KR101009419B1 - 단일 지상국에서 위성 궤도 결정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 지상국에서 위성 궤도 결정 방법을 개시한다.

본 발명은 후처리로 궤도결정을 수행한 후, 업데이트된 궤도 정보를 가지고 특정 외부사이트를 선택하고, 이를 기초로 생성 데이터를 만들어서 다시 두 곳의 지상국에 대해서 방위각 바이어스를 추정하거나, 또 다른 접근 방법으로서, 방위각 바이어스를 포함하는 실시간 궤도결정을 수행한 위성의 궤도 값과 후처리에 의해 예측된 궤도 값에서 속도방향에서의 차이 값을 구하고, 다시 각도 오차로 환산함으로써 방위각 바이어스를 계산한다.

Description

단일 지상국에서 위성 궤도 결정 방법{Satellite orbit determination method in single station}

본 발명은 정지궤도 위성의 궤도결정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단일 지상국의 관측 데이터를 이용하여 정지궤도 위성의 궤도결정 및 궤도결정 시의 관측데이터 바이어스를 추정 또는 계산하여 정밀한 위성의 궤도를 결정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 전파방송산업진흥개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[관리번호: 2005-S-301-03, 과제명: 통신해양기상위성 위성통신시스템 기술개발].

단일 관측소를 이용하게 되면 관측 데이터의 바이어스를 궤도결정 하는 동안 추정하게 되는데 통신해양기상위성과 같이 위성과 관측소의 거리가 가까워 방위각 바이어스 추정이 어려운 경우가 있다. 이때는 외부 사이트를 이용하여 두 개의 관측소 ranging 데이터로 궤도결정을 하게 되면 정확한 궤도결정이 가능하다.

대부분의 정지궤도 위성에 대한 최근 궤도결정을 위한 관측 데이터는 두 개 이상의 관측소 ranging 데이터를 바탕으로 이루어진다. 그러나 우리나라와 같이 두 개의 관측소를 설치하기에 적합하지 않은 조건을 가진 경우에는 외부 사이트를 이용하게 되는데, 이때 외부 사이트를 이용하게 되면 엄청난 비용 문제가 발생하게 된다. 또 단일 관측소 데이터만 이용하는 경우에는, 단일 관측소의 방위각 바이어스를 추정하기 위해서 외부 사이트 데이터를 이용하여 필요 시마다 calibration 해주어야 정확한 바이어스 값을 계산할 수 있다. 하지만 이 또한 외부 사이트의 운용 스케쥴에 의존하거나 비용 문제가 발생한다.

그 외 관측소의 바이어스를 추정하기 위해 저궤도 위성의 경우에는 GPS 위성을 여러 개 사용하고, 관측 기준국을 여러 곳 두어 각각의 오차를 없애고 시각을 동기화시켜 정밀한 관측 데이터를 사용하여 궤도와 위치에 대한 결정을 한다.

즉, 통신해양기상위성과 같이 지상 관측소와 위성의 위치가 가까이에 있어 기하학적인 특이점(singularity)을 가지는 경우, 방위각(Azimuth) 바이어스의 추정이 어렵다. 따라서 단일 관측소의 관측 데이터만 이용한 경우에는 방위각 바이어스만큼의 궤도 오차를 가질 수밖에 없다. 대부분의 경우는 외부의 관측 사이트를 사용하여 정지궤도의 위치를 결정하지만, 이는 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

또한 통신해양기상위성과 같이 단일 관측소와 위성의 경도 차이가 작아 특이점을 가지는 경우에는 외부 사이트의 데이터를 이용하여 방위각 바이어스를 정확하게 추정하여 업데이트 해야 한다. 그러나 이 또한 외부 사이트의 위성 운영 스케쥴에 따라 그 이용이 쉽지가 않다.

지역이 좁은 나라이거나 비용 문제를 고려할 때 정지궤도위성의 경우, 단일 관측소만을 사용하여 위성의 운용궤도를 결정할 수 있다. 한반도 내의 두 개의 관 측소를 세우는 것은 기선길이가 짧아 효과적인 궤도결정 결과를 가져오지 못하므로 외국 사이트를 운용해야 한다. 또 통신해양기상위성은 동경 128.2도에 위치하고 관측 사이트는 127.4도에 위치하므로, 경도 차이가 작아서 기하학적으로 방위각에 있어서 특이점이 발생하게 된다. 따라서 단일 관측소만 사용하게 되면 방위각 쪽으로 바이어스 값을 추정할 수 없고, INRSM을 하기 위해서는 보다 정밀한 궤도가 요구되고, 외국의 관측소를 빌리기에는 비용문제나 외국 관측소의 운용 스케쥴이 문제가 된다.

본 발명은 단일 지상국 관측 데이터를 이용하여 정지궤도 위성의 궤도 결정시, 특히 관측 지상국과 위성의 경도가 가까워 방위각 추정이 어려울 경우, 방위각 관측 데이터의 바이어스 추정 및 계산이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은, 하루에 두 번 있는 휠오프로딩과 일주일에 두 번 수행하는 동서방향 위치유지, 매주 실시하는 남북방향 위치유지와 같은 잦은 매뉴버(maneuver)로 인한 위성 위치의 잦은 변화에도 불구하고, 다른 외부 관측소에 대해 시뮬레이션 데이터를 생성하여 바이어스 값을 정확하게 추정함으로써 단일 지상국을 이용하면서도 정확하게 궤도결정 하는데에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명은 단일 지상국에서 버스트(burst) 데이터를 이용한 궤도결정을 하는데 있어서, 방위각 바이어스 오차를 외부 지상국 도움없이 자체적으로 특이점을 가지는 어떤 기하학적인 상황에서도 정지궤도 위성의 궤도결정을 정밀하게 할 수 있는 방안이다.

먼저 후처리로 궤도결정을 수행한 후, 업데이트된 궤도 정보를 가지고 특정 외부사이트를 선택하고, 이를 기초로 생성 데이터를 만들어서 다시 두 곳의 지상국에 대해서 방위각 바이어스를 추정한다.

또 다른 접근 방법으로서, 방위각 바이어스를 포함하는 실시간 궤도결정을 수행한 위성의 궤도 값과 후처리에 의해 예측된 궤도 값에서 속도방향에서의 차이 값을 구하고, 다시 각도 오차로 환산함으로써 방위각 바이어스를 계산한다.

본 발명의 위성 궤도 결정 방법은, 실시간 자동 수신하여 일정 기간 누적한 단일 지상국의 거리측정 및 각추적에 의해 획득된 지상국 관측 데이터를 기초로 위성 궤도를 예측하는 단계; 상기 예측된 궤도의 궤도 정보 및 기 선택된 외부 관측 사이트의 위치 정보를 기초로 상기 외부 관측 사이트에 대한 시뮬레이션 관측 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 누적된 지상국 관측 데이터와 시뮬레이션 관측 데이터를 이용하여 방위각 바이어스를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 위성 궤도 결정 방법은, 실시간 자동 수신한 단일 지상국의 거리측정 및 각추적에 의해 획득된 지상국 관측 데이터를 기초로 실시간 위성 궤도를 결정하는 단계; 일정 기간 누적된 상기 지상국 관측 데이터를 기초로 위성 궤도를 예측하는 단계; 및 상기 실시간 결정된 궤도와 상기 예측된 궤도의 속도 방향 성분의 위성 위치 오차를 기초로 방위각 바이어스를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 위성 궤도 결정을 위한 비행역학 서브시스템은, 실시간 자동 수신되는 단일 지상국의 거리측정 및 각추적에 의해 획득된 지상국 관측 데이터를 기초로 실시간 위성 궤도를 결정하고, 일정 기간 누적된 상기 지상국 관측 데이터를 기초로 후처리 방식으로 위성 궤도를 결정하고, 상기 지상국 관측 데이터의 방위각 바이어스를 계산하는 운용궤도결정부; 상기 후처리 궤도 결정에 의한 궤도 정보를 기초로 위성 궤도를 예측하는 운용궤도예측부; 및 상기 예측된 궤도의 궤도 정보 및 기 선택된 외부 관측 사이트의 위치 정보를 기초로 상기 외부 관측 사이트에 대한 시뮬레이션 관측 데이터를 생성하는 데이터생성부;를 포함할 수 있다.

본 발명은, 위성의 위치 결정을 실시간으로 수행할 뿐 아니라 후처리로 정지궤도 위성의 운용 궤도 결정 시스템을 만들 수 있다.

본 발명에서는 가상의 외부 사이트를 가정하고 그 사이트의 위치를 입력하여 정밀하게 예측된 위성의 궤도에 해당하는 가상의 외부 사이트의 시뮬레이션 관측 데이터를 생성하고, 이를 이용해서 방위각 바이어스를 추정하기 때문에 외부 사이트의 개입없이 단일 관측소를 이용한 방위각 바이어스를 추정할 수 있고, 그 결과 단일 관측소를 이용하더라도 방위각 오차를 없앤 정밀한 궤도결정 결과를 얻을 수 있다.

또한 실시간 궤도결정이 가능하도록 구현해서 매 시각에 해당하는 궤도와 후처리에서 얻은 정밀한 궤도를 이용하여 예측한 궤도 사이의 오차 값으로 방위각 바이어스를 추정하여 원래의 관측 데이터에 포함된 방위각 바이어스 오차를 보정할 수 있다. 따라서 위성과 관측 데이터 사이의 경도 거리가 작아 발생하는 특이점으로 추정이 불가능한 방위각 바이어스를 추정하여 방위각 오차도 보정하고, 단일 관측소로도 정밀한 궤도결정을 할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 단일 관측소에서 수신받은 거리측정(ranging)과 각추적(angle-tracking; 이하 tracking이라 칭함) 데이터를 이용하여 궤도결정을 수행하는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 매 시각마다 자동으로 주어지는 ranging과 tracking 데이터를 포함하는 burst 데이터를 이용하여 실시간으로 궤도를 결정하고 자동으로 전송받은 데이터는 하루나 이틀치에 대해 모아서 후처리로 궤도결정을 정밀하게 한다. 정밀하게 결정된 궤도는 예측 궤도의 초기값으로 사용되고 예측된 궤도로 외부 사이트의 시뮬레이션 데이터를 만들고 이 시뮬레이션 결과와 TTC로부터 전송받은 데이터로 방위각의 바이어스 값을 추정하여 결정한다. 또 실시간으로 계산되는 궤도 정보와 후처리 궤도결정의 초기값으로 예측된 궤도 값에서 속도 방향의 오차 값으로 방위각 바이어스를 찾아내어 후처리 궤도결정의 정확도를 높일 수 있다.

본 발명은 단일 관측소에서 5-10분 정도의 짧은 기간 동안 ranging과 tracking을 수행하여 이 데이터를 궤도결정을 수행하는 시스템에 자동적으로 전송하고, 이 데이터를 토대로 대략적 궤도의 변화를 빠른 시간 내에 파악할 목적으로 실시간 궤도결정을 수행한다. 실시간 궤도결정 수행 시에는 추정 파라미터에 바이어스 값을 추정하지 않고 미리 결정된 ranging과 tracking 바이어스 값을 적용하여 궤도결정을 수행할 수 있다. 실시간으로 궤도결정을 하기 위해 사용되었던 ranging과 tracking 데이터를 모아 하루나 이틀에 대한 데이터 길이를 만들어 이를 이용하여 ranging과 고도각(elevation angle)에 대한 바이어스 및 기타 추정할 바이어스를 포함하여 정확한 궤도결정을 수행한다. 그러나 통신해양기상위성과 같이 지상 관측소의 거리가 짧아 방위각 추정이 어려운 정지궤도 위성의 경우에는 궤도결정 시에 원래의 방위각 오차 값을 포함하던지, 아니면 미리 추정되거나 계산된 바이어스 값을 관측데이터에 보정하여 사용하면 그 오차를 없앨 수 있다. 본 발명에서는 외부 사이트에 의존해야 하는 한반도 및 지역이 좁은 나라들을 위해 실제 데이터를 이용하지 않고 외부 사이트의 데이터는 시뮬레이션 데이터를 이용하여 방위각 바이어스 값을 추정하고자 한다. 이때 초기값으로 이용되는 궤도요소는 후처리 궤도결정으로 정확하게 추정된 위성의 위치 값을 사용하여 외부 사이트에 대한 시뮬레이션 데이터를 만든다. 이렇게 만들어진 데이터를 이용하여 방위각 바이어스를 추정하고, 이 추정된 값을 이용하여 방위각 관측 값에 바이어스 오차를 없애고 궤도결정을 수행한다.

또 다른 본 발명의 특성은 실시간으로 궤도결정된 위성의 궤도 정 보(ephemeris)를 가지고 후처리 방법에 의해 결정된 궤도로 예측된 궤도 정보를 구한다. 이때 실시간 궤도 정보의 예측된 궤도의 속도 방향 성분 오차를 서로 비교한다. 그러면 실시간 궤도결정된 위성 정보는 방위각 바이어스만큼의 오차 값을 포함하고 있을 것이고 정확하게 예측된 궤도 정보와의 차이에서 방위각 바이어스를 찾을 수 있을 것이다.

이때 실시간 궤도결정 시에는 방위각 바이어스를 보정하지 않고 궤도결정을 수행하고 ranging과 고도각의 바이어스는 정확하게 안다는 가정 아래에 이루어져야 한다. 실제로 ranging은 단일 관측소로 반복되는 calibration에 의해 ranging의 바이어스를 찾는 방법이 용이하고, 고도각의 바이어스는 그 관측데이터에 관한 민감도(sensitivity) 항이 다른 성분에 독립적이므로, 후처리 방법의 궤도결정에서 추정 파라미터를 이용하여 정확하게 찾는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정지궤도 위성의 관제 시스템 (100)의 내부 구성을 도시한 블록도이다. 본 실시예에서는 정지궤도 위성으로 통신해양기상 위성(200)을 예로서 설명하겠다.

도 1을 참조하면, 위성 관제 시스템(100)은 안테나(101), TTC 서브시스템(103), 실시간 위성운용 서브시스템(105), 비행역학 서브시스템(107) 및 임무계획 서브시스템(109)을 포함한다. 위성 관제 시스템(100)은 위성에 대한 거리측정(ranging) 및 추적(tracking)에 의해 관측된 궤도 관측 데이터를 이용하여 위성의 궤도를 결정하고 정지위성이 공칭궤도 유지한계 구간 내에 있을 수 있도록 위치유지 조정(station-keeping maneuver)을 수행한다.

TTC 서브시스템(Tracking, Telemetry and Command Subsystem)(103)은 위성에 대한 거리측정(ranging) 및 추적(tracking)을 통해 ranging 및 tracking 데이터를 생성하고, 위성으로부터 안테나(101)를 통해 원격측정(Telemetry) 데이터를 수신하고, 위성으로 원격명령(Telecommand) 데이터를 전송한다.

실시간 위성운용 서브시스템(Real-time Operations Subsystem)(105)은 위성에 대한 직접적인 운용을 담당한다. 실시간 위성운용 서브시스템(105)은 TTC 서브시스템(103)으로부터 위성의 원격측정(Telemetry) 데이터를 받아서 이를 처리하여 운용자가 확인할 수 있도록 하며, 위성의 원격명령(Telecommand) 데이터를 생성하여 TTC 서브시스템(105)을 통해 위성으로 전송한다. 실시간 위성운용 서브시스템(105)은 수신한 원격측정 데이터 중에 비행역학과 관련된 원격측정 데이터들을 비행역학 서브시스템(107)으로 전송한다.

비행역학 서브시스템(Flight Dynamics Subsystem: FDS)(107)은 정지궤도 위성을 운용하는데 필요한 각종 비행역학 데이터 처리를 지원한다. 비행역학 서브시스템(107)은 ranging 및 tracking에 의해 관측된 데이터를 처리해서 운용궤도 예측 및 결정 기능을 한다. 또한 비행역학 서브시스템(107)은 관측 데이터의 바이어스를 추정 또는 계산하여 정밀한 궤도 결정을 한다.

임무계획 서브시스템(Mission Planning Subsystem)(109)은 각종 탑재체 운용자들로부터 탑재체에 관련된 요구사항을 접수하고 이를 위성의 각종 이벤트와 연계시켜서 위성의 임무를 스케쥴링 한다. 임무계획 서브시스템(109)은 임무 스케쥴링 결과를 가지고 원격명령을 계획하며 이를 실시간 위성운용 서브시스템(105)으로 전 송한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성관제 시스템의 비행역학 서브시스템 (107)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 비행역학 서브시스템(107)은 TTC 서브시스템 C&M(제어 및 관리)(103)으로부터 전송받은 ranging 및 tracking 데이터를 기초로 실시간 궤도결정을 하고 이 데이터들을 저장한다. 이때 TTC 서브시스템 C&M(103)으로부터 ranging 및 tracking 데이터를 매 시각 5-10분 내로 burst 데이터로서 전송받는다. 비행역학 서브시스템(107)은 안테나 포인팅 데이터를 TTC 서브시스템 C&M(103)으로 전송한다.

또한 비행역학 서브시스템(107)은 TTC 서브시스템 C&M(103)으로부터 수신받은 Telemetry 데이터 중에서 비행역학 서브시스템(107)에 관련된 Telemetry 데이터(FDS TM data)들을 실시간 위성운용 서브시스템(105)으로부터 수신한다.

비행역학 서브시스템(107)은 운용궤도결정부(201), 운용궤도예측부(203), 데이터생성부(205), 데이터베이스관리부(207) 및 연료량 계산부(209)를 포함하여 비행역학 기능을 수행하고, 위치유지 조정 및 위치이동, 시스템 관리, 이벤트 예측 등과 같은 기타 비행역학 기능들도 수행한다. 이때 결정된 궤도 정보 및 매뉴버 분사 정보 등은 임무계획 서브시스템(109)으로 전송된다. 위치유지 조정 및 이동은 추력기 모델링과 함께 수행되며, 모든 입력 값은 GUI를 통해서 실행된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성관제 시스템에서 정지궤도 위성의 궤도결정 기능 구성도이다.

비행역학 서브시스템(107)의 운용궤도결정부(201)는 TTC 서브시스템 C&M(103)으로부터 전송받은 ranging 및 tracking 데이터를 기초로 위성 궤도를 결정한다(301). TTC 서브시스템 C&M(103)으로부터의 ranging 및 tracking 데이터를 실시간 궤도결정 디렉토리에 전달한다. 실시간 궤도결정 디렉토리에서는 수신한 ranging 및 tracking 데이터에 대해 EKF(extended Kalman filter)를 이용하여 실시간 운용궤도결정을 수행한다. 실시간으로 매일 두 번의 휠오프로딩과 일주일에 한번의 남북방향 위치유지, 두 번의 동서방향 위치유지를 고려하면서 실시간으로 위성의 위치와 속도에 대한 값을 추정한다. 이때 처리된 ranging 및 tracking 데이터는 데이터베이스관리부(207)를 통해 하루나 이틀치 관측 데이터값으로 저장된다(303).

실시간 운용서브시스템(105)으로부터 전송받은 telemetry 데이터를 연료량 계산부(209)에 의해 속도 증분값으로 계산하고 이를 데이터베이스관리부(207)를 통해 휠오프로딩 스택파일(304)과 위치유지 스택파일(305)에 각각 저장한다. 저장된 속도 증분값들은 동역학 모델에 적용된다(308), 이때 거리측정(ranging)과 고도각(elevation angle)에 대해서는 정확하게 추정되거나 교정(calibration)된 값들을 지상국 바이어스 파라미터 파일(306)에 저장하여 관측 데이터의 오차가 보정되도록 한다.

하루나 이틀치에 대해 누적된 관측 데이터(303)에 대해 BLSE(Batch Least Square Estimator)를 이용하여 후처리 운용궤도결정을 수행한다(302). 후처리 궤도결정에 의한 궤도 정보는 후처리 궤도결정 스택파일(307)에 저장한다.

본 발명은 매일 후처리로 얻어진 초기 궤도결정 값을 이용해 동역학 모델에 따라 위성의 위치를 예측하고, 이 예측된 값을 기초로 외부 사이트에 대한 시뮬레이션 관측 데이터를 만들고, 이를 이용하여 후처리로 궤도를 결정하여 방위각 바이어스를 추정한다. 또는 예측된 값과 실시간 궤도결정 값을 비교하여 속도 방향으로의 오차 값을 통해 방위각 바이어스를 계산한다. 이 추정되거나 계산된 방위각 바이어스 값을 원래의 관측데이터에 보정하면 단일 지상국을 이용한 정확한 궤도결정이 가능하다.

동역학 모델과 지상국 바이어스 파라미터 파일(306)에서 미리 결정된 ranging과 tracking 바이어스 값을 추정 파라미터로 선택하여 위성의 실시간 궤도를 결정한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지궤도 위성의 궤도예측 및 시뮬레이션 데이트 생성 기능 구성도이다. 도 3의 정지궤도 위성의 궤도결정 기능은 중첩되므로 상세한 설명은 생략하겠다.

도 3에서 BLSE로 결정된 궤도는 후처리 궤도결정 스택파일(307)에 저장하고 궤도예측부(203)는 저장된 궤도 정보를 이용하여 동역학 모델(308)에 의해 궤도예측을 한다. 이때 동역학 모델에 적용되는 스택 파일은 도 3에서 설명된 바와 같이 휠오프로딩 스택파일(304)과 위치유지 스택파일(305)이다.

데이터생성부(205)는 궤도예측에 의해 구해진 전파된 궤도 값을 이용하여 외부 관측소의 시뮬레이션 관측 데이터를 생성한다. 이때 외부 관측 사이트의 선택에 따라 잡음(noise) 및 바이어스(bias)를 생성하여 시뮬레이션 데이터, 즉 burst 관 측 데이터를 생성할 수 있으나, 본 발명의 예에서는 외부 관측 사이트의 바이어스가 없는 것으로 가정하고 burst 관측 데이터를 생성한다(403). 상기 외부 관측 사이트는 적당한 기선 거리에 있는 지상국을 포함한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행역학 서브시스템에서 단일 지상국 관측소에 의해 정지궤도 위성의 방위각 바이어스를 추정하는 과정을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 본 실시예는 외부 사이트에 대해 생성된 시뮬레이션 데이터를 이용하여, 정지궤도 위성에 대해 두개의 관측 데이터를 이용하여 궤도결정 및 바이어스 추정을 수행한다.

TTC 서브시스템 C&M으로부터 5-10분 간격으로 burst 관측 데이터(ranging 및 tracking 데이터)를 실시간으로 전송받아 자동으로 실시간 궤도결정 디렉토리에 저장한다(S501). 매 시각 들어오는 데이터를 데이터베이스 관리에 의해 저장한 다음, 하루나 이틀에 대한 데이터가 누적되면 이를 후처리 궤도결정을 위한 입력 디렉토리로 파일을 가져간다.

누적된 관측 데이터를 기초로 BLSE 필터를 이용하여 후처리 궤도결정을 수행하여 초기 궤도값으로 결정하고, 궤도 스택파일에 저장한다(S503).

외부 사이트의 시뮬레이션 데이터를 생성하기 위해 휠오프로딩 스택파일과 위치유지 스택파일에 저장된 속도 증분값들을 읽어들여 동역학 모델에 적용하고 궤도 스택파일에 저장된 후처리 궤도결정에 의한 궤도값을 이용하여 하루나 이틀치 데이터 길이에 대한 궤도를 예측한다(S505). 연료량 계산에 의해 획득되어 스택파일로 저장된 매뉴버에 의한 속도증분값을 동역학 모델에 적용한다. 여기서 휠오프 로딩 스택파일과 위치유지 스택파일에 저장된 속도 증분값은 실시간 운용서브시스템(105)으로부터 전송받은 telemetry 데이터를 연료량 계산 기능을 통해 3축에 대한 속도 증분값을 계산하여 이를 휠오프로딩 스택파일과 위치유지 스택파일에 업데이트 시킨것이다. 이때 속도 증분값은 실제 위성에서 사용된 TOT(Thrust-on-Time) 데이터인 TOT 값의 실제 속도 증분량을 이용한다.

적당한 기선에 있는 외부의 관측 사이트를 선택하여 외부 관측 사이트의 위치 정보를 입력하고, 이때 외부 관측 사이트는 바이어스나 잡음이 존재하지 않는 것으로 가정하고, 후처리 궤도결정에 의한 궤도값을 이용하여 예측된 궤도 전파값을 기초로 시뮬레이션 관측 데이터로서 burst 관측 데이터를 생성한다(S507). 따라서 적당한 기선 거리에 있는 어떤 지상국도 시뮬레이션 데이터를 생성함으로써 정밀한 궤도 결정에 이용될 수 있다.

원래의 관측 사이트에 대해서 관측된 관측 데이터와 외부 사이트의 시뮬레이션된 관측 데이터가 준비되면, 두 개의 관측소에 대한 관측 데이터를 이용한 후처리 궤도결정을 수행하고, 원래의 관측 사이트의 방위각 바이어스를 추정 파라미터로 두고 방위각 바이어스를 추정한다(S509). 원래의 지상 관측소 바이어스에 있어서, range와 elevation에 대한 바이어스는 calibration이나 추정이 가능하기 때문에 미리 추정되거나 calibration된 값들을 지상국 바이어스 파라미터 파일에 입력하여 오차 값을 보정한다.

추정된 관측 바이어스 값을 지상국 바이어스 오차 보정에 업데이트 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비행역학 서브시스템에서 단일 지상국 관측소에 의해 정지궤도 위성의 방위각 바이어스를 추정하는 과정을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 본 실시예는 정지궤도 위성의 궤도예측에 의한 궤도값과 실시간 궤도결정에 의한 궤도값 간의 오차 값을 찾아 방위각 바이어스를 계산한다. 전술된 내용과 중복되는 내용의 상세한 설명은 생략하겠다.

TTC 서브시스템 C&M으로부터 5-10분 간격으로 burst 관측 데이터(ranging 및 tracking 데이터)를 실시간으로 전송받아 자동으로 실시간 궤도결정 디렉토리에 저장한다(S601).

저장된 ranging 및 tracking 데이터에 대해 EKF 등을 이용하여 실시간 운용 궤도를 결정한다(S603).

BLSE 등을 이용하여 후처리 궤도결정을 수행하고, 그 결과 저장된 궤도 스택파일에 있는 궤도값을 초기값으로 하여 궤도예측을 수행한다(S605). 궤도예측 수행 시에는 휠오프로딩 스택파일과 위치유지 스택파일에 저장된 속도 증분값들을 불러들여 동역학 모델에 적용함으로써 매뉴버에 의해 계획된 속도 증분을 모두 고려한다.

후처리에 의해 예측된 궤도값과 실시간 궤도결정에 의해 결정된 궤도값을 기초로 along-track 방향의 오차 값을 비교하여 위성 위치 오차를 계산한다(S607). 예측된 궤도값과 실시간 궤도결정에 의한 궤도값을 전파하여 실시간 궤도결정에서 얻어진 속도방향 성분의 위성 위치와 예측된 궤도에 의해 얻어진 속도방향 성분의 위성 위치 차이에 의한 오차 값을 계산한다.

속도 방향으로의 위성 위치 오차 값을 각도 오차 값으로 환산하여 방위각 바 이어스를 계산한다(S609). 예를 들어, 대략 0.01도의 오차는 위성에 있어 7~7.5 km의 위치 오차 값을 가지므로 이를 이용하여 위성 위치 오차를 각도 오차로 환산할 수 있다. 위성 위치 오차 값을 각도 오차 값으로 바꾸는 방법은 상기 예 외에 다른 가능한 방법이 사용될 수 있음은 물론이다. 매번 실시간 궤도결정된 값과 후처리 정밀궤도결정의 위성 정보를 초기값으로 하여 예측된 궤도값의 차이를 하루 정도로 모아 대략적이 추이를 파악하고 평균을 내거나 상수항에 대해 그 오차 값들을 피팅(fitting)시켜 방위각 바이어스 값을 계산한다. 계산된 관측 방위각 바이어스 값을 지상국 바이어스 오차 보정에 업데이트한다.

본 발명은 추정 또는 계산에 의해 결정된 방위각 바이어스 값을 파라미터화하여 관측 데이터에 바이어스만큼 보상하여 정밀한 궤도결정을 수행할 수 있다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

그러므로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정지궤도 위성의 관제 시스템 의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성관제 시스템의 비행역학 서브시스템 의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성관제 시스템에서 정지궤도 위성의 궤도결정 기능 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지궤도 위성의 궤도예측 및 시뮬레이션 데이트 생성 기능 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행역학 서브시스템에서 단일 지상국 관측소에 의해 정지궤도 위성의 방위각 바이어스를 추정하는 과정을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비행역학 서브시스템에서 단일 지상국 관측소에 의해 정지궤도 위성의 방위각 바이어스를 계산하는 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.

Claims (10)

1. 실시간 자동 수신하여 일정 기간 누적한 단일 지상국의 거리측정 및 각추적에 의해 획득된 지상국 관측 데이터를 기초로 위성 궤도를 예측하는 단계;

   상기 예측된 궤도의 궤도 정보 및 기 선택된 외부 관측 사이트의 위치 정보 를 기초로 상기 외부 관측 사이트에 대한 시뮬레이션 관측 데이터를 생성하는 단계; 및

   상기 누적된 지상국 관측 데이터와 시뮬레이션 관측 데이터를 이용하여 방위각 바이어스를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 궤도 결정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 궤도 예측 단계는,

   상기 누적된 지상국 관측 데이터를 기초로 위성 궤도를 결정하는 단계; 및

   연료량 계산에 의해 획득되어 스택파일로 저장된 매뉴버에 의한 속도증분값을 동역학 모델에 적용하고, 상기 결정된 궤도 정보를 상기 동역학 모델의 초기값으로 이용하여 위성 궤도를 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 궤도 결정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 외부 관측 사이트는 기선 거리에 있는 지상국으로서, 바이어스 및 잡음이 존재하지 않는 것으로 가정하는 것을 특징으로 하는 위성 궤도 결정 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 실시간 자동 수신되는 단일 지상국의 거리측정 및 각추적에 의해 획득된 지상국 관측 데이터를 기초로 실시간 위성 궤도를 결정하고, 일정 기간 누적된 상기 지상국 관측 데이터를 기초로 후처리 방식으로 위성 궤도를 결정하고, 상기 지상국 관측 데이터의 방위각 바이어스를 계산하는 운용궤도결정부;

   상기 후처리 궤도 결정에 의한 궤도 정보를 기초로 위성 궤도를 예측하는 운용궤도예측부; 및

   상기 예측된 궤도의 궤도 정보 및 기 선택된 외부 관측 사이트의 위치 정보를 기초로 상기 외부 관측 사이트에 대한 시뮬레이션 관측 데이터를 생성하는 데이터생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행역학 서브시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 운용궤도결정부는,

   상기 지상국 관측 데이터 및 시뮬레이션 관측 데이터를 기초로 방위각 바이어스를 추정하거나, 상기 실시간 위성 궤도와 예측된 궤도에 의해 획득된 속도방향 성분의 위성 위치 오차를 각도 오차로 환산하여 방위각 바이어스를 계산하는 것을 특징으로 하는 비행역학 서브시스템.
9. 삭제
10. 삭제

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