KR100837216B1 - 위성 자세 획득 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상처리를 통하여 위성의 자세를 획득하도록 한 위성 자세 획득 방법 및 장치에 관한 것으로, 지구의 영상을 포커싱한 후 픽셀화하여 구역별 수치적 영상 처리를 수행하며, 영상 처리된 데이터를 통해 지구의 위치 이동 및 움직임을 파악하여 2차원적 지구 이동 데이터를 구하며, 2차원적 지구 이동 데이터를 통해 위성의 각도 변환을 계산하도록 함으로써, 추가적인 지구센서를 구성하지 않아도 위성 자세를 계측할 수 있어 위성의 무게를 감소시키며, 지구의 궤도와 고도에 상관없이 정밀한 위성의 자세를 획득할 수 있다.
위성 자세, 자세 센서, 영상처리

Description

위성 자세 획득 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR SENSING SATELLITE ATTITUDE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성 자세 획득 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위성 자세 획득 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2에 있어 지구 경계 영역을 획득하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 있어 지구 경계면 영상 정보의 초기화를 수행한 후의 이미지를 표현한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 영상 정보 처리 기법의 상이성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지구 원호 경계면으로 자세를 획득하는 상황에 대해 설명한 도면이다.
본 발명은 위성 자세 획득 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 영상처리를 통하여 위성의 자세를 획득하도록 한 위성 자세 획득 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 인공위성에 사용되는 적외선 센서(Sensor)들은, 인공위성에서 지구를 활시위 모양으로 스캐닝(Scanning)하거나, 혹은 원추 형태를 스캐닝하여 지구와 먼 우주 간의 경계면(즉, 지구의 경계면)이 어디인지를 파악하고, 현재 위성의 자세가 얼마나 변경되었는지를 가늠하도록 한다.
그러나 이러한 기술은, 과도한 적외선 스캔 영역의 오프셋(Offset)이 발생하면 전혀 작동하지 않거나 부정확한 정보를 주게 된다. 또한, 적위선 센서의 설계 시에 제시된 범위에서만 제대로 작동할 수 있으므로, 적외선 스캔 영역의 밖으로 범위가 벗어나면 전혀 위성의 자세를 알 수 없다.
그리고 종래의 기술은 적외선 센서 장비를 추가적으로 '지구센서'라는 이름으로 인공위성에 장착하여 인공위성의 무게를 가중시켰다. 또한, 적외선 스캔 구조가 정교하면 정교할수록 지구센서의 스캔 기능은 더욱 복잡해지고, 이에 인공위성이 무거워지는 결과를 초래하게 된다.
그리고 종래의 지구센서는, 적외선을 이용하여 식(Eclipse) 현상이 발생할 때에 장애를 입을 뿐 아니라, 지구의 정해진 궤도 혹은 고도에서만 사용될 수밖에 없고 적외선 탑재체를 장착해야만 하는 단점을 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 영상처리를 통하여 위성의 자세를 획득하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 광학 영상(Visual Image)의 수치적 처리(Numerical Processing)를 수행하여 위성의 자세를 획득하도록 하는데 그 목적이 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 위성의 광학 탑재체를 통해 지구의 영상을 처리하여 지구와 위성의 자세를 계산하는 방법 및 장치를 구현한다. 이때, 본 발명은 영상이미지를 이용한 자세 센서를 구축함으로써, 지구의 정해진 고도와 궤도가 아니더라도 수치적 알고리즘의 변환을 통해 사용 가능하며, 또한 타 광학 탑재체의 영상과 혼용해서 사용할 수 있어 탑재체의 중량을 감소시킬 수 있다.
그리고 본 발명에 따르면, 기존의 지구센서를 대체 혹은 백업으로 사용할 수 있으며, 영상 필터 처리에 의해 정밀한 지구 자세를 센싱(Sensing)함으로써 지구의 정해진 고도와 궤도의 영향을 최소화시켜 준다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 위성의 자세를 획득하는 방법에 있어서, 지구의 영상을 포커싱한 후 픽셀화하여 구역별 수치적 영상 처리를 수행하는 단계, 상기 영상 처리된 데이터를 통해 지구의 위치 이동 및 움직임을 파악하여 2차원적 지구 이동 데이터를 구하는 단계, 그리고 상기 2차원적 지구 이동 데이터를 통해 위성의 각도 변환을 계산하는 단계를 포함하는 위성 자세 획득 방법을 제공한다. 여기서, 상기 구역별 수치적 영상 처리를 수행하는 단계는, 지구의 형상을 이미지화시켜 각 영상 픽셀의 초기화를 수행하는 단계, 그리고 각 영상을 픽셀화하여 구역별 수치적 영상 처리를 수행하는 단계를 포함한다.
그리고 이러한 위성 자세 획득 방법은, 상기 픽셀화된 영상을 필터링하여 식 현상을 제거하는 단계를 더 포함한다. 또한, 이러한 위성 자세 획득 방법은, 상기 위성의 각도 변환에 따른 영상을 획득한 후에, 다음번의 계산을 위해 영상 정보의 초기화를 수행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 위성의 자세를 획득하는 방법에 있어서, 광학 카메라를 사용하여 지구의 이미지 영상을 촬영하는 단계, 위성의 궤도와 태양, 지구의 관계를 통해 식 현상이 발생하는지를 판단하는 단계, 상기 식 현상이 발생하지 않는 경우에, 상기 이미지 영상을 초기화하여 상기 이미지 영상의 영역을 할당하는 단계, 상기 할당된 영역 중에서 색의 변화가 생성되는 지점을 파악하여 지구 경계 영역을 획득하는 단계, 상기 획득된 지구 경계 영역의 변화량을 계산하는 단계, 상기 계산된 변화량의 수치들의 이상 유무를 판단하는 단계, 그리고 상기 계산된 변화량의 수치들의 이상이 없는 경우에, 상기 계산된 변화량을 위성의 자세각 변화로 환산하는 단계를 포함하는 위성 자세 획득 방법을 제공한다.
여기서, 상기 위성의 자세각 변화로 환산하는 단계는, 지구와 우주공간 사이의 시각적 이미지 차이를 이용하여 지구의 경계면을 획득하여 지구의 원호를 파악하는 단계, 상기 파악된 원호의 중심점을 찾아 위성의 LOS(Line of Sight)와 지구 중심이 이루는 벡터의 차이를 이용해 지구와 상대적으로 기울어진 위성의 자세를 계산하는 단계, 그리고 시간 영역의 차분을 통해 상기 위성의 자세각의 변화율을 측정하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 지구의 원호를 파악하는 단계는, 지구의 궤도가 지구 원형이 아닌 경우, 태양광에 반사된 반원만을 스캔하며, 지구의 궤도가 태양 반대편인 경우, 광학 이미지의 역광 모드로 변환하여 역광 이미지를 사용하여 지구의 원호를 계측한다.
그리고 이러한 위성 자세 획득 방법은, 상기 식 현상이 발생하는 경우에, 지구 경계면에서 비치는 강한 태양광을 필터링하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 위성의 자세를 획득하는 시스템에 있어서, 지구의 영상이미지를 촬영하고, 촬영한 이미지의 각 픽셀을 초기화하는 영상 촬영부, 영상 촬영부에서 픽셀화된 이미지를 필터링하는 영상 처리부, 그리고 상기 영상 처리부에서 필터링된 픽셀이미지를 통해 지구 경계면에 해당하는 픽셀을 찾아 위성의 자세 값으로 전환하는 자세 신호 생성부를 포함하는 위성 자세 획득 시스템을 제공한다.
그리고 상기 영상 처리부는, 지구 원호에 영향을 받지 않도록 여타 광학 근원을 제거한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 위성 자세 획득 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 영상 처리를 통한 위성 자세 획득 장치의 내부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학 영상 처리를 통한 위성 자세 획득 장치는, 영상 촬영부(110), 영상 처리부(120), 자세 신호 생성부(130)를 포함한다. 여기서, 도 1은 영상을 감지하고 감지한 영상의 정보 처리를 통해 위성의 자세를 계측하는 위성 자세 획득 장치를 도식화하고 있다. 즉, 영상 촬영부(110)에서 받은 영상 정보를 영상 처리부(120)의 영상신호 계산 동작을 거쳐 자세 신호 생성부(130)에서 위성의 자세에 따른 신호로 생성하는 것에 대해서 도 1에 나타내고 있다.
영상 촬영부(110)는 지구의 영상이미지를 광학 카메라로 촬영하고, 촬영한 이미지의 각 픽셀(Pixel)을 초기화시키고, 해당 초기화에 의해 픽셀화된 이미지를 영상 처리부(120)에 인가한다.
영상 처리부(120)는 식 현상과 같은 여타 광학 근원을 지구 원호에 영향을 받지 않도록 제거하는 역할을 담당한다. 이때, 영상 처리부(120)는 영상 촬영 부(110)를 통해 수신된 영상 정보의 필터링(Filtering)을 통해 식(Eclipse) 현상을 제거한다. 즉, 영상 처리부(120)는 영상 촬영부(110)로부터 인가되는 픽셀화된 이미지를 필터링하고, 필터링된 픽셀이미지를 자세 신호 생성부(130)에 인가한다.
자세 신호 생성부(130)는 영상 처리부(120)로부터 인가되는 필터링된 픽셀이미지를 통해 지구 경계면에 해당하는 픽셀을 찾아 위성의 자세 값으로 전환한다. 이때, 자세 신호 생성부(130)는 영상 처리부(120)로부터 인가되는 픽셀의 영상 신호 디퍼런스를 결정하여 지구 경계면을 추출한다. 또한 자세 신호 생성부(130)는 지구 경계면에 해당하는 픽셀을 하기에 언급되어 있는 수학식 1과 2에 의해 위성의 자세 값으로 전환한다.
그리고 자세 신호 생성부(130)는 영상 정보의 변환을 통해 위성의 자세각 및 자세 변화를 계측함으로써, 지구의 궤도와 고도에 상관없이 촬영된 이미지만으로 위성의 자세를 획득할 수 있다. 이때, 지구의 자세 변화는 하기에 언급되어 있는 수학식 1과 2에 의해 계측될 수 있다.
다르게는, 자세 신호 생성부(130)는 지구의 태양 반대면에서도 역광(Contrast)을 이용해 디지털 처리하여 동일한 지구 원호를 찾아낼 수 있으며, 또한 지구의 수평선 혹은 일부 원호를 통해 감지된 지구의 이동뿐만 아니라, 아울러 동일한 자세각 및 자세 변화를 계측할 수도 있다.
또한 다르게는, 자세 신호 생성부(130)는 지구의 광학 이미지를 지구 전체 경계값뿐 아니라, 원호를 통해서도 자세를 결정할 수 있도록 지구 궤도의 구역을 나누어서 처리한다.
상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 광학 영상 처리를 통한 위성 자세 획득 장치는, 종래기술의 지구센서의 적외선 스캔 방식을 벗어나, 영상 정보(즉, 가시광 영역에서의 광학적 픽셀 정보)를 통해 위성의 자세를 획득하는 자세 센서로써의 역할을 수행한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 광학 영상 처리를 통한 위성 자세 획득 장치는, 타 광학 탑재체에서도 유사 다목적 기능을 구현시키는 고 신뢰성 시스템으로 활용할 수 있으며, 타 광학 탑재체의 추가 기능으로서 사용함으로써 위성의 무게를 감소할 수 있으며, 보다 정확한 필터링과 랭깅(Ranging)을 통해 정밀한 자세를 획득할 수 있으며, 또한 지구의 궤도와 고도에 상관없이 지구와 위성의 자세 관계를 수치적으로 계산해 줄 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 실시예에 따른 광학 영상 처리를 통한 위성 자세 획득 장치는, 기존의 적외선 지구센서를 대체할 수 있는 광학 센서를 탑재한 위성의 자세 제어센서로 활용된다. 본 발명의 실시예는 기존의 적외선 탑재체를 대신하여 광학 탑재체를 이용함으로써, 광학 탑재체의 촬영 영상 정보의 처리를 통해 적외선 센서가 수행하는 지구 적외선 스캔 방식을 영상 이미지화시키고, 이 정보(즉, 영상 정보)를 수치적으로 처리하여 위성의 자세를 계측한다. 이때, 적외선 장비를 사용하면 위성의 제작 시에 계측 영역이 미리 정해지지만, 본 발명의 실시예는 영상 정보를 처리함으로써, 저궤도, 중궤도, 정지궤도와 같이 서로 다른 고도의 범위를 갖는 가시거리에서도 알고리즘의 간단한 변경으로 동일하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 해양이미지 및 기상이미지의 촬영을 위한 광학 탑재체 이미지를 중복 사용할 수 있도록 함으로써, 추가적인 지구센서를 구성하지 않아도 위성 자세를 계측할 수 있으며, 높은 중복(Redundancy)의 설계를 이룰 수 있다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 따른 위성 자세 획득 방법에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학 이미지를 이용한 지구 센서는, 지구의 영상을 포커싱한 후에 포커싱한 영상을 픽셀화하여 구역별 수치적 영상 처리를 수행한다.
이때, 영상 촬영부(110)는 지구의 형상을 이미지화시켜 각 영상 픽셀의 초기화를 수행하여 지구의 영상을 픽셀화하고, 영상 처리부(120)는 픽셀화된 영상에 대해서 각 영상 픽셀 구역별로 수치적 영상 처리를 수행한다. 또한, 영상 처리부(120)는 영상 촬영부(110)에서 픽셀화된 영상을 필터링하여 식 현상을 제거한다.
이에, 자세 신호 생성부(130)는 영상 처리부(120)에서 구역별 수치적 영상 처리된 데이터를 통해 지구의 위치 이동 및 움직임을 파악하여 2차원적 지구 이동 데이터를 구하고, 해당 2차원적 지구 이동 데이터를 통해 위성의 각도 변환을 계산한다. 마지막으로, 위성의 각도 변환(즉, 위성의 자세각 및 각속도의 변화)에 따른 영상을 획득하도록 한 후에 다음번의 계산을 위해서 영상 정보의 초기화를 수행하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지구 영상의 정보처리를 통해 위성의 자세를 획득하기까지의 과정을 도시한 순서도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 영상 촬영부(110)는 지구 영상을 촬영한다. 이때, 영상 촬영부(110)는 광학 카메라를 사용하여 지구의 이미지 영상을 얻어내는 작용 을 수행한다(S201).
이에, 영상 처리부(120)는 현재 위성의 궤도와 태양, 지구의 관계를 통해 식 현상이 발생하는지의 유무를 판단한다(S202). 이때, 상술한 단계 S202에서 식 현상이 발생되는 경우에, 영상 처리부(120)는 지구 경계면에서 비치는 강한 태양광을 필터링하여 자세 신호 생성부(130)에 전달하는 역할을 수행한다(S203). 반면에, 상술한 단계 S202에서 식 현상이 발생되지 않는 경우에, 영상 처리부(120)는 영상 촬영부(110)에서 얻은 이미지 영상을 자세 신호 생성부(130)에 전달한다.
이에 따라, 자세 신호 생성부(130)는 영상 처리부(120)를 통해 인가되는 촬영 이미지 영상을 초기화하여 촬영 이미지 영상의 영역을 할당하며(S204), 해당 할당된 영역 중에서 지구와 우주공간 사이의 색의 급격한 변화(즉, 기 설정된 기준치보다 큰 변화)가 생성되는 지점의 위치를 파악하여 지구 경계 영역을 획득한다(S205).
그런 후에, 자세 신호 생성부(130)는 상술한 단계 S205에서 획득한 지구 경계 영역의 변화량을 계산한다(S206). 이때, 자세 신호 생성부(130)는 상술한 단계 S205의 동작까지 획득된 지국 경계 영역(즉, 지구 경계면의 위치)을 저장하였다가, 지구 경계면의 수치가 업데이트(Up-date)되는 수치를 파악한다.
그리고 자세 신호 생성부(130)는 상술한 단계 S206에서 계산된 변화량의 수치들의 이상 유무를 판단한다(S207). 이때, 상술한 단계 S207에서 변화량의 수치들의 이상이 있는 경우에, 예를 들어 기 설정된 기준 변화량보다 너무 급격한 변화가 생기거나 지구의 원호 모양이 아닌 경우에, 다음 단계로 진행하지 않고, 상술한 단 계 S201로 복귀하여 상술한 동작을 재 수행함으로써 영상 수치의 재 시도를 판단하도록 한다.
반면에, 상술한 단계 S207에서 변화량의 수치들의 이상이 없는 경우에, 자세 신호 생성부(130)는 상술한 단계 S206에서 계산된 변화량을 자세 신호로 변환시켜 준다(S208). 즉, 자세 신호 생성부(130)는 상술한 단계 S206에서 계산된 영상 픽셀의 정보를 위성의 자세각 변화로 환산한다.
이에, 자세 신호 생성부(130)는 상술한 단계 S208에서 환산된 위성의 자세각 변화에 따른 영상을 획득하도록 한 후에 다음번의 계산을 위해서 이미지 정보를 초기화해 준다(S209).
한편, 상술한 단계 S205에서 지구 경계 영역을 획득하는 동작은, 지구의 형상을 획득하는 것으로, 지구와 우주공간 사이의 시각적 이미지 차이를 이용하여 지구의 경계면을 획득하여 지구의 원호를 파악한다. 이때, 지구 원호의 경계면이 태양 및 달의 식(Eclipse) 현상이 일어나면 영상 처리부(120)의 영상 필터를 이용하여 필터링해 준다.
그리고 지구의 일부 원호가 파악되면, 자세 신호 생성부(130)는 지구(즉, 원호)의 중심점을 찾아서 현재 위성의 LOS(Line of Sight)와 지구 중심이 이루는 벡터의 차이를 이용해 지구와 상대적으로 기울어진 위성의 자세를 계산하도록 한다. 이에, 자세 신호 생성부(130)는 시간 영역의 차분을 통해 자세각의 변화율(즉, 각속도 및 각가속도)을 측정하여 위성의 자세 제어 모듈(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)로 넘겨주게 된다.
이와 같은 지구의 형상을 획득하고 그 차이를 구하는 원리는 도 3에서 설명하고 있다. 여기서, 도 3은 상술한 단계 S205에서 지구 경계 영역을 획득하는 동작을 도식화한 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 자세 변화에 따라 취득된 영상정보가 어떻게 변하며, 어떻게 지구 경계면 영상 정보의 변화가 표시되는지를 나타내고 있다. 즉, 영상의 구역을 나누고, 그 구역 안에서 지구와 우주공간의 색 변화가 감지되면 그 영역을 저장하고, 픽셀들(302)과 같이 위성이 변화하면 해당 변화된 영상 픽셀의 값을 저장하여 연속적으로 차분함으로써, 자세각의 변화율(즉, 각속도 및 각가속도)을 측정하게 된다.
여기서, 픽셀들(301, 302)은 지구가 영상 이미지의 디지털화를 구현한 후에 보여주는 지구의 경계면을 전 원호에 따라 보여주고 있다. '301'의 픽셀들은 위성의 움직임이 일어나는 경우에 '302'의 픽셀들과 같은 위치로 이동하게 된다. 따라서 '301'의 픽셀들과 '302'의 픽셀들에서 구한 지구 경계면들의 수치 값의 차이를 구하여 위성의 자세 변화를 계산하게 된다.
지구와 우주공간 사이의 경계면의 픽셀 정보를 통해 얻어진 좌표정보의 차이가 위성의 자세 변화에 대한 중요한 지표가 된다. 아래의 수학식 1을 참조하여 도 3에 대한 수식적 관계를 살펴보면 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007035277128-pat00001
수학식 1은 도 3에서의 지구와 우주공간의 경계면(즉, 빗금으로 표현한 부분)만 위치의 합산과 평균을 구한 식이다. 여기서, 아래첨자 '1'은 위성 자세가 바뀌기 전의 값이고, 아래첨자 '2'는 위성 자세가 바뀐 후의 값으로서, 좌표상의 x축과 y축의 위치 이동을 표현하였다.
결론적으로 이 픽셀(301, 302)의 위치 이동량은, 아래의 수학식 2를 통해 위성의 자세 값으로 변환될 수 있다. 여기서, 'Kp'와 'KR'은 픽셀 이동에 따른 자세 변화 상수로써, 위성의 고도와 영상 이미지의 줌인(Zoom-in), 줌아웃(Zoom-out)의 영상 비율에 따른 함수로 사용된다.
Figure 112007035277128-pat00002
그리고 상술한 단계 S209에서 지구 경계면 영상 정보의 초기화를 수행한 후의 이미지를 표현하면 도 4에 도시한 바와 같다. 도 4는 지구 영상 위치 변화를 모두 계산한 후에 다시 영상 영역을 초기화했을 때의 이미지(401, 402)를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 위성의 자세 변화로 위치 이동된 지구를 다음 단계의 계산을 위해 초기화 처리를 수행한다.
다른 한편, 지구의 궤도에 따른 영상 정보 처리 기법의 상이성을 설명하면 도 5에 도시한 바와 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 위성이 지구의 궤도를 움직이면서 촬영하게 되는 지구의 영상은 각각 다른 형태이다. 마치 달이 초승달에서 보름달로 변화하는 것과 같이 모두 다른 형태이나, 지구의 원호만큼은 변하지 않는다는 것이 중점 사항이다.
따라서 제1 영역(501)에서는 지구를 원으로 간주하여 지구의 전 경계면을 스캔하고, 제2 영역(502)과 제4 영역(504)에서는 반원만을 스캔한다. 또한, 제3 영역(503)에서는 역광 이미지(Contrast Image)를 사용하여 지구 원호를 계측한다.
다시 말해서, 위에 언급된 광학 이미지에 의한 지구의 위치이동, 상대적으로 위성의 자세 변화는 오직 지구를 태양과 일직선상의 위치에서만 적용된다. 따라서 정확한 지구 원형이 아닌 경우, 즉 제2 영역(502)과 제4 영역(504)인 경우에, 도 5에 도시된 바와 같이 태양광에 반사된 원호(즉, 반원)만을 측정하여도 상술한 수학식 1과 2를 적용할 수 있다. 이것뿐만 아니라, 제3 영역(503)과 같은 태양 반대편 영역에서는, 마치 일식 현상과 같은 지구의 그림자와 반지고리와 같은 태양의 빛나는 영역이 관측된다. 이때, 광학 이미지의 역광 모드(Contrast Mode)로 변환하여 지구의 원호를 동일한 방법으로 결정하여 위성의 자세를 파악한다.
그리고 도 6은 지구 원호 경계면만으로도 자세를 획득할 수 있는 상황에 대해 설명해 놓은 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 위성의 자세가 크게 변하여 지구의 원호(602)를 제대로 촬영하지 못하더라도 작은 원호(601)만 계측하는 것으로, 도 2와 같은 본 발명의 실시예에 따른 위성 자세 획득 방법을 그대로 사용할 수 있음을 잘 알 수 가 있다.
이상, 본 발명의 실시예는 영상 정보의 처리를 통한 위성의 자세를 계측하며, 또한 영상 정보의 변환을 통해 위성의 자세각 및 자세 변화를 계측하는 방법 및 시스템에 대해 설명하였다. 이와 달리 본 발명의 실시예는 타 광학 탑재체에서도 유사 다목적 기능을 구현시키는 고 신뢰성 시스템으로 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 위성 자세 획득 장치는, 수신된 영상 정보의 필터링을 통해 식(Eclipse) 현상을 제거하며, 지구의 수평선 혹은 일부 원호를 통해 감지된 지구의 이동 아울러 동일한 자세각 및 자세 변화를 계측할 수 있다. 또한, 또한, 본 발명의 실시예에 따른 위성 자세 획득 장치는, 지구의 태양 반대면에서도 역광을 이용해 디지털 처리하여 동일한 지구 원호를 찾아낼 수 있으며, 픽셀의 영상 신호 디퍼런스(지구 경계면의 추출을 위한)를 결정하며, 지구의 광학 이미지를 지구 전체 경계값뿐 아니라 원호를 통해서도 자세를 결정할 수 있도록 궤도의 구역을 나누어서 처리하며, 지구의 궤도와 고도에 상관없이 촬영된 이미지만으로 위성의 자세를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 기존 적외선 지구 센서를 대체할 수 있는 광학 센서를 탑재한 위성의 자세 제어 센서를 타 광학 탑재체의 추가 기능으로 활용함으로써, 추가적인 지구센서를 구성하지 않아도 위성 자세를 계측할 수 있어 위성의 무게를 감소시키며, 지구의 궤도와 고도에 상관없이 정밀한 위성의 자세를 획득할 수 있다.

Claims (13)

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  5. 위성의 자세를 획득하는 방법에 있어서,
    광학 카메라를 사용하여 지구의 이미지 영상을 촬영하는 단계,
    위성의 궤도와 태양, 지구의 관계를 통해 식 현상이 발생하는지를 판단하는 단계,
    상기 식 현상이 발생하지 않는 경우에, 상기 이미지 영상을 초기화하여 상기 이미지 영상의 영역을 할당하는 단계,
    상기 할당된 영역 중에서 색의 변화가 생성되는 지점을 파악하여 지구 경계 영역을 획득하는 단계,
    상기 획득된 지구 경계 영역의 변화량을 계산하는 단계,
    상기 계산된 변화량의 수치들의 이상 유무를 판단하는 단계, 그리고
    상기 계산된 변화량의 수치들의 이상이 없는 경우에, 상기 계산된 변화량을 위성의 자세각 변화로 환산하는 단계
    를 포함하는 위성 자세 획득 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 식 현상이 발생하는 경우에, 지구 경계면에서 비치는 강한 태양광을 필터링하는 단계를 더 포함하는 위성 자세 획득 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 변화량을 계산하는 단계는, 상기 획득된 지구 경계 영역을 저장하였다가, 상기 획득된 지구 경계 영역의 수치가 업데이트되는 수치를 파악하는 위성 자세 획득 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 계산된 변화량의 수치들의 이상이 있는 경우에, 상기 지구의 이미지 영상을 촬영하는 단계부터 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 위성 자세 획득 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 위성의 자세각 변화로 환산하는 단계는,
    지구와 우주공간 사이의 시각적 이미지 차이를 이용하여 지구의 경계면을 획득하여 지구의 원호를 파악하는 단계,
    상기 파악된 원호의 중심점을 찾아 위성의 LOS(Line of Sight)와 지구 중심이 이루는 벡터의 차이를 이용해 지구와 상대적으로 기울어진 위성의 자세를 계산하는 단계, 그리고
    시간 영역의 차분을 통해 상기 위성의 자세각의 변화율을 측정하는 단계
    를 포함하는 위성 자세 획득 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지구의 원호를 파악하는 단계는, 지구의 궤도가 지구 원형이 아닌 경우, 태양광에 반사된 반원만을 스캔하는 위성 자세 획득 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 지구의 원호를 파악하는 단계는, 지구의 궤도가 태양 반대편인 경우, 광학 이미지의 역광 모드로 변환하여 역광 이미지를 사용하여 지구의 원호를 계측하는 위성 자세 획득 방법.
  12. 위성의 자세를 획득하는 시스템에 있어서,
    지구의 영상이미지를 촬영하고, 촬영한 이미지의 각 픽셀을 초기화하는 영상 촬영부,
    영상 촬영부에서 픽셀화된 이미지를 필터링하는 영상 처리부, 그리고
    상기 영상 처리부에서 필터링된 픽셀이미지를 통해 지구 경계면에 해당하는 픽셀을 찾아 위성의 자세 값으로 전환하는 자세 신호 생성부
    를 포함하는 위성 자세 획득 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 영상 처리부는, 지구 원호에 영향을 받지 않도록 여타 광학 근원을 제거하는 위성 자세 획득 시스템.
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