KR100359332B1 - 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템 및 그 방법 - Google Patents

주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동체에 탑재되어 위성으로부터 전송되는 위성신호를 주파수 스캐닝 효과를 이용하여 분석함으로써 위성의 위치를 파악하고 파악된 위성의 위치를 계속하여 추적할 수 있도록 하여 원활한 위성신호를 수신하도록 하는 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 위성추적 시스템은 주파수 스캐닝 효과에 의해 위성으로부터 수신되는 위성 채널의 각 주파수에 따라서 안테나 빔의 지향 방향이 달라질 수 있도록, 위성으로부터 수신되는 위성신호를 LNB로 전송하는 급전라인의 길이가 각각 다르게 구성되는 제 1안테나와 제 2안테나로 이루어진 안테나부와; 상기 안테나부를 통하여 수신된 각 주파수의 위성신호를 전송받아 중간주파수로 변환하는 LNB와; 상기 LNB에 의해 변환된 각 중간주파수 위성신호 중 튜너에 설정된 적어도 두개 이상의 다른 중간주파수 위성신호를 각각 검출하고 그 위성신호의 세기를 측정하여 비교함으로써 위성의 위치를 파악하는 제어보드와; 상기 제어보드에 의해 파악된 위성의 위치를 지향하도록 상기 안테나부를 회전시키는 모터와; 상기 각 구성부에 전원을 공급하며, 상기 LNB에 의해 변환된 중간주파수 위성신호를 TV모니터와 연결된 위성방송 수신기에 전송하는 전송수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템 및 그 방법 { A System and the Method of Tracking Satellite Using Frequency Scanning Effect }
본 발명은 위성추적 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 상세히는 이동체에 탑재되어 위성으로부터 전송되는 위성신호를 주파수 스캐닝 효과를 이용하여 분석함으로써 위성의 위치를 파악하고, 파악된 위성의 위치를 계속하여 추적할 수 있도록 하여 원활한 위성신호를 수신하도록 하는 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
선박이나 기차, 자동차 등과 같은 이동체에서 위성방송을 원활히 시청하기위해서는 실시간으로 위성을 위치를 포착하고 포착된 위성의 위치를 계속하여 추적함으로써 위성신호를 수신할 수 있는 위성추적 시스템이 구비되어야 한다.
이러한 위성추적 시스템에 이용되는 종래의 위성추적 방법은 개방루프 추적방법과 폐쇄루프 추적방법을 혼용한 복합적인 방식을 이용하고 있으며, 경우에 따라 개방루프 추적방법이나 폐쇄루프 추적방법만을 이용하기도 한다.
개방루프 추적방법은 초기 위성의 위치를 포착하기 위한 방법으로 위성을 찾기 위해 일정방향으로 정속회전하며 위성을 추적하는 정속회전 추적방법과, 위성의 신호를 감지하였다가 다음 신호를 놓쳤을 때 현재의 위치를 중심으로 안테나를 지그재그로 구동하여 위성의 위치를 추적하는 위성반복 추적방법이 많이 이용된다. 이외에도 방위각 감지기인 자이로센서를 이용하여 위성의 초기 위치를 추적하기도 하는데 이는 추적 성능이 좋은 반면 가격이 비싼 단점이 있다.
또한, 폐쇄루프 추적방법은 상기 개방루프 추적방법을 통하여 위성의 위치를 포착하여 위성신호를 수신한 후 이 신호를 이용하여 위성의 위치를 계속하여 추적하는 방법으로 스텝 추적방법(Step Tracking Method)과, 모노펄스 추적방법 (Monopulse Tracking Method), 순차적 신호세기 측정방법(Sequential Amplitude Sensing Method), 코니컬 센싱(Conical Sensing) 추적방법, EBS(Electronic Beam Squinting) 추적방법 등이 있다.
이중 스텝추적방법은 안테나 빔의 방향을 스텝 단위의 좌우로 이동하면서 위성신호의 세기가 최고인 지점을 찾도록 하여 위성의 위치를 추적하는 것으로, 시스템의 구성은 간단하나 그 정확도가 떨어지는 단점이 있어 가속도 감지기인 자이로센서를 보조장치로 이용하고 있다.
반면, 모노펄스 추적방법은 안테나의 상하좌우의 위성신호의 합 또는 차를 이용하여 위성의 동위상면이 어느 방향인지 추적하는 방법으로 연속적으로 신호처리를 함으로써 정확도가 뛰어나나 위성추적 시스템이 복잡한 단점이 있다. 또한, 순차적 신호세기 추적방법은 안테나 빔을 기계적으로 상하좌우로 한 스텝씩 순차적으로 기울여 가면 이들의 신호세기를 측정함으로써 위성의 위치를 파악하는 방법이며, 코니컬 센싱 추적방법은 안테나 빔을 연속적으로 콘(cone)형인 원으로 회전하면서 위성의 위치를 파악하는 방법이다. 또한, EBS 추적방법은 안테나 빔을 전자적으로 스위칭하여 상하좌우의 신호세기를 측정하여 위성의 위치를 파악하는 방법이다. 즉, 상기 모노펄스 추적방법, 순차적 신호세기 추적방법 및 코니컬 센싱 추적방법, EBS 추적방법들은 자체적으로 안테나 빔을 틸트시키면서 위성신호의 세기를 측정하여 위성의 위치를 파악하는 특징이 있다.
이러한 위성추적 방법들은 추적성능을 높이기 위해서는 위성추적 시스템이 복잡해지고 비용이 많이 소요되며, 반대로 저비용으로 시스템을 간단히 구성하면 추적성능이 떨어지는 문제점이 발생된다. 따라서, 종래에는 위성추적의 필요성에 따라 상기의 방법들 중 어느 하나를 선택하여 위성추적 시스템을 구축하거나, 두 가지 이상의 방법을 적절히 혼용하여 위성추적 시스템을 구축하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인에 의해 출원된 국내특허공개 2001-16081호(공개일자 2001.03.05)의 이동체 탑재 위성안테나 장치 및 그 방법이제안되었다. 이 이동체 탑재 위성안테나 장치는 위성신호를 수신하기 위한 안테나 빔의 지향 방향을 위상천이를 통하여 수직,좌,우로 기울여가며 그 신호의 세기를 측정하고 비교함으로써 위성이 어느 위치에 있는 가를 파악할 수 있도록 하였다. 이 발명은 시스템의 구성이 종래의 시스템에 비해 간단하고 제작 비용이 저렴하면서도 위성추적 성능이 뛰어난 효과를 보여주었다. 하지만, 이 발명은 시스템의 내부에서 위성신호의 위상을 조절하여 안테나 빔의 지향 방향을 기울여 주어야 하므로 위상제어가 복잡한 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 위성추적 방법들을 이용하여 위성추적 시스템을 구축할 경우 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 이동체에 탑재되어 위성의 위치를 포착하고 추적하여 위성신호를 수신하는 위성추적 시스템의 구성이 간단하고 구축비용이 저렴하면서도 위성추적성능이 뛰어난 위성추적 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위성추적 시스템은 주파수 스캐닝 효과에 의해 위성으로부터 수신되는 위성 채널의 각 주파수에 따라서 안테나 빔의 지향 방향이 달라질 수 있도록, 위성으로부터 수신되는 위성신호를 LNB로 전송하는 급전라인의 길이가 각각 다르게 구성되는 제 1안테나와 제 2안테나로 이루어진 안테나부와; 상기 안테나부를 통하여 수신된 각 주파수의 위성신호를 전송받아 중간주파수로 변환하는 LNB와; 상기 LNB에 의해 변환된 각 중간주파수 위성신호 중 튜너에 설정된 적어도 두개 이상의 다른 중간주파수 위성신호를 각각 검출하고 그 위성신호의 세기를 측정하여 비교함으로써 위성의 위치를 파악하는 제어보드와; 상기 제어보드에 의해 파악된 위성의 위치를 지향하도록 상기 안테나부를 회전시키는 모터와; 상기 각 구성부에 전원을 공급하며, 상기 LNB에 의해 변환된 중간주파수 위성신호를 TV모니터와 연결된 위성방송 수신기에 전송하는 전송수단을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위성추적 방법은 a) 제어보드의 제 1튜너에 위성으로부터 송신되는 다수의 채널 주파수 중 기본 주파수 f0를 설정하고, 제 2튜너에 상기 기본 주파수에 대응되는 다른 주파수 fn를 설정하는 단계와; b) 안테나부의 제 1안테나와 제 2안테나가 위성으로부터 위성신호를 수신하여 길이가 각각 다른 급전라인을 통하여 LNB로 전송하는 단계와; c) LNB로 입력된 위성신호가 중간주파수 위성신호로 변환되어 제어보드의 제 1튜너와 제 2튜너로 전송되는 단계와; d) 제 1튜너와 제 2튜너에 전송되는 중간주파수 위성신호 중 제 1,2튜너에 설정된 해당 주파수의 위성신호가 각각 검출되어 출력되는 단계와; e) 상기 단계(d)에서 각각 출력되는 해당 주파수의 위성신호 세기를 비교하여 위성의 위치를 파악하여, 파악된 위성의 위치로 안테나부의 지향방향을 회전시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 위성추적 시스템이 위성의 위치를 추적하는데 이용되는 주파수 스캐닝 효과의 개념을 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 주파수 스캐닝 효과를 이용하여 위성의 위치를 추적하기 위한 안테나의 설계 개념도,
도 3은 상기 도 2의 안테나 설계 개념에 따라 실제 구현된 안테나의 평면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템의 전체 블록구성도,
도 5는 본 발명에 따른 위성추적 시스템의 안테나부가 위성의 방향을 지향하기 위한 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 위성추적 시스템의 개략적인 사용상태도,
도 7은 본 발명에 따른 위성추적 시스템이 위성의 위치를 추적하는 과정을 도시한 전체 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 레이돔 100 : 안테나부
110 : 제 1평판안테나 120 : 제 2평판안테나
200 : LNB 300 : 제어보드
310 : 제 1전력분배기 320 : 제 2전력분배기
330 : 제 1튜너 340 : 제 2튜너
350 : AD변환기 360 : 중앙처리부
370 : 모터구동부 400 : 모터
500 : 로터리조인트 600 : 위성방송 수신기
700 : TV모니터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 위성추적 시스템이 위성의 위치를 추적하는데 사용되는 주파수 스캐닝 효과(Frequency Scanning Effect)의 개념을 나타내는 개념도이다. 본 발명에서 명칭되는 주파수 스캐닝 효과란 위성신호를 수신하는 위상배열안테나의 빔 지향 방향이 주파수에 따라 변하는 성질을 나타내는 것으로, 인위적으로 주파수에 따라 안테나 지향 빔의 방향이 변하도록 배열안테나를 설계하면 서로 다른 주파수에서 각각 서로 다른 지향빔이 형성된다. 도 1에 도시된 f0,f1,f2,...,fn은 위성으로부터 전송되는 각각 다른 주파수의 위성신호를 나타낸 것으로, 주파수에 따라 안테나 빔의 지향 방향이 다른 것을 알 수 있다. 즉, 위성에서 송신하는 위성신호의 채널에 따른 주파수가 f0,f1,f2,...,fn일 때, 이를 수신하는 안테나 빔의 지향 방향은 각 주파수에 따라 방향이 서로 다르게 형성되므로 이를 이용하면 위성의 위치를 추적할 수 있다.
도 2는 상술한 주파수 스캐닝 효과를 이용하여 위성의 위치를 추적하기 위한 안테나의 설계 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 주파수 스캐닝 효과를 이용하기 위한 안테나의 가장 간단한 구조로서 제 1안테나와 제 2안테나로 이루어진 안테나를 설계할 수 있는데, 안테나에 의해 수신된 위성신호는 중간주파수로 변환되기 위해 LNB(Low Noise Block Down Converter)로 전송된다. 여기에서 제 1안테나와 LNB와의 급전라인을 a로 설정하고, 제 2안테나와 LNB와의 급전라인을 b고 설정하며, 제 1안테나와 제 2안테나의 거리를 d로 설정한다.
전자파에서 주파수와 파장의 관계는
( c : 빛의 속도 3×108m/s, εeff: 실효 유전율 ) ...(1)
이므로, 주파수가 변하면 파장도 변하게 된다.
여기에서, 위성의 채널에 따른 주파수가 f0,f1,f2,f3,...,fn이라 하며, a와 b의 거리차가 nλ0가 되도록 설계한다. 여기에서 λ0는 주파수 f0의 파장이며, n은 정수이다. 즉,
b - a = nλ0( λ0: 주파수 f0의 파장, n : 정수 ) ...(2)
상기와 같이 설계된 안테나의 두 급전라인 a와 b를 경유하는 주파수의 위상은 주파수가 f0일 때 동위상이 되므로 안테나 빔이 수직방향으로 형성된다.
그러나, 주파수가 fn일 때는 파장이 λn이 되므로 두 급전라인 a와 b는 동위상을 갖지 않는다. 만약, f0< fn이라면, λ0λn이므로 위성신호의 주파수가 fn일 때 제 2안테나의 위상이 Δl만큼 지연된다. 따라서 안테나의 빔이 Δφ만큼 제 2안테나쪽으로 기울어지게 된다.
이때의 제 1안테나와 제 2안테나간의 위상 차를 계산하면 다음과 같다.
Δl= n(λ0-λn) ...(3)
여기서 Δφ는 삼각함수 공식에 의해
...(4)
이고, 따라서
...(5)
이다. 여기서, 정수 n과 d를 변화시키면, 주파수의 변화에 따른 안테나 빔의 기울여지는 각도 Δφ를 조정할 수 있다.
도 3은 상기 도 2의 안테나 설계 개념에 따라 실제 구현된 안테나의 평면도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(100)는 위성신호를 수신하는 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)로 구성되며, 상기 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)의 간격은 d로 설정된다. 또한, 제 1평판안테나(110)로 수신된 위성신호를 도파관을 통하여 LNB로 전송하기 위한 급전라인은 a로, 제 2평판안테나(120)의 급전라인은 b로 설정하며, 급전라인의 길이차 b - a는 nλ0가 되도록 구현된다.
위성신호의 채널에 따른 주파수가 f0,f1,f2,f3,...,fn이라면, 각 주파수에 따라 다음과 같은 안테나 빔이 형성된다.
f0: 파장이 λ0이고 두 급전라인 a와 b의 길이차가 nλ0이므로, 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)에 의해 수신된 위성신호의 위상이 동위상이 되어 안테나 빔은 안테나의 수직 방향으로 형성된다.
fn: 파장이 λn인 반면 두 급전라인 a와 b의 길이차가 nλ0이므로, 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)에 의해 수신된 위성신호는 위상차가 발생되어 안테나 빔이 기울어진다. 여기서 b > a 이므로, 상기 수식(5)에 의해 안테나 빔은 제 2평판안테나(120) 쪽으로만큼 기울어진다.
상기의 안테나부(100)가 무궁화 3호 위성의 DBS(Direct Broadcasting Satellite)방송을 수신하도록 설계된 경우를 실시예로 설명한다. 무궁화 3호 위성의 DBS 채널은 11.747㎓와 11.824㎓ 주파수를 이용한다.
따라서, f0= 11.747㎓, fn= 11.824㎓가 되며, 상기 수식(1)에 의해 λ0≡ 25.54㎜, λn≡ 25.37㎜가 된다(실효 유전율 εeff= 1 이라 가정).
이때, 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)의 급전거리의 차(b - a)를 10λ0(n=10)로 설정하고, 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)의 간격을 164.8㎜(d = 164.8㎜)로 설정하면,
가 된다. 즉, 위성으로부터 송신되는 위성신호 중 주파수가 11.747㎓인 경우에는 위성신호를 수신하는 안테나의 빔이 수직 방향으로 형성되며, 주파수가 11.824㎓인 경우에는 안테나의 빔의 지향 방향이 수직향에서 제 2평판안테나(120) 쪽으로 0.6°가량 기울어져 위성신호를 수신하게 된다.상기 주파수 11.747㎓에서 안테나 빔 지향 방향이 수직으로 형성되어 수신되는 위성신호와 주차수 11.824㎓에서 안테나 빔 지향 방향이 수직에서 0.6°기울어져 수신되는 위성신호의 세기를 후술되는 처리속도가 빠른 중앙처리부를 이용하여 비교함으로써 위성의 위치를 추적할 수 있게 되는 것이다.만약, 상기 실시예에서 설정된 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)의 급전거리의 차(b-a)와, 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)의 간격(d) 등을 조절하면 안테나 빔이 수직으로 형성된 주파수 f0에 대한 주파수 fn의 지향각을 더욱 넓게 또는 더욱 좁게 형성시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템의 전체 블록구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위성추적 시스템은 위성으로부터 위성신호를 수신하는 안테나부(100)와, 상기 안테나부(100)에 의해 수신된 위성신호를 중간주파수신호로 변환하는 LNB(200)와, 상기 LNB(200)에 의해 변환된 중간주파수 위성신호를 분석하여 위성의 위치를 파악하는 제어보드(300)와, 상기 제어보드(300)에 의해 파악된 위성의 위치로 안테나부(100)를 회전시키는 모터(400)와, 상기 LNB(200)에 의해 변환된 중간주파수 위성신호를 위성방송 수신기(600)에 전송하기 위한 전송수단인 로터리조인트(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 안테나부(100)는 상기 도 3에서 상술한 바와 같이, LNB(200)로의 급전라인의 길이가 서로 다른 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)로 이루어져, 위성채널에 따른 각 주파수의 위성신호를 수신하며, 수신된 위성신호를 서로 다른 급전라인 a와 b를 통하여 LNB(200)로 전송한다. 상기 LNB(200)는 안테나부(100)로부터 전송되는 위성신호를 중간주파수로 변환, 증폭하여 제어보드(300)에 전송한다.
상기 제어보드(300)는 LNB(200)로부터 전송되는 각 중간주파수 위성신호를 동일한 두개의 중간주파수 위성신호로 분배하는 제 1전력분배기(310)와, 상기 제 1전력분배기(310)로부터 전송되는 중간주파수 위성신호를 다시 두개의 중간주파수 위성신호로 분배하는 제 2전력분배기(320)와, 상기 제 2전력분배기(320)로부터 중간주파수 위성신호를 각각 전송받아 셋팅된 주파수의 위성신호를 검출하는 제 1튜너(330) 및 제 2튜너(340)와, 상기 제 1튜너(330)와 제 2튜너(340)로부터 각각 전송되는 중간주파수 위성신호를 A/D(Analog to Digital) 변환하는 AD변환기(350)와, 상기 AD변환기(350)로부터 전송되는 주파수에 따른 위성신호의 세기를 측정하여 위성의 위치를 파악하는 중앙처리부(360)와, 상기 중앙처리부(360)에 의해 파악된 위성의 위치로 안테나부(100)를 회전시키기 위해 모터(400)를 구동시키는 모터구동부(370)를 포함하여 이루어진다.
상기 제어보드(300)의 제 1튜너(330)와 제 2튜너(340)에는 서로 다른 주파수의 위성신호를 검출할 수 있도록 셋팅되는데, 예를 들면 위성의 채널에 따른 주파수가 f0,f1,f2,f3,...,fn이라면 제 1튜너(330)에는 f0의 주파수가 셋팅되고 제 2튜너에는 fn의 주파수가 셋팅된다. 즉, 제 1튜너(330)에 기준 주파수(f0)를 셋팅하고 제 2튜너(340)에는 다른 값을 갖는 주파수(fn)를 셋팅한다. 상기 제 1,2튜너(330)(340)는 셋팅된 주파수의 AGC(Automatic Gain Control, 자동이득제어) 신호를 출력하며, AD변환기(350)는 상기 제 1,2튜너(330)(340)에서 각각 출력되는 AGC 신호를 AD변환하여 중앙처리부(360)에 전송한다.
상기 중앙처리부(360)는 AD변환기(350)를 거쳐 입력되는 주파수 f0의 AGC 신호와 주파수fn의 AGC 신호의 세기를 비교함으로써, 위성이 어느 방향에 위치하는지를 파악할 수 있다. 이것은 도 3에서 상술했던 바와 같이, 추적하고자 하는 위성의 채널 주파수를 미리 알고 안테나부(100)가 설계되어, 주파수 f0에 대하여 주파수 fn에서의 안테나의 빔이 어느 방향으로 얼마만큼 기울어져 있는지를 알 수 있기 때문이다. 따라서, 주파수 fn에서 기울어지는 안테나 빔의 방향이 중앙처리부(360)에 미리 입력됨으로써, 중앙처리부(360)는 주파수 f0의 AGC 신호와주파수 fn의 AGC 신호의 세기를 비교하여 위성이 어느 방향에 위치하는 지를 알 수 있는 것이다. 위성의 위치를 파악한 중앙처리부(360)는 모터구동부(370)를 통하여 모터(400)를 구동시켜 안테나부(100)가 위성의 방향을 지향하도록 제어한다.이 중앙처리부(360)는 각 주파수에 따른 AGC 신호 세기의 비교 및 모터 구동 제어를 아주 빠른 속도로 처리하기 때문에 차량 등의 이동체의 급격한 변화에도 충분히 위성 추적을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 중앙처리부(360)는 대략 초당 1000번의 처리속도(1000번/sec)로 AGC 신호의 세기를 비교·분석할 수 있으며, 모터(400)는 대략 초당 90°의 회전속도(90°/sec)를 갖는다. 따라서, 상기 실시예로 설명한 무궁화 3호 위성 수신 안테나부(100)에서 두 위성신호의 빔 지향 방향이 0.6°의 작은 차이를 갖더라도 빠른 속도를 위성신호를 비교하고 분석하여 모터를 구동함으로써 원활히 위성의 위치를 추적할 수 있다.
로터리조인트(500)는 상기 제어보드(300)의 제 1전력분배기(310)에 의해 분배된 중간주파수 위성신호를 위성방송 수신기(600)에 전송하며, 위성방송 수신기(600)에 전송된 위성신호는 TV모니터(700)를 통하여 디스플레이 된다. 또한, 상기 로터리조인트(500)는 외부로부터 전원을 공급받아 상술한 각 구성부에 전원을 공급하는 역할을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 위성추적 시스템의 안테나부가 위성의 방향을 지향하기 위한 개념도이다.
도 5에서 가로축은 방위각을 나타낸 것이며, 세로축은 각 주파수에 따른 위성신호의 세기를 나타낸 것이다. 주파수에 따른 안테나 빔의 형성각도는 A,B,C로 표시되어 있으며, 중앙처리부(360)가 파악하는 주파수 f0의 AGC 신호 세기는 S0로, 주파수 fn의 AGC 신호 세기는 Sn으로 표시되어 있다.
중앙처리부(360)는 상기 S0와 Sn을 비교하여 위성의 위치를 파악하는데, S0가 Sn보다 크면 위성의 위치가 A방향에 있으므로 모터(400)를 왼쪽으로 구동시켜 안테나부(100)를 B방향으로 지향시킨다. 반대로, S0가 Sn보다 작으면 위성의 위치가 C방향에 있으므로 모터(400)를 오른쪽으로 구동시켜 안테나부(100)를 B방향으로 지향시킨다. 만약, S0와 Sn이 같게 되면 안테나부(100)가 위성의 위치하는 방향을 지향하고 있는 것으로 모터(400)는 구동되지 않는다. 이러한 과정은 매우 미세한 시간에 이루어지므로 차량이나 기차 등과 같은 이동체가 이동하더라도 위성의 위치를 놓치지 않고 추적할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 위성추적 시스템의 개략적인 사용상태도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 위성추적 시스템은 비나 눈, 바람 등의 자연환경으로부터 보호받을 수 있도록 반구형의 레이돔(10)의 내부에 설치되어, 차량과 같은 이동체에 탑재된다. 이동체에 탑재된 위성추적 시스템은 차량의 이동 방향과 무관하게 위성신호를 원활히 수신할 수 있도록 위성의 위치를 추적하게 되는데, 본 발명의 위성추적시스템은 위성의 위치를 포착과 함께 추적함으로서 위성신호를 수신하며, 수신된 위성신호는 위성방송 수신기(600)를 통하여 TV모니터(700)에 전송되어 디스플레이 된다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 위성추적 시스템이 위성의 위치를 포착하고, 포착된 위성의 위치를 계속하여 추적하는 과정에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 위성추적 시스템이 위성의 위치를 추적하는 과정을 도시한 전체 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 위성추적 시스템이 위성의 위치를 추적하는 과정은 다음과 같다.
단계 S110 : 시스템 초기화 과정을 통하여 제어보드(300)의 제 1튜너(330)와 제 2튜너(340)에 위성의 채널에 따른 주파수 f0, fn을 설정한다. 상기 제 1,2튜너(330)(340)에 설정된 주파수 f0및 fn과 안테나부(110)의 설계시 파악된 파라미터에 의해 주파수 fn에서의 안테나 빔의 지향 방향이 파악되어 중앙처리부(360)의 메모리에 기억된다. 즉, 주파수 fn에서 안테나 빔의 지향 방향이 안테나의 수직 방향에서 어느 방위각으로 얼마의 각도만큼 기울어지는지 결정된다.
단계 S120 : 안테나부(100)의 제 1평판안테나(110)와 제 2평판안테나(120)는 위성으로부터 위성신호를 수신한다. 이때, 안테나부(100)에 의해 수신되는 위성신호는 위성 채널에 따른 모든 주파수의 위성신호를 수신한다.
단계 S130 : 상기 단계 S120에서 수신된 위성신호는 길이가 각각 다른 급전라인(a)(b)을 통하여 LNB(200)로 입력되고, LNB(200)는 입력된 위성신호를 중간주파수의 위성신호로 변환, 증폭한다. LNB(200)에 의해 중간주파수로 변환된 위성신호는 제어보드(300)의 제 1전력분배기(310)로 입력되고, 제 1전력분배기(310)는 중간주파수 위성신호를 분배하여 분배된 중간주파수 위성신호를 로터리조인트(500)와 제 2전력분배기(320)로 각각 전송한다.
단계 S131 : 로터리조인트(500)에 전송되는 중간주파수 위성신호는 위성방송 수신기(600)를 통하여 TV모니터(700)에 디스플레이 된다.
단계 S132 : 위성방송을 시청하던 사용자가 위성방송 시청을 종료하고자 할 경우에는 시스템의 전원 공급을 차단함으로써 모든 시스템의 동작이 종료된다.
단계 S140 : 상기 단계 S130을 통하여 제 2전력분배기(320)로 입력된 각 중간주파수 위성신호는 다시 한번 동일한 두개의 중간주파수 위성신호로 분배되어, 제 1튜너(330)에 제 2튜너(340)에 각각 입력된다. 이 때, 제 1튜너(330)는 입력된 각 중간주파수 위성신호 중 주파수 f0에서의 중간주파수 위성신호만를 검출하여 AGC 신호를 출력한다. 출력되는 주파수 f0에서의 AGC 신호는 AD변환기(350)에 의해 AD변환된 후 중앙처리부(360)에 입력되며, 중앙처리부(360)는 입력된 주파수 f0에서의 AGC 신호 세기 S0를 측정된다.
단계 S150 : 중앙처리부(360)는 상기 주파수 f0의 AGC 신호 세기 S0를 기 설정된 설정값과 비교한다. 상기 설정값은 해당 위성방송을 원활하게 시청할 수 있는 위성신호의 세기로서 어느 정도의 여유값을 포함하고 있는데, 이 설정값은 중앙처리부(360)에 미리 셋팅되어 있다.
단계 S151 : 만약 중앙처리부(360)에 의해 측정된 f0의 AGC 신호 세기 S0가 설정값보다 작다면 이는 위성의 초기 위치가 제대로 포착되지 않은 것이므로, 모터(400)를 기 설정된 일정한 방향으로 구동시켜 안터나부(100)가 새로운 위치에서 위성신호를 수신하도록 한다. 이때, 모터(400)가 구동되는 동안에도 계속하여 주파수 f0의 AGC 신호 세기 S0를 측정하여 설정값과 비교한다.
단계 S160 : 상기 단계 S150에서 주파수 f0의 AGC 신호 세기 S0가 설정값보다 크면 이는 위성의 초기 위치를 포착한 것으로 판단하여 더욱 정확한 위성의 위치를 파악하기 위해 제 2튜너(340)에 설정된 주파수 fn에서의 AGC 신호 세기 Sn을 측정한다.
단계 S170 : 다시 한번 f0의 AGC 신호 세기 S0를 측정한다.
단계 S180 : 상기 단계 S170에서 측정된 f0의 AGC 신호 세기 S0를 설정값과 비교한다. 이는 상기 단계 S160을 과정을 거치는 동안 위성의 위치를 순간적으로 놓치거나, 위성의 정확한 위치를 추적하기 위해 후술되는 과정을 거치는 과정 중에포착하였던 위성의 위치를 잃어버리게 되는 경우를 대비하기 위한 것이다.
단계 S181 : 만약 상기 단계 S180에서 f0의 AGC 신호 세기 S0가 설정값보다 작게되면 이는 이미 포착하였던 위성의 위치를 순간적으로 잃어버리게 된 것으로 판단하여 위성의 위치를 재포착하게 된다. 위성의 위치를 재포착하는 방법은 현재의 위치를 중심으로 차츰 범위를 넓여가며 지그재그로 모터(400)를 구동하면서 f0의 AGC 신호 세기 S0가 설정값을 초과하는 지점을 추적하게 되는데, 이때, 모터(400)가 구동되는 지그재그 범위를 제한하는 구동범위를 설정함으로써 모터(400)가 무한대로 지그재그 구동하는 것을 방지한다.
단계 S182 : 설정된 지그재그 범위내에서 f0의 AGC 신호 세기 S0가 설정값을 초과하는 경우가 발생되면 이는 위성의 위치를 재포착한 것으로 판단하여 상기 단계 S160으로 되돌아가 이후의 과정을 진행한다. 만약, 설정된 지그재그 범위내에서 f0의 AGC 신호 세기 S0가 설정값을 초과하는 경우가 발생되지 않으면 이는 위성의 위치를 완전히 놓쳐버린 것으로 판단하여 상기 단계 S151로 되돌아가 처음부터 다시 위성의 위치를 추적하게 된다.
단계 S190 : 상기 단계 S180에서 f0의 AGC 신호 세기 S0가 설정값보다 크면 위성의 위치를 계속하여 포착하고 있는 것으로 판단하며, 위성의 보다 정확한 위치를 파악하기 위해 상기 측정된 f0의 AGC 신호 세기 S0와 fn의 AGC 신호 세기 Sn를 비교하여, S0- Snα 인지를 파악한다. 여기에서 상기 α는 위성방송을 충분히 시청할 수 있음에도 불구하고 상기 S0와 Sn의 차이에 의해 안테나부(100)가 계속적으로 움직이는 것을 방지하기 위한 여유값을 의미한다.
단계 S191 : 만약 S0- Snα 이며, 이는 위성의 위치가 왼쪽에 있는 것으로 판단하여 모터(400)를 왼쪽으로 구동시킨다. 이는 도 3에서 상술했던 바와 같이 주파수 fn이 f0보다 큰 경우 fn에서의 안테나 빔의 지향 방향이 f0의 경우보다 오른쪽으로 기울어지기 때문이다. 이때의 모터 구동범위는 미리 적절하게 설정되어 중앙처리부(360)에 저장되어 있을 수 있으며, 또는 보다 정확한 구동을 위해서 S0과 Sn의 차이값과 fn에서의 안테나 빔의 지향 각에 따라 계산됨으로써 결정될 수 있다. 모터(400)를 외쪽으로 구동시켜 안테나부(100)가 왼쪽으로 회전되도록 한 다음, 단계 S160으로 되돌아가 이후의 과정을 진행한다.
단계 S200 : 상기 단계 S190에서 S0- Sn이 α 보다 크지 않다면, 다시 S0- Sn< -α 인가를 판단한다.
단계 S201 : S0- Sn< -α 이면, 이는 위성의 위치가 오른쪽에 있는 것으로 판단하여 모터(400)를 오른쪽으로 구동시킨다. 모터(400)가 오른쪽으로 구동된 후, 단계 S160으로 되돌아가 이후의 과정을 반복한다.
단계 S210 : 만약 S0- Sn이 α 보다 크지 않고 S0- Sn이 -α보다 작지 않다면, 이는 S0과 Sn은 여유값 α이내의 근소한 차이값만을 갖는다. 이는 본 발명의 위성추적 시스템이 위성의 위치를 정확히 추적하고 있는 것으로, 모터(400)가 구동되지 않으며 단계 S160으로 되돌아가 위성의 정확한 위치를 추적하는 상기의 과정을 반복하여 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 위성추적 시스템의 동작과정은 안테나부(100)가 초기 정속도 회전을 하면서 제 1튜너(330)에 설정된 기본 주파수의 AGC 신호를 검출하여 이 신호의 세기를 측정함으로써 위성의 초기 위치를 포착한 후, 위성 채널의 각 주파수에 따라 안테나 빔의 지향 방향이 기울어지도록 설계된 안테나부(100)를 이용하여 상기 안테나부(100)가 수신하는 위성신호의 각 주파수에 따른 AGC 신호 세기를 측정하고 비교함으로써 위성의 정확한 위치를 계속하여 추적하도록 하는 것이다.
상술한 본 발명의 위성추적 시스템은 동일한 기능을 수행하는 다른 구성으로 변형될 수 있다. 예를 들면, 안테나부(100)가 평판안테나가 아닌 파라볼라안테나로 이루어질 수도 있으며, 안테나 소자의 배열수가 많을 수록 더욱 정밀하게 위성의 위치를 추적할 수 있을 것이다. 또한, 제어보드(300)의 제 2전력분배기(320)와 제1,2튜너(330)(340)를 다수의 채널선택이 가능한 하나의 튜너로 대치할 수 있으며, 비용이 많이 소요되는 로터리조인트(500)를 대신하여 동축케이블(Coaxial cable)이 이용될 수도 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함을 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템은 시스템 자체 제어에 의해 안테나 빔의 위상을 조절하는 것이 아니라, 위성 채널의 각 주파수에 따라 안테나 빔의 지향 방향이 기울어지도록 안테나부를 설계함으로써, 시스템 구성이 간단하고 제작비용이 적게 소요되면서도 위성의 위치를 정밀하게 추적할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 이동체에 탑재되어 위성의 위치를 추적하는 위성추적 시스템에 있어서,
    주파수 스캐닝 효과에 의해 위성으로부터 수신되는 위성 채널의 각 주파수에 따라서 안테나 빔의 지향 방향이 달라질 수 있도록, 위성으로부터 수신되는 위성신호를 LNB로 전송하는 급전라인의 길이가 각각 다르게 구성되는 제 1안테나와 제 2안테나로 이루어진 안테나부와;
    상기 안테나부를 통하여 수신된 각 주파수의 위성신호를 전송받아 중간주파수로 변환하는 LNB와;
    상기 LNB에 의해 변환된 각 중간주파수 위성신호 중 튜너에 설정된 적어도 두개 이상의 다른 중간주파수 위성신호를 각각 검출하고 그 위성신호의 세기를 측정하여 비교함으로써 위성의 위치를 파악하는 제어보드와;
    상기 제어보드에 의해 파악된 위성의 위치를 지향하도록 상기 안테나부를 회전시키는 모터와;
    상기 각 구성부에 전원을 공급하며, 상기 LNB에 의해 변환된 중간주파수 위성신호를 TV모니터와 연결된 위성방송 수신기에 전송하는 전송수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나부는
    제 1안테나의 급전라인과 제 2안테나의 급전라인은 제어보드의 튜너에 설정된 기준 주파수 파장의 정수배가 되도록 길이차가 설정되는 것을 특징으로 하는 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어보드는
    상기 LNB로부터 전송되는 각 중간주파수 위성신호를 동일한 두개의 중간주파수 위성신호로 분배하는 제 1전력분배기와,
    상기 제 1전력분배기로부터 전송되는 각 중간주파수 위성신호를 다시 동일한 두개의 중간주파수 위성신호로 분배하는 제 2전력분배기와,
    상기 제 2전력분배로부터 중간주파수 위성신호를 전송받아 셋팅된 주파수의 위성신호를 검출하여 출력하는 제 1튜너 및 제 2튜너와,
    상기 제 1튜너와 제 2튜너로부터 각각 전송되는 중간주파수 위성신호를 A/D(Analog to Digital) 변환하는 AD변환기와,
    상기 AD변환기로부터 전송되는 각 주파수에 따른 위성신호의 세기를 파악하여 비교함으로써 위성의 위치를 파악하는 중앙처리부와,
    상기 중앙처리부에 의해 파악된 위성의 위치로 안테나부를 회전시키기 위해 모터를 구동시키는 모터구동부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 시스템.
  4. 위성으로부터 수신되는 위성신호의 세기를 측정하고 비교하여 위성의 위치를 추적하는 위성추적 방법에 있어서,
    a) 제어보드의 제 1튜너에 위성으로부터 송신되는 다수의 채널 주파수 중 기본 주파수 f0를 설정하고, 제 2튜너에 상기 기본 주파수에 대응되는 다른 주파수 fn를 설정하는 단계;
    b) 안테나부의 제 1안테나와 제 2안테나가 위성으로부터 위성신호를 수신하여 길이가 각각 다른 급전라인을 통하여 LNB로 전송하는 단계;
    c) LNB로 입력된 위성신호가 중간주파수 위성신호로 변환되어 제어보드의 제 1튜너와 제 2튜너로 전송되는 단계;
    d) 제 1튜너와 제 2튜너에 전송되는 중간주파수 위성신호 중 제 1,2튜너에 설정된 해당 주파수의 위성신호가 각각 검출되어 출력되는 단계;
    e) 상기 단계(d)에서 각각 출력되는 해당 주파수의 위성신호 세기를 비교하여 위성의 위치를 파악하고, 파악된 위성의 위치로 안테나부의 지향방향을 회전시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 위성의 위치를 파악하고 파악된 위성의 위치로 안테나부의 지향방향을 회전시키는 단계(e)는
    e1) 제 1튜너에 의해 검출된 위성신호의 세기가 기준 설정값보다 클 때까지 계속하여 새로운 위치에서의 위성신호 세기를 측정하여 위성의 초기 위치를 포착하는 단계;
    e2) 상기 단계(e1)에서 위성신호의 세기가 설정값보다 큰 경우 제 2튜너에 의해 검출된 위성신호의 세기를 측정하는 단계;
    e3) 제 1튜너에 의해 검출되는 위성신호의 세기를 재측정하는 단계;
    e4) 상기 단계(e3)에서 재측정된 위성신호의 세기가 설정값보다 큰 경우 제 1튜너에 의해 검출된 위성신호의 세기와 제 2튜너에 의해 검출된 위성신호의 세기를 비교하는 단계;
    e5) 상기 단계(e4)에서 제 1튜너에서 검출된 위성신호 세기가 제 2튜너에서 검출된 위성신호의 세기보다 큰 경우 안테나부가 주파수 f0에서 안테나 빔이 지향하는 방향으로 회전되고, 작은 경우 안테나부가 주파수 fn에서 안테나 빔이 지향하는 방향으로 회전되며, 소정의 오차범위안에서 같을 경우 안테나부가 회전되지 않고 상기 단계(e2)로 되돌아가 이후의 과정을 반복하는 단계;
    e6) 상기 단계(e3)에서 재측정된 위성신호 세기가 설정값보다 작은 경우, 위성신호의 세기가 설정값보다 클 때까지 안테나부를 설정된 회전범위 안에서 차츰 범위를 넓여가며 지그재그 회전함으로써 위성의 위치를 재포착하여 단계;
    e7) 상기 단계(e6)에서 재측정된 위성신호의 세기가 회전범위 내에서 설정값을 초과하지 못할 경우 상기 단계(e1)로 되돌아가 위성의 초기 위치를 재포착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주파수 스캐닝 효과를 이용한 위성추적 방법.
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