KR100599610B1 - 부반사판 회전 주기 보정을 이용한 위성 추적 안테나시스템 및 위성 추적 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전하는 부반사판의 틸팅(tilting)을 이용하여 상기 틸팅되는 각 방향에서의 위성 신호 세기를 비교하고 안테나의 위치를 보정함으로써, 오로지 위성으로부터 수신하는 위성 신호만을 이용한 위성 추적 방법을 구현하여 시스템을 간단하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 환경적 요인으로 인한 자이로센서의 보정을 필요로 하지 않기 때문에, 보다 정확하고 신속한 위성 추적 성능을 제공하는 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템은, 목표하는 위성의 방향으로 지향하여 소정의 위성 신호를 수신하기 위한 반사판과, 상기 위성에서 송출되어 상기 반사판에서 반사된 상기 위성 신호를 소정의 인입 도파관으로 포커싱하는 부반사판과, 상기 부반사판을 고속으로 회전시키기 위한 부반사판 회전부와, 상기 부반사판 회전부의 속도 변화에 따라 그 회전 주기가 변하는 상기 부반사판의 특정 위치에 대한 상기 위성 신호의 샘플링 주기를 보정하기 위한 주기제어모듈과, 상기 특정 위치에 대해 샘플링된 상기 위성 신호의 세기에 따라 상기 반사판의 위치를 제어하기 위한 반사판 위치/속도 제어부와, 상기 반사판 위치/속도 제어부의 제어에 따라 상기 반사판을 방위각(좌, 우) 또는 앙각(상, 하) 방향으로 각각 구동하기 위한 반사판 구동수단을 포함하고, 상기 부반사판은 상기 샘플링 주기에 따라 상기 특정 위치로 틸팅(tilting) 하면서 상기 위성 신호를 포커싱하도록 동작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 따르면, 회전하는 부반사판의 틸팅(tilting)을 이용하여 상기 틸팅되는 각 방향에서의 위성 신호 세기를 비교하고 안테나의 위치를 보정함으로써, 오로지 위성으로부터 수신하는 위성 신호만을 이용한 위성 추적 방법을 구현하여 시스템을 간단하게 구성할 수 있어 보다 정확하고 효율적으로 위성을 추적할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

위성, 이동체, 안테나, 부반사판, 회전, 주기보정

Description

부반사판 회전 주기 보정을 이용한 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법{A SATELLITE TRACKING ANTENNA SYSTEM AND METHOD USING ROTATION PERIOD REVISION OF SUBREFLECTOR}

도 1은 종래 기술에 따른 선박 등과 같은 이동체에 탑재되는 위성 추적 안테나 시스템을 도시한 개략도.

도 2는 도 1에서 명시된 종래 기술에 따른 위성 추적 안테나 시스템의 알고리즘을 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템의 구성을 도시한 구성도.

도 4는 도 3에서 명시된 안테나 제어부의 내부 구성을 도시한 블록도.

도 5a는 부반사판의 중심축과 반사판의 중심축이 서로 어긋나도록 틸팅되는 안테나 구조를 도시한 도면.

도 5b는 부반사판의 중심축이 반사판의 중심축에 대해 소정의 기울기를 갖도록 틸팅되는 안테나 구조를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위성 추적 안테나 시스템의 부반사판과 부반사판 회전부를 도시한 도면

도 7은 부반사판 회전부의 회전 속도가 일정할 경우 위성 신호의 샘플링 주 기를 생성하는 방법을 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 부반사판 회전부의 회전 속도가 변할 경우 위성 신호에 대하여 샘플링 주기 보정 방법을 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위성 추적 방법을 도시한 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

310 : 반사판 320 : 부반사판

321 : 절대 위치 측정바 330 : 부반사판 회전부

331 : 검출수단 340 : 인입 도파관

341 : 유전체 렌즈 350 : 반사판 구동수단

360 : 안테나 제어부

본 발명은 이동하는 물체에 탑재되어 위성을 추적하고, 목표 위성으로부터 원하는 위성 신호를 수신하기 위한 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 각종 센서(예를 들어 자이로 센서)를 사용하지 않고, 안테나 부반사판의 회전을 이용하여 반사판이 항시 목표 위성을 지향하게 함으로써 원하는 위성 신호를 효율적으로 수신하고, 부반사판 회전 모터의 속도 변화에 따른 부반사판의 회전 주기 변화에 대응하여 목표 위성 추적 기능을 보정함으로써, 보다 정확하게 안테나가 목표 위성을 지향할 수 있도록 하는 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 관한 것이다.

위성은 1980년대까지만 하여도 미국과 같이 국제통신이 활발한 국가나 호주, 캐나다와 같이 광활한 영토를 지난 국가 혹은 인도네시아와 같은 도서국가에서 기존 지상망을 보완하는 통신수단으로 인식되어 왔었다. 하지만1990년대에 접어들면서 위성통신기술의 진전과 더불어 위성을 이용한 새로운 응용분야가 등장함에 따라 위성은 지상망 보완이라는 개념을 벗어나 지상망을 대체하는 수단으로 인식되기 시작하였다.

이러한 개념 변화는 위성이 지상망에 비해 여러 가지 이점을 지니고 있기 때문이다. 이중 가장 큰 이점은 넓은 지역에 고속 대량의 정보를 동시에 여러 사람에게 전달할 수 있다는데 있다. 또한, 중계국이 우주에 있는 관계로 지상재해의 영향을 거의 받지 않으며, 지구국을 설치하는 것만으로도 간단하게 망을 확장할 수 있다. 더불어 초소형 지구국(Very Small Aperture Terminal: VSAT)과 같은 소형 지구국도 개발되어 지구국의 이동성이 높아짐으로써 새로운 서비스의 창출이 용이하게 이루어질 수 있다. 이러한 연유로 위성은 현재 국제통신, 낙도를 연결하는 국내통신, 재해시 국내통신 등의 공중통신, 그리고 방송뿐만 아니라 기상관측, GPS(Global Positioning System)를 비롯한 각종 네비게이션, 교육지원, 의료정보 등의 분야로까지 확대되고 있다.

일반적으로 위성을 이용한 통신에서는 마이크로파 주파수대의 고주파를 사용하므로 전파의 직진성이 강하여 지향성이 큰 안테나를 필요로 하는 바, 반사판을 갖는 파라볼라 안테나 등을 사용하고 있다. 또한 자동차나 항공기, 선박 등과 같은 이동체에 탑재되는 지향성 안테나의 경우에는 위성 지구국이나 가정용과 같이 위치가 고정된 안테나와는 달리 이동체의 움직임에 따라 목표하는 위성의 위치를 추적할 수 있는 추적기능이 필요하다.

위성 통신을 위한 추적 알고리즘은 자기 추적(closed loop)방식, 프로그램 추적(open loop) 방식으로 구분되며, 자기 추적방식은 로빙(lobing) 방식과 모노 펄스(mono-pulse) 방식으로 분류할 수 있다. 프로그램 추적방식은 위성의 궤도예보 데이터, 표준시각신호, 안테나의 디지털 각도 데이터를 컴퓨터로 처리하여 안테나를 예측궤도의 방향으로 제어하는 방식이기 때문에, 데이터의 정확도가 추적 성능을 결정하게 한다. 로빙 방식은 임의의 방법으로 안테나의 빔을 움직여 비콘(beacon)파의 도래 방향을 검출하여 방향을 제어하는 방식이고, 모노 펄스 방식은 안테나의 빔은 고정시키고 단일 펄스의 전파에 따라 수시로 방위오차를 검출하는 방식이다.

또한 상기 방법 이외에도 로빙 방식으로는 안테나의 빔을 미소각의 원추형태로 회전시키며 자기 추미를 하는 원추형 스캐닝(conical scanning)방식, 안테나 축 주위의 정하여진 4개 이상의 위치로 이산적으로 움직이며 상대적인 수신 신호레벨을 결정하는 빔 스위칭(beam switching)방식, 일정한 시간간격으로 안테나를 미소 각도씩 스텝(step)형태로 이동시키며 수신 신호레벨의 변화를 비교하여 상기 수신 신호레벨이 증가하는 방향으로 이동해 가는 스텝 추적방식이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박 등과 같은 이동체에 탑재되는 위성 추적 안 테나 시스템을 도시한 개략도이다.

상기 종래의 위성 추적 안테나 시스템은 반사판(100), 부반사판(101), 이동체의 앙각 방향 움직임을 감지하기 위한 앙각속도 감지 센서(102), 상기 반사판(100)을 상하로 이동시키기 위한 앙각 모터(104), 상기 앙각 모터(104)의 회전력을 전달하여 상기 반사판(100)을 상하로 이동시키는 앙각 회전폴리(103), 안테나 지지대(112), 상기 이동체의 방위각 방향 움직임을 감지하기 위한 방위각속도 감지 센서(105), 반사판(100)을 좌우로 이동시키기 위한 방위각 모터(106), 방위각 모터(106)의 회전력을 전달하여 반사판(100)을 좌우로 이동시키기 위한 방위각 회전폴리(108), 및 바닥판(109)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1에 도시된 위성 추적 안테나 시스템을 참조하면, 상기 위성 추적 안테나 시스템을 지지하는 바닥판(109)은 이동체에(도시되지 아니함)의 본체에 고정되고, 반사판(100)은 목표하는 위성을 향하도록 설치된다. 바닥판(109)의 위에는 안테나의 방위각 방향을 추적하기 위한 방위각 모터(106)와 상기 안테나를 지지하기 위한 지지대(112)가 놓여 있고, 지지대(112)의 하단에는 방위각 모터(106)의 회전에 따라 상기 안테나의 방위각을 추적하기 위한 방위각 회전 폴리(108)가 설치되어 있으며, 지지대(112)의 상단에는 앙각 모터(104)의 회전에 따라 반사판(100)을 상하로 움직이기 위한 앙각 회전폴리(103)가 설치되어 있으며, 반사판(100)은 앙각 회전폴리(103)의 회전에 따라 상하로 움직이게 된다. 따라서 반사판(100)은 앙각 모터(104)와 방위각 모터(106)의 회전에 따라 상하의 앙각 방향과 좌우의 방위각 방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 종래 기술에 따른 위성 추적 안테나 시스템에서 위성으로부터 수신한 위성 신호는 반사판(100)에서 부반사판(101)으로 반사되고, 다시 부반사판(101)에서 반사되어 인입 도파관(113)으로 포커싱(focusing)된 후 위성 신호 수신기(120)로 전송된다. 또한 이동체가 움직이는 경우에는, 상기 위성 추적 안테나의 앙각 방향의 움직임은 앙각속도 감지 센서(102)에 의해 감지되고, 방위각 방향의 움직임은 방위각속도 감지 센서(105)에 의하여 감지되어 반사판(100)의 지향 방향이 목표 위성의 방향과 다를 경우에 제어기(130)가 상기 목표 위성 지향을 위한 보정값을 계산한 후 앙각 모터(104)와 방위각 모터(106)를 각각 제어하여 앙각 회전폴리(103)와 방위각 회전폴리(108)를 상기 보정값 만큼 회전시킴으로써 반사판(100)이 항상 위성 방향을 지향할 수 있도록 한다.

도 2는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 위성 추적 안테나 시스템의 알고리즘을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, Ts1를 주기로 자이로 센서(210)로부터 각속도 신호를 입력 받아 각속도 보정신호를 생성하고(220), Ts2을 주기로 스캐닝(230)에 의하여 위성 신호를 입력 받아 목표 위성의 위치보정신호를 생성하며(240), 상기 위치보정신호(240), 각속도 보정신호(220)는 모터 제어기(250)에 위치 명령으로 전달되어, 이에 따라 모터(260)를 구동하여 안테나의 위치를 제어한다. 상기와 같이 종래에는 추적 알고리즘에 위성위치보정과 자이로 센서와 같은 각종 센서로부터 입력된 신호에 의한 제어가 필수적으로 요구되었다.

상기와 같은 종래의 위성 추적 안테나 시스템은 이동체의 이동을 감지하기 위하여 2개의 각속도 감지센서를 필요로 하고, 상기 각속도 감시센서에서 감지된 값으로부터 반사판을 회전시키기 위하여 2개의 모터를 필요로 하기 때문에 부가 장비 설치에 따른 안테나의 구조와 제어 메커니즘이 복잡하고, 움직이는 회전속도에 따른 전압 검출에서의 오차(small error)발생하는 문제가 있으며, 상기 센서들이 초기화, 기준값 보상, 오프셋(ooffset) 등 하드웨어, 소프트웨어적 추가 부분을 많이 필요로 한다는 문제점이 제기되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 회전하는 부반사판의 틸팅(tilting)을 이용하여 상기 틸팅되는 각 방향에서의 위성 신호 세기를 비교하고 안테나의 위치를 보정함으로써, 오로지 위성으로부터 수신하는 위성 신호만을 이용한 위성 추적 방법을 구현하여 시스템을 간단하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 환경적 요인으로 인한 자이로 센서의 보정을 필요로 하지 않기 때문에, 보다 정확하고 신속한 위성 추적 성능을 제공하는 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법은 부반사판에 절대 위치 측정바를 설치하고 회전부에 검출수단을 설치하여, 상기 절대 위치 측정바가 상기 검출수단을 통과할 때마다 인터럽트 신호를 발생시켜 상기 부반사판의 회전 주기를 실시간으로 측정함으로써, 주기제어모듈에서 위성 신호의 샘플링 주기를 생성하고 업데이트하여 변하는 상기 부반사판의 회전주기에 대응한 위성 신호 샘플링을 수행하여 이동 중에도 상기 위성 추적 안테나가 항시 목표 위성을 지 향하게 함으로써, 원하는 위성 신호를 정확하게 수신할 수 있도록 하는 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법은 부반사판의 형상을 평면형 또는 오목형 또는 블록형 또는 V자형으로 구성할 수 있게 하여 보다 정확하게 위성 신호를 수신하는 다양한 실시예를 구현할 수 있고, 상기 시스템의 일단에 유전체 렌즈를 구성하여 위성으로부터 수신하는 위성 신호 빔의 형상을 샤프하게 포커싱하여 보다 효율적인 위성 신호 수신을 가능하게 하는 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템은 목표하는 위성의 방향으로 지향하여 소정의 위성 신호를 수신하기 위한 반사판과, 상기 위성에서 송출되어 상기 반사판에서 반사된 상기 위성 신호를 소정의 인입 도파관으로 포커싱하는 부반사판과, 상기 부반사판을 고속으로 회전시키기 위한 부반사판 회전부와, 상기 부반사판 회전부의 속도 변화에 따라 그 회전 주기가 변하는 상기 부반사판의 특정 위치에 대한 상기 위성 신호의 샘플링 주기를 보정하기 위한 주기제어모듈과, 상기 특정 위치에 대해 샘플링된 상기 위성 신호의 세기에 따라 상기 반사판의 위치를 제어하기 위한 반사판 위치/속도 제어부와, 상기 반사판 위치/속도 제어부의 제어에 따라 상기 반사판을 방위각(좌,우) 또는 앙각(상,하) 방향으로 각각 구동하기 위한 반사판 구동수단을 포함하고, 상기 부반사판은 상기 샘플링 주기에 따라 상기 특정 위치로 틸팅(tilting) 하면서 상기 위성 신호를 포커싱하도록 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템은, 부반사판을 고속으로 회전시키면서 상기 부반사판을 반사판의 중심축에 대하여 어긋나거나 소정의 기울기를 갖도록 상, 하, 좌, 또는 우의 방향으로 틸팅하도록 제어하고, 상기 부반사판으로부터 반사되는 위성 신호를 하나 이상의 특정 위치에 대하여 샘플링하고, 상기 샘플링된 위성 신호의 세기를 비교하여, 위성 추적 안테나를 상기 특정 위치 중 하나의 위치로 이동시키기 위한 위치보정신호를 생성하고, 상기 위치보정신호에 따라 상기 위성 추적 안테나를 이동시켜 항시 목표 위성을 지향하도록 하여 원하는 위성 신호를 보다 효율적으로 수신할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템은, 부반사판에 절대 위치 측정바를 구성하고 부반사판 회전부에 검출수단을 측정하여 상기 부반사판의 회전 주기를 측정하고, 상기 부반사판의 회전 주기가 변화한 경우 주기제어모듈에서는 상기 부반사판의 n번째 회전에 대한 주기 T(n)에 대하여 n+1번째 회전에 있어서, 상기 절대 위치 측정바가 상기 검출수단을 지나 인터럽트 신호가 발생한 이후 제1 특정 위치에서 상기 위성 신호를 샘플링 하기까지의 시간인 주기 T₁(n+1)을 T₁(n+1)=θ_offset/360°×T(n)의 식(θ_offset은 상기 포토 센서와 상기 제1 특정 위치와의 각도)에 의하여 측정하는 것을 특징으로 하고, 상기 주기 T(n)에 대하여 n+1번째 회전에 있어서, 상기 T₁(n+1) 이후 제2 내지 제k 특정 위치에서 위성신호를 샘플링 하기 위한 주기 T₂(n+1)를 T₂(n+1)=T(n)/k 의 식에 의하여 측정하도록 동작하는 것을 특징 으로 한다.

본 발명에서 언급되는 위성 추적 안테나로 널리 사용되는 카세그레인 안테나(Cassegrain Antenna)는 주반사판(Main Reflector)과 부반사판(Sub Reflector)을 이용하여 신호를 수신하는 형태로 위성 신호가 주반사판에 1차로 반사되고, 부반사판에 2차로 반사되어 인입 도파관(Feed Horn)을 통해 위성 신호 수신기로 전송된다. 이동체에서 위성을 수신하기 위해서는 위성 안테나가 항상 목표로 하는 위성을 지향해야 하며, 이를 위해 상기 부반사판에 모터를 장착하여 회전시키는 방법으로 코니칼 스캔(Conical Scan)을 구현한다. 이때, 위성 신호를 수신하는 방법으로는 부반사판을 설계된 카세그레인 안테나의 중심축에 대하여 오프셋(ooffset) 값을 가지고 회전시키는 방법과, 상기 부반사판을 틸팅(Tilting)하여 기구적으로 결합시키고 회전하게 하여 안테나의 포커스를 변형시켜서 위성 신호를 취득하는 방법이 있다.

모터를 사용하여 코니칼 스캔을 구현하는 경우에는 틸팅되는 부반사판 빔의 방향에 대한 절대 위치를 감지하기 위하여 모터 회전축 부근에 검출수단을 장착한다. 여기에 사용되는 검출수단으로는 일반적으로 포토센서, 마그네틱 센서 등이 이용되며, 고가의 시스템인 경우에는 모터축 상에 절대위치엔코더(Absolute Encoder), 레졸버(Resolver) 등을 장착할 수 있다. 부반사판의 틸팅 각도에 대한 절대위치를 검출수단으로 측정하는 경우, 센서에 의해 감지되는 신호는 부반사판이 1 회전할 때마다 한번 발생되며, 360도 회전각이 모터의 회전 시간에 맵핑(mapping)될 수 있다. 따라서, 부반사판이 상하좌우로 틸팅되는 시점은 센서 신호가 감지된 시간 사이의 시간을 나누어 결정될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법의 바람직한 일실시예에 대하여 상술한다.

도 3은 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위성 추적 안테나 시스템은 목표 위성 방향으로 지향하여 소정의 위성 신호를 수신하기 위한 반사판(310), 반사판(310)에서 반사된 상기 위성 신호를 인입 도파관(340)으로 포커싱하는 부반사판(320), 부반사판(320)에 설치되어 회전 주기를 측정하기 위한 절대 위치 측정바(321), 부반사판(320)을 고속으로 회전시키기 위한 부반사판 회전부(330), 부반사판 회전부(330)에 설치되어 절대 위치 측정바(321)가 통과할 때마다 인터럽트 신호를 발생시키는 검출수단(331), 부반사판(320)에서 포커싱된 위성 신호빔을 쉐이핑(shaping) 하는 유전체 렌즈(341), 유전체 렌즈(341)를 통하여 쉐이핑된 위성 신호빔을 수신하여 위성신호부(360)로 전송하는 인입 도파관(340)을 포함하고, 반사판(310)의 위치를 이동시켜 주는 반사판 구동수단(350)으로는, 반사판(310)을 방위각(좌,우) 방향으로 이동시키는 방위각 모터(351), 방위각 모터(351)의 회전에 따라 방위각 방향으로 회전하는 회전판(352), 반사판(310)을 앙각(상,하) 방향으로 이동시켜 주는 앙각 모터(353), 앙각 모터(353)의 회전에 따라 구동풀리(354)가 회전하면서 벨트(355)에 의해 같이 회전하게 되는 종동풀리(356)가 있으며, 반사판(310)에서 수신한 위성 신호가 인입 도파관(340)을 거쳐 전송되는 주기제어모듈과 반사판 위치/속도 제어부, 위성 정보 분석부로 구성된 안테나 제어부(360)로 구성된다. 안테나 제어부(360)의 구성 모듈은 도 4에서 상술한다.

한편 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 반사판(310)을 마주하는 위치에 부반사판(320)이 위치하고 있고, 부반사판(320)은 부반사판 회전부(330)에 의해 고속으로 회전된다. 따라서 상기 타원형의 반사판(310)에서 반사된 위성 신호는 부반사판(320)으로 수신되고 다시 부반사판(320)에 의해 반사되어 인입 도파관(340)으로 포커싱 되며, 상기 포커싱된 위성 신호는 동축 케이블을 통해 안테나 제어부(360)의 위성레벨센서로 전달된다. 이때 인입 도파관(340)의 일단에는 유전체 렌즈(341)를 삽입하여 상기 수신한 위성 신호빔을 쉐이핑하는 구성도 가능하다.

또한, 검출수단(331)은 부반사판(320)에 부착된 절대 위치 측정바(321)가 지날 때 마다 소정의 인터럽트 신호를 발생시키고, 상기 인터럽트 신호에 따라 부반사판(320)의 회전 주기를 측정하여 소정의 신호선을 통하여 안테나 제어부(360)의 주기제어모듈로 전송하도록 동작한다.

한편, 부반사판(320)은 평면형으로 구성되거나, 오목형 또는 블록형 또는 V자형의 형상으로 구성될 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 안테나 제어부(360)의 내부 구성을 도시한 구성 블록도이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 안테나 제어부(360)는, 크게 위성 신호를 샘플링 하는 주기를 보정하기 위한 주기제어모듈(410)과, 수신한 위성 신호가 목표로 하는 위성의 신호인지 여부를 판단하는 위성정보 분석부(420)와, 인입 도파관(340)으로부터 수신한 상기 위성 신호를 샘플링 하는 위성레벨센서(431), 및 상기 샘플링된 위성 신호의 세기를 비교하여 안테나의 위치를 보정하기 위한 위치보정신호를 생성하는 위치/속도 제어기(432)를 포함하는 반사판 위치/속도 제어부(430)와, 앙각 모터(353), 방위각 모터(351)를 구동하여 반사판이 목표 위성을 지향하도록 위치를 변경시키는 반사판 구동수단(440)으로 구성될 수 있다.

도 3에 도시된 인입 도파관(340)을 통해 수신된 위성 신호를 위성정보 분석부(420)에서 수신하고, 수신된 위성 신호를 분석함으로써 현재 지향하고 있는 위성이 원래 목표로 하는 위성인지 여부를 판단하게 된다. 상기 수신한 위성 신호가 목표 위성의 신호인 것으로 판단되면 위성레벨센서(431)에서는 상기 위성 신호를 미리 계산된 샘플링 주기에 따라 특정 위치에 대하여 샘플링하는 과정을 수행하게 된다. 상기 샘플링된 위성 신호는 위치/속도 제어기(432)로 전송되고, 위치/속도 제어기(432)는 샘플링된 위성 신호의 세기를 비교하여 위성 추적 안테나를 상기 특정 위치 중 하나로 이동시키기 위한 위치보정신호를 생성한다. 상기 생성된 위치보정신호는 반사판 구동수단(440)으로 전송되고, 반사판 구동수단(440)은 상기 수신한 위치보정신호의 명령에 따라 앙각 모터(353)와 방위각 모터(351)을 구동하여 상기 위성 추적 안테나가 목표 위성을 지향하도록 위치를 이동시킨다. 상기와 같은 안테나 제어부(360) 내부의 일련의 과정을 거쳐 위성 추적 안테나는 항시 목표로 하는 위성을 지향하게 된다.

도 5a는 위성 추적 안테나 시스템에 있어서, 부반사판(520)의 중심축과 반사 판(510)의 중심축이 서로 어긋나도록 틸팅(tilting)되는 안테나 구조를 도시한 도면이다.

도 5b는 위성 추적 안테나 시스템에 있어서, 부반사판(520)의 중심축이 반사판(510)의 중심축에 대해 소정의 기울기를 갖도록 틸팅되는 안테나 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위성 추적 안테나 시스템은 도 5a와 도 5b에 도시된 두 가지 방법 중 하나의 방법을 적용하는 것이 가능하고, 위성 신호를 샘플링하여 위치보정신호를 생성하는 정확도면에서 두 가지 방법 모두 실질적으로 유사한 성능을 나타낸다. 상기와 같이 부반사판의 중심축이 반사판의 중심축에 대하여 편향되어 있을 경우에 안테나가 목표 위성을 정확하게 추적하고 있는 경우, 즉 반사판의 지향 방향이 목표 위성과 일치할 경우에 부반사판이 우측으로 틸팅되었을 때의 위성 신호, 좌측으로 틸팅되었을 때의 위성 신호, 상측으로 틸팅되었을 때의 위성 신호, 하측으로 틸팅되었을 때의 위성 신호의 세기가 모두 동일하게 나타나지만, 상기 반사판의 지향 방향이 특정 방향으로 치우친 경우에는 상기 치우친 방향으로 부반사판이 틸팅되었을 때 위성 신호의 세기가 더욱 크게 나타나게 된다. 즉, 반사판의 지향 방향이 목표 위성에 비해 우측으로 치우쳐 있을 경우에는 부반사판이 우측으로 틸팅되었을 때보다 좌측으로 틸팅되었을 때 수신한 위성 신호의 세기가 크게 나타날 것이고, 반사판의 지향 방향이 목표 위성에 비해 상측으로 치우쳐 있을 경우에는 부반사판이 상측으로 틸팅되었을 때보다 하측으로 틸팅되었을 때 수신한 위성 신호의 세기가 더욱 크게 나타날 것이다.

상기와 같은 이유로, 부반사판이 상,하,좌,우의 각 방향으로 틸팅되었을 경우에 수신한 위성 신호의 세기를 서로 비교하면 안테나의 지향 방향, 즉 반사판의 지향 방향이 목표 위성에 대해 어느 방향으로 치우쳐 있는가를 알 수 있게 되고, 상기 수신한 위성 신호의 차이값을 바탕으로 소정의 위치보정신호를 생성하고 그에 대응하는 모터를 구동하여 반사판의 위치를 변경해 주면, 항시 안테나가 목표 위성을 지향하여 보다 효율적으로 위성 신호를 수신하게 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위성 추적 안테나 시스템의 부반사판과 부반사판 회전부를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 부반사판(610)(650)에는 상기 회전하는 부반사판(610)(650)의 회전 주기를 측정하기 위한 절대 위치 측정바(620)(660)가 설치되고, 부반사판 회전부(640)에는 절대 위치 측정바(620)(660)가 통과할 때마다 부반사판(610)(650)의 회전 주기를 측정하기 위한 인터럽트 신호를 발생시키는 검출수단(630)(670)이 위치한다. 부반사판 회전부(640)에는 검출수단(630)(670)을 설치할 수도 있고, 마그네틱 센서를 설치할 수도 있으며, 상기 센서를 대신하여 상기 부반사판 회전부(640)의 모터축 상에 절대위치엔코더(Absolute Encoder)나 레졸버(Resolver)를 설치할 수도 있다.

한편 부반사판 회전부(640)에 검출수단(630)(670)을 설치하는 경우에 검출수단(630)(670)에 의해 감지되는 신호는 부반사판(610)(650) 1 회전할 때마다 한번 발생하며, 360도 회전각이 부반사판(610)(650)의 회전 시간에 맵핑(mapping)될 수 있다. 따라서 부반사판(610)(650)이 상, 하, 좌, 우로 틸팅되는 시점은 상기 인터 럽트 신호가 감지되는 시간을 나누어 결정될 수 있다.

도 7은 부반사판 회전부의 회전 속도가 일정할 경우 검출수단(730)을 통해 부반사판(710)의 회전주기를 측정하여 위성 신호의 샘플링 주기를 생성하는 방법을 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 위성 추적 안테나 시스템의 부반사판 회전부의 회전 속도가 일정할 경우 상, 하, 좌, 우로 틸팅되는 부반사판(710)의 틸팅 시점에 맞추어 위성 신호를 샘플링하는 방법에 있어서, 부반사판(710)이 1 회전 하는데 걸리는 시간(회전 주기) T를 측정하고, 검출수단(730)에 의한 인터럽트 신호 발생 시각에서 제1 샘플링이 수행되는 시각까지의 시간인 오프셋 시간 T1을 정하고, 제2, 제3, 제4 의 샘플링이 수행되는 시간인 T2를 계산하여 위성 신호를 샘플링하기 위한 샘플링 주기로 사용하게 된다. 상기와 같이 부반사판 회전부의 회전 속도가 변하지 않고 항시 일정한 경우의 위성 신호 샘플링 방법은 한번 주기가 정해지면 항상 같은 일정한 주기를 가지고 수신한 위성 신호에 대하여 샘플링을 수행하도록 구현될 수 있다. 한편 위성 신호를 샘플링하는 회수는 2번(일예로, 상하), 3번(일예로, 120도 각도차를 갖는 3 방향), 4번, K번 등 자유롭게 결정하여 실시할 수 있는 것을 포함한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 부반사판 회전부의 회전 속도가 변할 경우 위성 신호에 대하여 샘플링 주기 보정 방법을 도시한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 위성 신호 샘플링 방법에 있어서, 부반사판 회전부의 회전 속도가 변하는 경우, 상기 부반사판의 틸팅 위치에 따른 위성 신호의 샘 플링 주기를 고정된 시간(T, T1, T2)으로 미리 정하여 샘플링을 하는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 부반사판(710)이 틸팅된 위치와 상기 위성 신호를 샘플링 하는 시점에 오차가 발생할 수 있다. 예를 들어 부반사판(710)이 미리 측정된 회전 주기 T보다 늦게 또는 빨리 회전하는 경우(일예로, 모터 구동 전압의 변동으로 인해 부반사판 회전부의 회전 속도가 변화할 수 있다), 상기 위성 신호에 대한 샘플링 시점이 부반사판(710)이 소정의 방향으로 틸팅된 시점보다 앞서게 되며, 이는 위치보정신호의 생성에 오류를 초래하게 되어 목표 위성을 추적하는 성능이 저하될 가능성이 있다.

도 8에서 부반사판이 미리 측정된 주기 T보다 늦게 회전하는 경우, 점선으로 나타난 부반사판의 정확한 틸팅 위치에 앞서 반사판 위치/속도 제어부의 위성레벨센서에서 상기 위성 신호를 샘플링하게 된다.

상기와 같은 부반사판의 회전 속도 변화에 따른 샘플링 주기를 보정하기 위하여, 검출수단은 부반사판의 절대 위치 측정바가 통과할 때마다 인터럽트 신호를 발생시켜 주기제어모듈로 전송함으로써, 상기 주기제어모듈에서는 변하는 부반사판의 회전 주기를 실시간으로 측정하여 상기 부반사판 회전 주기에 따른 위성 신호 샘플링 주기를 생성하고, 생성된 위성 신호 샘플링 주기를 반사판 위치/속도 제어부로 전송함으로써 변화하는 부반사판 회전주기에 대응하는 정확한 위성 신호 샘플링을 수행하여 안테나가 항상 목표 위성을 지향하도록 제어할 수 있다.

상기 변화하는 부반사판 회전 주기에 따른 위성 신호 샘플링 주기를 측정하는 일예는 다음과 같다.

상기 주기제어모듈은 상기 부반사판의 회전 주기가 변화한 경우, 상기 부반사판의 n번째 회전에 대한 주기 T(n)에 대하여 n+1번째 회전에 있어서, 상기 절대 위치 측정바가 상기 검출수단을 지나 인터럽트 신호가 발생한 이후 제1 특정 위치에서 상기 위성 신호를 샘플링 하기까지의 시간인 주기 T₁(n+1)을 T₁(n+1)=θ_offset/360°×T(n)의 식에 의하여 측정하는 것을 특징으로 하고(θ_offset 은 상기 포토 센서와 상기 제1 특정 위치와의 각도), 상기 주기 T(n)에 대하여 n+1번째 회전에 있어서, 상기 T₁(n+1) 이후 제2 내지 제k 특정 위치에서 위성신호를 샘플링 하기 위한 주기 T₂(n+1)를 T₂(n+1)=T(n)/k 의 식에 의하여 측정하도록 동작할 수 있다.

도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 위성 추적 방법을 도시한 순서도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 위성 추적 방법은 위성 추적 안테나를 작동시킨 후 초기화를 수행하고(S901), 원하는 위성 신호를 송출하는 위성을 찾는다(S902).

상기 위성을 찾으면 상기 위성으로부터 위성 신호를 수신하여 데이터를 판독하고(S904), 상기 위성이 목표 위성인지를 확인한다(S905). 만일 상기 위성이 목표 위성이 아니라면 상기 위성을 찾는 단계(S902)부터 다시 반복하여 목표 위성을 찾고, 상기 위성이 목표 위성이라면 부반사판을 고속으로 회전시키고, 하나 이상의 특정 위치에 대하여 상기 부반사판을 틸팅하도록 제어한다(S906).

상기 틸팅되는 부반사판으로부터 반사되는 위성 신호를 반사판 위치/속도 제어부에서 수신하여 상기 하나 이상의 특정 위치에 대하여 샘플링을 한다(S907). 상기 샘플링 과정과 동시에 주기제어모듈에서는 상기 부반사판의 변하는 주기를 검출하여 상기 위성 신호 샘플링 주기를 보정하고(S908), 그에 대응하는 샘플링 주기 보정신호를 생성(S909)하여 상기 반사판 위치/속도 제어부로 전송하여, 상기 반사판 위치/속도 제어부가 변화한 샘플링 주기에 맞춰 위성 신호를 샘플링할 수 있게 한다.

상기 반사판 위치/속도 제어부는 상기 하나 이상의 특정 위치에 대하여 샘플링된 위성 신호의 세기를 각각 비교하여(S910), 위치보정신호를 생성한다(S911). 상기 생성된 위치보정신호는 반사판 구동수단으로 전송되어 상기 위치보정신호에 따라 앙각 모터와 방위각 모터를 구동시킴으로써(S912), 상기 위성 추적 안테나를 이동시켜(S913) 목표 위성을 지향하도록 한다.

또한 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 따르면, 회전하는 부반사판의 틸팅(tilting)을 이용하여 상기 틸팅되는 각 방향에서의 위성 신호 세기를 비교하고 안테나의 위치를 보정함으로써, 오로지 위성으로부터 수신하는 위성 신호만을 이용한 위성 추적 방법을 구현하여 시스템을 간단하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 환경적 요인으로 인한 자이로 센서의 보정을 필요로 하지 않기 때문에, 보다 정확하고 신속하게 위성을 추적할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 따르면, 부반사판에 절대 위치 측정바를 설치하고 회전부에 검출수단을 설치하여, 상기 절대 위치 측정바가 상기 검출수단을 통과할 때마다 인터럽트 신호를 발생시켜 상기 부반사판의 회전 주기를 실시간으로 측정함으로써, 주기제어모듈에서 위성 신호의 샘플링 주기를 생성하고 업데이트하여 변하는 상기 부반사판의 회전주기에 대응한 위성 신호 샘플링을 수행하여 이동중에도 상기 위성 추적 안테나가 항시 목표 위성을 지향하게 함으로써, 원하는 위성 신호를 정확하게 수신할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 위성 추적 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 따르면, 부반사판의 형상을 평면형 또는 오목형 또는 블록형 또는 V자형으로 구성할 수 있게 하여 보다 정확하게 위성 신호를 수신하는 다양한 실시예를 구현할 수 있고, 상기 시스템의 일단에 유전체 렌즈를 구성하여 위성으로부터 수신하는 위성 신호 빔의 형상을 샤프하게 포커싱하여 보다 효율적인 위성 신호 수신을 가능하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (14)

1. 위성 추적 안테나 시스템에 있어서,

   목표 위성 방향으로 지향하여 소정의 위성 신호를 수신하기 위한 반사판;

   상기 반사판의 중심축에 대하여 하나 이상의 특정 위치로 틸팅(Tilting)되고, 상기 위성에서 송출되어 상기 반사판에서 반사된 상기 위성 신호를 소정의 인입 도파관으로 포커싱하는 부반사판 - 상기 부반사판은 절대 위치 측정바를 포함함 -;

   상기 부반사판을 고속으로 회전시키고, 상기 부반사판의 회전에 따라 상기 절대 위치 측정바가 회전하면서 통과하는 경우 인터럽트 신호를 발생시키는 검출수단을 포함하는 부반사판 회전부 -;

   상기 부반사판의 n번째 회전에 대한 주기 T(n)에 대하여 n+1번째 회전에 있어서, 상기 절대 위치 측정바가 상기 검출수단을 통과하여 상기 인터럽트 신호가 발생한 이후, 상기 부반사판이 틸팅되는 하나 이상의 위치 중 하나인 제1 특정 위치로 상기 부반사판이 틸팅되어 상기 위성 신호를 샘플링하기까지의 시간인 주기 T₁(n+1)을 T₁(n+1)=θ_offset/360°*T(n)의 식을 통해 측정하고, 상기 θ_offset은 상기 포토 센서와 상기 제1 특정 위치와의 각도 정보임 -, 상기 주기 T(n)에 대하여 상기 n+1번째 회전에 있어서, 상기 부반사판이 상기 제1 특정 위치로부터 제2 특정 위치 내지 제k 특정 위치로 각각 틸팅되어 상기 위성 신호를 상기 각 위치에서 샘플링하기까지의 시간인 주기 T₂(n+1)를 T₂(n+1)=T(n)/k 의 식을 통해 측정하여 상기 위성 신호의 샘플링 주기를 보정하는 주기제어모듈;

   상기 특정 위치에 대해 샘플링된 상기 위성 신호의 세기에 따라 상기 반사판의 위치를 제어하기 위한 반사판 위치/속도 제어부; 및

   상기 반사판 위치/속도 제어부의 제어에 따라 상기 반사판을 방위각 또는 앙각 방향으로 각각 구동하기 위한 반사판 구동수단

   을 포함하고,

   상기 부반사판은 상기 샘플링 주기에 따라 상기 특정 위치로 틸팅(tilting) 하면서 상기 위성 신호를 포커싱하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 절대 위치 측정바가 통과할 때마다 인터럽트 신호를 발생시키는 검출수단은 포토센서, 마그네틱 센서, 절대위치엔코더, 레졸버 중 하나인 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 부반사판은 상기 반사판의 중심축에 대해 소정의 기울기를 갖도록 틸팅되는 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 부반사판은 상기 부반사판의 중심축과 상기 반사판의 중심축이 서로 어긋나도록 틸팅되는 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 특정 위치는 상, 하, 좌, 또는 우의 방향인 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   상기 위성 추적 안테나 시스템은 상기 위성으로부터 수신된 데이터 신호를 분석하여 현재 지향하고 있는 위성이 목표 위성인지를 판별하는 위성 정보 분석부

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 부반사판은 평면형 또는 오목형 또는 블록형 또는 V자형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
10. 제1항에 있어서,

    상기 위성 추적 안테나 시스템은 상기 위성으로부터 수신한 위성신호 빔의 형상을 샤프하게 할 수 있도록 일단에 유전체 렌즈를 구성할 수 있는 것을 특징으로 하는 위성 추적 안테나 시스템.
11. 위성 추적 안테나를 이용한 목표 위성 추적 방법에 있어서,

    목표 위성을 찾는 목표 위성 검색 단계;

    목표 위성이 검색된 경우 부반사판을 고속으로 회전시키도록 제어하는 단계 - 상기 부반사판은 절대 위치 측정바를 포함하고, 상기 부반사판은 상기 부반사판 회전에 따라 상기 절대 위치 측정바가 통과하는 경우 인터럽트 신호를 발생시키는 검출수단을 포함하는 부반사판 회전부에 의해 회전됨 -;

    상기 부반사판이 하나 이상의 특정 위치로 틸팅되도록 제어하는 단계;

    상기 부반사판이 상기 각 특정 위치에 위치하는 경우, 위성 신호를 샘플링하는 단계;

    상기 각 특정 위치에서 샘플링된 상기 위성 신호의 세기를 각각 비교하여, 상기 위성 추적 안테나를 상기 특정 위치 중 어느 하나의 위치로 이동시키기 위한 위치보정신호를 생성하는 단계;

    상기 위치보정신호에 따라 상기 위성 추적 안테나를 이동시키는 단계;

    상기 부반사판의 회전 주기 변화를 검출하는 단계; 및

    상기 부반사판의 회전 주기가 변화한 경우, 상기 부반사판의 n번째 회전에 대한 주기 T(n)에 대하여 n+1번째 회전에 있어서, 상기 절대 위치 측정바가 상기 검출수단을 통과하여 상기 인터럽트 신호가 발생한 이후, 상기 부반사판이 틸팅되는 하나 이상의 위치 중 하나인 제1 특정 위치로 상기 부반사판이 틸팅되어 상기 위성 신호를 샘플링하기까지의 시간인 주기 T₁(n+1)을 T₁(n+1)=θ_offset/360°*T(n)의 식을 통해 측정하고, 상기 θ_offset은 상기 포토 센서와 상기 제1 특정 위치와의 각도 정보임 -, 상기 주기 T(n)에 대하여 상기 n+1번째 회전에 있어서, 상기 부반사판이 상기 제1 특정 위치로부터 제2 특정 위치 내지 제k 특정 위치로 각각 틸팅되어 상기 위성 신호를 상기 각 위치에서 샘플링하기까지의 시간인 주기 T₂(n+1)를 T₂(n+1)=T(n)/k 의 식을 통해 측정하여 상기 위성 신호의 샘플링 주기를 보정하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제11항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.

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