KR101603689B1 - 대상물 추적 시스템 - Google Patents

대상물 추적 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101603689B1
KR101603689B1 KR1020140122942A KR20140122942A KR101603689B1 KR 101603689 B1 KR101603689 B1 KR 101603689B1 KR 1020140122942 A KR1020140122942 A KR 1020140122942A KR 20140122942 A KR20140122942 A KR 20140122942A KR 101603689 B1 KR101603689 B1 KR 101603689B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
information
actuator
telescope
satellite
motion controller
Prior art date
Application number
KR1020140122942A
Other languages
English (en)
Inventor
박도환
최동수
임형철
최만수
Original Assignee
주식회사 져스텍
한국 천문 연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 져스텍, 한국 천문 연구원 filed Critical 주식회사 져스텍
Priority to KR1020140122942A priority Critical patent/KR101603689B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101603689B1 publication Critical patent/KR101603689B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/16—Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Telescopes (AREA)

Abstract

대상물 추적 시스템은 표준 클럭 펄스 생성부, 인터페이스부, 모션 컨트롤러, 작동기 및 망원경을 포함한다. 상기 표준 클럭 펄스 생성부는 GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 위성 정보를 수신하고, 상기 위성 정보를 기초로 현재 표준 시간 및 표준 클럭 펄스를 생성한다. 상기 인터페이스부는 추적 대상물의 궤적 정보를 수신하고, 상기 궤적 정보 및 상기 현재 표준 시간을 기초로 상기 망원경의 자세 정보를 생성하고, 상기 표준 클럭 펄스를 기초로 제어 펄스 신호를 생성한다. 상기 모션 컨트롤러는 상기 자세 정보 및 상기 제어 펄스 신호를 수신하고, 상기 제어 펄스 신호에 동기하여 상기 자세 정보를 기초로 작동기 제어 신호를 생성한다. 상기 작동기는 상기 작동기 제어 신호를 수신하고, 상기 작동기 제어 신호에 따라 상기 망원경의 자세를 변경하는 작동기를 포함한다.

Description

대상물 추적 시스템{System for tracing an object}
본 발명의 실시예들은 인공위성이나 천체와 같은 대상물을 추적하기 위한 시스템에 관한 것이다.
망원경을 이용하여 인공위성이나 천체와 같이 일정한 궤도로 운동하는 대상물을 추적하거나 관측하기 위해서는 대상물의 움직임에 대응하여 망원경의 자세를 조절하여야 한다. 대상물은 일정한 궤도 운동을 하기 때문에, 대상물의 위치는 계산될 수 있으며, 대상물의 위치는 표준 시간을 기초로 표현될 수 있다. 망원경의 자세를 조절하기 위한 제어 장치는 내부 시간을 이용하여 망원경의 자세를 제어하지만, 내부 시간은 표준 시간과 오차를 가질 수 있다. 시간 오차에 의하여, 대상물을 놓치는 일이 발생할 수 있다. 제어 장치가 세슘 원자 시계를 이용하여 매우 정확한 내부 시간을 갖는다면 이러한 문제가 해결될 수 있지만, 이는 많은 비용을 필요로 한다. 내부 시간은 표준 시간으로 업데이트하더라도, 시간이 흐르면 오차가 누적되어 내부 시간은 표준 시간과 상당히 틀어지게 된다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 비용 증가를 최소화하면서 대상물을 정확하게 추적할 수 있는 물체 추적 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따른 대상물 추적 시스템은 표준 클럭 펄스 생성부, 인터페이스부, 모션 컨트롤러, 작동기 및 망원경을 포함한다. 상기 표준 클럭 펄스 생성부는 GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 위성 정보를 수신하고, 상기 위성 정보를 기초로 현재 표준 시간 및 표준 클럭 펄스를 생성한다. 상기 인터페이스부는 추적 대상물의 궤적 정보를 수신하고, 상기 궤적 정보 및 상기 현재 표준 시간을 기초로 상기 망원경의 자세 정보를 생성하고, 상기 표준 클럭 펄스를 기초로 제어 펄스 신호를 생성한다. 상기 모션 컨트롤러는 상기 자세 정보 및 상기 제어 펄스 신호를 수신하고, 상기 제어 펄스 신호에 동기하여 상기 자세 정보를 기초로 작동기 제어 신호를 생성한다. 상기 작동기는 상기 작동기 제어 신호를 수신하고, 상기 작동기 제어 신호에 따라 상기 망원경의 자세를 변경하는 작동기를 포함한다.
상기 대상물 추적 시스템의 일 예에 따르면, 상기 위성 정보는 상기 GPS 위성의 위치 및 표준 시간을 포함할 수 있다. 상기 표준 클럭 펄스 생성부는 상기 대상물 추적 시스템과 상기 GPS 위성 사이의 거리를 기초로 상기 위성 정보로부터 상기 대상물 추적 시스템이 위치한 곳의 상기 현재 표준 시간을 산출하고, 상기 현재 표준 시간에 동기화된 상기 표준 클럭 펄스를 생성할 수 있다.
상기 대상물 추적 시스템의 다른 예에 따르면, 상기 추적 대상물의 상기 궤적 정보는 일반 좌표계로 표현될 수 있다. 상기 망원경의 상기 자세 정보는 상기 작동기의 구동 축에 따른 구동 좌표계로 상기 추적 대상물의 위치를 나타낸 것일 수 있다. 상기 인터페이스부는 상기 일반 좌표계에 따른 상기 추적 대상물의 위치를 상기 구동 좌표계로 변환할 수 있다.
상기 대상물 추적 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 인터페이스부는 제1 시간 주기를 갖는 상기 표준 클럭 펄스로부터 상기 제1 시간 주기보다 긴 제2 시간 주기를 갖는 상기 제어 펄스 신호를 생성하는 제어 펄스 생성부를 포함할 수 있다.
상기 인터페이스부는 상기 추적 대상물의 상기 궤적 정보를 기초로 상기 현재 표준 시간으로부터 상기 제2 시간 주기 후의 상기 추적 대상물의 제1 위치를 산출하고, 상기 추적 대상물의 제1 위치에 대응하는 제1 자세 정보를 생성하는 자세 정보 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 모션 컨트롤러는 상기 현재 표준 시간으로부터 상기 제2 시간 주기 후에 상기 제1 자세 정보에 대응하는 제1 작동기 제어 신호를 생성하여 상기 작동기에 출력할 수 있다.
상기 인터페이스부는 상기 추적 대상물의 궤적 정보를 기초로 상기 제2 시간 주기 간격으로 상기 추적 대상물의 위치들을 산출하고, 상기 추적 대상물의 상기 위치들에 대응하는 자세 정보들을 순차적으로 생성하는 자세 정보 생성부를 더 포함할 수 있다. 상기 모션 컨트롤러는 상기 자세 정보들을 저장하는 레지스터를 포함할 수 있다. 상기 레지스터에 저장된 상기 자세 정보들은 선입선출방식으로 상기 제어 펄스 신호에 동기하여 출력될 수 있다. 상기 모션 컨트롤러는 상기 레지스터로부터 출력되는 상기 자세 정보를 기초로 상기 작동기 제어 신호를 생성함으로써, 상기 현재 표준 시간을 기초로 상기 제어 신호를 상기 작동기에 출력할 수 있다.
상기 대상물 추적 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 작동기는 상기 망원경을 복수의 구동 축을 따라 이동시키기 위한 복수의 모터를 포함할 수 있다.
상기 대상물 추적 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 작동기는 상기 망원경을 방위각을 따라 회전시키기 위한 방위각 구동 모터 및 상기 망원경을 고도를 따라 회전시키기 위한 고도 구동 모터를 포함할 수 있다.
상기 망원경의 자세 정보는 상기 방위각 구동 모터의 위치 정보 및 상기 고도 구동 모터의 위치 정보를 포함할 수 있다.
상기 대상물 추적 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 작동기의 위치를 감지하여 피드백 신호를 생성하는 위치 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 모션 컨트롤러는 상기 피드백 신호를 수신하고 상기 자세 정보 및 상기 피드백 신호를 기초로 상기 작동기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 대상물 추적 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 인터페이스부는 상기 자세 정보를 포함하는 상기 제어 펄스 신호를 일정한(constant) 시간 주기로 상기 모션 컨트롤러에 출력할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 대상물 추적 시스템은 GPS 위성으로부터 표준 시간을 획득하고 이를 기초로 제어 신호를 생성함으로써 모션 컨트롤러의 내부 시간에 관계 없이 표준 시간을 기초로 망원경의 자세를 제어함으로써 추적 대상물을 정확하게 추적할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 추적 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라서 적도 좌표계로 표현되는 추적 대상물의 위치를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 지평 좌표계로 표현되는 추적 대상물의 위치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터페이스부의 내부 블록도를 나타낸다.
도 4는 궤적 정보에 따른 추적 대상물의 위치와 자세 정보에 따른 망원경의 자세를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 컨트롤러의 내부 블록도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 추적 시스템의 일부에 대한 블록도를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 추적 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 대상물 추적 시스템(100)은 GPS(Global Positioning System) 위성(10)을 이용하여 망원경(150)으로 추적 대상물(20)을 추적할 수 있다. 대상물 추적 시스템(100)은 표준 클럭 펄스 생성부(110), 인터페이스부(120), 모션 컨트롤러(130), 작동기(140) 및 망원경(150)을 포함할 수 있다. 표준 클럭 펄스 생성부(110)는 GPS 위성(10)으로부터 위성 정보(SI)를 수신하고, 위성 정보(SI)를 기초로 현재 표준 시간(CST) 및 표준 클럭 펄스(SCP)를 생성한다. 인터페이스부(120)는 추적 대상물(20)의 궤적 정보(TI)를 수신하고, 궤적 정보(TI) 및 현재 표준 시간(CST)을 기초로 망원경(150)의 자세 정보(PI)를 생성하고, 표준 클럭 펄스(SCP)를 기초로 제어 펄스 신호(CPS)를 생성한다. 모션 컨트롤러(130)는 자세 정보(PI) 및 제어 펄스 신호(CPS)를 수신하고, 제어 펄스 신호(CPS)에 동기하여 자세 정보(PI)를 기초로 작동기 제어 신호(ACS)를 생성한다. 작동기(140)는 작동기 제어 신호(ACS)를 수신하고, 작동기 제어 신호(ACS)에 따라 망원경(150)의 자세를 변경한다.
추적 대상물(20)은 일정한 궤도 운동을 하는 물체로서 인공위성이나 천체의 별, 행성, 위성 등일 수 있다. 추적 대상물(20)은 일정한 궤도 운동을 하기 때문에, 추적 대상물(20)이 현재 어디에 위치하고 있는지 추적 대상물(20)의 위치는 산술적으로 계산될 수 있다. 뿐만 아니라, 추적 대상물(20)의 과거 위치 및 미래 위치도 역시 산술적으로 계산될 수 있다. 추적 대상물(20)의 위치에 관한 정보는 궤적 정보(TI)로 지칭될 수 있다. 이러한 궤적 정보(TI)는 표준 시간을 기초로 일반 좌표계로 표현될 수 있다. 표준 시간은 전 세계적으로 통일된 시간으로서 예컨대, 협정 세계시(Coordinated Universal Time, UTC)일 수 있다. 일반 좌표계는 예컨대 천체의 위치를 나타낼 수 있는 일반적으로 사용되는 좌표계로서, 예컨대, 적경과 적위를 통해 천체의 위치를 표시하는 적도 좌표계일 수 있다. 다른 예에 따르면, 일반 좌표계는 고도와 방위각을 통해 천체의 위치를 표시하는 지평 좌표계일 수 있다.
GPS 위성(10)은 항공기, 선박, 자동차 등의 네비게이션 장치에서 자신의 위치를 알 수 있도록 위성 신호를 송신하는 인공위성이다. GPS 위성(10)은 자신에 탑재된 시계의 시각 및 위성의 상태 정보, 궤도 정보 등을 포함하는 신호를 발송한다. 이러한 신호에 포함된 정보는 위성 정보(SI)로 지칭될 수 있으며, 위성 정보(SI)는 표준 시간 및 위성의 위치 정보를 포함한다. GPS 위성(10)이 송신하는 신호들을 기초로 위치를 계산하기 위해서 GPS 위성(10)은 매우 정밀한 시계를 포함하며, GPS 위성(10)이 송신하는 신호에 포함된 시간 정보는 표준 시간 정보로 간주될 수 있다.
표준 클럭 펄스 생성부(110)는 GPS 위성(10)으로부터 위성 정보(SI)를 수신할 수 있다. 표준 클럭 펄스 생성부(110)는 복수의 GPS 위성(10)으로부터 위성 정보(SI)를 수신할 수 있으며, 이 경우 더욱 정확한 현재 표준 시간(CST)를 산출할 수 있다. 표준 클럭 펄스 생성부(110)는 GPS 위성(10)으로부터 수신된 위성 정보(SI)를 기초로 현재 표준 시간(CST) 및 표준 클럭 펄스(SCP)를 생성한다.
GPS 위성(10)과 표준 클럭 펄스 생성부(110)는 서로 떨어져 있으므로, GPS 위성(10)이 신호를 송신하는 시점과 표준 클럭 펄스 생성부(110)가 신호를 수신하는 시점 사이에는 시간 차가 존재한다. 표준 클럭 펄스 생성부(110)는 위성 정보(SI)에 포함된 표준 시간 정보를 GPS 위성(10)과의 거리를 기초로 보정함으로써 대상물 추적 시스템이 위치한 곳의 현재 표준 시간을 정확히 산출할 수 있다. 표준 클럭 펄스 생성부(110)는 GSP 위성(10)으로부터 수신된 신호로부터 표준 클럭 펄스(SCP)를 생성할 수 있다. 표준 클럭 펄스(SCP)는 예컨대 1MHz, 10MHz와 같은 주파수를 갖는 펄스 신호일 수 있다. 표준 클럭 펄스(SCP)는 현재 표준 시간(CST)에 동기화되며, 표준 클럭 펄스(SCP)가 1MHz의 주파수를 갖는 경우, 표준 클럭 펄스(SCP)는 현재 표준 시간(CST)을 1㎲(마이크로 초) 이내의 오차로 나타낼 수 있다. 표준 클럭 펄스(SCP)는 표준 클럭 펄스 생성부(110)의 내부 발진기를 이용하여 생성될 수도 있다.
인터페이스부(120)는 추적 대상물(20)의 궤적 정보(TI)를 수신할 수 있다. 추적 대상물(20)은 일정한 궤도로 운동하므로, 추정 대상물(20)의 위치는 궤적 정보(TI)를 통해 산출될 수 있다. 궤적 정보(TI)는 대상물 추적 시스템(100)의 외부로부터 제공될 수 있다. 궤적 정보(TI)는 예컨대, 적도 좌표계, 지평 좌표계 등과 같은 일반 좌표계로 표현될 수 있다.
인터페이스부(120)는 현재 표준 시간(CST) 및 표준 클럭 펄스(SCP)를 표준 클럭 펄스 생성부(110)로부터 수신할 수 있다. 인터페이스부(10)는 궤적 정보(TI) 및 현재 표준 시간(CST)을 기초로 망원경(150)의 자세 정보(PI)를 생성할 수 있다. 망원경(150)은 작동기(140)에 고정되어 작동기(140)에 의해 자세가 변경되므로, 망원경(150)의 자세 정보(PI)는 작동기(140)의 위치 정보를 의미할 수 있다. 작동기(140)는 망원경(150)에 의해 관측되는 천체 공간을 이동시키기 위하여, 복수의 구동 축으로 동작하는 복수의 모터를 포함할 수 있다. 망원경(150)의 자세 정보(PI)는 작동기(140)의 구동 축에 따라 정의되는 구동 좌표계로 표현될 수 있다. 예컨대, 작동기(140)는 망원경(150)을 방위각을 따라 회전시키기 위한 방위각 구동 모터 및 망원경(150)을 고도를 따라 회전시키기 위한 고도 구동 모터를 포함할 수 있으며, 이 경우, 구동 좌표계는 방위각과 고도로 표현될 수 있다. 즉, 구동 좌표계는 예컨대 지평 좌표계와 실질적으로 동일한 방식으로 표현될 수 있다. 다만, 구동 좌표계는 작동기(140)의 구동 모터들에 대하여 정의될 수 있다. 구동 모터들이 일정한 오프셋을 갖는 경우, 이러한 오프셋이 구동 좌표계에 반영될 수 있다. 인터페이스부(120)는 궤적 정보(TI)에 의해 표현되는 일반 좌표계 상의 추적 대상물(20)의 위치를 구동 좌표계로 변환하는 것으로 이해될 수 있다.
인터페이스부(120)는 표준 클럭 펄스(SCP)를 기초로 제어 펄스 신호(CPS)를 생성할 수 있다. 표준 클럭 펄스(SCP)는 제1 시간 주기를 가지며, 제어 펄스 신호(CPS)는 제1 시간 주기보다 긴 제2 시간 주기를 가질 수 있다. 제어 펄스 신호(CPS)의 제2 시간 주기는 모션 컨트롤러(130)의 제어 가능 시간 주기일 수 있다. 예컨대, 모션 컨트롤러(130)는 자신의 정밀도에 따라서 수 ㎳(밀리 초) 내지 수 sec(초) 정도로 작동기(140)를 제어할 수 있다. 모션 컨트롤러(130)의 제어 가능 시간 주기는 샘플링 주기로 지칭될 수도 있다. 제어 펄스 신호(CPS)는 표준 클럭 펄스(SCP)를 기초로 생성되므로, 제어 펄스 신호(CPS)도 역시 현재 표준 시간(CST)에 동기된 신호이다.
인터페이스부(120)는 자세 정보(PI)를 포함하는 신호와 제어 펄스 신호(CPS)를 각각 생성하여 모션 컨트롤러(130)에 제공할 수 있다. 다른 예에 따르면, 인터페이스부(120)는 자세 정보(PI)를 포함하는 신호를 제어 펄스 신호(CPS)에 동기하여 모션 컨트롤러(130)에 출력할 수 있다. 모션 컨트롤러(130)는 자세 정보(PI)를 포함하는 신호가 제2 시간 주기로 수신되므로, 상기 신호는 제어 펄스 신호(CPS)에 대응될 수 있다.
모션 컨트롤러(130)는 인터페이스부(120)로부터 자세 정보(PI) 및 제어 펄스 신호(CPS)를 수신할 수 있다. 모션 컨트롤러(130)는 자세 정보(PI)를 기초로 작동기(150)를 제어하기 위한 작동기 제어 신호(ACS)를 생성하고, 작동기 제어 신호(ACS)를 제어 펄스 신호(CPS)에 동기하여 작동기(140)에 출력할 수 있다. 모션 컨트롤러(130)는 내부 동작을 위한 내부 클럭을 가질 수 있으며, 이 내부 클럭은 표준 시간과 상당히 큰 오차를 가질 수도 있다. 그러나, 모션 컨트롤러(130)는 내부 클럭과 무관하게 현재 표준 시간(CST)에 동기화된 제어 펄스 신호(CPS)에 동기하여 작동기 제어 신호(ACS)를 작동기(140)에 출력하므로, 모션 컨트롤러(130)는 현재 표준 시간(CST)에 동기화된 제어를 수행할 수 있게 된다.
작동기(140)는 모션 컨트롤러(130)로부터 작동기 제어 신호(ACS)를 수신하고, 작동기 제어 신호(ACS)에 따라 자신의 구동 모터들을 구동함으로써 힘(F)이 발생하며, 이 힘(F)을 이용하여 망원경(150)의 자세를 변경할 수 있다. 망원경(150)은 궤도 운동을 하는 추적 대상물(20)을 추적할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라서 적도 좌표계로 표현되는 추적 대상물의 위치를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 추적 대상물(20)의 위치는 적도 좌표계에 따라 적경(α)과 적위(δ)로 표현된다. 적도 좌표계는 지구의 북극과 남극, 적도를 천구 상에 투영하여 만든 좌표계이다. 적도 좌표계에서 적경(α)은 춘분점을 기준으로 하여 천구의 적도를 따라 추적 대상물(20)의 위치를 잰 각을 의미하고, 적위(δ)는 천구의 적도로부터 추적 대상물(20)의 위치를 잰 각을 의미한다. 춘분점은 태양이 지구의 공전 궤도인 황도를 따라서 동쪽으로 진행하다가 적도와 만나는 점이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 지평 좌표계로 표현되는 추적 대상물의 위치를 나타낸다.
도 2b를 참조하면, 추적 대상물(20)의 위치는 지평 좌표계에 따라 고도(h)와 방위각(A)로 표현된다. 지평 좌표계는 관측자를 중심으로 천체의 위치를 나타내기 위한 좌표계이다. 방위각(A)은 북점을 기준으로 추적 대상물(20)의 위치를 지평선을 따라 동쪽 방향으로 측정한 각거리이며, 고도(h)는 지평선에서 추적 대상물(20)의 위치까지 잰 각거리이다.
상술한 바와 같이, 추적 대상물(20)의 궤적 정보(TI)는 표준 시간에 따른 위치 정보를 포함하며, 상기 위치 정보는 적도 좌표계로 표현될 수 있고, 또는 지평 좌표계로 표현될 수 있다. 또한, 추적 대상물(20)의 궤적 정보(TI)는 표준 시간에 따른 속도 정보를 포함할 수도 있다.
망원경(150)의 자세 정보(PI)는 작동기(140)의 구동 축에 따라 정의되는 구동 좌표계로 표현될 수 있다. 망원경(150)은 관측자에 대응되므로, 지평 좌표계를 사용하는 것이 편리할 수 있다. 이 경우, 작동기(140)는 망원경(150)을 방위각(A)을 따라 회전시키기 위한 방위각 구동 모터와 망원경(150)을 고도(h)에 따라 회전시키기 위한 고도 구동 모터를 포함할 수 있다. 자세 정보(PI)는 방위각 구동 모터의 위치 정보 및 고도 구동 모터의 위치 정보를 포함할 수 있다. 자세 정보(PI)는 방위각 구동 모터의 속도 정보 및 고도 구동 모터의 속도 정보도 포함할 수 있다. 구동 모터의 위치 정보는 구동 모터가 회전한 각 위치 정보를 의미하며, 구동 모터의 속도 정보는 구동 모터가 회전하고 있는 각 속도 정보를 의미할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터페이스부의 내부 블록도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 인터페이스부(120)는 제어 펄스 생성부(121) 및 자세 정보 생성부(122)를 포함한다. 제어 펄스 생성부(121)는 현재 표준 시간(CST) 및 제1 시간 주기(T1)를 갖는 표준 클럭 펄스(SCP)를 수신하고, 제2 시간 주기(T2)를 갖는 제어 펄스 신호(CPS)를 모션 컨트롤러(130)에 출력할 수 있다. 자세 정보 생성부(122)는 현재 표준 시간(CST) 및 궤적 정보(TI)를 수신하고, 자세 정보(PI)를 모션 컨트롤러(130)에 출력할 수 있다.
제어 펄스 생성부(121)는 제1 시간 주기(T1)를 갖는 표준 클럭 펄스(SCP)로부터 제2 시간 주기(T2)를 갖는 제어 펄스 신호(CPS)를 생성하기 위한 분주 회로를 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어 펄스 생성부(121)는 표준 클럭 펄스(SCP)의 펄스들을 카운트하고, 카운트 값이 소정 값을 가질 때 제어 펄스 신호(CPS)를 생성할 수 있으며, 이를 위하여 카운터 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 시간 주기(T1)가 1㎲이고, 제2 시간 주기(T2)가 0.1초인 경우, 상기 소정 값은 10,000일 수 있다.
자세 정보 생성부(122)는 궤적 정보(TI)로부터 자세 정보(PI)를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 자세 정보 생성부(122)는 추적 대상물(20)의 일반 좌표계에 따른 위치를 구동 좌표계로 변환할 수 있다. 예컨대, 궤적 정보(TI)에 따른 추적 대상물(20)의 위치가 적도 좌표계로 표현되고, 자세 정보(PI)에 따른 망원경(150)의 자세가 지평 좌표계로 표현되는 경우, 자세 정보 생성부(122)는 적도 좌표계 상의 궤적 정보(TI)를 지평 좌표계 상의 자세 정보(PI)로 변환할 수 있다.
도 4는 궤적 정보(TI)에 따른 추적 대상물(20)의 위치(P1)와 자세 정보(PI)에 따른 망원경(150)의 자세(P2)를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 현재 표준 시간(CST)의 추적 대상물(20)의 위치(P1)는 P1(CST)로 표현될 수 있으며, 이 위치(P1(CST))는 자세(P2(CST))로 변환될 수 있다. 또한, 현재 표준 시간(CST)에서 제2 시간 주기(T2)가 지난 시점의 추적 대상물(20)의 위치(P1)는 P1(CST+T2)로 표현될 수 있으며, 이 위치(P1(CST+T2))는 자세(P2(CST+T2))로 변환될 수 있다. 이러한 방식으로, 현재 표준 시간(CST)에서 제2 시간 주기(T2)의 k배의 시간이 지난 시점의 추적 대상물(20)의 위치(P1)는 P1(CST+kT2)로 표현될 수 있으며, 이 위치(P1(CST+T2))는 자세(P2(CST+kT2))로 변환될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 자세 정보 생성부(122)는 궤적 정보(TI)를 기초로 현재 표준 시간(CST)에서의 추적 대상물(20)의 위치(P1(CST))를 산출할 수 있다. 현재 표준 시간(CST)는 지금 현재의 시간을 의미하므로, 망원경(150)은 추적 대상물(20)의 위치(P1(CST))에 대응하여 현재 표준 시간(CST)에서의 자세(P2(CST))를 가져야 할 것이다. 자세 정보 생성부(122)는 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2) 후의 추적 대상물(20)의 위치(P1(CST+T2))를 산출할 수 있으며, 자세 정보 생성부(122)는 추적 대상물(20)의 위치(P1(CST+T2))를 망원경(150)의 자세(P2(CST+T2))로 변환함으로써 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2) 후의 자세 정보(PI)를 생성할 수 있다. 이 자세 정보(PI)는 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)가 흐르기 전에 모션 컨트롤러(130)에 출력될 수 있다.
모션 컨트롤러(130)는 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2) 후의 자세 정보(PI)에 대응하는 작동기 제어 신호(ACS)를 생성하며, 이 작동기 제어 신호(ACS)는 제어 펄스 신호(CPS)에 동기하여 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)가 흐른 시점에 작동기(140)에 출력된다. 작동기(140)는 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)가 흐른 시점에 작동기 제어 신호(ACS)를 수신하게 되고, 작동기 제어 신호(ACS)에 따른 동작을 수행하게 된다. 따라서, 모션 컨트롤러(130)는 현재 표준 시간(CST)에 동기되어 동작을 수행하기 때문에, 내부 시간을 표준 시간에 맞추지 않고서도 현재 표준 시간(CST)에 정확하게 맞는 동작을 수행할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모션 컨트롤러의 내부 블록도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 모션 컨트롤러(130)는 레지스터(131)를 포함할 수 있다. 레지스터(131)에는 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2) 후의 망원경(150)의 자세(P2(CST+T2)), 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)의 2배의 시간이 흐른 시점의 망원경(150)의 자세(P2(CST+2T2)), 내지 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)의 k배의 시간이 흐른 시점의 망원경(150)의 자세(P2(CST+kT2))를 포함하는 자세 정보(PI)가 저장될 수 있다. 즉, 자세 정보 생성부(140)는 궤적 정보(TI)를 기초로 제2 시간 주기(T2) 간격으로 추적 대상물(20)의 위치들(P1)을 산출하고, 이 위치들(P1)을 망원경(150)의 자세들(P2)로 순차적으로 변환하고, 이 자세들(P2)을 모션 컨트롤러(130)에 출력할 수 있으며, 모션 컨트롤러(130)는 상술한 바와 같이 이 자세들(P2)을 레지스터(131)에 저장할 수 있다.
레지스터(131)에 저장된 자세들(P2)은 선입선출방식으로 제어 펄스 신호(CPS)에 동기하여 출력될 수 있다. 즉, 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)가 흐른 시점에 자세(P2(CST+T2))가 출력되고, 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)의 2배의 시간이 흐른 시점에 자세(P2(CST+2T2))가 출력될 수 있다. 모션 컨트롤러(130)는 레지스터(131)로부터 출력되는 자세(P2)를 기초로 작동기 제어 신호(ACS)를 생성하여 작동기(140)에 출력할 수 있다. 작동기(140)는 현재 표준 시간(CST)로부터 제2 시간 주기(T2)가 흐른 시점에 출력되는 작동기 제어 신호(ACS)를 수신하고, 이에 대응하는 동작을 수행할 수 있다. k는 자연수일 수 있으며, 대상물 추적 시스템(100)의 성능에 따라 그 값이 결정될 수 있다. 예컨대, k는 10일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 추적 시스템의 일부에 대한 블록도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 작동기(140)는 제1 모터(141) 및 제2 모터(142)를 포함할 수 있다. 제1 모터(141)는 망원경(150)을 방위각을 따라 회전시키기 위한 방위각 구동 모터일 수 있다. 제2 모터(142)는 망원경(150)을 고도를 따라 회전시키기 위한 고도 구동 모터일 수 있다. 모션 컨트롤러(130)가 출력하는 작동기 제어 신호(ACS)는 제1 모터(141)를 제어하기 위한 제1 제어 신호(ACS1) 및 제2 모터(142)를 제어하기 위한 제2 제어 신호(ACS2)를 포함할 수 있다. 제1 제어 신호(ACS1)와 제2 제어 신호(ACS2)는 서로 독립적일 수 있다. 도 6에는 작동기(140)가 2개의 모터(141, 142)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며 작동기(140)는 3축 이상의 운동을 할 수 있도록 3개 이상의 모터를 포함할 수도 있다. 물론, 작동기(140)는 1개의 모터만을 포함할 수도 있다.
망원경(150)의 자세 정보(PI)는 제1 제어 신호(ACS1)를 생성하기 위해 필요한 제1 모터(141)의 위치 정보, 및 제2 제어 신호(ACS2)를 생성하기 위해 필요한 제2 모터(142)의 위치 정보를 포함할 수 있다. 자세 정보(PI)는 제1 모터(141)의 속도 정보 및 제2 모터(142)의 속도 정보를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 대상물 추적 시스템(100)은 작동기(140)의 위치를 감지하기 위한 위치 센서(160)를 더 포함할 수 있다. 위치 센서(160)는 제1 모터(141)의 위치 및 제2 모터(142)의 위치를 감지할 수 있다. 위치 센서(160)는 감지된 위치에 상응하는 피드백 신호(FS)를 생성하여 모션 컨트롤러(130)로 출력할 수 있다. 모션 컨트롤러(130)는 피드백 신호(FS)를 수신하고, 자세 정보(PI)뿐만 아니라 피드백 신호(FS)를 기초로 작동기 제어 신호(ACS)를 생성할 수 있다. 즉, 이전 타이밍(즉, 제2 시간 주기(T2) 이전)에 작동기(140)가 의도된 위치로 이동하지 않았다면, 피드백 신호(FS)는 이를 검출할 수 있으며, 모션 컨트롤러(130)는 이전 타이밍에서의 오동작을 보상하면서 새로운 위치로 이동하기 위한 작동기 제어 신호(ACS)를 출력할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: GPS 위성 20: 추적 대상물
100: 대상물 추적 시스템 110: 표준 클럭 펄스 생성부
120: 인터페이스부 121: 제어 펄스 생성부
122: 자세 정보 생성부 130: 모션 컨트롤러
131: 레지스터 140: 작동기
141: 제1 모터 142: 제2 모터
150: 망원경

Claims (12)

  1. GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 위성 정보를 수신하고, 상기 위성 정보를 기초로 현재 표준 시간 및 표준 클럭 펄스를 생성하는 표준 클럭 펄스 생성부;
    추적 대상물의 궤적 정보를 수신하고, 상기 궤적 정보 및 상기 현재 표준 시간을 기초로 망원경의 자세 정보를 생성하고, 상기 표준 클럭 펄스를 기초로 제어 펄스 신호를 생성하는 인터페이스부;
    상기 자세 정보 및 상기 제어 펄스 신호를 수신하고, 상기 제어 펄스 신호에 동기하여 상기 자세 정보를 기초로 작동기 제어 신호를 생성하는 모션 컨트롤러; 및
    상기 작동기 제어 신호를 수신하고, 상기 작동기 제어 신호에 따라 상기 망원경의 자세를 변경하는 작동기를 포함하고,
    상기 인터페이스부는,
    제1 시간 주기를 갖는 상기 표준 클럭 펄스로부터 상기 제1 시간 주기보다 긴 제2 시간 주기를 갖는 상기 제어 펄스 신호를 생성하는 제어 펄스 생성부; 및
    상기 추적 대상물의 궤적 정보를 기초로 상기 제2 시간 주기 간격으로 상기 추적 대상물의 위치들을 산출하고, 상기 추적 대상물의 상기 위치들에 대응하는 자세 정보들을 순차적으로 생성하는 자세 정보 생성부를 더 포함하고,
    상기 모션 컨트롤러는 상기 자세 정보들을 저장하는 레지스터를 포함하고, 상기 레지스터에 저장된 상기 자세 정보들은 선입선출방식으로 상기 제어 펄스 신호에 동기하여 출력되며,
    상기 모션 컨트롤러는 상기 레지스터로부터 출력되는 상기 자세 정보를 기초로 상기 작동기 제어 신호를 생성함으로써, 상기 현재 표준 시간을 기초로 상기 제어 신호를 상기 작동기에 출력하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 위성 정보는 상기 GPS 위성의 위치 및 표준 시간을 포함하고,
    상기 표준 클럭 펄스 생성부는 상기 대상물 추적 시스템과 상기 GPS 위성 사이의 거리를 기초로 상기 위성 정보로부터 상기 대상물 추적 시스템이 위치한 곳의 상기 현재 표준 시간을 산출하고, 상기 현재 표준 시간에 동기화된 상기 표준 클럭 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 추적 대상물의 상기 궤적 정보는 일반 좌표계로 표현되고, 상기 망원경의 상기 자세 정보는 상기 작동기의 구동 축에 따른 구동 좌표계로 상기 추적 대상물의 위치를 나타낸 것이며,
    상기 인터페이스부는 상기 일반 좌표계에 따른 상기 추적 대상물의 위치를 상기 구동 좌표계로 변환하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 자세 정보 생성부는 상기 추적 대상물의 상기 궤적 정보를 기초로 상기 현재 표준 시간으로부터 상기 제2 시간 주기 후의 상기 추적 대상물의 제1 위치를 산출하고, 상기 추적 대상물의 제1 위치에 대응하는 제1 자세 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 모션 컨트롤러는 상기 현재 표준 시간으로부터 상기 제2 시간 주기 후에 상기 제1 자세 정보에 대응하는 제1 작동기 제어 신호를 생성하여 상기 작동기에 출력하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 작동기는 상기 망원경을 복수의 구동 축을 따라 이동시키기 위한 복수의 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 작동기는 상기 망원경을 방위각을 따라 회전시키기 위한 방위각 구동 모터 및 상기 망원경을 고도를 따라 회전시키기 위한 고도 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 망원경의 자세 정보는 상기 방위각 구동 모터의 위치 정보 및 상기 고도 구동 모터의 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 작동기의 위치를 감지하여 피드백 신호를 생성하는 위치 센서를 더 포함하며,
    상기 모션 컨트롤러는 상기 피드백 신호를 수신하고 상기 자세 정보 및 상기 피드백 신호를 기초로 상기 작동기 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 인터페이스부는 상기 자세 정보를 포함하는 상기 제어 펄스 신호를 일정한(constant) 시간 주기로 상기 모션 컨트롤러에 출력하는 것을 특징으로 하는 대상물 추적 시스템.
KR1020140122942A 2014-09-16 2014-09-16 대상물 추적 시스템 KR101603689B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140122942A KR101603689B1 (ko) 2014-09-16 2014-09-16 대상물 추적 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140122942A KR101603689B1 (ko) 2014-09-16 2014-09-16 대상물 추적 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101603689B1 true KR101603689B1 (ko) 2016-03-15

Family

ID=55542356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140122942A KR101603689B1 (ko) 2014-09-16 2014-09-16 대상물 추적 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101603689B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102287935B1 (ko) 2020-06-03 2021-08-06 한국 천문 연구원 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법
KR20230053862A (ko) 2021-10-15 2023-04-24 임용근 9축 자이로센서 모듈과 전용 앱 결합형 천체의 거리와 각도정보 제공시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09236652A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Nec Eng Ltd Ｇｐｓ位置検出装置
JP2010049046A (ja) * 2008-08-22 2010-03-04 Nikon Corp 天体望遠鏡架台制御装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09236652A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Nec Eng Ltd Ｇｐｓ位置検出装置
JP2010049046A (ja) * 2008-08-22 2010-03-04 Nikon Corp 天体望遠鏡架台制御装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
박은서 외 16인, 인공위성 레이저추적 시스템(ARGO-M) 개발 현황, 천문학논총 27(3), 2012년 7월, pp.49-59.* *
서윤경 외 5인, 이동형 SLR의 실시간 추적 및 산출물 생성 알고리즘 연구, 한국항공우주학회지 39(4), 2011년 4월, pp. 370-377.* *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102287935B1 (ko) 2020-06-03 2021-08-06 한국 천문 연구원 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법
KR20230053862A (ko) 2021-10-15 2023-04-24 임용근 9축 자이로센서 모듈과 전용 앱 결합형 천체의 거리와 각도정보 제공시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Foxlin et al. Miniature six-DOF inertial system for tracking HMDs
CN105259787B (zh) 一种组合导航半物理仿真测试同步控制方法
CN102252673B (zh) 一种星敏感器在轨光行差的修正方法
CA2973741C (en) Inertial sensing augmentation for navigation of spacecraft
JP5684790B2 (ja) 受信機の位置決定
CN104833352B (zh) 多介质复杂环境下高精度视觉/惯性组合导航方法
EP3073223A1 (en) Tightly coupled celestial-intertial navigation system
RU2453813C1 (ru) Способ навигации космического аппарата по небесным источникам периодического излучения
CN106229680B (zh) 对运动中的卫星天线进行实时对星的装置的应用方法
CN104713559B (zh) 一种高精度sins模拟器的设计方法
CN111427002A (zh) 地面测控天线指向卫星的方位角计算方法
KR101603689B1 (ko) 대상물 추적 시스템
Christian et al. Review of options for autonomous cislunar navigation
Christensen et al. Terrain-relative and beacon-relative navigation for lunar powered descent and landing
Stearns et al. Multiple model adaptive estimation of satellite attitude using MEMS gyros
RU2005104609A (ru) Автономная бортовая система управления космического аппарата, гасад-2а
CN103823209A (zh) 用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置
Dorn et al. Improvement of the standard GNSS/IMU solution for UAVs using already existing redundant navigation sensors
CN102607563A (zh) 利用背景天文信息对于航天器进行相对导航的系统
Riedel et al. Optical navigation plan and strategy for the lunar lander Altair; OpNav for lunar and other crewed and robotic exploration applications
Muñoz et al. Preparations and strategy for navigation during Rosetta comet phase
Ismaeel Design of Kalman Filter of Augmenting GPS to INS Systems
Mikrin et al. Determining the attitude of the advanced crew transportation spacecraft federatsiya from measurements of global navigation satellite systems
CN117606474B (zh) 基于四元数二阶插值的惯性天文组合导航时间同步方法
Fliegel et al. GPS and Relativity: an Engineering Overview

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190115

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200226

Year of fee payment: 5