KR101059435B1

KR101059435B1 - 위성체 얼라인먼트 측정 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101059435B1
Application number: KR1020080138132A
Authority: KR
Inventors: 최정수; 조영호; 윤용식
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2011-08-25
Also published as: KR20100079599A

Abstract

본 발명은 위성체 얼라인먼트 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 위성체를 탑재하여 회전각도를 변화시킬 수 있는 회전 테이블, 지구 중력방향의 지지대에 고정되며 레벨링되는 반사경, 상기 지지대와 이격된 위치에 고정 설치되는 수직툴링바, 상기 수직툴링바에 상하 수직 이동 가능하게 설치되고 상기 반사경과 자동 시준하여 기준각을 설정하고, 제1 측정 대상의 면경과 자동 시준하여 제1 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 기준 데오드라이트, 이동 가능 스탠드에 설치되며 상기 기준 데오드라이트와 상호 시준 가능하여 제2 측정 대상의 면경과 자동 시준하여 제2 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 이동용 데오드라이트, 상기 회전각도, 상기 기준각, 상기 제1 측정 대상의 면경 각도, 상기 제2 측정 대상의 면경 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 측정 대상의 방향성을 계산하는 데이터 처리부를 포함한다. 이로 인해, 본 발명에서는 위성체에 설치되는 센서 및 장비들의 방향성을 계산할 수 있고, 복수의 데오드라이트를 상호 시준하여 동시에 하나 이상의 센서 및 장비들의 방향성을 측정하여 측정 시간을 단축할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

위성체, 얼라인먼트, 데오드라이트, 반사경, 수직툴링바

Description

위성체 얼라인먼트 측정 시스템 및 방법{system and method for measuring satellite alignment}

본 발명은 위성체 얼라인먼트 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 대형 위성체에 장착된 각종 센서, 추진 계통 및 자세 제어 부품들에 대한 얼라인먼트를 측정하고 보정할 수 있는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

인공위성은 지구주위를 궤도비행 하면서 지상의 지시에 따라 자체적으로 자세 제어뿐만 아니라 특정의 임무를 수행할 수 있도록 운용된다.

또한 위성체는 우주 궤도상에서 계획된 수명기간 동안 고장이나 파손없이 계획된 임무를 수행해야 하는데 항공기나 원자력 발전소 등은 시작품 등을 통하여 고장이나 보수가 충분히 가능한 일이지만, 인공위성의 경우 일단 우주궤도에 진입하게 되면 위성체 수리가 거의 불가능한 일이 된다.

따라서 인공위성이 로켓에 의해 우주 궤도에 진입하기 전에 지상에서 엄격하게 인공위성을 조립하고 각종 시험을 수행하게 되며, 이러한 위성체의 조립 및 시험 과정 중 하나가 위성체 얼라인먼트 측정이다.

인공위성이 우주궤도상에서 성공적인 임무를 수행하기 위해서는 정밀하고 정확한 얼라인먼트 측정이 요구되며, 위성체에 설정된 좌표계에서 방향좌표가 요구되는 자세제어 및 탑재체용 부품들에 대한 측정 허용오차는 0.001°~0.7°(decimal degree)이다.

즉 위성체 얼라인먼트 측정은 위성체에 탑재되는 주요 자세제어센서 및 장치와 3차원 정밀 카메라 등의 탑재 센서를 위성체에 설치된 기준 입방 면경(reference cubic mirror)을 기준으로 했을 때 요구하는 방향좌표의 허용오차 이내로 조립되었는지 여부를 확인하는 것이다.

또한 정렬된 상태에서의 위성체 좌표계의 정확한 방향좌표를 측정하여 지상에 위치한 위성체 관제부에서 위성체의 자세 제어 등에 사용하도록 제공하게 된다.

종래 위성체 얼라인먼트 시스템 및 측정방법은 위성체 얼라인먼트의 정밀 측정을 위해서 데오드라이트, 회전 테이블, 방진대 및 데이터 처리 시스템 등을 구성하여 수행하고 있다. 그러나, 이 발명에서는 오직 하나의 데오드라이트를 사용하기 때문에, 데오드라이트의 높이를 변경할 경우 레벨링 작업, 측정대상에 대한 시준, 반사경을 통한 기준축 정보 재획득 등의 작업으로 인해 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 복수의 데오드라이트를 사용하여 소형 위성이나 위성 탑재부품의 얼라인먼트를 효율적으로 빠르게 측정할 수 있으나, 기준면을 측정한 데오드라이트는 고정되어 있어서 정밀 회전 테이블에는 적용할 수 없다. 그리고, 대형 위성의 얼라인먼트를 측정할 경우, 복수의 데오드라이트가 장착되는 이동용 스탠드의 최대 측정 높이에 한계가 있고, 이동용 스탠드의 높이를 변경하기 위한 재조립 작업으로 인해 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 대형위성의 방향성을 가진 센서의 위치 측정 및 얼라인먼트 측정 시간을 단축하고 효율성을 향상시킬 수 있는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 위성체에 설치되는 면경이 부착된 복수의 측정 대상의 얼라인먼트를 측정하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템이 제공된다. 이 시스템은, 바닥에 기저부가 고정되고 상기 위성체를 탑재하여 회전각도를 변화시킬 수 있는 회전 테이블, 지구 중력방향의 지지대에 고정되며 레벨링되는 반사경, 상기 지지대와 이격된 위치에 고정 설치되는 수직툴링바, 상기 수직툴링바에 상하 수직 이동 가능하게 설치되고 상기 반사경과 자동 시준하여 기준각을 설정하고, 제1 측정 대상의 면경과 자동 시준하여 제1 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 기준 데오드라이트, 이동 가능 스탠드에 설치되며 상기 기준 데오드라이트와 상호 시준 가능하여 제2 측정 대상의 면경과 자동 시준하여 제2 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 이동용 데오드라이트, 상기 회전각도, 상기 기준각, 상기 제1 측정 대상의 면경 각도, 상기 제2 측정 대상의 면경 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 측정 대상의 방향성을 계산하는 데이터 처리부를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 수직툴링바에 설치되는 기준 데오드라이트와 적어도 하나 이상의 이동용 데오드라이트를 이용하여 위성체에 설치되는 복수의 측정 대상의 얼라인먼트를 측정하는 위성체 얼라인먼트 측정 방법이 제공된다. 이 방법은, (a) 상기 위성체가 설치되는 회전 테이블의 회전각도를 변화시켜 상기 위성체를 회전하는 단계, (b) 제1 측정 대상의 면경과 상기 기준 데오드라이트를 자동 시준하여 상기 제1 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 단계, (c) 상기 이동용 데오드라이트와 제2 측정 대상의 면경을 자동 시준하여 상기 제2 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 단계, (d) 지구 중력방향에 대해 레벨링되는 반사경과 상기 기준 데오드라이트를 자동 시준하여 기준각을 읽어들이는 단계, (e) 상기 기준 데오드라이트와 상기 이동용 데오드라이트를 상호 시준하여 상기 기준각을 공유하는 단계, (f) 상기 회전각도, 상기 기준각, 상기 제1 측정 대상의 면경 각도, 상기 제2 측정 대상의 면경 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 측정 대상의 방향성을 계산하는 단계를 포함하며, 상기 (a) 단계에서 (f) 단계를 반복 수행하여 상기 위성체에 설치되는 상기 측정 대상들의 얼라인먼트를 측정한다.

본 발명의 실시 예에서는 10초(seconds) 이상의 고정밀 측정을 요구하는 위성체에 설치되는 센서 및 장비들의 방향성을 계산할 수 있다. 또한, 복수의 데오드라이트를 상호 시준하여 동시에 하나 이상의 측정 대상의 방향성을 측정함으로써, 측정 시간을 단축할 수 있다.

더하여, 기준 데오드라이트를 대략 0.3m~6.5m까지 수직 이동할 수 있는 수직툴링바에 설치함으로써, 중대형 정지궤도 복합임무 위성과 같이 대상물의 크기가 큰 위성체의 측정 대상들의 얼라인먼트를 쉽게 측정할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 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 구성요소를 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.

본 발명에서 데오드라이트는 수평각(horizontal angle) 및 수직각(vertical angle)을 측정하는 장비이다.

일반적으로 데오드라이트는 건축 및 토목 분야의 측지, 측량에서 많이 사용하고 있는 범용 데오드라이트로 알려져 있으나, 본 발명에서는 광을 발생할 수 있 고 최소한 1"(decimal degree second) 의 분해능(resolution)을 가지고 있는 데오드라이트를 사용한다. 또한, 본 발명에서 데오드라이트는 망원경이면서 수직축(vertical axis)을 기준으로 하여 수평각을 측정하며, 수평축(horizontal axis)을 기준으로 하여 수직각을 측정할 수 있다.

데오드라이트의 높이 조절기(tilting screw)를 조정하면 데오드라이트의 수직축이 중력의 반대방향이 되며 이것이 수직각의 영점 기준이 되고, 수평각의 영점은 사용자가 임의로 정할 수 있도록 되어 있다. 본 발명의 실시 예에서는 반사경을 이용하여 기준 데오드라이트의 수평각 영점을 정의한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 시스템 및 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 데오드라이트를 이용한 직각좌표계의 각축에 대한 설정 상태도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동시준에 대한 면경의 면에 90°인 평행 광이 십자선에 반사된 형상과 일치함을 나타내는 상태도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동시준에 대한 면경이 각 δ만큼 기울어져 있어 반사광이 2δ만큼 십자선과 반사된 형상이 일치하지 않는 것을 나타내는 상태도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 면경에서의 입사각 α및 반사각 β의 관계를 나타내는 상태도이다.

위성체 정렬이 요구되는 센서 및 장치에는 반사율이 최소한 λ/4인 면경(mirror) 또는 입방 면경(cubic mirror)가 설치된다. 보통 1차원 혹은 2차원 운동을 자세 제어 장치의 경우 면경을 사용하고, 3차원 운동을 하는 장치의 경우 입 방 면경을 정렬요 타겟(target)으로 사용하거나, 하나의 센서 및 장치에 두 개의 방향에 대하여 면경을 설치할 수도 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 데오드라이트의 좌표계는 직각 좌표계를 사용하고, X 축은 데오드라이트의 수평 원판 위에 영점을 통하여 설정되고, Y축은 수평 원판의 X 축에 직각인 방향을 통하여 설정되며, Z축은 오른손 법칙에 따라 다른 2개의 축과 수직인 것으로 설정되어 운용된다.

이때 데오드라이트의 원점이 측정의 중심이 되며, 이 좌표계를 이용하여 데오드라이트는 수직각이 측정되는 틸팅 축(tilting axis)과 수평각이 측정되는 스탠딩 축(standing axis)의 2개의 회전축을 갖게 된다.

광학 장비를 이용하여 시준(collimation)을 한다는 것은 렌즈나 광선을 평행하게 하는 것을 의미한다.

즉 시준은 측정 면경(measurement mirror)에 광선을 90°평행하게 맞추어 빛이 자체의 경로를 따라 반사되도록 하는 것이다.

그리고 자동시준은 광학적으로 반사율이 λ/4이상인 면경에 망원렌즈를 무한대로 초점을 맞추어 빛이 자체의 경로를 따라 반사되도록 하는 일련의 과정이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 망원렌즈부의 초점면에 위치한 광원으로부터 만들어진 십자 선은 대안렌즈부에서 방사되어 평행 광선으로 목표물까지 전달된다. 도 2는 면경의 면에 90°평행 광이 십자 선에 반사된 형상과 일치하는 경우를 나타내고 있고, 도 3은 면경이 각 δ만큼 기울어져 있어 반사광이 2δ만큼 십자선과 반사된 형상이 일치하지 않는 경우를 나타내고 있다.

도 4에서는 면경에서의 입사각 α및 반사각 β의 관계를 나타내고 있고, 면경이 수직인 경우에 반사 입사각과 반사각이 0이 된다.

이와 같이, 데오드라이트의 입사선을 측정 대상(위성체에 설치된 센서 및 장치로 아래에서는 "측정 대상" 이라 함)에 부착된 면경의 수직선에 일치시켜 반사되도록 하면, 데오드라이트는 면경의 수직선상에 놓이게 되며 그 수직선의 수평각 및 수직각을 측정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실실 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 시스템의 평면도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 시스템의 측면도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 위성체 얼라인먼트 측정 시스템은 회전 테이블(10), 테이블 제어부(20), 반사경(30), 수직툴링바(40), 기준 데오드라이트(50), 이동용 데오드라이트(61~63), 이동용 스탠드(71~73) 및 데이터 처리부(80)를 포함한다.

회전 테이블(10)은 바닥에 기저대가 고정되고 위성체(100)를 탑재하고 0.5초(second)이상의 각도를 측정할 수 있는 센서가 내장되어 있으며, 센서에 의해 측정된 데이터는 테이블 제어부(20)로 전송된다. 회전 테이블(10)은 측정자의 명령에 따라 회전각도 및 각속도가 변화할 수 있고, 자체 진동에 의한 변위가 발생되지 않아야 한다. 또한, 회전 테이블(10)은 위성체(100)가 수평이 되도록 테이블 제어부(20)에 의해 제어된다.

테이블 제어부(20)는 비상용 정지 버튼이 있으며 실시간으로 회전 테이블(10)의 각도를 화면상에 나타낼 뿐만 아니라 측정자가 회전각도 및 각속도를 변화하도록 명령을 내리면 이에 따라 회전 테이블(20)의 작동을 제어한다. 테이블 제어부(20)는 데이터 처리부(80)와 연결되어, 회전 테이블(10)의 센서에 의해 측정된 데이터(회전각도 및 각속도)를 데이터 처리부(80)로 출력한다.

반사경(30)은 재치대에 설치되며 지구중력방향의 지지대에 고정되며 지구 중력방향에 대해 정밀하게 레벨링하고 기준 데오드라이트(50)와 자동 시준이 된 이후 측정이 완료될 때까지 외적 요인으로 인한 변화가 없도록 고정된다. 여기서, 기준 데오드라이트(50)와 반사경(30) 사이의 자동 시준은 데오드라이트(50)에서 발생한 레이저 광원이 자체의 경로를 따라 반사경(30)으로부터 반사되어 기준 데오드라이트(50)로 되돌아오는 것을 의미한다.

수직툴링바(40)는 위치 변화가 없도록 바닥에 고정되고, 기준 데오드라이트(50)가 대략 0.3m~6.5m 높이로 수직툴링바(40)를 따라 상하 수직 이동하더라도 반사경(30)과의 자동 시준이 가능하도록 반사경(30)에 대향되는 위치에 설치한다.

기준 데오드라이트(50)는 0.5초(second) 이상의 각도를 측정할 수 있는 센서를 내장하고 있으며 반사경(30)과 자동 시준되고, 복수의 측정 데오드라이트(61~63)와 자동 시준된다.

위성체 얼라인먼트 측정을 위한 자동 시준을 수행하기 위해서 기준 데오드라이트(50)는 수직 방향이 지구 중력 반대방향을 향하므로 위성체(100)의 +Z축 방향 이 기준 데오드라이트(50)의 +Z축 방향과 동일하도록 기준 데오드라이트(50)를 설치한다.

복수의 이동용 데오드라이트(61~63)는 위성체의 비교적 낮은 위치의 측정을 담당하며, 이동용 데오드라이트(61~63) 사이에 자동 시준되고, 기준 데오드라이트(50)와 자동 시준된다. 또한, 측정대상 센서의 설치된 위치에 따라 이동용 스탠드(71~73)를 이동하여 측정 대상(1, 2)과 시준된다.

기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)는 데이터 처리부(80)와 RS232 케이블을 통해 연결된다(도시 생략). 기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)가 자체 저장 매체를 포함하는 경우, 기준 데오드라이트(50)는 자체 저장 매체를 통해 측정값을 기록한다.

복수의 이동용 스탠드(71~73)는 각각 이동용 데오드라이트(61~63)에 연결되어있으며, 이동용 바퀴가 장착되어 있어 이동용 데오드라이트(61~63)의 이동을 원활하게 하고, 높이 조절이 가능한 레버를 포함하여 이동용 데오드라이트(61~63)의 높이를 조절할 수 있다.

데이터 처리부(80)는 테이블 제어부(20)를 통해 읽어 들인 데이터와 기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)를 통해 읽어 들인 데이터를 통해 복수의 측정 대상의 방향성을 측정할 수 있고, 측정 대상의 방향성이 설정된 방향성과 일치하는지 어느 정도의 오차가 발생하는지를 측정할 수 있다. 이와 같이, 위성체(100)에 설치되는 센서 및 장치의 방향성이 설계 방향성과 일치하는지 여부 및 오차 정도를 파악하는 단계를 "위성체 얼라인먼트(alignment) 측정" 이라 한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(10)이 시계 방향으로(Rn)으로 회전한다고 할 때 기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)는 위성체의 이동 방향을 시계 방향으로 표시하고, 측정 대상의 면경은 데오드라이트(50, 61~63)의 맞은편에 위치하고 있으므로 데이터 처리부(80)는 측정 및 계산 결과를 반시계 방향으로 계산한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 위성체(100)가 설치된 회전 테이블(10)을 시계 방향(Rn)으로 회전시키고 수직툴링바(40)의 높이를 조절하여, 측정 대상(1)의 면경과 기준 데오드라이트(50)를 자동 시준한다(S801). 그리고, 회전 테이블(10)은 이때의 회전각도 및 각속도를 테이블 제어부(20)로 자동 전송하고, 테이블 제어부(20)는 데이터 처리부(80)로 회전각도 및 각속도를 자동으로 전송한다(S802). 그리고, 기준 데오드라이트(50)에서 측정된 측정 데이터(측정 대상(1)의 면경의 각도)는 데이터 처리부(80)로 자동 전송한다(S803).

이동용 스탠드(71~73)를 이동하고 높이를 조절하여 이동용 데오드라이트(61~63)를 각각 측정대상(1, 2)의 면경과 자동 시준한다(S804). 그리고, 면경의 각도를 나타내는 측정 데이터는 데이터 처리부(80)로 자동 전송한다(S805).

다음으로, 이동용 데오드라이트(61~63) 서로 간에 발생하는 광원을 이용하여 상호 시준하여 동일한 직선상에 이동용 데오드라이트(61~63)가 위치하도록 하여 수평각의 정보를 공유한다(S806).

기준 데오드라이트(50)와 반사경(30)을 자동 시준하여 기준각을 읽어들인다(S807). 그리고, 이때의 기준각을 데이터 처리부(80)로 자동 전송한다(S808).

기준 데오드라이트(50)와 이동용 데오드라이트(61~63)간에 상호 시준하여 반사경(30)에서 읽어들인 기준각을 공유한다(S809).

데이터 처리부(80)는 테이블 제어부(20), 기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)로부터 입력되는 데이터를 통해 위성체(100)에 설치되는 측정 대상(1, 2)의 방향성을 계산한다(S810).

아래에서는 도 8의 단계(S801)에서 단계(S810)를 하나의 "측정 세트"로 가정하고 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(10)의 회전각도가 측정 세트별로 최초 측정 시 R1, 다음 측정 시 R2, R3, … Rn 이고, 기준 데오드라이트(50)와 반사경(30)을 자동 시준하여 계산된 센서면경 수평각도가 각 측정 세트별로 A1, A2, …An 이라 할 때, 데이터 처리부(80)는 n번째 측정 시 기준 데오드라이트(50)이 자동 시준한 측정 대상(1)의 면경 수평각을 아래의 수학식1에 의해 계산할 수 있다.

[수학식 1]

An* = An-Rn

또한, 기준 데오드라이트(50)와 이동용 데오드라이트(61~63) 사이의 상호 시준을 통해 기준각 정보를 공유함으로써, 데이터 처리부(80)는 이동용 데오드라이트(61~63)로부터 전송된 측정 데이터로부터 회전각 Rn을 뺀 값으로 이동용 데오드라이트(61~63)의 측정 대상의 방향성을 계산할 수 있다.

즉, n번째 측정 세트에서 회전 테이블(10)의 회전각도가 Rn 이고, 기준 데오드라이트(50)와 반사경(30)사이 자동 시준한 기준각이 An_Ⅰ 이고, 기준 데오드라이트(50)에서 이동용 데오드라이트(61)와 상호 시준한 각도가 An_Ⅱ 이고, 이동용 데오드라이트(61)에서 측정 대상(2)의 면경과 자동 시준한 각도가 Bn_Ⅰ 이고, 이동용 데오드라이트(61)에서 기준 데오드라이트(50)와 상호 시준한 각도가 Bn_Ⅱ 라고 할 때, 데이터 처리부(80)는 이동용 데오드라이트(61)의 기준각을 아래의 수학식 2를 통해 계산할 수 있다.

[수학식 2]

Bn* = Bn_Ⅱ + 180°+ An_Ⅰ-An_Ⅱ- Rn

그리고, 데이터 처리부(80)는 이동용 데오드라이트(61)에서 측정한 측정 대상(2)의 면경의 수평각은 아래의 수학식 3을 통해 계산할 수 있다.

[수학식 3]

Sn = Bn_Ⅰ- Bn*

데이터 처리부(80)는 테이블 제어부(20), 기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)로부터 입력되는 측정 데이터를 통해 위성체(100)의 얼라인먼트 측정값이 설계 허용 오차(tolerance)의 범위를 만족하는지 결과를 나타낸다.

측정자는 위성체(100)의 얼라인먼트 측정값이 설계시 요구되는 얼라인먼트 측정값의 오차 범위를 벗어날 경우, 얼라인먼트 측정값의 좌표 변환을 통해 위성체의 측정 대상의 위치를 변경한 후 얼라인먼트를 재 측정하는 과정을 반복하여 위성체 얼라인먼트 측정값이 오차 범위를 만족하도록 한다.

기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)는 측정 대상의 면경에 대해 자동 시준하여 면경의 수직벡터에 대한 극좌표값을 구하고 이를 직각좌표계로 변환하면 그 수직벡터에 대한 단위벡터값을 구할 수 있다. 따라서, 데이터 처리부(80)는 기준 데오드라이트(50) 및 이동용 데오드라이트(61~63)의 측정값(수평각(AH)과 수직각(AV))을 수학식 4에 의해 좌표 변환하여 측정 대상을 3차원 좌표(x,y,z)로 계산할 수 있다.

[수학식 4]

x= sin(AV)X cos(AH)

y=sin(AV)X {-sin(AH)}

z=cos(AV)

이와 같이, 위성체 얼라인먼트 측정 시스템은 도 8와 같은 방법을 반복 수행함으로써, 10초(seconds) 이상의 고정밀 측정을 요구하는 측정 대상의 방향성을 계산할 수 있다. 또한, 복수의 데오드라이트를 상호 시준하여 동시에 하나 이상의 측정 대상의 방향성을 측정함으로써, 측정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 기준 데오드라이트(50)를 대략 0.3m~6.5m까지 수직 이동할 수 있는 수직툴링바(40)에 설치함으로써, 중대형 정지궤도 복합임무 위성과 같이 대상물의 크기가 큰 위성체의 측정 대상들의 얼라인먼트를 쉽게 측정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 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 권리범위 에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 데오드라이트를 이용한 직각좌표계의 각축에 대한 설정 상태도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동시준에 대한 면경의 면에 90°인 평행 광이 십자선에 반사된 형상과 일치함을 나타내는 상태도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동시준에 대한 면경이 각 δ만큼 기울어져 있어 반사광이 2δ만큼 십자선과 반사된 형상이 일치하지 않는 것을 나타내는 상태도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 면경에서의 입사각 α및 반사각 β의 관계를 나타내는 상태도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 6은 본 발명의 실실 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 시스템의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위성체 얼라인먼트 측정 시스템의 측면도이다.

Claims

위성체에 설치되는 면경이 부착된 복수의 측정 대상의 얼라인먼트를 측정하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템에 있어서,

바닥에 기저부가 고정되고 상기 위성체를 탑재하여 회전각도를 변화시킬 수 있는 회전 테이블,

지구 중력방향의 지지대에 고정되며 레벨링되는 반사경,

상기 지지대와 이격된 위치에 고정 설치되는 수직툴링바,

상기 수직툴링바에 상하 수직 이동 가능하게 설치되고 상기 반사경과 자동 시준하여 기준각을 설정하고, 제1 측정 대상의 면경과 자동 시준하여 제1 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 기준 데오드라이트,

이동 가능 스탠드에 설치되며 상기 기준 데오드라이트와 상호 시준 가능하여 제2 측정 대상의 면경과 자동 시준하여 제2 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 이동용 데오드라이트, 그리고

상기 회전각도, 상기 기준각, 상기 제1 측정 대상의 면경 각도, 상기 제2 측정 대상의 면경 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 측정 대상의 방향성을 계산하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템.
제1항의 상기 데이터 처리부가 상기 제1 및 제2 측정 대상의 방향성을 계산함에 있어서,

상기 기준 데오드라이트는 상기 반사경과 자동 시준한 기준각을 상기 이동용 데오드라이트와 공유하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 이동 가능 스탠드에 설치되는 상기 이동용 데오드라이트는 복수개로서 상호 시준하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 데이터 처리부는,

상기 회전 테이블이 n 번째 회전한 회전각도가 Rn이고, 상기 기준 데오드라이트와 상기 반사경을 자동 시준한 상태에서 상기 기준 데오드라이트에서 측정된 상기 제1 면경 각도가 An 일 때, 상기 제1 면경의 실제 각도(An*)를 An*=An-Rn 와 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 데이터 처리부는,

상기 회전 테이블이 n 번째 회전한 회전각도가 Rn이고, 상기 기준 데오드라이트와 상기 반사경이 자동 시준한 각도가 An_Ⅰ 이고, 상기 기준 데오드라이트에서 상기 이동용 데오드라이트와 상호 시준한 각도가 An_Ⅱ 이고, 상기 이동용 데오드라이트에서 상기 제2 면경과 자동 시준한 각도가 Bn_Ⅰ 이고, 상기 이동용 데오 드라이트에서 상기 기준 데오드라이트와 상호 시준한 각도가 Bn_Ⅱ 일 때, 상기 이동용 데오드라이트의 기준각(Bn*)을 Bn* = Bn_Ⅱ + 180°+ An_Ⅰ-An_Ⅱ- Rn와 같이 계산하고,

상기 제2 면경의 실제 각도(Sn)를 Sn = Bn_Ⅰ- Bn*와 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 수직툴링바는 상기 기준 데오드라이트를 바닥면으로부터 0.3m 에서 6.5m까지 수직 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 이동 가능 스탠드의 높이는 상기 수직툴링바의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 시스템.
수직툴링바에 설치되는 기준 데오드라이트와 적어도 하나 이상의 이동용 데오드라이트를 이용하여 위성체에 설치되는 복수의 측정 대상의 얼라인먼트를 측정하는 위성체 얼라인먼트 측정 방법에 있어서,

(a) 상기 위성체가 설치되는 회전 테이블의 회전각도를 변화시켜 상기 위성체를 회전하는 단계,

(b) 제1 측정 대상의 면경과 상기 기준 데오드라이트를 자동 시준하여 상기 제1 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 단계,

(c) 상기 이동용 데오드라이트와 제2 측정 대상의 면경을 자동 시준하여 상기 제2 측정 대상의 면경 각도를 측정하는 단계,

(d) 지구 중력방향에 대해 레벨링되는 반사경과 상기 기준 데오드라이트를 자동 시준하여 기준각을 읽어들이는 단계,

(e) 상기 기준 데오드라이트와 상기 이동용 데오드라이트를 상호 시준하여 상기 기준각을 공유하는 단계, 그리고

(f) 상기 회전각도, 상기 기준각, 상기 제1 측정 대상의 면경 각도, 상기 제2 측정 대상의 면경 각도를 이용하여 상기 제1 및 제2 측정 대상의 방향성을 계산하는 단계를 포함하며,

상기 (a) 단계에서 (f) 단계를 반복 수행하여 상기 위성체에 설치되는 상기 측정 대상들의 얼라인먼트를 측정하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 방법.
제8항에 있어서,

상기 (f) 단계에서는,

상기 회전 테이블이 n번째 회전한 회전각도가 Rn이고, 상기 기준 데오드라이트와 상기 반사경을 자동 시준한 상태에서 상기 기준 데오드라이트에서 측정된 상기 제1 면경 각도가 An 일 때, 상기 제1 면경의 실제 각도(An*)를 An*=An-Rn 와 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 방법.
제8항에 있어서,

상기 (f) 단계에서는,

상기 회전 테이블이 n 번째 회전한 회전각도가 Rn이고, 상기 기준 데오드라이트와 상기 반사경이 자동 시준한 각도가 An_Ⅰ 이고, 상기 기준 데오드라이트에서 상기 이동용 데오드라이트와 상호 시준한 각도가 An_Ⅱ 이고, 상기 이동용 데오드라이트에서 상기 제2 면경과 자동 시준한 각도가 Bn_Ⅰ 이고, 상기 이동용 데오드라이트에서 상기 기준 데오드라이트와 상호 시준한 각도가 Bn_Ⅱ 일 때, 상기 이동용 데오드라이트의 기준각(Bn*)을 Bn* = Bn_Ⅱ + 180°+ An_Ⅰ-An_Ⅱ- Rn와 같이 계산하고,

상기 제2 면경의 실제 각도(Sn)를 Sn = Bn_Ⅰ- Bn*와 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 위성체 얼라인먼트 측정 방법.