KR100497545B1 - 예비부품을 이용한 위성 명령 처리기의 결함 허용 구조 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위성을 정상적으로 운영하기 위해서 반드시 필요한 지상관제국 또는 위성관제국의 위성 제어 명령인 위성으로의 상향링크 원격 명령을 위성의 원격측정 명령계 시스템이 다양한 오류하에서도 이상없이 입수할 수 있도록 위성 명령 처리기의 결함 허용 설계 방식을 제안한 것으로, 일반적인 위성 명령 처리기의 기술에 예비 부품과 결함 검출 및 결함 극복 기술을 부가하여 위성 명령 처리기의 활용도와 신뢰도를 극대화할 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 발명의 위성 명령 처리기 결함 허용 설계 방식을 따르는 경우, 신뢰도를 향상시키고 기능의 활용도를 매우 높일 수 있어 보다 안정적인 위성 서비스가 가능해져 위성 및 위성 관제 활용의 경제적 가치를 높여줄 수 있을 것으로 기대된다.

Description

예비 부품을 이용한 위성 명령 처리기의 결함 허용 구조 및 방법{Structure and method for fault tolerance of command processor using redundant part in satellite}

본 발명은 지상관제국 또는 위성관제국의 위성 제어 명령인 위성으로의 상향링크 원격명령을 입수하는 위성 명령 처리기의 신뢰도를 높이고 다양한 결함에 대한 결함 극복 기술을 접목하여 고장 시간을 최소화함으로써 활용도를 극대화하는 위성 명령 처리기 결함 허용 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1 과 같이 종래의 위성 명령 처리기는 아무런 결함도 발생하지 않을 경우에는 정상적으로 동작하나 단, 하나의 결함으로도 기능이 중단되는 치명적인 구조적 취약점을 가지고 있다.

결함은 우주 공간상의 특징에 따른 진공, 열적 불균형, 우주 복사, 태양 흑점 활동 등에 의해서 발생될 수 있으며 우주라는 특징상 유지 보수가 불가능하다.

따라서, 위성에는 본질적으로 극도의 신뢰도를 요구하므로 위성 명령 처리기에도 예비부품을 적용하여야 하나 결함 허용 기술이 적용되지 않은 예비부품 사용은 결함을 극복하는데 효율적이지 못하다.

그러므로 결함이 발생하여도 기능을 계속 유지할 수 있는 결함 허용 및 분산 시스템 기술이 위성 명령 처리기 설계에 적용되어야 한다.

본 발명은 위성 명령 처리기가 결함하에서도 결함을 극복하고 기능을 재개하도록 하기 위해 위성 명령 처리기에 예비 부품화, 분산 시스템, 결함 해석, 결함 허용 설계를 접목하여 결함 발생시에도 위성 명령 처리기가 기능 중단없이 임무를 수행할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 지상관제국 또는 위성관제국의 위성 제어 명령인 위성으로의 상향링크 원격명령을 입수하는 위성 명령 처리기의 신뢰도를 높이고 다양한 결함에 대한 결함 극복 기술을 접목하여 고장 시간을 최소화함으로써 활용도를 극대화하는 예비 부품을 이용한 위성 명령 처리기의 결함 허용 구조 및 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 도 2 와 같이 지상관제국 또는 위성관제국으로부터 상향링크 원격명령 데이터를 수신하는 이중화된 명령 안테나(101)와,

상기 이중화된 명령 안테나(101)와 각각 교차연결되어 명령 유효 검사를 수행하는 이중화된 명령 처리기(102)(103)와,

상기 상향링크 원격 명령 데이터를 위성의 베이스 밴드(108)로 전송하는 프로세서(104)(105)와,

상기 이중화된 명령 처리기(102)(103)와 프로세서(104)(105)를 포함하고 서로 명령 입수 상태의 정보를 교환하는 이중화된 명령/텔레메트리 처리기 1, 2(106),(107)로 구성된다.

명령 안테나(101)와 명령 처리기(102)(103)를 이중화하고 이중화된 명령 처리기(102)(103)를 포함한 명령/텔레메트리 처리기 1, 2(106)(107) 또한 이중화한다.

이중화된 명령 안테나(101)와 이중화된 명령/텔레메트리(106)(107)는 서로 교차로 연결된다.

각 명령 처리기(102)(103) 전장 박스안에서 명령 처리기(102)(103) 로직의 인터페이스(109)를 모든 명령 안테나(101)에 대해서 개별적으로 연결하고 각 명령 처리기(102)(103)에서 명령 유효 검사를 수행한 후 그 결과를 각 명령 처리기(102)(103) 전장 박스 사이에서 교환(110)하여 결함 검출과 결함 허용 기능을 수행한다.

그 후 올바르게 입수된 상향링크 원격 명령 데이터는 명령/텔레메트리 처리기 1, 2(106)(107)의 프로세서(104)(105)에 보내져 위성의 베이스 밴드(108)에서 처리되게 된다.

도 3 은 종래의 위성 명령 처리기와 본 발명의 위성 명령 처리기의 신뢰도 분석을 수행한 결과를 도시한 것으로, 본 발명의 위성 명령 처리기가 종래의 위성 명령 처리기보다 약 15%의 신뢰도가 증가되었음을 알 수 있다.

이때 X축은 종래의 위성 명령 처리기 구성과 본 발명의 위성 명령 처리기 구성을 가리키고 Y축은 신뢰도(0<R≤1)를 가리킨다.

도 4 는 본 발명의 명령 처리기의 결함 허용 로직을 순서도로 도시한 것으로서 명령 안테나(101) 및 명령 처리기(102)(103) 모두의 결함을 검출하고 극복할 수 있도록 한 것이다.

①의 경우 명령/텔레메트리 처리기 2(107)의 모든 명령 처리기는 이상이 없는데 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 일부 명령 처리기에 고장이 발생한 상태로 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 적어도 1개 이상의 명령 처리기는 정상으로 동작하고 있으므로 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 정상으로 동작하고 있는 첫번째 명령 처리기를 가지고 명령 처리를 계속할 수 있으며 위성 컴퓨터 소프트웨어는 고장난 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 명령 처리기를 명령/텔레메트리 처리기 구성에서 임무배제시키고 이 결과를 명령/텔레메트리 처리기 텔레메트리를 통해서 지상관제국으로 송신한다.

②와 ③의 경우 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 모든 명령 처리기는 이상이 없는데 명령/텔레메트리 처리기 2(107)의 일부 명령 처리기에 고장이 발생한 상태로 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 모든 명령 처리기는 정상으로 동작하고 있으므로 설정된 명령 처리기 또는 첫번째 명령 처리기로 명령 처리를 계속하고 위성 컴퓨터 소프트웨어는 고장난 명령/텔레메트리 처리기 2(107)의 명령 처리기를 명령/텔레메트리 처리기 구성에서 임무배제시키고 이 결과를 명령/텔레메트리 처리기 텔레메트리를 통해서 지상관제국으로 송신한다.

④와 ⑤의 경우 명령/텔레메트리 처리기 2(107)의 모든/일부분 명령 처리기는 이상이 없는데 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 모든 명령 처리기에 고장이 발생한 상태이다.

따라서 명령/텔레메트리 처리기 1(106)로부터 명령을 입수할 수 없으므로 명령/텔레메트리 처리기는 이 상태를 명령/텔레메트리 처리기 텔레메트리로 위성 컴퓨터 소프트웨어에 보내어 소프트웨어 자동 제어 알고리즘에 의해서 명령/텔레메트리 처리기 1(106)을 명령/텔레메트리 처리기 2(107)로 전환하고 명령/텔레메트리 처리기 2(107)를 명령/텔레메트리 처리기 1(106)로 전환하는 특수 명령을 명령/텔레메트리 처리기에 내린다.

그 후 명령/텔레메트리 처리기 1(106)로 전환된 명령/텔레메트리 처리기의 적어도 1개 이상의 명령 처리기가 정상적으로 동작가능할 때 지상관제국에서 상향링크 명령을 다시 전송하면 결함이 극복된다.

⑥의 경우 명령/텔레메트리 처리기 1(106)과 명령/텔레메트리 처리기 2(107)의 명령 처리기 중 일부에 고장이 발생한 경우이다.

이 경우 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 적어도 1개 이상의 명령 처리기는 정상으로 동작하고 있으므로 명령/텔레메트리 처리기 1(106)의 정상으로 동작하고 있는 첫번째 명령 처리기를 가지고 명령 처리를 계속할 수 있으며 위성 컴퓨터 소프트웨어는 고장난 명령/텔레메트리 처리기 1(106)과 명령/텔레메트리 처리기 2(107)의 명령 처리기를 명령/텔레메트리 처리기 구성에서 임무배제시키고 이 결과를 명령/텔레메트리 처리기 텔레메트리를 통해서 지상관제국으로 송신한다.

본 발명은 종래의 방식과 비교하여 신뢰도를 비약적으로 상승시킴과 동시에 다양한 결함에 대해서도 기능 중단을 최소화할 수 있어 위성 및 위성관제소의 통신 품질을 향상시킬 수 있고 장기간의 위성 임무 기간에 통신 부분에 대한 고장 가능성을 크게 줄여 위성 및 위성관제소의 경제적 활용 가치를 높여줄 수 있을 것으로 기대한다.

도 1 은 종래의 위성 명령 처리기 구성도

도 2 는 본 발명에 따른 위성 명령 처리기 구성도

도 3 은 종래의 위성 명령 처리기와 본 발명에 따른 위성 명령 처리기의 신뢰도 해석 결과 비교도

도 4 는 본 발명의 위성 명령 처리기 결함 허용 로직 구성도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

101 : 명령 안테나 102, 103 : 명령 처리기

104, 105 : 프로세서 106 : 명령/텔레메트리 처리기 1

107 : 명령/텔레메트리 처리기 2 108 : 베이스 밴드

109 : 명령 안테나와 명령/텔레메트리 처리기 1, 2와의 인터페이스

110 : 명령/텔레메트리 처리기 1과 명령/텔레메트리 처리기 2와의 인터페이스

Claims (2)

1. 지상관제국으로부터 상향 링크되는 원격 명령 데이터를 수신하는 이중화된 명령 안테나와 각각 교차연결되고, 상기 명령 안테나로부터 상기 원격 명령 데이터가 소정의 입력 상태를 갖고 전달되는 경우 기 설정된 결함 허용 로직을 통해 결함 여부를 검출 및 복구하는 이중화된 명령 처리기와, 상기 명령 처리기 중에서 결함이 발생하지 않은 명령 처리기를 통해 상기 원격 명령 데이터를 전달받아 위성의 베이스 밴드로 전송하는 프로세서로 구성된 이중화된 명령/텔레메트리 처리기로 구성되되,

   상기 이중화된 명령/텔레메트리 처리기 중에서 디폴트로 설정된 명령/텔레메트리 처리기를 구성하는 모든 명령 처리기에 결함이 발생하는 경우, 상기 원격 명령 데이터는 상기 명령 안테나와 소정의 인터페이스를 통해 연결된 다른 명령/텔레메트리 처리기로 전달되는 것을 특징으로 하는 예비 부품을 이용한 위성 명령 처리기의 결함 허용 구조.
2. 지상관제국으로부터 상향 링크되는 원격 명령 데이터를 수신하는 이중화된 안테나에 각각 교차 연결된 이중화된 명령 처리기 및 상기 명령 처리기로부터 출력되는 원격 명령 데이터를 위성의 베이스 밴드로 전송하는 프로세서로 구성된 이중화된 명령/텔레메트리 처리기를 이용한 결함 허용 방법에 있어서,

   상기 이중화된 명령 안테나를 통해 지상 관제국 또는 위성 관계국으로부터 상향 링크된 원격 명령 데이터를 수신하는 단계;

   상기 이중화된 명령 안테나를 통해 상기 원격 명령 데이터가 소정의 입력 상태를 갖고 전달됨에 따라, 상기 명령/텔레메트리 처리기가 소정의 결함 허용 로직을 통해 상기 원격 명령 데이터의 입력 상태에 따라 명령 처리기의 결함 발생 여부를 판단하는 단계;

   상기 단계의 판단 결과 상기 명령 처리기에 결함이 검출되지 않은 경우, 상기 명령/텔레메트리 처리기가 디폴트로 설정된 명령 처리기를 통해 전달된 상기 원격 명령 데이터를 상기 베이스 밴드로 전달하는 단계;

   상기 단계의 판단 결과 상기 명령 처리기에 결함이 검출된 경우, 상기 명령/텔레메트리 처리기가 모든 명령 처리기에 결함이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계;

   상기 단계의 판단 결과 상기 명령 처리기중 일부 명령 처리기에 결함이 발생한 경우, 상기 명령/텔레메트리 처리기가 결함이 발생한 명령 처리기를 임무 배제한 후 그 결과를 위성 컴퓨터 소프트웨어로 전달하고 동작중인 명령 처리기를 통해 상기 원격 명령 데이터를 상기 베이스 밴드로 전달하는 단계;

   상기 단계의 판단 결과 모든 명령 처리기에 결함이 발생하는 경우, 상기 명령/텔레메트리 처리기는 모든 명령 처리기에 결함이 발생했다는 결과를 상기 위성 소프트웨어로 전달하는 단계;

   상기 명령/텔레메트리 처리기로부터 모든 명령 처리기에 결함이 발생했다는 결과가 전달되는 경우, 상기 위성 소프트웨어가 해당 명령/텔레메트리 처리기를 임무 배제하는 동시에 다른 명령/텔레메트리 처리기로 전환하는 단계; 및

   상기 전환된 다른 명령/텔레메트리 처리기가 상기 이중화된 명령 안테나를 통해 상기 원격 명령 데이터를 재 수신하여 상기 배이스 밴드로 전달하는 단계

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 예비 부품을 이용한 위성 명령 처리기의 결함 허용 방법.