KR101771469B1 - 위성 지향 안테나의 센서 보정 방법 - Google Patents

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조현욱
허종완
권건섭
장명진
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국방과학연구소
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Abstract

본원발명에 따르면, 앙각 또는 방위각을 변화시키며 회전 가능한 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법에 있어서, 상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일면과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 앙각을 계측하는 앙각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 앙각 엔코더 보정 단계; 상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일 방향과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 방위각을 계측하는 방위각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 방위각 엔코더 보정 단계; 및 상기 위성 지향 안테나의 회전 각속도를 계측하는 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 방위각 회전축과 나란하고 다른 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 앙각 회전축과 나란하도록 보정하는 자이로스코프 보정 단계를 포함하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법이 제공될 수 있다.

Description

위성 지향 안테나의 센서 보정 방법{CALIBRATION METHOD OF SENSOR OF A SATELLITE ANTENNA}
본원발명은 위성과 통신하기 위해 위성에 대한 추적 기능을 갖춘 모든 안테나에 사용되는 센서의 추적 및 안정화 성능 향상을 위하여 센서를 보정(정렬)하는 방법에 관한 것이다.
위성과 무선 통신을 하기 위해서는 위성 지향 안테나가 위성의 신호를 정확히 추적할 수 있어야 한다.
이를 위해서 상기 위성 지향 안테나는 모터에 연결되어 설치되며, 추적 및 안정화 알고리즘을 이용하여 상기 모터를 구동시키게 된다.
여기서, 추적 알고리즘은 상기 안테나가 지향해야 하는 방향(위성의 위치에 대응되는 방향)을 계산한다.
또한, 안정화 알고리즘은 상기 추적 알고리즘에서 산출한 안테나의 지향 방향과 실제 안테나가 지향하고 있는 방향의 차이가 0이 될 때까지 상기 안테나가 향하고 있는 방향을 선회시키도록 상기 모터를 구동시킨다.
즉, 상기 추적 및 안정화 알고리즘은 상기 위성 지향 안테나가 지향해야 하는 방향으로 정확하게 위치시켜 주는 기능을 수행한다.
2개의 회전축이 수직으로 연결되고 방위각 회전축이 플랫폼에 수직으로 연결된 2축 구조의 안테나의 추적 및 안정화 알고리즘을 구현하기 위한 센서로는 자이로스코프와 엔코더가 많이 사용된다.
따라서 상기 안테나의 지향 방향 및 각도를 알아내기 위해서는 엔코더나 자이로스코프 등의 센서를 활용하게 된다.
상기 엔코더는 임의로 정할 수 있는 기준에 대한 안테나 모터의 회전 각도를 알려준다. 상기 엔코더는 앙각 방향을 계측하는 앙각 엔코더와 방위각 방향을 계측하는 방위각 엔코더로 나뉠 수 있다.
또한, 상기 자이로스코프는 관성좌표계 기준의 회전 각속도를 알려주기 때문에 이를 적분하면 회전 각도를 알 수 있다.
상기 추적 및 안정화 알고리즘은 실제 물리적인 대상을 추적하는 것이기 때문에 추적 및 안정화 알고리즘을 통하여 산출된 지향 각도 및 방향은 상기 물리적인 대상을 기준으로 정해져야 할 것이다.
그리고 상기 센서가 가리키는 각도는 상기 추적 및 안정화 알고리즘을 통하여 산정된 각도와 일치하여야 할 것이다.
여기서, 상기 물리적인 대상이라는 것은 안테나 혼의 중심에서 플랫폼의 안테나 장착면과 평행한 방향이 될 수 있다.
상기 혼의 중심에서 플랫폼의 안테나 장착면과 평행한 방향을 추적 및 안정화 알고리즘에서의 앙각 0도가 가리키는 방향이라고 하자.
상기 플랫폼은 상기 위성 지향 안테나가 설치되는 장소 또는 장치가 될 수 있다.
도 2는 플랫폼 위에 장착된 위성 지향 안테나의 각 센서들이 가리키는 각도와 추적 및 안정화 알고리즘을 이용하여 연산된 각도 사이에서 발생하는 오차를 설명하기 위한 개념도이다.
만약 상기 위성 지향 안테나의 앙각 엔코더가 0도를 나타낼 때 상기 위성 지향 안테나가 가리키는 방향이 상기 추적 및 안정화 알고리즘을 통하여 연산된 앙각 0도가 가리키는 방향과 다르다면, 도 2에서 볼 수 있는 것과 같은 오차가 발생하게 된다.
도 1은 위성 지향 안테나의 추적 및 안정화 시스템을 블록화하여 도시한 블록도이다.
상기 추적 및 안정화 시스템은 도 1에 도시한 것과 같이 구성된다.
상기 추적 및 안정화 시스템은 상기 추적 알고리즘이 아무리 정확하다고 하여도, 실제로 추적이 이루어지는 단계에서 상기 추적 및 안정화 알고리즘이 연산하여 가리키는 각도와 상기 엔코더 및 자이로스코프 센서들이 가리키는 각도 사이의 오차만큼 틀어지게 된다는 문제점을 갖게 된다.
요구되는 추적 정확도가 높은 경우, 위와 같은 오차를 최소화하여야 할 것이다.
가령 요구되는 추적 정확도가 0.1도라면 상기 추적 및 안정화 알고리즘이 연산하여 가리키는 각도와 상기 엔코더 및 자이로스코프 센서들이 가리키는 각도의 오차는 0.1도보다 작아야 할 것이다.
이와 같은 작은 각도 오차를 보정하기 위해서는 기계적인 방식으로 보정하는 방법도 있고 소프트웨어적으로 보정하는 방법도 있을 수 있다.
기계적인 방식으로 보정을 하기 위해서는 추가적인 정교한 측정 기구가 필요하다. 일반적으로 이러한 측정 기구를 갖추기 위해서는 많은 비용이 소요될 수밖에 없다.
따라서, 보다 간편하고 추가적인 비용의 지출 없이도 정확한 보정을 할 수 있는 방법이 필요하게 되었다.
본원발명의 일 목적은 방위각 모터와 앙각 모터로 구성된 2축 구조의 위성 지향 안테나에서 추적 및 안정화 알고리즘이 연산하여 가리키는 방향 및 각도를 상기 위성 지향 안테나의 각 센서들이 가리키는 방향 및 각도와 일치시키는 보정 방법을 제공하는 것이다.
본원발명의 다른 일 목적은 상기 위성 지향 안테나의 자이로스코프로부터 구하는 방향 및 각도를 앙각 엔코더 및 방위각 엔코더가 각각 가리키는 방향 및 각도와 정렬시키는 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 본원발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본원발명의 일 실시예에 따르면, 앙각 또는 방위각을 변화시키며 회전 가능한 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법에 있어서, 상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일면과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 앙각을 계측하는 앙각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 앙각 엔코더 보정 단계; 상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일 방향과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 방위각을 계측하는 방위각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 방위각 엔코더 보정 단계; 및 상기 위성 지향 안테나의 회전 각속도를 계측하는 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 방위각 회전축과 나란하고 다른 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 앙각 회전축과 나란하도록 보정하는 자이로스코프 보정 단계를 포함하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 앙각 엔코더 보정 단계는, 상기 위성 지향 안테나를 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 위치시키고 상기 앙각 엔코더 값을 측정하는 제1 단계; 앙각은 고정시키고, 상기 위성 지향 안테나가 반대 방향을 바라보도록 방위각을 회전시키는 제2 단계; 방위각은 고정시키고, 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 앙각이 변화되도록 상기 위성 지향 안테나를 회전시켜 위치시키고 상기 앙각 엔코더 값의 변화량을 측정하는 제3 단계; 및 상기 제1 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값 및 제3 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값의 변화량을 이용하여 앙각 엔코더를 보정하는 제4 단계를 포함하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제4 단계는, 상기 제1 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값 및 제3 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값의 변화량이 각각 θ1, θ2이고, 상기 θ1, θ2를 이용하여 상기 앙각 엔코더를 보정할 앙각 보정값을 연산하여 상기 앙각 보정값만큼 상기 앙각 엔코더를 보정하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제4 단계는, θ2/2+θ1-90 의 식을 이용하여 상기 앙각 엔코더를 보정할 앙각 보정값을 연산하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 방위각 엔코더 보정 단계는,
상기 위성 지향 안테나를 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 위치시키고 상기 방위각 엔코더 값을 측정하는 제1 단계; 앙각 엔코더 값이 0인 위치로 상기 위성 지향 안테나를 이동 후 앙각은 고정시키고, 상기 방위각 엔코더 값이 0인 위치로 상기 안테나의 방위각만을 회전시키는 제2 단계; 방위각은 고정시키고, 상기 위성 지향 안테나가 반대 방향을 바라보도록 상기 위성 지향 안테나의 앙각만을 회전시키는 제3 단계; 앙각은 고정시키고, 상기 위성 지향 안테나를 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 위치시키고 상기 방위각 엔코더 값의 변화량을 측정하는 제4 단계; 및 상기 제1 단계에서의 방위각 엔코더 값 및 제4 단계에서의 상기 방위각 엔코더 값의 변화량을 이용하여 방위각 엔코더를 보정하는 제5 단계를 포함하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제5 단계는, 상기 제1 단계에서 측정된 방위각 엔코더 값 및 제4 단계에서 측정된 방위각 엔코더 값의 변화량이 각각 θ3, θ4이고, 상기 θ3, θ4를 이용하여 상기 방위각 엔코더를 보정할 방위각 보정값을 연산하여 상기 방위각 엔코더를 보정하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제5 단계는, (θ4+θ3)/2-90 의 식을 이용하여 상기 방위각 엔코더를 보정할 방위각 보정값을 연산하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 자이로스코프 보정 단계는, 상기 앙각 엔코더 값이 0일 때 상기 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 한 축이 상기 방위각 회전축과 나란하도록 상기 자이로스코프를 위치시키는 제1 단계; 및 상기 방위각 엔코더 값이 0일 때 상기 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중 다른 한 축이 상기 앙각 회전축과 나란하도록 상기 자이로스코프를 위치시키는 제2 단계를 포함하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명에 따르면, 방위각 모터와 앙각 모터로 구성된 2축 구조의 위성 지향 안테나에서 추적 및 안정화 알고리즘이 연산하여 가리키는 방향 및 각도를 상기 위성 지향 안테나의 각 센서들이 가리키는 방향 및 각도와 일치시키는 보정 방법을 제공할 수 있다.
본원발명에 따르면, 상기 위성 지향 안테나의 자이로스코프로부터 구하는 방향 및 각도를 앙각 엔코더 및 방위각 엔코더가 각각 가리키는 방향 및 각도와 정렬시키는 방법을 제공할 수 있다.
본원발명에 따르면, 위성 지향 안테나에 부착된 센서들의 각도를 소프트웨어적으로 보정할 수 있기 때문에, 별도의 센서의 각도 보정을 위한 기계적인 장치나 도구가 필요하지 않아서 비용을 절감할 수 있게 된다.
본원발명에 따르면, 위성 지향 안테나에 요구되는 분해능의 정확도로 상기 위성 지향 안테나에 부착된 엔코더 및 자이로스코프를 보정할 수 있기 때문에 정밀한 센서의 보정이 가능해지게 된다.
도 1은 본원발명에 따른 위성 지향 안테나의 추적 및 안정화 시스템을 블록화하여 도시한 블록도이다.
도 2는 플랫폼 위에 장착된 본원발명에 따른 위성 지향 안테나의 각 센서들이 가리키는 각도와 추적 및 안정화 알고리즘을 이용하여 연산된 각도 사이에서 발생하는 오차를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본원발명에 따른 위성 지향 안테나의 앙각 회전축 및 방위각 회전축과 자이로스코프에 포함되는 복수의 축을 보정시키는 것에 대한 개념을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
도 4는 앙각 엔코더가 가리키는 앙각 값과 추적 및 안정화 알고리즘이 연산한 앙각 값을 서로 일치시키는 본원발명에 따른 앙각 엔코더 보정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5a 내지 도 5d는 방위각 엔코더가 가리키는 방위각 값과 추적 및 안정화 알고리즘이 연산한 방위각 값을 서로 일치시키는 본원발명에 따른 방위각 엔코더 보정 방법을 도시한 개념도로서, 방위각 회전축을 중심으로 하여 도시한 개념도이다.
도 6은 본원발명에 따른 위성 지향 안테나에 부착된 앙각 엔코더, 방위각 엔코더 및 자이로스코프 등의 센서를 보정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본원발명에 따른 위성 지향 안테나의 앙각 엔코더를 보정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본원발명에 따른 위성 지향 안테나의 방위각 엔코더를 보정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본원발명에 따른 위성 지향 안테나의 자이로스코프를 보정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본원발명의 위성 지향 안테나(100)의 지향 각도를 보정하는 방법에 대하여 본원 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음의 설명으로 갈음한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 추가적인 구성요소 또는 단계들이 더 포함될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되고, 본원발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하, 본원발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예에는 본원발명을 예시하는 것일 뿐 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
본원발명의 일 실시예에 따른 위성 지향 안테나(100) 시스템의 위성 추적 및 안정화 정확도 향상을 위한 각도 센서 보정 방법은 앙각 엔코더, 방위각 엔코더, 안테나 반사판 뒷면에 부착하는 자이로스코프로 구성된 센서들 각각에 대한 보정 방법들로 구성될 수 있다.
이하에서는 앙각 엔코더를 보정하고, 다음으로 방위각 엔코더를 보정하며, 마지막으로 자이로스코프를 보정하는 순서에 따라 설명을 하고 있지만, 반드시 이러한 순서에 한정되는 것은 아니며, 각각의 순서를 바꾸어 보정을 수행할 수 있음에 유의하여야 한다.
예를 들어, 방위각 엔코더를 먼저 보정하고, 다음으로 앙각 엔코더를 보정하는 방법을 고려할 수 있다.
먼저, 앙각 엔코더를 보정하는 방법은 추적 및 안정화 알고리즘이 연산을 통하여 앙각 0도라고 판단한 방향, 즉, 플랫폼(1000)의 수평면에 평행한 방향을 정하고, 앙각 엔코더가 0도를 가리키는 방향을 위 방향으로 맞추어 보정을 함으로써 구성될 수 있다.
다음으로, 방위각 엔코더를 보정하는 방법은 추적 및 안정화 알고리즘이 연산을 통하여 방위각 0도라고 판단한 방향, 즉, 플랫폼(1000)의 높이 방향(머리 방향)을 정하고, 방위각 엔코더가 0도를 가리키는 방향을 위 방향으로 맞추어 보정을 함으로써 구성될 수 있다.
마지막으로, 자이로스코프를 보정하는 방법은 상기 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 어느 한 축을 앙각 모터의 회전축, 즉, 앙각 회전축(110)과 나란, 즉, 평행하게 정렬시키고, 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중 다른 한 축을 방위각 모터의 회전축, 즉, 방위각 회전축(120)과 나란, 즉, 평행하게 정렬시키도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세히 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하에서는, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본원발명의 일 실시예에 따라 앙각 엔코더, 방위각 엔코더 및 자이로스코프를 보정하는 방법에 대하여 설명한다.
본원발명은 앙각 또는 방위각을 변화시키며 회전 가능한 위성 지향 안테나(100)의 지향 각도를 보정하는 방법에 관한 것으로서, 앙각 엔코더 보정 단계, 방위각 엔코더 보정 단계 및 자이로스코프 보정 단계를 포함하도록 이루어질 수 있다.
상기 앙각 엔코더 보정 단계는 상기 위성 지향 안테나(100)의 지향 방향이 일면과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나(100)의 앙각을 계측하는 앙각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 일면은 주로 상기 위성 지향 안테나(100)가 설치되어 있는 평면 또는 장치의 일면이 될 것이다.
또한, 상기 위성 지향 안테나(100)의 지향 방향이란, 주로 상기 위성 지향 안테나(100)의 혼이 바라보는 방향, 즉, 혼이 가리키는 방향이 될 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 방위각 엔코더 보정 단계는 상기 위성 지향 안테나(100)의 지향 방향이 일 방향과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나(100)의 방위각을 계측하는 방위각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 구성될 수 있다.
마지막으로, 상기 자이로스코프 보정 단계는 상기 위성 지향 안테나(100)의 회전 각속도를 계측하는 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 한 축은 상기 위성 지향 안테나(100)의 방위각 회전축과 나란하고 다른 한 축은 상기 위성 지향 안테나(100)의 앙각 회전축과 나란하도록 보정하게 구성될 수 있다.
이하에서, 앙각 엔코더 보정 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
앙각 엔코더의 보정은 플랫폼(1000)이 정지되어 있을 때 수행한다.
앞서 설명한 것과 같이, 상기 플랫폼(1000)은 상기 위성 지향 안테나(100)가 설치되어 있는 장치 또는 장소를 의미할 수 있다.
도 4는 앙각 엔코더가 가리키는 앙각 값과 추적 및 안정화 알고리즘이 연산한 앙각 값을 서로 일치시키는 본원발명에 따른 앙각 엔코더 보정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 앙각 엔코더가 가리키는 앙각 각도와 추적 및 안정화 알고리즘이 연산한 앙각 각도 사이에 오차(△θ)가 존재할 수 있음을 알 수 있다.
스캔은 상기 위성 지향 안테나(100)의 방위각 모터와 앙각 모터를 전 방위로 회전시키며 위성 수신 신호 세기를 파악하는 것을 말한다.
이러한 스캔을 통해 알게 된 위성 신호가 최대인 지점은 방위각 엔코더가 특정 방위각(α)을 나타내고 앙각 엔코더의 특정 앙각(θ)을 나타낼 때일 것이다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 만약 앙각 엔코더가 나타내는 앙각 각도와 상기 추적 및 안정화 알고리즘이 연산한 앙각 각도의 차이를 △θ라고 하자.
상기 위성 지향 안테나(100)를 위성 수신 신호 세기가 최대인 방향에서부터 방위각을 180도 회전시키면, 상기 방위각 엔코더의 방위각은 α+180 도가 되고, 앙각 엔코더의 앙각은 θ이다.
그러면 위성 수신 신호 세기가 최대가 되는 지점과의 앙각 차이는 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
180-(2θ-2△θ)
여기서 위성 수신 신호가 최대가 될 때까지 다시 상기 위성 지향 안테나(100)의 앙각을 회전시키고, 이때까지의 앙각 회전량을 θel이라 하자.
[수학식 2]
θel = 180-(2θ-2△θ)
상기 θel은 수학식 2와 같다. 여기서, θel과 θ는 이미 알고 있는 값이므로 수학식 3과 같이 정리하여 볼 수 있다.
[수학식 3]
△θ = θel / 2 + θ - 90
이와 같이 산출된 △θ 값을 상기 앙각 엔코더의 각도에서 빼준 것을 보정된 앙각 엔코더의 앙각 값으로 사용함으로서 추적 및 안정화 알고리즘에서 사용되는 앙각 값과 엔코더에서 얻은 앙각 값을 일치시킬 수 있게 된다. 이를 통해 상기 앙각 엔코더의 보정이 이루어질 수 있다.
본원발명의 위성 지향 안테나(100)의 앙각 엔코더는 위의 방식으로 보정되었다고 가정한다.
그러면 이하에서 앙각은 상기 앙각 엔코더의 값과 상기 추적 및 안정화 알고리즘이 연산한 값이 서로 동일할 것이다. 따라서 이후의 설명에서 앙각이라는 말은 엔코더 앙각과 추적 및 안정화 명령의 앙각과 같은 의미로 사용할 수 있을 것이다.
다음으로, 본원발명의 일 실시예에 따른 위성 지향 안테나(100)의 방위각 엔코더를 보정하는 방법에 대하여 설명한다.
위성 수신 신호가 최대인 지점은 앙각 엔코더의 앙각 값이 θa이고, 방위각 엔코더의 방위각 값이 Φa일 때라고 하자.
도 5a 내지 도 5d는 방위각 엔코더가 가리키는 방위각 값과 추적 및 안정화 알고리즘이 연산한 방위각 값을 서로 일치시키는 본원발명에 따른 방위각 엔코더 보정 방법을 도시한 개념도로서, 방위각 회전축을 중심으로 하여 도시한 개념도이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 상기 방위각 엔코더가 나타내는 방위각 각도와 상기 추적 및 안정화 알고리즘의 방위각 각도 차이가 △Φa라고 하자.
이 상황에서 상기 위성 지향 안테나(100)의 앙각은 유지한 채, 방위각 엔코더가 0도인 지점으로 방위각을 회전시킨 후, 앙각을 회전시켜 상기 앙각 엔코더가 180-2θa를 가리키도록 만든다. 이 지점은 상기 위성 지향 안테나(100)의 위성 수신 신호가 최대가 되는 지점과 방위각 차이가 수학식 4와 같은 지점이다.
[수학식 4]
180-(Φa-2△Φa)
이 지점에서 위성 수신 신호가 최대가 될 때까지 상기 위성 지향 안테나(100)의 방위각을 회전시키고 이때까지의 방위각 회전량을 Φa cor이라 하자.
그러면 수학식 5와 같이 정리하여 볼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016045895631-pat00001
여기서, Φa와 Φa cor는 아는 값이다. 따라서, 이하와 같이 수학식 6으로 정리하여 볼 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112016045895631-pat00002
이와 같이 산출된 △Φa를 방위각 엔코더의 각도에서 빼준 것을 보정된 방위각 엔코더의 방위각 값으로 사용함으로써 추적 및 안정화 알고리즘에서 사용되는 앙각 값과 엔코더에서 얻은 앙각 값을 일치시킬 수 있다. 이를 통해서 방위각 엔코더 기준의 방위각과 추적 및 안정화 알고리즘에서의 방위각 간의 오차를 보정할 수 있게 된다.
다음으로, 자이로스코프를 보정하는 방법을 설명한다.
앙각 엔코더의 앙각과 방위각 엔코더의 방위각은 이미 위의 방식으로 보정된 상황을 고려한다.
앙각 엔코더의 앙각과 방위각 엔코더의 방위각은 실제 물리적인 대상을 가리키는 방향에 대한 기준이 되므로, 자이로스코프의 회전축을 상기 방위각 엔코더의 방위각 회전축 및 앙각 엔코더의 앙각 회전축과 일치시키는 것이다.
상기 방위각 회전축과 앙각의 회전축은 안테나의 혼이 가리키는 방향과 서로 수직이기 때문에, 자이로스코프의 나머지 한 회전축은 안테나의 혼이 가리키는 방향과 평행하도록 이루어질 수 있다.
도 3은 본원발명에 따른 위성 지향 안테나의 앙각 회전축 및 방위각 회전축과 자이로스코프에 포함되는 복수의 축을 보정시키는 것에 대한 개념을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
자이로스코프를 보정하는 방법은 도 3을 참조하면서 설명한다.
상기 앙각 엔코더의 앙각이 0도일 때, 자이로스코프의 복수의 축 중 일축인 zGy축을 모터 방위각의 축과 평행하도록 정렬시킬 수 있다.
또한, 상기 자이로스코프의 복수의 축 중 다른 일축인 yGy축을 상기 앙각 모터의 앙각 회전축과 평행하게 정렬시킬 수 있다.
만약 상기 자이로스코프의 복수의 축 중 일축인 zGy축이 상기 방위각 모터의 방위각 회전축과 일치하지 않는다면, 상기 자이로스코프로 측정된 zGy 회전축 중심의 회전 속도는 모터의 방위각 회전 속도보다 작게 출력될 것이다.
반면, 상기 자이로스코프의 복수의 축 중 다른 일축인 yGy축이 상기 앙각 모터의 앙각 회전축과 일치하지 않는다면, 상기 자이로스코프로 측정된 yGy 회전축 중심의 회전 속도는 모터의 앙각 회전 속도보다 작게 출력될 것이다.
따라서 상기 방위각 모터와 앙각 모터의 회전을 통해서 상기 자이로스코프의 yGy 출력 속도가 상기 앙각 엔코더를 통해 구한 앙각 모터의 회전 속도와 같아지고, 상기 자이로스코프의 zGy 출력 속도가 상기 방위각 엔코더를 통해 구한 방위각 모터의 회전 속도와 같아질 때까지 상기 방위각 모터와 앙각 모터를 순차적으로 회전시킬 수 있다.
이때 각각 θAZ와 θEL이 그러한 방위각 모터와 앙각 모터의 회전이라 하자. 그러면 Euler angle의 관계로부터 상기 자이로스코프에서 출력된 값에 각각 -θAZ 및 -θEL에 해당하는 회전 변환을 적용함으로써 상기 자이로스코프의 한 회전축은 상기 앙각 엔코더 축과 평행하도록 정렬시키고 다른 한 축은 안테나의 지향 방향과 평행하도록 정렬시킬 수 있다.
이상의 설명은 본원발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본원발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
또한, 본원발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본원발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본원발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본원발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본원발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 위성 지향 안테나
110 : 앙각 회전축
120 : 방위각 회전축
1000 : 플랫폼

Claims (8)

  1. 앙각 또는 방위각을 변화시키며 회전 가능한 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법에 있어서,
    상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일면과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 앙각을 계측하는 앙각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 앙각 엔코더 보정 단계;
    상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일 방향과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 방위각을 계측하는 방위각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 방위각 엔코더 보정 단계; 및
    상기 위성 지향 안테나의 회전 각속도를 계측하는 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 방위각 회전축과 나란하고 다른 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 앙각 회전축과 나란하도록 보정하는 자이로스코프 보정 단계를 포함하며,
    상기 앙각 엔코더 보정 단계는,
    상기 위성 지향 안테나를 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 위치시키고 상기 앙각 엔코더 값을 측정하는 제1 단계;
    앙각은 고정시키고, 상기 위성 지향 안테나가 반대 방향을 바라보도록 방위각을 회전시키는 제2 단계;
    방위각은 고정시키고, 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 앙각이 변화되도록 상기 위성 지향 안테나를 회전시켜 위치시키고 상기 앙각 엔코더 값의 변화량을 측정하는 제3 단계; 및
    상기 제1 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값 및 제3 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값의 변화량을 이용하여 앙각 엔코더를 보정하는 제4 단계를 포함하고,
    상기 제4 단계는,
    상기 제1 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값 및 제3 단계에서 측정된 앙각 엔코더 값의 변화량이 각각 θ1, θ2이고,
    상기 θ1, θ2를 이용하여 상기 앙각 엔코더를 보정할 앙각 보정값을 연산하여 상기 앙각 보정값만큼 상기 앙각 엔코더를 보정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    θ2/2+θ1-90 의 식을 이용하여 상기 앙각 엔코더를 보정할 앙각 보정값을 연산하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법.
  5. 삭제
  6. 앙각 또는 방위각을 변화시키며 회전 가능한 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법에 있어서,
    상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일면과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 앙각을 계측하는 앙각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 앙각 엔코더 보정 단계;
    상기 위성 지향 안테나의 지향 방향이 일 방향과 나란할 때, 상기 위성 지향 안테나의 방위각을 계측하는 방위각 엔코더 값이 영(0)이 되도록 하는 방위각 엔코더 보정 단계; 및
    상기 위성 지향 안테나의 회전 각속도를 계측하는 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 방위각 회전축과 나란하고 다른 한 축은 상기 위성 지향 안테나의 앙각 회전축과 나란하도록 보정하는 자이로스코프 보정 단계를 포함하며,
    상기 방위각 엔코더 보정 단계는,
    상기 위성 지향 안테나를 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 위치시키고 상기 방위각 엔코더 값을 측정하는 제1 단계;
    앙각 엔코더 값이 0인 위치로 상기 위성 지향 안테나를 이동 후 앙각은 고정시키고, 상기 방위각 엔코더 값이 0인 위치로 상기 안테나의 방위각만을 회전시키는 제2 단계;
    방위각은 고정시키고, 상기 위성 지향 안테나가 반대 방향을 바라보도록 상기 위성 지향 안테나의 앙각만을 회전시키는 제3 단계;
    앙각은 고정시키고, 상기 위성 지향 안테나를 위성 수신 신호의 세기가 최대인 위치로 위치시키고 상기 방위각 엔코더 값의 변화량을 측정하는 제4 단계; 및
    상기 제1 단계에서의 방위각 엔코더 값 및 제4 단계에서의 상기 방위각 엔코더 값의 변화량을 이용하여 방위각 엔코더를 보정하는 제5 단계를 포함하고,
    상기 제5 단계는,
    상기 제1 단계에서 측정된 방위각 엔코더 값 및 제4 단계에서 측정된 방위각 엔코더 값의 변화량이 각각 θ3, θ4이고,
    상기 θ3, θ4를 이용하여 상기 방위각 엔코더를 보정할 방위각 보정값을 연산하여 상기 방위각 엔코더를 보정하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제5 단계는,
    (θ4+θ3)/2-90 의 식을 이용하여 상기 방위각 엔코더를 보정할 방위각 보정값을 연산하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자이로스코프 보정 단계는,
    상기 앙각 엔코더 값이 0일 때 상기 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중의 한 축이 상기 방위각 회전축과 나란하도록 상기 자이로스코프를 위치시키는 단계; 및
    상기 방위각 엔코더 값이 0일 때 상기 자이로스코프에 포함되는 복수의 축 중 다른 한 축이 상기 앙각 회전축과 나란하도록 상기 자이로스코프를 위치시키는 단계를 포함하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 지향 각도를 보정하는 방법.
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