KR101651647B1 - 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 위성 시스템 - Google Patents

위성 시간과 지상 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 위성 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 위성 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 위성체와 지상 장치를 포함하는 위성 시스템에서, 지상 장치는 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 위성체로 전송하고, 위성체는 위성 명령에 포함된 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화할 수 있다. 본 발명에 의하면, GPS 수신기를 적용하기 어려운 정지궤도 위성이나 저궤도 위성에 대해서 위성과 지상 간의 시간 동기화를 저비용으로 수행할 수 있다. 그리고 GPS 수신기를 탑재하는 위성에 대해서, GPS 수신기 고장이 발생할 경우 백업(또는 대체) 시스템으로 사용할 수 있다. 또한 위성 시간과 위성 운용의 기준이 되는 협정 시간의 시간차를 쉽게 계산할 수 있다.

Description

위성 시간과 지상 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 위성 시스템{TIME SYNCHRONIZATION METHOD BETWEEN SATELLITE AND GROUND EQUIPMENT, AND SATELLITE SYSTEM THEREOF}
본 발명은 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 위성 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 GPS 수신기를 적용하기 어려운 정지궤도 위성이나 저궤도 위성에 대해서 위성과 지상 간의 시간 동기화를 수행할 수 있는 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 위성 시스템에 관한 것이다.
위성의 운영을 위해서 기준 시간이 사용되며, 기준 시간으로 협정 세계시(Coordinated Universal Time)(UTC)가 일반적으로 사용된다.
그런데 종래의 위성 시스템 특히, 정지궤도 위성 시스템은 위성 부분과 지상 부분 간의 시간 동기가 필요하나, GPS 수신기를 적용하기 어려운 문제점으로 인해서 시간이 지남에 따라 위성 시간과 위성 운영에 사용되는 기준 시간의 격차가 점점 벌어지게 되는 문제점이 있었다.
도 1은 GPS 수신기를 적용하지 않은 종래 위성 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 1을 참고하면, 종래 위성 시스템은 위성체(10)와 지상 장치(20)를 포함할 수 있다.
지상 장치(20)는 원격 측정 프레임 수신부(21), 위성 명령 생성부(22) 및 위성 명령 송신부(23)를 포함할 수 있다.
원격 측정 프레임 수신부(21)는 위성체(10)로부터 다운링크된 무선 신호에서 원격 측정 데이터 프레임을 추출할 수 있다.
위성 명령 생성부(22)는 위성체(10)에 전달할 위성 명령을 생성할 수 있다.
위성 명령 송신부(23)는 위성 명령을 무선 신호로 위성체(10)에 업링크 하는 기능을 수행한다.
위성체(10)는 명령 해석부(11), 프로세서 모듈 시간 생성부(12), 위성 프로세서 모듈(13), 위성 원격 측정 관리부(14), 원격 측정 시간 생성부(15) 및 위성 원격 측정 다운링크부(16)를 포함한다. 명령 해석부(11)는 지상 장치(20)로부터 수신되는 위성 명령을 해석하여 유효한 경우 위성 프로세서 모듈(13)로 전달하는 기능을 수행한다.
프로세서 모듈 시간 생성부(12)는 위성 프로세서 모듈(13)의 운영에 필요한 클럭을 제공하는 기능을 수행한다.
위성 프로세서 모듈(13)은 위성체(10)에 탑재된 컴퓨터의 일부로서 위성 명령 처리, 원격 측정 관리 등을 위한 소프트웨어가 탑재되어 관련 동작을 수행한다.
위성 원격 측정 관리부(14)는 위성체(10)의 원격 측정 데이터 수집과 포맷팅을 수행하는 기능을 수행한다.
원격 측정 시간 생성부(15)는 위성 원격 측정 다운링크부(16)에 필요한 클럭을 제공하는 기능을 수행한다.
위성 원격 측정 다운링크부(16)는 위성 원격 측정 관리부(14)에서 전달된 원격 측정 데이터를 무선 신호로 변환하여 지상으로 전송하는 기능을 수행한다.
이때 원격 측정 데이터에는 프로세서 모듈 시간 생성부(12) 또는 원격 측정 시간 생성부(15)를 기준으로 위성 시간을 기록해서 지상으로 보내지게 된다.
이와 같이 위성체(10)와 지상 장치(20)의 각 구성 요소는 위성 운용의 기준 시간으로 사용되는 협정 세계시(Coordinated Universal Time)(UTC)를 기준으로 동작을 하도록 되어야 한다.
그런데 프로세서 모듈 시간 생성부(12) 또는 원격 측정 시간 생성부(15)에 사용되는 클럭 발생기(도시하지 않음)는 오차 요인, 예컨대 초기 오차, 장기 드리프트(Long-Term Drift) 및 단기 드리프트(Short-Term Drift)를 가지고 있으며, 시간이 경과함에 따라 프로세서 모듈 시간 생성부(12) 또는 원격 측정 시간 생성부(15)간의 격차는 벌어지게 된다. 아울러 프로세서 모듈 시간 생성부(12) 또는 원격 측정 시간 생성부(15)에 사용되는 클럭 발생기는 앞서 언급한 오차 요인에 따라 기준 시간으로 사용되는 협정 세계시와도 격차가 벌어지게 된다.
따라서 종래 기술에 의하면, 위성체(10)의 내부에서도 프로세서 모듈 시간 생성부(12) 또는 원격 측정 시간 생성부(15) 사이에 시간 오차가 발생하게 되고, 위성 운영에 사용되는 기준 시간과도 오차가 발생하게 된다.
이에 의해 위성 운영 시간 정보를 이용하는 위성 궤도 정보에 오차가 발생할 수 있다. 또한, 위성 운영의 기준 시간 대비 절대 시간 명령 수행의 오차가 발생하고, 위성에서 획득한 원격 측정 데이터 또는 임무 데이터에 기록된 위성 시간과 위성 운영 기준 시간과의 차이로 큰 지상 위치 오차 등이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 GPS 수신기를 적용하기 어려운 정지궤도 위성이나 저궤도 위성에 대해서 위성과 지상 간의 시간 동기화를 수행할 수 있는 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법 및 이를 이용한 위성 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위성체와 상기 위성체를 지상에서 운용하는 지상 장치를 포함하는 위성 시스템에서, 상기 지상 장치는 상기 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하고, 상기 위성체는 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화할 수 있다.
상기 지상 장치는, 상기 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 구하는 원격측정 프레임 동기화부, 상기 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하는 위성 명령 생성부, 그리고 상기 시간차에 대응하는 시간차 정보를 포함하는 위성 명령을 상기 위성체로 전송하는 명령 전송부를 포함할 수 있다.
상기 위성체는, 상기 지상 장치로부터 수신된 위성 명령을 해석하여 상기 시간차 정보를 획득하는 명령 해석부, 상기 시간차 정보를 계수한 시간차 카운터 값을 저장하는 시간차 카운터 레지스터, 그리고 상기 시간차 카운터 레지스터에 저장된 시간차 카운터 값에 기초하여 증감되는 기준 펄스 수에 따라 시간 동기 신호를 발생시키는 위성 기준 시간 생성부를 포함할 수 있다.
상기 위성체는, 상기 시간 동기 신호가 발생하는 시점에 상기 지상 장치에 원격 측정 데이터 프레임의 전송을 시작하는 위성 원격 측정 다운링크부를 더 포함할 수 있다.
상기 위성체는, 상기 시간차 정보에 기초하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하는 위성 시간 관리부를 포함할 수 있다.
상기 위성체는, 기준 시간당 오차와 누적 시간의 곱으로 구해진 값이 기준 시간보다 크게 되는 시점에 위성 시간에 상기 기준 시간만큼 증감하고, 상기 위성 시간과 상기 지상 시간의 시간차를 '0'으로 설정하는 위성 시간 관리부를 포함할 수 있다.
상기 기준 시간당 오차는 소정 기간동안 위성 시간과 지상 시간의 오차를 이용하여 계산되고, 상기 누적 시간은 위성 시간과 지상 시간의 시간차가 '0'으로 설정된 시점부터 누적된 시간일 수 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법은, 지상 장치에서 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 구하는 단계, 상기 지상 장치에서 상기 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하는 단계, 그리고 상기 위성체에서 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하는 단계를 포함한다.
상기 위성체에서 위성 시간을 지상 시간에 동기화하는 단계는, 상기 지상 장치에서 수신된 위성 명령을 해석하여 상기 시간차 정보를 획득하는 단계, 상기 시간차 정보를 계수한 시간차 카운터 값을 저장하는 단계, 그리고 상기 시간차 카운터 레지스터에 저장된 시간차 카운터 값에 기초하여 증감되는 기준 펄스 수에 따라 시간 동기 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 시간 동기 신호가 발생하는 시점에 상기 위성체에서 상기 지상 장치로 원격 측정 데이터 프레임의 전송을 시작하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 위성체에서 상기 위성 시간을 상기 지상 시간에 동기화하는 단계는, 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 '0'으로 설정하는 단계, 기준 시간당 오차와 누적 시간의 곱으로 구해지는 시간차가 기준 시간보다 크게 되는지 판단하는 단계, 상기 누적 시간 오차가 상기 기준 시간보다 커지는 시점에 위성 시간에 상기 기준 시간만큼 증감하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, GPS 수신기를 적용하기 어려운 정지궤도 위성이나 저궤도 위성에 대해서 위성과 지상 간의 시간 동기화를 저비용으로 수행할 수 있다. 그리고 GPS 수신기를 탑재하는 위성에 대해서, GPS 수신기 고장이 발생할 경우 백업(또는 대체) 시스템으로 사용할 수 있다. 또한 위성 시간과 위성 운용의 기준이 되는 협정 시간의 시간차를 쉽게 계산할 수 있다.
도 1은 GPS 수신기를 적용하지 않은 종래 위성 시스템의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 측정 데이터 프레임 포맷을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 시스템의 위성 시간과 지상 시간의 동기화 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성체의 동작을 보다 자세히 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성체의 자율 시간차 조절 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 위성 시스템은 위성체(100)와 지상 장치(200)를 포함할 수 있다.
지상 장치(200)는 위성체(100)를 지상에서 운용하는 기능을 수행하며, GPS 수신기(210), 원격 측정 프레임 동기화부(220), 위성 명령 생성부(230) 및 위성 명령 송신부(240)를 포함할 수 있다.
GPS 수신기(210)는 GPS 위성(도시하지 않음)으로부터 GPS 신호를 수신하는 기능을 수행하며, 실시예에 따라서 GPS 수신기(210)는 지상 장치(200)에 포함되지 않고 별도로 구현되는 것도 가능하다.
원격 측정 프레임 동기화부(220)는 위성체(100)로부터 전달되는 원격 측정 데이터 프레임(telemetry data frame)에 포함된 위성 시간을 추출하여, 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 계산하는 기능을 수행할 수 있다.
여기서 위성을 운용하는 기준 시간으로서, 협정 세계시(Coordinated Universal Time)(UTC)가 이용될 수 있다. 지상 장치(200)는 GPS 수신기(210)를 통해 수신한 GPS 신호로부터 협정 세계시를 계산하여 지상 시간으로 이용할 수 있다. 이에 반해 위성 시간은 발사 초기에는 협정 세계시에 맞추어져 있을 수 있으나, 위성체(100)가 GPS 수신기 없이 우주 공간에 발사된 후에는 점차 지상 시간(협정 세계시)와 오차가 발생하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 측정 데이터 프레임 포맷을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 3을 참고하면, 원격 측정 데이터 프레임 포맷은 원격 측정 헤더(telemetry header), 위성 시간(satellite time), 원격 측정 데이터(telemetry data), 원격 측정 테일(telemetry tail)으로 이루어질 수 있다. 여기서 위성 시간은 위성체(100)에서 원격 측정 데이터 프레임을 생성하는 시간일 수 있다. 이 경우 위성/지상 시간차를 계산할 때 위성체(100)에서 원격 측정 데이터 프레임을 생성한 시간과 원격 측정 데이터 프레임을 지상 장치(200)로 전송 시작한 시간의 차이에 대한 부분도 고려될 필요가 있다. 실시예에 따라서 원격 측정 데이터 프레임의 위성 시간을 원격 측정 데이터 프레임을 지상 장치(200)로 전송 시작하는 시간으로 설정되게 할 수 있다.
다시 도 2를 참고하면, 원격 측정 프레임 동기화부(220)는 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 아래 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112015087603228-pat00001
TUTC는 원격 측정 프레임 동기화 협정 세계시에 해당하는 지상 시간이고, TSAT는 원격 측정 데이터에 포함된 위성 시간이며, ΔT는 위성 시간과 지상 시간의 시간차이고, TR은 위성과 지상 사이의 전파 도달 시간이며, TD는 원격 측정 프레임 측정 지연 시간이다.
TR은 위성체(100)와 지상 간의 거리를 빛의 속도로 나눈 시간으로 계산할 수 있다. TD는 원격 측정 프레임 동기화부(220)에서 내부 처리 시간 지연으로 계산할 수 있으나 매우 작아 그 영향이 거의 없으므로 실시예에 따라서 무시할 수도 있다.
위성 시간과 지상 시간의 시간차(ΔT)는 'TUTC - TSAT - TR - TD'로 구해질 수 있다. 이하에서 위성 시간과 지상 시간의 시간차는 위성/지상 시간차로 기재하기로 한다.
위성 명령 생성부(230)는 지상 장치(200)에서 위성체(100)에 전달하는 위성 명령을 생성한다. 특히 본 발명에 따른 위성 명령 생성부(230)는 원격 측정 프레임 동기화부(220)에서 구해진 위성/지상 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성할 수 있다. 위성/지상 시간차를 포함하는 위성 명령은 미리 정해진 주기(예컨대 1시간, 1일 등)마다 생성되거나, 지상 장치(200)의 운용자의 요구에 따라 현재의 지상 시간을 포함하여 생성될 수 있다.
위성 명령 송신부(240)는 위성 명령 생성부(230)에서 생성된 위성 명령을 위성체(100)로 업링크하는 기능을 수행한다.
위성체(100)는 지상 장치(200)로부터 업링크 된 위성 명령을 해석하여 그에 따른 동작을 수행한다. 지상 장치(200)로부터 업링크 된 위성 명령에 위성/지상 시간차에 대한 정보가 포함된 경우 그에 따라 위성 시간과 지상 시간의 동기화를 위한 동작을 수행할 수 있다.
위성체(100)는 명령 해석부(110), 시간차 카운터 레지스터(120), 위성 기준 시간 생성부(130), 위성 프로세서 모듈(140), 위성 시간 관리부(150), 위성 원격 측정 관리부(160) 및 위성 원격 측정 다운링크부(170)를 포함할 수 있다.
명령 해석부(110)는 지상 장치(200)로부터 수신되는 위성 명령을 해석하여 유효한 경우 위성 프로세서 모듈(140)로 전달하는 기능을 수행한다. 또한 명령 해석부(110)는 위성 명령에 위성/지상 시간차 정보가 포함된 경우 이를 시간차 카운터 레지스터(120)에 전달할 수 있다.
위성 기준 시간 생성부(130)는 시간차 카운터 레지스터(120)에 저장된 시간차 카운터 값에 기초하여 위성체(100)에 탑재된 장치의 운용에 사용되는 시간 동기 신호를 발생시킬 수 있다.
위성 기준 시간 생성부(130)는 오실레이터(oscillator)를 포함할 수 있으며, 오실레이터에서 발생되는 펄스의 수를 카운트하여 기준 펄스 수가 될 때마다 시간 동기 신호를 발생하도록 구현될 수 있다. 여기서 시간 동기 신호를 발생시키는 기준 펄스 수는 시간차 카운터 레지스터(120)에 저장된 시간차 카운터 값에 따라 증감될 수 있다. 가령 100개의 펄스가 발생할 때마다 시간 동기 신호를 발생시키도록 초기 설정된 상태(예컨대 기준 펄스 수가 100인 상태)에서 시간차 카운터 값이 2라고 하면, 기준 펄스 수가 102로 증가되게 할 수 있다. 따라서 102개의 펄스가 발생할 때마다 시간 동기 신호를 발생시키도록 구현될 수 있다. 이와 같이 시간차 카운터 값에 따라 시간 동기 신호를 발생시키는 기준 펄스 수를 증감시킴으로써 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 줄일 수 있다. 예컨대 위성 시간이 지상 시간보다 후행(lagging)하는 경우에는 시간차 카운터 값을 감소시키고, 반대로 위성 시간이 지상 시간보다 선행(leading)하는 경우에는 시간차 카운터 값을 증가시킬 수 있다.
시간차 카운터 레지스터(120)는 명령 해석부(110)로부터 위성/지상 시간차 정보를 전달받을 수 있다. 시간차 카운터 레지스터(120)는 기존에 저장된 시간차 카운터 값에 새로 전달된 위성/지상 시간차를 계수하여 새로운 시간차 카운터 값으로 저장한다.
예컨대 위성 시간이 지상 시간보다 1초당 7 μsec씩 후행하는 것을 보상하기 위해서 시간차 카운터 레지스터(120)에 시간차 카운터 값이 -7로 저장된 상태에서 동작하고 있는 경우를 가정한다. 이 상태에서 위성 시간이 지상 시간보다 1초당 2μsec 빨라지는 것에 대응하는 시간차 정보가 전달되면, 시간차 카운터 레지스터(120)는 시간차 카운터 값을 -7에 2를 더한 값인 5로 변경하여 저장할 수 있다. 여기서 시간차 카운터 값에 대한 설명은 일 예이며, 실시예에 따라서 다양하게 변경 실시될 수 있다.
위성 프로세서 모듈(140)은 위성체(100)에 탑재된 컴퓨터의 일부로서 위성 명령 처리, 원격 측정 관리 등을 위한 소프트웨어가 탑재되어 관련 동작을 수행한다. 위성 프로세서 모듈(140)은 위성 기준 시간 생성부(130)에서 제공되는 시간 동기 신호에 따라 동작할 수 있다.
위성 원격 측정 관리부(160)는 위성체(100)의 원격 측정 데이터 수집과 포맷팅을 수행하는 기능을 수행한다.
위성 원격 측정 다운링크부(170)는 위성 원격 측정 관리부(160)에서 전달된 원격 측정 데이터를 필요에 따라 부호화 또는 암호화한 후에 무선 신호로 변환하여 지상으로 전송하는 기능을 수행한다.
위성 원격 측정 다운링크부(170)는 시간 동기 신호가 발생하는 시점에 지상 장치(200)에 원격 측정 데이터 프레임의 전송을 시작하도록 구현할 수 있다. 이에 의해 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 보다 쉽고 정확하게 계산할 수 있다.
위성 시간 관리부(150)는 소프트웨어적으로 위성체(100)의 위성 시간을 관리하는 기능을 수행한다. 구체적으로 위성 시간 관리부(150)는 위성 명령에 포함된 위성/지상 시간차 정보를 명령 해석부(110)로부터 전달받아 위성 시간을 지상 시간에 동기화되게 변경할 수 있다. 물론 하드웨어적으로 위성 기준 시간 생성부(130)에서 시간 동기 신호를 발생시키는 기준 펄스 수를 증감시켜 조정한 경우에는 별도로 위성 시간을 지상 시간에 동기화시키는 동작을 할 필요는 없다.
한편 위성 시간 관리부(150)는 위성체(100)의 자율 시간차 조절 기능을 수행할 수도 있다. 보다 구체적으로 위성 시간 관리부(150)는 기준 시간당 오차와 누적 시간의 곱으로 구해진 값(시간차)이 기준 시간보다 크게 되는 시점에 위성 시간에서 기준 시간만큼 더하고, 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 '0'으로 재설정할 수 있다.
여기서 기준 시간당 오차는 소정 기간동안 위성 시간과 지상 시간에 발생하는 오차를 의미한다. 가령 기준 시간을 1초(sec)로 하면, 기준 시간당 오차는 1 sec를 기준으로 위성 시간과 지상 시간 사이에 발생하는 시간 오차를 의미한다. 즉 위성 시간이 지상 시간보다 100msec 마다 5μsec씩 후행(lagging)한다고 할 경우 기준 시간당 오차는 50μsec가 된다. 그리고 누적 시간이 20,000 sec(즉, 5시간 33분 20초)가 경과하면 총 누적된 시간차가 1sec를 넘어서게 된다. 그러면 위성 시간 관리부(150)는 위성 시간에 1sec를 증가시켜 지상 시간과 동기화되게 할 수 있다. 그리고 위성 시간과 지상 시간의 시간차는 다시 '0' sec로 설정할 수 있다.
앞서 기준 시간을 1초로 예시하였으나, 기준 시간은 1분, 1시간, 1일 등 실시예에 따라 다양하게 정해질 수 있다. 그리고 기준 시간당 오차는 사전에 지상 장치(200)에서 위성 명령에 포함하여 위성체(100)에 전달할 수 있다.
한편 위성 시간이 지상 시간보다 선행(leading)하는 경우에는 반대로 위성 시간에서 기준 시간만큼 감소시킬 수 있다. 가령 누적 시간 오차가 -1 sec가 되면, 위성 시간에서 1 sec를 감소시켜서 지상 시간과 동기화시킬 수 있다.
한편 위성체(100)는 미리 전달받은 기준 시간당 오차를 가지고 자율 시간차 조절 기능을 수행함으로써, 위성체(100)가 지상 장치(200)로부터 위성 명령을 받을 수 없을 때 위성 시간과 지상 시간의 동기화를 수행할 수도 있다. 물론 실시예에 따라서 기준 시간당 오차를 위성체(100)에서 구할 수도 있다. 위성 명령에 포함되어 전달되는 위성/지상 시간차 정보를 이용하여 위성체(100)에서 기준 시간당 오차를 계산할 수도 있다.
그러면 도 4 내지 도 6을 참고하여 본 발명에 따른 위성 시스템의 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 시스템의 위성 시간과 지상 시간의 동기화 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 먼저 지상 장치(200)는 위성체(100)로부터 다운링크 되는 원격 측정 데이터 프레임(telemetry data frame)을 수신하고(S410), 다음으로 원격 측정 프레임 동기화부(220)에서 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간을 추출하여, 위성/지상 시간차를 계산할 수 있다(S420). 여기서 지상 시간은 위성을 운용하는 기준 시간으로서, 협정 세계시(Coordinated Universal Time)(UTC)가 이용될 수 있으며, GPS 수신기(210)에서 GPS 신호를 수신하여 협정 세계시를 계산할 수 있다.
다음으로 위성 명령 생성부(230)는 원격 측정 프레임 동기화부(220)에서 구해진 위성/지상 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성할 수 있다(S430). 위성/지상 시간차를 포함하는 위성 명령은 미리 정해진 주기(예컨대 1시간, 1일 등)마다 생성되거나, 지상 장치(200)의 운용자의 요구에 따라 현재의 지상 시간을 포함하여 생성될 수 있다.
이후 위성 명령 송신부(240)는 위성 명령 생성부(230)에서 생성된 위성 명령을 위성체(100)로 업링크할 수 있다(S440).
이후 지상 장치(200)로부터 업링크 된 위성 명령에 위성/지상 시간차에 대한 정보가 포함된 경우, 위성체(100)는 위성/지상 시간차 정보를 이용하여 위성 시간과 지상 시간의 동기화를 위한 동작을 수행할 수 있다(S450).
그러면 도 5를 참고하여 위성체(100)에서 위성 명령에 포함된 위성/지상 시간차 정보를 이용하여 위성 시간과 지상 시간의 시간 동기화를 수행하는 동작에 대해 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성체의 동작을 보다 자세히 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 위성체(100)에서 지상 장치(200)로부터 업링크 된 위성 명령을 수신하면, 명령 해석부(110)는 수신된 위성 명령을 해석하여 위성/지상 시간차 정보를 획득하여 시간차 카운터 레지스터(120)에 전달할 수 있다(S510).
다음으로 시간차 카운터 레지스터(120)는 명령 해석부(110)로부터 기존에 저장된 시간차 카운터 값에 새로 전달된 위성/지상 시간차를 계수하여 새로운 시간차 카운터 값으로 저장한다(S520).
이후 위성 기준 시간 생성부(130)는 시간차 카운터 레지스터(120)에 저장된 시간차 카운터 값에 따라 기준 펄스 수를 증감시키고 그에 따라 시간 동기 신호를 발생시킨다(S530).
한편 위성 원격 측정 다운링크부(170)는 시간 동기 신호가 발생하는 시점에 지상 장치(200)에 원격 측정 데이터 프레임의 전송을 시작하도록 구현할 수 있다(S540). 이에 의해 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 보다 쉽고 정확하게 계산할 수 있다.
지상 장치(200)는 단계(S540)에서 전송되는 위성 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간을 이용하여 위성/지상 시간차를 구하고, 도 4에 예시한 것과 같이 단계(S410) 내지 단계(S440)을 수행할 수 있다.
실시예에 따라 위성 시간 관리부(150)는 위성 명령에 포함된 위성/지상 시간차 정보를 명령 해석부(110)로부터 전달받아 위성 시간 동기화를 소프트웨어적으로 수행할 수 있으며, 이 경우 단계(S520) 내지 단계(S530)는 수행되지 않을 수 있다.
또한 위성 시간 관리부(150)는 위성체(100)의 자율 시간차 조절 기능을 수행할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성체의 자율 시간차 조절 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 먼저 위성 시간 관리부(150)는 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 '0'으로 설정한다(S510).
다음으로 위성 시간 관리부(150)는 기준 시간당 오차와 누적 시간의 곱으로 구해진 값(시간차)이 기준 시간보다 크게 되는지 판단하는 동작을 반복한다(S520).
판단 결과 시간차가 기준 시간을 초과하게 되면(S520-Y), 위성 시간 관리부(150)는 시간차가 기준 시간을 초과하는 시점에 위성 시간에 기준 시간만큼 더할 수 있다(S530). 단계(S530)에서 기준 시간당 오차가 위성 시간이 지상 시간보다 후행(lagging)하는 경우에 해당하면, 위성 시간을 기준 시간만큼 증가시킨다. 반대로 기준 시간당 오차가 위성 시간이 지상 시간보다 선행(leading)하는 경우에 해당하면, 위성 시간을 기준 시간만큼 감소시킨다.
위성 시간 관리부(150)는 단계(S510) 내지 단계(S530)를 반복하여 수행함으로써 위성 시간과 지상 시간의 시간차가 기준 시간을 초과하여 커지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 포함한다. 이 기록 매체는 앞서 설명한 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 기록 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

Claims (13)

  1. 위성체와 상기 위성체를 지상에서 운용하는 지상 장치를 포함하는 위성 시스템에 있어서,
    상기 지상 장치는 상기 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하고,
    상기 위성체는 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하고,
    상기 지상 장치는,
    상기 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차를 구하는 원격측정 프레임 동기화부,
    상기 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하는 위성 명령 생성부,
    그리고
    상기 시간차에 대응하는 시간차 정보를 포함하는 위성 명령을 상기 위성체로 전송하는 명령 전송부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 시스템.
  2. 삭제
  3. 위성체와 상기 위성체를 지상에서 운용하는 지상 장치를 포함하는 위성 시스템에 있어서,
    상기 지상 장치는 상기 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하고,
    상기 위성체는 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하고,
    상기 위성체는,
    상기 지상 장치로부터 수신된 위성 명령을 해석하여 상기 시간차 정보를 획득하는 명령 해석부,
    상기 시간차 정보를 계수한 시간차 카운터 값을 저장하는 시간차 카운터 레지스터, 그리고
    상기 시간차 카운터 레지스터에 저장된 시간차 카운터 값에 기초하여 증감되는 기준 펄스 수에 따라 시간 동기 신호를 발생시키는 위성 기준 시간 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 시스템.
  4. 제 3 항에서,
    상기 위성체는,
    상기 시간 동기 신호가 발생하는 시점에 상기 지상 장치에 원격 측정 데이터 프레임의 전송을 시작하는 위성 원격 측정 다운링크부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 시스템.
  5. 위성체와 상기 위성체를 지상에서 운용하는 지상 장치를 포함하는 위성 시스템에 있어서,
    상기 지상 장치는 상기 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하고,
    상기 위성체는 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하고,
    상기 위성체는,
    상기 지상 장치로부터 전송된 위성 명령을 해석하여 상기 시간차 정보를 획득하는 명령 해석부, 그리고
    상기 시간차 정보에 기초하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하는 위성 시간 관리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 시스템.
  6. 위성체와 상기 위성체를 지상에서 운용하는 지상 장치를 포함하는 위성 시스템에 있어서,
    상기 지상 장치는 상기 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하고,
    상기 위성체는 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하고,
    상기 위성체는,
    기준 시간당 오차와 누적 시간의 곱으로 구해진 값이 기준 시간보다 크게 되는 시점에 위성 시간에 상기 기준 시간만큼 증감하고, 상기 위성 시간과 상기 지상 시간의 시간차를 '0'으로 설정하는 위성 시간 관리부를 포함하고,
    상기 기준 시간당 오차는 소정 기간동안 위성 시간과 지상 시간의 오차를 이용하여 계산되고, 상기 누적 시간은 위성 시간과 지상 시간의 시간차가 '0'으로 설정된 시점부터 누적된 시간인 것을 특징으로 하는 위성 시스템.
  7. 위성체를 운용하는 지상 장치에서 전송된 위성 명령을 해석하여 상기 위성 명령에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 획득하는 명령 해석부,
    상기 시간차 정보를 계수한 시간차 카운터 값을 저장하는 시간차 카운터 레지스터, 그리고
    상기 시간차 카운터 레지스터에 저장된 시간차 카운터 값에 기초하여 증감되는 기준 펄스 수에 따라 시간 동기 신호를 발생시키는 위성 기준 시간 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성체.
  8. 제 7 항에서,
    상기 시간 동기 신호가 발생하는 시점에 상기 지상 장치에 원격 측정 데이터 프레임의 전송을 시작하는 위성 원격 측정 다운링크부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성체.
  9. 제 7 항에서,
    기준 시간당 오차와 누적 시간의 곱으로 구해진 값이 기준 시간보다 크게 되는 시점에 위성 시간에서 상기 기준 시간만큼 증감하고, 상기 위성 시간과 상기 지상 시간의 시간차를 '0'으로 설정하는 위성 시간 관리부
    를 더 포함하고,
    상기 기준 시간당 오차는 소정 기간동안 위성 시간과 지상 시간의 오차를 이용하여 계산되고, 상기 누적 시간은 상기 위성 시간과 상기 지상 시간의 시간차가 '0'으로 설정된 시점부터 누적된 시간인 것을 특징으로 하는 위성체.
  10. 지상 장치에서 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 구하는 단계,
    상기 지상 장치에서 상기 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하는 단계, 그리고
    상기 위성체에서 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하는 단계를 포함하고,
    상기 위성체에서 위성 시간을 지상 시간에 동기화하는 단계는,
    상기 지상 장치에서 수신된 위성 명령을 해석하여 상기 시간차 정보를 획득하는 단계,
    상기 시간차 정보를 계수한 시간차 카운터 값을 저장하는 단계, 그리고
    상기 시간차 카운터 레지스터에 저장된 시간차 카운터 값에 기초하여 증감되는 기준 펄스 수에 따라 시간 동기 신호를 발생시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에서,
    상기 시간 동기 신호가 발생하는 시점에 상기 위성체에서 상기 지상 장치로 원격 측정 데이터 프레임의 전송을 시작하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법.
  13. 지상 장치에서 위성체로부터 전달된 원격 측정 데이터 프레임에 포함된 위성 시간과 지상 시간의 시간차에 대한 정보를 구하는 단계,
    상기 지상 장치에서 상기 시간차에 대한 정보를 포함하는 위성 명령을 생성하여 상기 위성체로 전송하는 단계, 그리고
    상기 위성체에서 상기 위성 명령에 포함된 상기 시간차에 대한 정보를 이용하여 위성 시간을 지상 시간에 동기화하는 단계를 포함하고,
    상기 위성체에서 상기 위성 시간을 상기 지상 시간에 동기화하는 단계는,
    위성 시간과 지상 시간의 시간차를 '0'으로 설정하는 단계,
    기준 시간당 오차와 누적 시간의 곱으로 구해지는 시간차가 기준 시간보다 크게 되는지 판단하는 단계,
    상기 누적 시간 오차가 상기 기준 시간보다 커지는 시점에 위성 시간에 상기 기준 시간만큼 증감하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기준 시간당 오차는 소정 기간동안 위성 시간과 지상 시간의 오차를 이용하여 계산되고, 상기 누적 시간은 위성 시간과 지상 시간의 시간차가 '0'으로 설정된 시점부터 누적된 시간인 것을 특징으로 하는 위성 시간과 지상 시간 동기화 방법.
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