In this paper, the contemporary deployment of broadband and Internet-of-Things (IoT) services based on the Low Earth Orbit (LEO) satellite communication network is presented. First, the global service and key technologies of small and nanosatellites are briefly addressed, and then, the progress of relevant standard technologies is explained. Finally, the overall potential for the future development of the LEO satellite communication network is highlighted.
저궤도 위성인 다목적실용위성 2호의 컴퓨터 시스템은 3개 프로세서로 구성된 분산처리 구조이며 프로세서와 프로세서, 프로세서와 주변 장치들과의 통신은 MIL-STD-1553B 버스를 통해 이루어진다. 이들 3개 프로세서들 상에서 실행되는 탑재소프트웨어는 위성의 하드웨어 및 주변 입출력 장치들을 제어 및 관리한다. 그리고 위성의 결함을 관리하는 기능과 비상시에는 지상과의 연결 없이 위성을 자동제어 하는 기능들 또한 탑재소프트웨어에 구현되어져있다. 본 논문에서는 저궤도 위성인 다목적실용위성-2호의 임무를 수행하기 위한 탑재소프트웨어의 구성 및 기능, 개발과정과 개발환경을 소개한다.
위성탑재컴퓨터(OBC, On-Board Computer)는 인공위성의 자세제어, 임무수행, 지상명령 송수신 및 처리 등 다양한 기능을 수행한다. 위성탑재컴퓨터는 다양한 모듈로 구성되어 있으며, 각 모듈은 매우 중요한 기능을 수행하기 때문에 이중화로 설계되어 있다. 이중화된 모듈은 그 특성에 따라 Hot/Cold Redundancy 정책을 적용하여 운영한다. 각 모듈을 이중화로 설계함으로써 위성의 신뢰성을 높이고, 특정 모듈에 문제가 발생하였을 때 정상적인 모듈로 위성탑재컴퓨터를 재구성을 함으로써 위성의 정상적인 동작을 보장한다. 본 논문에서는 저궤도 위성에서 위성탑재컴퓨터의 재구성 처리방법에 대해 기술하고 해당 기능을 ETB(Electrical Test Bed) 시험환경에서 검증한 내용에 대해 기술한다.
전자파설계는 위성의 전력시스템, 통신시스템 뿐만 아니라 구조체 등 위성시스템 전반에 걸쳐서 종합적으로 고려가 되어야 하며, 이를 위해서는 개발 초기단계에서부터 시스템 설계에 반영되어야 한다. 위성시스템의 상세 설계가 끝난 후에는 시스템에 구현된 전자파 설계의 적합성을 검증하여야 하며 이는 해석 및 시험을 통해 이루어진다. 본 논문에서는 저궤도 중형급 위성이 우주환경에서 전자파적합성을 이루기 위한 설계 기법 및 전자파환경에 대한 적합성 검증과정에 대해서 다루고 있다. 저궤도 중형급 위성시스템에 대하여 구조물의 전자기적 특성을 정의하는 것부터 우주환경에서 위성의 RF호환성에 이르기까지 부품단위에서부터 시스템 수준까지의 전자파 설계 기준과 각 단계별로 전자파적합성을 검증하기 위한 방법 및 절차에 대해서 기술한다.
지구 저궤도 위성은 위성 천저에 S-밴드 RHCP 안테나, 위성 천정에 S-밴드 LHCP 안테나를 이용하여 S-밴드 통신을 수행하고 있다. 위성이 천저 지향 자세로 지상국을 지나가는 경우에는 패스의 모든 시간을 RHCP 안테나로 통신을 하면 되지만, 태양 지향 자세로 지상국을 지나가는 경우에는 지상국 송수신 안테나의 극성을 전환하는 것이 필요하다. IAC (Initial Activation & Checkout) 기간 중의 상향 링크의 안테나 극성 전환 기준은, 안테나의 설계 상빔 범위 각도를 벗어나는 시점에 기존 안테나와의 통신을 중지하고 반대 극성의 안테나와의 통신을 위해 상향링크 형성을 지속적으로 시도하는 것이다. 그러나 실제 운용 결과, 설계 상빔 범위 각도를 벗어나더라도 충분히 명령을 보낼 수 있음을 확인하였으며, 짧은 패스 시간에 보다 많은 명령을 전송하기 위해 새로운 극성 전환 기준이 필요하다. 본 논문에서는 하향 신호 세기의 텔레메트리 정보를 이용한 상향 링크 안테나 극성 전환 기준을 제시하며, 기존방식에 비해 전송 시간 확보 측면에서 개선됨을 정리하였다.
저궤도 위성망을 사용하는 이동통신에 대한 기존 연구는 셀 내에서의 채널 용량을 단말기의 수에 의해 결정하였지만, 통신 링크에서의 동일 셀 내의 간섭과 인접한 셀의 간섭(interference)은 단말기의 분포 및 밀집도에 따라 달라질 수 있다. 본 논문에서는 저궤도 위성망을 사용하는 이동통신 시스템의 인접 셀 영향을 고려한 단말기들의 밀집도에 따른 C/I의 변화량을 시뮬레이션을 통해 분석하였다.
위성의 임무 수행 도중에 발생하는 소프트웨어 버그는 치명적인 문제점을 야기하여 위성 전체의 임무 실패를 초래할 수도 있다. 이를 막기 위해 개발단계부터 수많은 테스트와 검증을 수행하여 비행소프트웨어가 높은 신뢰도를 지니도록 만들어 준다 [1]. 하지만 위성이 발사 후 궤도에 올라갔을 때 하드웨어 측면에서의 문제, 혹은 미 발견 버그 등의 예상치 못한 문제들이 발견될 수도 있다. 이 경우 비행소프트웨어를 궤도 상에서 수정해야만 위성이 지속적으로 임무를 수행할 수 있다. 본 논문에서는 저궤도 위성의 reprogramming capability를 확인하고 reprogramming 절차에 대해 알아보고 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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