수 있는 시스템을 제안한다. 위성 DMB 서비스는 2005 년부터 상용서비스를 시작한 이동멀티미디어방송 서비스로서, QVGA 급의 영상과 FM 음질의 오디오 서비스를 제공한다. 본 연구에서는 기존의 위성 DMB 시스템과 호환성을 유지하면서, 적은 비트율의 데이터를 추가하여 멀티채널 오디오 서비스를 제공하는 시스템에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 기존의 스테레오 오디오 시스템과 호환성을 가지면서도 적은 비트율의 데이터 추가만으로 멀티채널 오디오 신호의 재현이 가능한 멀티채널 오디오 부호화 기술을 적용하였고, 기존 위성 DMB 단말의 동작에 영향을 주지 않으면서, 멀티채널 오디오 서비스가 제공되는 것을 식별할 수 있도록 하는 시그널링 방법을 개발하여 적용하였다. 연구 결과의 검증을 위하여 위성 DMB 멀티채널 오디오 부호화기 및 단말을 개발하여 방송 실험을 수행하였고, 이를 통하여 제안한 방법으로 위성 DMB 환경에서 멀티채널 오디오 서비스를 효율적으로 제공할 수 있음을 증명하였다.
저 비용으로 개발되는 초소형 위성의 경우 개발비용을 줄이기 위해서 상용제품(COTS; Commercial-Off-The Shelf)을 많이 사용하는 추세이며, 따라서 실제 위성을 운용하고 데이터를 수집 처리하는 명령 및 데이터 처리계(C&DH; Command and Data Handling)도 상용 컨트롤러를 중심으로 설계 및 개발되고 있다. 하지만 상용 컨트롤러는 그 기능이 제작사의 규격에 따라 한정되어 있기 때문에 다양한 인터페이스를 갖는 위성 개발에 적용할 경우 별도의 인터페이스 회로 구성이 필수적이다. 따라서 상용 컨트롤러가 지원하지 못하는 다수의 디지털 인터페이스를 쉽게 확장하고 SEU 보상을 위해서 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용한 다중 디지털 데이터 처리 시스템(MDDCS; Multi Digital Data Control System)을 개발하였다. 개발 언어로 VHDL(Very High Speed Integrated Circuits Hardware Description Language)을 사용하였으며 Actel의 A3P1000에 구현하였다.
본 논문에서는 전술데이터링크인 Link 16의 버스트 전송 환경을 위성채널 특성에 맞게 GMSK 변조방식과 LDPC/RS 에러정정 코드를 적용한 위성 데이터링크용 웨이브폼을 연구한다. 그리고 기존의 재머 제거능력이 있는 위성 중계기에서 신호가 있는 채널만 선택적으로 스위칭을 하여 상향링크와 하향링크에서 도약을 다르게 할 수 있으면서, 신호 대역외에 있는 모든 재머는 제거할 수 있어 중계기 전력 탈취영향을 줄일 수 있는 DSM형 중계기를 제안한다. 제안한 웨이브폼 및 중계기 구조를 BER 및 부분대역 재밍 환경에서 성능을 분석하였다. 분석결과 제안한 웨이브폼은 기존 데이터링크보다 우수하여, 2.5dB 신호대 잡음비를 갖으며 worst case 부분대역 재밍환경에서 52dB 처리이득을 요구함을 알 수 있었다. 또한 DSM형 중계기는 기존보다 최대 2dB 항재밍 이득을 갖게 됨을 알 수 있었다.
독자기술에 의한 소형위성 개발이라는 목표아래 지난 4년 반에 걸쳐서 개발된 우리별 3호가 성공적으로 발사되었다. 초기운용 기간동안 위성의 각 서브시스템에 대한 시험이 있었으며 모든 서브시스템에 대한 시험이 있었으며 모든 서브시스템이 설계된 바와 같이 정상적으로 동작함을 검증할 수 있었다. 이 기간동안 우리별 3호에 탑재된 카메라가 수십회 지구를 촬영하여 그 데이터를 지상으로 송신하고 수신된 영상데이터를 분석하여 카메라 및 송수신 시스템의 성능을 분석할 수 있었다. 본 논문에서는 우리별 3호의 다대역 지구관측 센서 영상의 촬영, 데이터 송신, 수신 및 저장시스템을 소개하고 위성 초기운용 시 시험했던 영상데이터 송수신 시스템의 성능을 기술한다. 수신시스템은 개발 시 주어졌던 1% 미만의 전송에러를 만족하였으며 앞으로 지속적인 시스템 시험 및 안정화를 통해서 이러한 수신시스템의 에러율은 최소화 될 것이다.
위성항법보강시스템 (Satellite Based Augmentation System; SBAS)은 정지궤도(GEO) 위성들을 이용하여 GPS, GLONASS 등의 위성항법시스템 (Global Navigation Satellite System; GNSS) 사용자들에게 무결성 데이터 및 정정 데이터를 방송하는 데 목적이 있다. 국제민간항공기구 (International Civilian Aeronautical Organization; ICAO)의 2025년까지 SBAS 도입 권고에 따라, 국토교통부 사업으로 한국형 SBAS 시스템 개발/구축 사업이 진행 중에 있다. 한국형 위성항법보강시스템인 KASS(Korea Augmentation Satellite System)는 초정밀 GPS 오차보정시스템으로, 기준국(KASS Reference Station; KRS), 중앙처리국(KASS Processing Station; KPS), 위성통신국(KASS Uplink Station; KUS) 및 통합운영국(KASS Control Station; KCS)으로 구성된 지상시스템과 GEO 위성으로 이루어져 있다. 본 논문에서는 KASS 지상 부문과 GEO 위성간의 연동 역할을 하며 신호생성부(Signal Generator Section; SGS)와 RF부(Radio-Frequency Section; RFS)로 구성된 KASS 위성통신국에 대해 개념적 설계를 하였다.
저궤도 위성을 포함한 다양한 위성의 궁극적인 운영목표는 촬영된 위성영상을 사용자들에게 정확하게 전달하는 데에 있다. 특히, 저궤도 광학 및 레이다 위성을 통해 획득한 지구관측영상은 매우 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 우주산업분야에서 매우 큰 축을 담당하고 있다. 특별히, 사용자 요청부터 영상배포까지의 소요시간은 위성영상 활용가치의 주요 단위이며, 배포소요시간의 단축을 위하여 다양한 기술들이 지상국 시스템에 적용되고 있다. 본 논문에서는 획득영상 주문 배포의 시간을 단축시킬 수 있도록 한국항공우주연구원에서 구축한 주문관리시스템과 데이터시스템사이의 효과적인 인터페이스를 소개한다.
전력계통의 안정적인 운용을 위해서는 현재 운전 중인 계통의 운용데이터를 수집하여 분석하고 그에 따라 적절한 제어를 하는 것이 매우 중요한 일이다. EMS가 이러한 일을 처리하고 있으며, 여기서 상태추정기는 정확한 계통 운용 데이터베이스를 제공하는 역할을 한다. 지금까지 모든 데이터는 동시에 측정이 되었다는 가정 하에 상태추정 연산을 하였으나, 실제로 모든 데이터 측정의 동기성을 확보하는 것은 사실상 불가능하다. 최근 인공위성에 의해 동기화된 PMU(phasor measurement unit)가 전력계통 운용에 사용되고 있다. 본 논문에서는 PMU로부터 얻을 수 있는 전압 및 전류 데이터를 상태추정에 이용하는 방법을 개발하였다. 위성에 의해 동기화된 페이저 측정데이터는 데이터 측정의 동기성 확보뿐만 아니라, 데이터의 정밀도 및 위상각의 직접적인 측정이라는 둥의 여러 가지 면에서 매우 효용성이 높은 데이터이다. 본 연구를 통해 개발된 상태추정 프로그터은 IEEE 30모선 시험계통을 이용하여 그 타당성을 검증하였다.
본 연구에서는 효율적인 GPS 데이터의 품질관리를 위한 GPS_QC 프로그램을 개발하여, GPS 데이터의 Quality 판단할 수 있는 총 8개의 Control 인자(위성의 배치, Multipath 오차량, 전리층 지연량 및 위성신호 강도 등)를 계산 할 수 있었으며, GPS 데이터 품질에 관련된 Control 인자의 결과값 및 허용오차 범위, 실제 관측데이터의 허용오차의 포함여부를 시계열 그래프와 보고서 형태로 제공하여 현장 등에서 간단하고 효율적으로 GPS 데이터의 품질관리를 가능하게 한다. 따라서 기존에 GPS 데이터 해석 후에나 판단이 가능했던 데이터의 품질을 현장이나 실내에서 직접 확인할 수 있게 함으로서 재측과 데이터 처리 시 소요되는 시간과 경비를 절감할 수 있을 것으로 판단된다.
실 지형정보를 이용한 3D 가상환경은 사용자에게 좀 더 현실에 가까운 교육환경을 제공한다. 3D 가상환경에 사용되는 지형정보는 mesh를 생성하기 위한 고도 data와 mapping을 위한 위성영상이나 항공사진 등이 사용된다. 고도 데이터는 DEM,DTED와 같은 데이터 포맷이 있는데 해상도에 따라 초단위 또는 M 단위로 다양하게 분류되어 있으며 위성영상이나 항공사진도 해상도에 따라 50M∼10Cm 까지 다양하여 사용목적에 맞는 데이터 선택이 필요하다. 고도데이터와 mapping 데이터를 이용하여 기본적인 3D 지형을 생성한 후에 안개나 비, 눈, 빛, 구름과 같은 기상환경을 시뮬레이션하거나 건물이나 이정표, 또는 텍스트 같은 사용자 정보를 Vector overlay 하여 좀 더 현실감 있는 3D 가상환경을 만들 수 있다. 최근에는 인터넷이 일반화되면서 네트웍을 통해 지명데이터를 전송하고 렌더링 하고자 하는 요구가 발생하고 있다. 그러나 3차원 가상환경을 위한 지형 데이터는 2D 데이터에 비해 크기가 크고 고사양의 하드웨어사양을 필요로 하여 네트웍을 통해 전송하고 랜더링 하기에는 여러 가지 제약이 따른다. 이러한 재약을 극복하기 위해 데이터를 한꺼번에 전송하지 않고 점진적으로 전송하고자 하는 연구가 많이 있어 왔으며 점진적 메쉬나 딜로니 규칙에 기반한 TIN 압축 점진적 시각화 기법, DEM 웨이블릿 변환을 적용한 저장, 전송 렌더링 하고자 하는 연구가 시도되어 왔다.
현대의 전력회사들은 전력계통의 현재 운용상황을 파악하기 위하여 상태추정을 사용한다. 상태추정기는 계통 내 각 지점에서 측정된 전력이나 전압, 전류등의 데이터를 이용하여 반복연산을 수행함으로써 전력계통의 상태(voltage profile)를 추정한다. 이때, 모든 데이터는 동시에 측정이 되었다는 가정 하에 상태추정 연산에 이용되지만, 실제로 모든 데이터 측정의 동기성을 확보하는 것은 사실상 불가능하다. 최근 인공위성에 의해 동기화된 페이저 측정장치가 전력계통 운용에 사용되고 있으며 본 논문에서는 이렇게 이미 이용 가능한 페이저 측정 데이터를 상태추정에 이용하는 방법을 시도하였다. 위성에 의해 동기화된 페이저 측정데이터는 데이터 측정의 동기성 확보뿐만 아니라, 데이터의 정밀도 및 위상각의 직접적인 측정이라는 둥의 여러 가지 면에서 매우 효용성이 높은 데이터이다. 본 연구를 통해 개발된상태추정 프로그램은 IEEE 14모선 시험계통을 이용하여 그 타당성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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