통신해양기상위성은 기상관측, 해양관측 및 통신방송의 3가지 임무를 수행하는 정지궤도 복합임무 위성이다. 위성본체는 기존의 화성탐사선(Mars Express) 위성의 구조를 확장하여 새로 개발한 구조체에 기존의 E3000 통신위성 버스에 사용하였던 전기전자 부품 및 추진계를 사용한다. 3축제어 위성으로서 태양전지판은 한 쪽에만 부착되어 있으며, 반대쪽에는 종래의 기상위성이 모멘트 균형을 위하여 갖고 있었던 솔라세일(solar sail)을 갖고 있지 않다. 기상탑재체는 미국의 아이티티(ITT)가 제작 공급하고, 해양탑재체는 이에이디에스 아스트리움(EADS Astrium)사와 항공우주연구원이 공동으로 개발하며, 통신 탑재체는 전자통신연구원에서 개발한다. 지상국은 항공우주연구원이, 관제시스템은 전자통신연구원이 개발을 담당하고 있다. 개발의 전 과정이 해외협력 개발로 이루어진다. 설계는 프랑스의 뚤르즈 소재 이에이디에스 아스트리움(EADS Astrium)사에서 한국 기술진의 참여 하에 이루어지며, 조립 및 시험은 항공우주연구원의 시설을 이용하여 한국에서 이루어진다. 발사준비도 공동으로 수행하고, 발사 후 전이궤도운영은 아스트리움사의 지상국을 사용하여 수행하여 목표궤도에 진입시킨 후 항공우주연구원의 지상국에서 궤도 내 시험(in-orbit-test)를 완료한 후 위성을 인도 받는다.
통신해양기상위성의 명칭인 천리안위성 발사를 앞두고 위성운용을 위한 지상시스템의 검증이 실제 위성과 위성시뮬레이터 등을 이용하여 수행되었다. 본 논문에서 특히 시뮬레이터가 적용된 지상시스템 시험 부분을 중점적으로 분석하여 시뮬레이터의 활용시간, 활용범위, 활용비중 등을 기술한다. 아울러 시스템 검증을 위한 시뮬레이터의 적용 경험을 바탕으로 시뮬레이터의 효과를 설명하고 한계점과 개선방향을 제시한다.
현존하는 저궤도위성의 S-Band 관제채널은 대부분 RH 또는 LH 편파를 사용한다. 그러나 다목적실용위성 3호와 같이 RH와 LH 편파를 동시에 사용하는 위성의 경우 위성추적을 위해 사용되어지는 지상안테나는 RH와 LH 편파를 동시에 수신하여야할 뿐만 아니라 편파변경시점에 따라 송신출력의 편파가 변경되어야하기 때문에 지상에서 위성으로 명령을 전송할 수 있는 송신가능시간(Command Window)에 영향을 미친다. 이러한 저궤도위성의 RH와 LH 편파의 신호세기는 위성체의 자세 및 운영방법에 따라 결정되어지기 때문에 다양한 형태의 편파수신경향성을 나타낸다. 따라서 이러한 영향을 최소화하기 위하여 지상안테나는 RH 및 LH 편파에 대하여 자동추적기능을 수행하여 위성을 추적하게 된다. 지상안테나의 자동추적기능은 수신되는 신호세기를 순간적으로 비교하여 가장 큰 세기의 신호가 수신될 수 있도록 제어하는 기술로서 수신신호의 형태에 따라 영향을 받으며 이 때 발생하는 오차는 위성추적에 지대한 영향을 미친다. 또한 편파가 변경되는 시점에서는 자동추적오차가 증가하게 되는 경향을 나타나게 된다. 따라서 본 논문에서는 다양한 형태로 동시 수신되는 RH 및 LH 편파의 자동추적오차를 분석하여 송신가능시간(Command Window) 및 수신신호에 어느 정도 영향을 미치는지에 대하여 분석하였으며 본 영향을 최소화할 수 있는 방법에 대하여 기술하였다.
객체지향 소프트웨어 개발은 그 우수성이 입증됨에도 불구하고 기존 개발 방법론에 익숙해진 개발자들에게는 여전히 사용하기엔 어려움이 있다. 본 논문에서는 차세대 위성 관제시스템 개발을 위해 기존의 구조적 분석 기법인 자료흐름도(DFD: Data Diagram)와 그래픽 설계 명세서인 구조 도를 재 사용하여 객체지향 설계 모델 링을 할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다. 즉, 객체지향 기법에서 가장 어렵게 느껴지는 객체 추출을 기존 적 구조적 그래픽 기법을 이용함으로써 분석 설계를 손쉽게 할 수 있는 방법을 제시하였다.
최근 국내우주개발 중장기계획에 따라 지구관측위성, 통신위성, 기상위성 등 다양한 위성개발이 추진되고 있으나, 선진국들이 첨단 위성의 기술이전을 기피함에 따라 국내주도의 독자적인 차세대위성의 개발 필요성이 대두되고 있다. 그러나 새로운 위성의 설계, 제작, 조립 및 시험, 검증에는 많은 시설 및 장비가 필요하며 오랜 기간과 많은 예산이 소요된다. 이를 해결하기 위해 새로운 위성의 개발 시 선진국에서는 범용위성 개발 테스트베드(Flight System Testbed)를 제작하여 사전에 위성시스템을 모델링 및 검증함으로서 개발기간의 최적화, 개발예산의 최소화, 신기술의 적용 등에 활용하고 있는 추세이다. 국내의 경우, 위성의 지상관제와 운용요원의 교육을 위해 위성시뮬레이터를 제작하여 확용하는 단계이나, 새로운 위성 개발을 위한 위성전자전산시스템 개발검증장비 및 활용기술은 전무한 상태이다. 향후 다양한 위성임무에 대응한 위성의 개발기간 단축 및 비용절감과 첨단 위성전자시스템 및 부품기술의 사전 검증을 위해 위성 전자전산시스템 개발검증장비에 대한 연구가 필수적이다. 본 논문에서는 해외 위성선진국에서의 위성전자전산시스템에 대한 기술에 대해 살펴보고 현재까지 진행된 차세대 위성개발을 위한 위성시스템 개발검증 장비의 설계에 대해 알아보고자 한다.
위성 트랜스폰더는 위성내부에 탑재되는 탑재체이며, 위성의 관제 및 제어를 위해 지상국과의 무선통신을 수행한다. 디지털 트랜스폰더는 기존의 아날로그 트랜스폰더에 비해 재제작이 쉬우며 정확한 성능 예측이 가능하다. 또한 변복조 방식, Data Rate, Loop Bandwidth, Modulation Index 등의 기능이 위성궤도 상에서 변경 가능하며, 많은 아날로그 부품을 디지털로 구현하여 무게 및 부피를 줄일 수 있다. 디지털 트랜스폰더의 핵심기술은 반송파 복원부이며, 반송파 복원부의 성능에 의해 Dynamic Range, 주파수 추적 범위, 주파수 추적 Rate 및 Coherent 등의 성능이 결정된다. 따라서 본 논문에서는 위성용 디지털 트랜스폰더에 적합한 반송파 복원부의 구조를 제안하고 이를 시험 및 검증하였다.
정지궤도 위성을 제외한 대부분의 저궤도 위성 및 심우주 관측용 위성은 임무를 수행하면서 하루동안에도 제한된 시간동안만 지상국과의 통신이 가능하다. 따라서 위성 운영에 고수준의 자율적 제어기능이 요구된다. OBCP(On-Board Control Procedures)는 별도로 개발된 언어로 작성한 작은 용량의 스크립트 프로그램을 통해 위성을 제어하는 기능을 제공한다. 이러한 방법을 통해 지상관제 시에 위성의 임무수행동안 수행되어야 하는 다양하고 복잡한 운영 시퀀스를 용이하게 준비하고 업로드할 수 있다. OBCP는 위성비행소프트웨어와는 분리된 별도의 서브시스템으로 수행되기 때문에 새로운 위성운영 프로시져의 생성을 위해 위성비행소프트웨어의 수정, 재검증, 코드업로드 등의 절차가 요구되지 않으며 지상에서 개발 및 검증시험을 완벽하게 수행할 수 있다. 본 논문에서는 기존의 저궤도 관측위성에서 사용되었던 위성의 자율적 제어 시퀀스 기능과 OBCP의 기능을 비교하여 설명하고, 실제 Herschel and Plank 위성에 활용된 예를 통해 OBCP의 개념 및 설계 방안에 대하여 소개한다.
디지털 선박은 자율운항 제어 시스템(Intelligent Navigation System), 선박자동식별 시스템(Automatic Identification System), 위성통신망 원격제어 시스템(Integrated Maritime Information Technology)을 기반의 One-man Bridge 시스템을 갖는 차세대 선박을 나타낸다 INS 시스템에서는 선박의 항해와 관련된 기능을 수행하며, 최적항로 계획, 좌초 및 충돌방지 기법, 경제적 운항, 엔진통합제어, 내항성 성능평가 등의 기능이 디지털 GIS(Geographic Information System) 기반의 환경에서 제공된다. AIS 시스템은 선박과 선박간 또는 선박과 관제소간에 선박의 항해 관련 정보를 주기적으로 전송하여 충돌 방지를 기능을 제공하며, IMIT 시스템은 선박내의 통합 플랫폼을 제공하여 선내 네트워크 통합 솔루션을 제공한다. 또한, IMIT 시스템은 위성통신(INMARSAT, OrbComm, 해양관측위성)을 통해 선박과 관제소와의 데이터 송수신을 지원하여, 관제소에서 선박의 항해 상태를 감시하고 선박에 해양 환경정보, 조선소에서의 선박관련 정보 등을 제공하는 기능을 갖는다. 본 논문에서는 디지털 선박의 전체적인 시스템 구현방안과 세부 시스템별 구현방안에 대해 소개하며, 디지털-lT 기반의 차세대 선박에 대한 방향을 제시하도록 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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