위성체 총조립 및 시험(AIT ; Assembly, Integration & Test)을 위한 전기지상지원장비(EGSE ; Electrical Ground Support Equipment)와 위성 임무 준비 및 운용을 위한 관제시스템(MCS ; Mission Control System)의 공동 개발은 미국과 유럽의 위성사업 기관 및 업체에서 지금까지 많은 연구가 되어 왔다. 비록 두 시스템이 다른 목적으로 사용되고 있지만 기술적으로 유사한 기능을 갖는 시스템으로서 많은 공통점과 호환 가능성을 갖고 있다. 두 시스템의 공동 개발은 시스템 개발과 위성 운용 교육 및 준비에 필요한 비용 절감뿐만 아니라 AIT 단계에서 위성운용단계로의 자연스러운 전환이 가능하다. 이는 AIT 단계에서 공통지상시스템 하드웨어 및 운영시스템, 시험/운용 절차서, 위성 데이터베이스의 사전 검증이 이루어지기 때문이다. 또한 위성 운용 요원의 AIT 참여를 통해 공통지상시스템 운용 훈련과 위성 관제 지식 습득이 자연스럽게 이루어 질 수 있다. 이로서 사업 일정과 개발 위험도를 최소화 할 수 있다. 이러한 두 시스템의 공통성과 호환성 및 공통시스템 개발 장점이 있기에 EGSE와 MCS의 공통 기능에 대한 표준화 작업은 1986년 만들어진 COES(Committee for Operations and EGSE Standard)에서 공식적으로 논의되기 시작하여 1994년 CNES와 ESA의 발의로 제정된 ECSS(European Cooperation for Space Standards)를 통해 국제 표준(ISO, CCSDS 등)을 바탕으로 한 지상시스템에 대한 유럽 표준화 작업이 ECSS-E-70 Working Group에서 진행되고 있다. 또한 검증된 지상시스템의 핵심 운영시스템의 소프트웨어 모듈의 재사용을 통해 최근에서 다양한 공통지상시스템이 개발되어 운용되고 있다. 이러한 배경으로 국내에서도 저궤도 위성 개발에서 EGSE 핵심 모듈인 TM/TC 처리 및 Database 관리 모듈을 AIT 단계에서 개발 및 검증 후에 MCS에서의 재사용을 적극적으로 고려하고 있다. 앞으로 국제적인 추세에 따라 AIT 및 지상국간의 기술 및 인력 교류와 핵심모듈 개발을 통한 공통지상시스템 개발의 활발한 전개가 예상된다.
우리나라 지상시스템은 위성 관제와 탑재체자료 처리를 위해서 1990년대부터 개발되기 시작하였다. 과학위성, 저궤도위성 및 정지궤도 지상시스템의 초기 개발 시에는 국제기술협력 등이 필요하였으나, 초기 기술 확보 이후에는 국내 독자 기술로 개발되기 시작하였다. 우리나라는 지금까지 총 14기의 지상시스템을 개발하였으며, 본 논문은 이러한 경험을 바탕으로 발전 전망 및 방향을 제시한다. 관제시스템은 재구성, 재사용, 자동화 기술을 기반으로 하는 다중위성 관제시스템 개발이 필요하다. 처리시스템은 다양한 탑재체자료 처리 기술의 확보와 처리정확도 향상을 위한 검보정 기술의 접목이 필요하다. 또한, 탑재체 자료 양의 증가로 인한 고속처리 기술 확보와 처리된 탑재체자료를 사용자 간에 사용하고 통합하는 상호운영성 연구가 필요하다. 끝으로, 다양한 종류의 많은 위성을 운영할 수 있도록 국내외에 분포된 안테나 등 국가 지상시스템 인프라 망 구축이 필요하다.
무인 비행체와 함께 사용되는 지상관제 시스템은 이용 영역에 따라 수많은 응용 서비스를 제공할 수 있기 때문에 해당 응용 성격에 맞게 디자인 되어야 하는 사안을 가지고 있다. 무인 비행체로부터 수집된 이미지를 활용하여 수계 관리 시스템 구축에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는 시점에서 이를 위해 최적화 된 지상관제 시스템의 구축은 필수적이다. 기존의 지상관제 시스템은 영상 정보를 수집하기 위한 내용이 부족하기 때문에, 본 연구에서는 기존의 지상관제 시스템을 이루는 구조에서 영상 정보 수집을 위한 내용을 보완하여 수계 관리 시스템을 위한 지상관제 시스템의 기초 연구에 대한 내용을 기술하고자 한다.
미국, 러시아, 중국 등 선진국에서는 GNSS와 같은 위성항법시스템의 취약성에 대한 대비하기 위한 고정밀도의 지상파 전파항법시스템을 독자적으로 개발하여 운영 중에 있지만, 우리나라는 1979년도에 도입한 외산장비로 포항 및 광주 송신국을 구축하여 Loran-C 체인으로 지상파 전파항법시스템을 운영 중에 있다. 특히 위성항법시스템이 없는 우리나라 입장에서는 어느 위성항법시스템에 종속되지 않는 고정밀도의 지상파 eLoran 전파항법시스템 개발이 더욱 절실히 요구되고 있다. 본 연구 개발에서는 고정밀도의 eLoran 지상파 항법시스템 개발에 앞서 eLoran 송수신 시스템을 검증하고, 실제 공간상의 채널환경을 모사할 수 있는 eLoran emulator를 개발하였다.
본 논문은 무인항공기의 자동비행을 위한 이동형 지상제어 시스템 개발에 관한 연구이다. 본 연구에서는 휴대와 이동을 수월하게 하기 위한 이동형 지상제어시스템 (PGCS)을 개발하였다. 일반적으로 지상제어시스템은 항공기가 수행해야할 임무정보를 전송하고, 원활한 조종을 위하여 항공기 위치, 자세, 상태, 항법 정보를 항공기로부터 실시간 수신할 수 있어야 한다. 이동형 지상제어시스템 구성은 노트북 컴퓨터, 지상제어시스템과 항공기간의 통신을 위한 모뎀, 입/출력 보드, 무선조종 수신기 그리고 여러 개의 스위치와 LED 램프로 구성된다. 소형 무인항공기를 이용한 비행시험으로서 본 연구에서 개발한 이동형 지상제어시스템 성능 검증을 수행하였다.
지상 SAR 시스템은 산사태, 지반침하, 댐이나 대규모 지상시설의 변위 등에 대한 정밀 모니터링을 위한 기술로 주목받고 있다. 본 연구에서는 원형레일 기반의 지상 SAR 시스템에 대한 Forward Modeling S/W를 개발하였다. 이는 기존의 선형 레일을 이용하는 지상 SAR 시스템의 응용성 확대를 위해 원형레일 기반의 지상 SAR 시스템을 개발하고자 하는 연구의 일환으로서, 안테나를 원형 레일을 따라 움직이며 얻어지는 경우의 지상 SAR 자료획득 체계 설계와 영상화 처리 알고리즘의 개발 및 검증에 활용하기 위한 것이다. 여러 개의 point scatters를 대상으로 선형 레일을 따라 움직이는 안테나에 대한 시뮬레이션을 통해 얻어진 SAR raw signal 자료에 대하여 기존의 SAR 영상화 처리 알고리즘을 적용한 결과, 정확한 영상이 얻어지고 있음을 확인하였다.
우리나라는 Eureka-147 방식의 디지털 라디오를 이동 멀티미디어로 확장하기로 하고 지상파 DMB로 불리는 비디오규격을 개발하였다. 지상파 DMB의 국제표준화를 위해 우리나라가 2004년 3월에 시스템 개요와 필드 테스트 결과를 ITU-R에 기고함에 따라 ITU-R 내에서 본격적인 이동 멀티미디어 표준화 논의가 시작되었고 우리나라 지상파 DMB 외에 일본의 ISDB-T, 노키아의 DVB-H와 퀄컴의 FLO 등을 대상으로 이동 멀티미디어 시스템 표준으로 개발하게 되었다. 3년여에 걸쳐 각 국간의 첨예한 이해관계에 의한 의견충돌과 합의를 거쳐 표준안이 작성되었으며, 표준화 방식은 휴대수신용으로 한정하고 각 시스템들을 알파벳에 따른 멀티미디어 시스템으로 명명하였다. 우리나라 지상파 DMB는 유럽 진출을 염두에 두고 디지털 음성방식 A인 Eureka-147 과의 호환성을 강조하기 위해 멀티미디어 시스템 A로 이름을 붙이기로 하였다. 지난 4월에 열린 ITU-R SG 6 회의에서 이동 멀티미디어의 표준화를 최종적으로 결정되었고 이후 회원국의 동의회신 절차를 거쳐 2007년 12월에 지상파 DMB가 ITU에서 휴대이동방송 시스템 중 하나로서 승인되었다.
본 논문은 달착륙선의 개념설계를 위하여 고려한 전력시스템의 설계와 달착륙선의 지상시험모델용 추력기 밸브구동 전원장치 개발에 대해 기술하였다. 달착륙선의 임무특성을 고려하여 전력시스템의 구조를 검토하고, 극한의 온도환경에서 달착륙선의 임무수행을 위하여 필요한 전력에너지를 충분히 공급할 수 있도록 태양전지 배열기와 배터리의 용량, 그리고 전장품의 용량을 설계하였다. 특히 경량의 달착륙선 개발을 위하여 고효율의 태양전지를 이용한 태양전지 배열기와 리튬-이온 배터리를 검토하였다. 극한의 우주환경에서 태양전지배열기의 동작특성을 검토하고 생성될 수 있는 최대 전력을 분석하여 최적의 태양전지 배열기의 면적을 분석하고, 장시간의 월식을 고려하여 배터리의 방전특성에 따른 배터리의 전압특성을 검토하였다. 그리고 달착륙선의 전력시스템 개념설계의 타당성 검토를 위하여 유럽에서 개념설계 중인 달착륙선의 전력시스템 사양과 용량에 대해 비교검토를 수행하였다. 현재 개발중인 지상검증모델용 달착륙선의 전력시스템 설계와 추력기 밸브구동 전원장치의 개발에 관해 기술하였다. 지상검증용 전력시스템은 태양전지배열기의 장착 없이 배터리의 전력만을 사용하여 지상검증모델용 달착륙선의 부하에 전력을 공급할 수 있도록 설계되었다. 달착륙선 지상시험모델의 비행시간과 임무에 따른 부하특성을 고려하여 상용 리튬-이온 배터리의 용량을 선정하였으며, 부하의 전력을 고려하여 간단한 보호회로를 설계하였다. 그리고 지상검증용 전원시스템은 추력기의 밸브구동을 위한 추력기 밸브구동 전원장치, DC/DC 컨버터 전원 모듈, 모니터링 모듈, 그리고 위급상황에서 전원을 차단하기 위한 "Emergency STOP" 모듈로 구성되어 있다.
본 논문에서는 PC 환경에서 지상파 디지털 멀티미디어 방송(Digital Multimedia Broadcasting, DMB)을 수신할 수 있는 PC 기반 지상파 DMB 수신기용 백엔드 시스템 개발에 대해 서술한다. 지상파 DMB는 기존의 지상파 아날로그 또는 디지털 TV에 비해 탁월한 이동 수신 성능을 보인다. 본 논문에서는 국내 지상파 DMB 표준안에 부합하는 수신기의 백엔드 (back-end)를 PC 환경에서 소프트웨어로 구현하였다. 지상파 DMB는 유럽의 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting, DAB) 표준인 EUREKA-147을 기반으로 MPEG-4 표준에 의한 멀티미디어 서비스를 제공한다. 지상파 DMB의 멀티미디어 서비스는 MPEG-4 AVC(Advance Video Coding) 압축 비디오와 BSAC(Bit Slice Arithmetic Coding) 압축 오디오를 MPEG-4 시스템의 SL(Sync Layer) 표준으로 패킷화 후 MPEG-2 TS(Transport Stream)에 실어 DAB의 스티림 모드를 통해 전송하는 방식을 사용한다. 본 논문에서는, 지상파 DMB 수신을 위한 프론트엔드(front-end)는 외장형 기기를 이용하고, 이로부터 USB 인터페이스를 통해 기저대역 다중화 스트림을 PC 상으로 업로드한 뒤, 소프트웨어에 의해 역다중화하고 압축을 푼 후, 오디오와 비디오를 재생하는 지상파 DMB 백엔드 시스템을 구현하고 이를 검증하였다.
본 논문에서는 위성시스템의 교육 방안으로 간이 지상수신국을 제시하고 아마추어 무선분야에서 보편적으로 활용되고 있는 위성통신 기술과 관련 소프트웨어를 이용하여 기능면에서 기존의 고정지상국과 유사하게 제작하였다. 또한 운용 중인 위성의 신호를 수신하는 간이 지상수신국 운용시험을 진행하여 위성신호의 수신경험을 통한 지상국시스템의 이해, 위성의 상태 정보 획득을 통한 위성시스템의 이해, 더 나아가 향후 위성시스템 설계 등 위성시스템 교육을 위한 방안으로의 간이 지상수신국 활용 가능성에 대해 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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