과학기술위성3호는 170kg의 소형위성으로 2006년 사업을 착수하였으며, 올 2012년 12월에 러시아에서 발사할 예정이다. 주탑재체는 다목적 적외선 영상시스템 (MIRIS, Multi-Purpose IR Imaging System)으로 천문연에서 개발을 담당하였으며 우주관측과 지구관측을 수행한다. 부탑재체는 소형영상분광기 (COMIS, Compact Imaging Spectrometer)로 공주대에서 개발을 하였으며 지표면의 분광영상을 획득한다. 관측영상을 지상에서 내려 받아 사용자에게 배포를 하기 전 Radiometric, Geometric 보정을 수행하기 위해서는 관측영상 외에 관측할 때의 위성체 자세제어 정보도 함께 필요하다. 과학기술위성3호의 경우 우주관측은 관측영상 정보에 위성본체의 자세제어 정보도 함께 저장하기 때문에 지상에서 영상자료와 관제자료의 결합을 위해 추가로 수행하는 작업이 필요하지 않다. 그러나 지구관측은 영상자료와 자세제어 정보를 따로 저장하여 지상국으로 전송한다. 한곳의 영역만 관측 후 지상국으로 전송받는다면 문제가 발생하지 않지만, 지상국과 교신할 수 있는 궤도의 수는 한정되기 때문에 위성체의 메모리에는 여러 영역의 관측영상이 저장되어 있으며, 위성은 지상국과의 교신시간이 허락하는 최대로 영상자료를 송신한다. 본 발표에서는 다양한 영상자료의 저장 포맷과 여러 영역을 관측했을 때 각 영역에 해당하는 영상자료 구분 방법, 그리고 각 영상자료와 관제자료의 결합방법에 대해 설명한다.
현재 군사적, 상업적 또는 과학적 목적의 많은 인공위성들이 개발되고 있고, 실제로 이러한 목적의 인공위성들이 우주공간에서 각각의 맡은 임무를 수행하고 있다. 해양관측용 자료 및 10m급 해상도의 영상 자료를 제공해 주고 있는 다목적실용위성 1호의 경우, 자료 획득의 임무를 수행하기 위해 많은 내부적인 준비작업과 주변장치들을 필요로 하게 된다. 주변장치들도 각각의 역할을 수행하면서 필요한 정보를 다른 장치로부터 받기도 하고 다른 장치에 필요한 정보를 주기도하는 상호작용을 하게 된다. 또한 위성의 전체적인 상태나 구성하고 있는 주변장치들의 상태에 대한 정보를 지상의 관제소에서 계속적으로 점검해야 한다. 그러나 궤도를 돌고있는 위성은 관제소와 항상 정보를 주고받을 수는 없으므로 위성의 상태 데이터를 정해진 형식으로 저장해 두었다가 필요시 이를 지상에 보내줄 수 있어야 한다. 이와 같은 내부 장치들에 대한 하드웨어 데이터와 위성의 상태 데이터를 획득, 관리 및 저장하기 위한 프로그램이 다목적실용위성 2호에 탑재될 수 있도록 위성탑재 소프트웨어의 상세설계가 이루어 겼다. 이 설계된 프로그램을 이용하여 다목적실용위성 2호의 텔레메트리 데이터의 획득이 이루어질 것이며 현재 탑재 소프트웨어에 대한 검증이 수행되고 있다.
지도제작, 해양생태감시, 기상관측, 및 우주환경감시 등의 분야에 이용되는 저궤도 위성을 관제(위성추적, 원격측정 및 명령)하기 위해 본 논문에서는 최적의 PM 변조지수를 결정하는 방법을 기술하고 수신 데이터의 성능을 평가한다. 이 저궤도 위성인 아리랑 위성은 한국에서는 첫 번째 저궤도 위성이며 1999년 12월 발사되어 현재 임무를 충실히 수행하고 있다. 아리랑 위성 관제시스템의 파라미터에 의해 위성링크를 설계하면, PB 원격측정 신호의 최적 변조지수는 Eb/No마진과 PFD마진의 교차점이 되며 1.92라디안으로 결정된다. 또한 위성의 통과시간에 따라 예측되는 BER은 RT모드에서 최고의 성능을 나타애고, RT+RNG모드에서 최악의 성능을 나타내기 때문에 데이터 전송순서를 위성의 통과시간에 따른 BER 성능 순서인 RT, PB, RT+RNG모드의 순서로 결정함으로써 수신성능을 높일 수 있다.
관제시뮬레이터는 위성운용의 준비 및 위성운용 기간 동안의 운용절차의 검증, 지상관제 시스템의 시험, 운영자의 교육 및 훈련 등을 목적으로 활용될 수 있다. 시뮬레이터는 보통 운영체제, 미들웨어, 시뮬레이션 기반소프트웨어, 에뮬레이터 및 위성과 외부 환경의 모델링 부분으로 구성된다. 에뮬레이터는 위성의 비행소프트웨어의 이미지를 어떤 수정없이 실제적으로 실행할 수 있게 한다. 위성의 모델링 부분은 시뮬레이터의 운용목적에 맞는 각종 하드웨어와 기능들에 대해서 수학적 방정식 등을 이용하여 위성 및 외부환경을 실제적으로 모델링하는 부분으로 구성된다. 이외에 시뮬레이션의 제어 및 관리와 사용자 접속부분을 관리할 수 있는 모듈들이 추가적으로 구성된다. 시뮬레이션 기반소프트웨어는 이러한 시뮬레이션 구성요소(Component)들을 사용자 환경설정 파일에 기반하여 통합하여 구현 및 운용할 수 있는 환경을 제공한다. 구현되는 시뮬레이터의 틀(Framework)로써 모듈간 각종 데이터의 표준 입출력, 일반적인 모델 등을 제공한다. 운용되고 있는 세계 각국의 위성 시뮬레이터에서 SIMSAT, SIMWARE 등의 시뮬레이션 기반소프트웨어가 활용되고 있으며, 관제시뮬레이터가 개발될 경우 기반소프트웨어의 자체개발 또는 기존 상용제품 활용의 여부가 우선적으로 결정되어야 할 것이며, 또한 기존 상용제품 활용 시 각 기반소프트웨어의 특성을 분석하여 적절한 기반소프트웨어의 선택이 결정되어야 할 것이다. 이 논문에서는 시뮬레이션 기반소프트웨어의 기능 및 현재 활용되고 있는 상용제품의 특성에 대해서 분석비교를 기술한다.
저궤도위성 관제용 소형안테나시스템의 송수신채널은 저궤도위성의 특성상 안테나구동부의 물리적인 제약조건을 갖으며 이러한 제약조건은 Rotary Joint 포트 수에 의존한다. 다목적 실용위성 5호와 같이 RH 및 LH 편파를 동시 사용하는 위성의 경우 지상안테나의 RF채널은 물리적으로 4포트가 필요하게 된다. 이러한 물리적 채널을 구현하기위해서는 안테나구동부가 대형화될 뿐만 아니라 고비용의 소요된다. 이와 같이 대형화 및 고비용의 단점을 극복하기위하여 Channel Combine Filter를 적용하여 채널이중화를 구현하였으며 단일채널을 갖는 저궤도위성 지상안테나시스템을 RH 및 LH 편파를 동시수신 가능하도록 성능을 개선하였다. 금번 개발된 Channel Combiner는 하나의 물리적 채널을 이용하여 위성으로부터 수신되는 수신신호 및 지상에서 송신하는 송신신호를 동시에 전송하도록 설계한 것으로서 수신되는 신호대비 송신신호의 크기가 상대적으로 고출력이기 때문에 송수신신호간의 간섭영향을 최소화할 수 있도록 설계하였다. 따라서 본 논문에서는 채널이중화를 위하여 개발된 Channel Combiner의 설계방법 및 성능 시험결과에 대하여 상세하게 기술하였으며, 최종적으로 RH 및 LH 편파를 동시에 사용하는 저궤도 위성을 이용한 수신결과에 대하여 기술하였다.
본 논문은 단일 채널에 다수의 정보 신호를 전송하기 위하여 사용하는 PCM/PSK/PM 변조 방식의 전송 신호 대역 특성에 대하여 기술하였다. 위성 관제 신호인 원격 명령 신호 및 원격 측정 신호의 변조 지수에 따라 전송에 필요한 대역폭과 위성과의 거리 측정 신호 전송에 필요한 전송 대역폭을 산출하며, 부 반송파 주파수 사용에 대한 관계를 고찰하였다. PCM/PSK/PM 변조 방식의 대역폭은 위상 변조 지수 1.2 rad 이하에서는 부 반송파 주파수와 전송 데이터 율에 비례한다. 2kbps 원격명령 데이터 전소에 필요한 원격 측정 신호를 위한 부 반송파는 131. 072kHz가 적합하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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