KR101782259B1 - 위성 안테나 속도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

궤도를 따라 주행하는 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 장치가 제공된다. 궤도 상의 특정 위치에서 이동 위성체의 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 안테나 방향에 기초하여 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위를 계산하는 연산부 및 방위각의 위치 범위를 만족하는 제1 방위각과 고각의 위치 범위를 만족하는 제1 고각에 따라 안테나의 속도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

위성 안테나 속도 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SPEED CONTROLLING OF A SATELLITE ANTENNA}

위성 안테나의 속도 제어 장치 및 그 방법에 연관되며, 보다 상세하게는 저궤도 인공위성에 장착된 안테나의 구동 속도를 최적화하는 방법에 연관된다.

많은 인공위성은 영상 데이터를 지상으로 송신하기 위해 특정한 유효 빔폭과 방향성을 갖는 안테나를 사용한다. 안테나의 빔폭이 제한되어 있기 때문에 영상 송신 시에 지상국을 지향해야 한다. 다목적 실용 위성의 경우 안테나를 특정 방향으로 지향하기 위해 2축 짐벌 형태의 구조를 사용할 수 있다. 안테나의 지향 방향은 2축의 각도로 나타낼 수 있고, 위성체 Z축을 기준으로 회전하는 방위각(Azimuth) 방향의 각도와 이에 수직인 축(위성체 X-Y 평면 상의 임의의 방향의 축이 될 수 있음)을 기준으로 회전하는 고각(Elevation) 방향의 각도이다.

도 1은 위성 안테나의 지향방향을 3차원 좌표 상에 도시한 그림으로, 안테나 방향 P(100) 및 그에 따른 방위각 α(110)와 고각 β(120)를 나타낸다. 위성체가 위도 상의 특정한 위치에서 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 경우, 위성체 바디(Body) 좌표 계에서의 안테나 방향 P는 위성의 궤도 정보, 자세 정보, 지상국의 위치 정보를 이용하여 계산된다. 안테나 방향 P(100)의 3차원 좌표(x, y, z)를 이용해 안테나의 방위각 α(110)와 고각 β(120)를 다음 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.

전체 교신 구간에서 위성체의 안테나가 취해야 할 방위각 및 고각의 프로파일이 미리 계산되고, 위성체에 업로드 되어 사용된다.

일실시예에서는, 궤도를 따라 주행하는 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 장치에 있어서, 상기 궤도 상의 제1 지점에서 상기 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 제1 안테나 방향에 기초하여 상기 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위를 계산하는 연산부; 및 상기 방위각의 위치 범위를 만족하는 제1 방위각 및 상기 고각의 위치 범위를 만족하는 제1 고각을 포함하는 경로 프로파일에 따라 상기 안테나의 구동 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 장치가 제공된다.

일실시예에서 상기 연산부는, 상기 제1 안테나 방향에 대한 벡터의 중심 좌표를 중심으로 하는 제1 구 위에 상기 제1 안테나 방향에 대한 벡터를 중심으로 유효 빔폭에 대응하는 제1 원을 계산하고, 상기 제1 원의 중심을 지나는 상기 제1 구 위의 원호를 2차원 평면에 사영시킨 원호와 상기 제1 원을 동일한 상기 2차원 평면에 사영시킨 타원을 이용하여 상기 방위각의 위치 범위를 계산하는 방위각 위치 범위 계산부; 및 상기 제1 원 및 상기 제1 원을 지나가는 상기 방위각의 위치 범위를 만족하는 제1 방위각에 따른 원을 2차원 평면에 사영시키고, 상기 제1 방위각에 대한 고각의 변화를 나타내는 직선과 상기 사영된 원들을 이용하여 상기 고각의 위치 범위를 계산하는 고각 위치 범위 계산부를 포함할 수 있다.

나아가, 상기 연산부는 상기 방위각의 위치 범위 또는 상기 고각의 위치 범위에 대해서, 상기 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계, 상기 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계, 상기 궤도의 시작점, 및 상기 궤도의 종료점을 이용하여 상기 시작점에서부터 상기 최소 경계보다 크고, 상기 최대 경계보다 작은 값을 가지며 상기 종료점까지 가는 복수 개의 경로 중에 전체 거리가 최소가 되는 최소 경로를 생성하는 경로 프로파일 생성부를 포함할 수 있다. 상기 경로 프로파일 생성부는 최단 경로 알고리즘(shortest path algorithm)으로 상기 최소 경로를 계산할 수 있다.

일실시예에서 상기 경로 프로파일 생성부는, 상기 궤도 상에서 시간에 따른 위치 값을 나타내는 정점을 적어도 하나 이상 포함하는 최소 경로 정점 배열에 상기 시작점 및 상기 종료점을 새로운 정점으로 추가하고, 상기 최소 경로 정점 배열에 포함된 모든 연속된 두 정점에 대해서, 상기 두 정점이 지나는 직선이 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계와 교점이 있는 경우, 상기 교점으로 구분되는 시간 구간에 대해서 상기 직선과 가장 멀리 떨어진 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계 위의 점을 상기 최소 경로 정점 배열에 새로운 정점으로 추가하여 상기 최소 경로 정점 배열을 갱신하면서 상기 최소 경로를 생성할 수 있다.

일실시예에서 상기 연산부는 상기 방위각의 위치 범위 또는 상기 고각의 위치 범위에 대해서, 상기 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계 및 상기 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계를 계산하고, 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계에서 고정된 각속도를 유지해야 하는 제1 구간을 추출하고, 상기 추출된 제1 구간에 대응하는 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계를 상기 제한속도에 따라 변경하는 제1 속도 제한 최적화부를 포함할 수 있다.

또한 상기 연산부는 상기 방위각의 위치 범위 또는 상기 고각의 위치 범위에 대해서, 상기 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계 및 상기 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계를 계산하고, 상기 최대 경계에서 상기 안테나의 구동 각가속도가 미리 정해진 제1 임계값보다 큰 구간 또는 상기 최소 경계에서 상기 안테나의 구동 각가속도가 미리 정해진 제2 임계값보다 작은 구간을 추출하고, 상기 추출된 하나 이상의 구간에 대해서 상기 제1 임계값 또는 상기 제2 임계값을 이용하여 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계를 각각 변경하는 제2 속도 제한 최적화부를 포함할 수 있다.

한편, 일실시예에서 상기 이동 위성체는 2축 짐벌 형태의 안테나를 구비할 수 있다.

일실시예에서, 궤도 상의 제1 지점에서 이동 위성체의 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 제1 안테나 방향을 계산하고, 상기 제1 안테나 방향에 대한 따른 상기 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위에 따라 상기 안테나의 방위각 및 고각의 위치 값을 결정하는 계산부; 및 상기 결정된 상기 안테나의 방위각 및 고각의 위치 값으로 상기 제1 지점을 주행하는 구동부를 포함하는 이동 위성체가 제공된다.

일실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어, 컴퓨팅 장치가 이동 위성체의 안테나 속도를 제어하도록 하는 프로그램에 있어서: 상기 이동 위성체가 주행하는 궤도 상의 제1 위치에서 지상국을 정확하게 지향하는 제1 안테나 방향에 대한 방위각 및 고각을 계산하고, 상기 고각에 대하여 상기 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위를 계산하는 명령어 세트; 상기 방위각의 위치 범위 내에서 상기 안테나가 최소 속도를 가지는 방위각을 선택하는 명령어 세트; 상기 선택된 방위각에 대하여 상기 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 고각의 위치 범위를 계산하는 명령어 세트; 상기 고각의 위치 범위 내에서 상기 안테나가 최소 속도를 가지는 고각을 선택하는 명령어 세트; 및 상기 선택된 방위각 및 고각으로 상기 제1 위치에서 상기 안테나의 속도를 제어하는 명령어 세트를 포함하는 기록매체에 저장된 프로그램이 제공된다.

도 1은 위성 안테나 지향방향을 3차원 좌표 상에 도시한 그림이다.
도 2는 일실시예에 따른 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 장치의 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따라 위성 안테나의 지향 방향의 유효 빔폭을 도시한 그림이다.
도 4a 및 도 4b는 일실시예에 따라 특정 시점의 임의의 고각에 대한 유효 빔폭을 만족하는 방위각 범위를 나타내는 그림이다.
도 5는 일실시예에 따른 방위각의 위치 범위를 나타낸 예시그래프이다.
도 6은 일실시예에 따라 위성 안테나의 지향 방향의 유효 빔폭 내에서 특정 방위각에 대한 최대 고각 및 최소 고각을 도시한 그림이다.
도 7a 및 도 7b는 일실시예에 따라 특정 방위각에 대한 유효 빔폭을 만족하는 고각 범위를 나타내는 그림이다.
도 8은 일실시예에 따른 고각의 위치 범위를 나타낸 예시그래프이다.
도 9는 일실시예에 따라 위치 범위 내에서 최소 경로를 생성하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 일실시예에 따라 위치 범위 내에서 최소 경로를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일실시예에 따라 방위각의 위치 범위에서 최소 방위각 경로를 나타낸 그래프이다.
도 12는 일실시예에 따라 고각의 위치 범위에서 최소 고각 경로를 나타낸 그래프이다.
도 13은 일실시예에 따라 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 14a는 일실시예에서 특정 각속도를 유지하기 위한 속도 제한 최적화 특징을 설명하기 위한 고각 위치 범위 및 특정 각속도로 고정해야 하는 구간을 나타낸 예시 그래프이다.
도 14b는 도 14a에서 특정 각속도로 고정하는 최적화가 적용되어 경계가 변형된 예시 그래프이다.
도 14c는 도 14b에서 속도 제한 최적화 후의 최소 방위각 경로를 나타난 예시이다.
도 15a는 일실시예에서 최소 경로의 최대 각가속도를 제한하기 위한 속도 제한 최적화 특징을 설명하기 위한 예시 그래프이다.
도 15b는 도 15a에서 최대 각가속도가 최적화된 최소 경로 구성점을 나타낸 예시 그래프이다.
도 15c는 도 15b에서 속도 제한 최적화 후의 최소 경로를 나타낸 예시이다.

이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적으로 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적인 용어로 이해되어야 한다.

또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.

이동 위성체가 정해진 궤도를 따라 주행할 때 지상국을 정확하게 지향하는 안테나 프로파일은 고각 90도 부근을 거쳐 가는 경우가 많다. 이동 위성체의 안테나 구동 장치가 2축 짐벌 구조를 가지는 경우, 구조적으로 고각 90도에 특이점(singularity)이 있기 때문에 이와 같이 90도에 가까운 형태로 경로 프로파일이 형성되는 경우 방위각 속도가 급격하게 증가하는 형태가 된다. 이러한 급격한 움직임은 안테나의 동적 제한 조건을 초과하여, 해당 경로 프로파일을 따라 움직일 수 없는 문제가 발생한다. 또한, 안테나가 특정 각속도로 회전하면 안테나에서 발생한 미소 진동이 위성체와의 공진에 의해 지터(Jitter) 문제를 발생시킨다. 이동 중 영상 촬영 및 영상 송신을 모두 수행하는 지상 촬영의 경우에서 지터 발생 시 영상 품질이 심각하게 저하될 수 있다. 예를 들어, 저궤도 인공위성의 국내 스트립 이미징(Strip Imaging) 모드 촬영에서 지터에 의한 영상 품질 저하가 빈번하게 발생한다. 이를 방지하기 위해 이동 위성체의 안테나가 지상국을 정확하게 지향하지 않고 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 범위에서 멀리 떨어진 가상의 지상국을 지향하도록 하는 방법이 있다. 이때 가상의 지상국이 실제 지상국에 어느 정도 어느 방향으로 떨어져 위치하는 것인지는 실험적으로 결정된 값을 이용한다. 또 다른 방법으로 이동 위성체의 안테나를 지상의 반원형 궤적을 따라 지향하도록 하는 방법이 있다. 이러한 방법들은 어느 정도 안테나의 속도를 감소시키는 경험적 효과를 얻었으나, 이론적으로 속도를 최소화시킨 방법은 아니다. 일실시예들에 따르면, 기구학적으로 인공위성의 안테나 구동 속도를 최소화할 수 있기 때문에 최소 경로 프로파일을 통해 지터 문제 등을 방지하고 안정적으로 영상 촬영 및 영상 송신이 가능한 효과를 가진다.

도 2는 일실시예에 따른 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 장치(200)의 블록도이다. 장치(200)는 이동 위성체의 안테나 유효 빔폭 내에서 안테나의 속도를 최소화시키는 방위각 및 고각에 대한 경로 프로파일을 생성하는 연산부(210) 및 최소 경로에 따른 방위각 및 고각 프로파일 즉, 경로 프로파일에 따라 안테나의 구동 속도를 제어하는 제어부(220)를 포함한다. 일실시예에서, 이동 위성체의 안테나 구동 장치는 안테나를 특정 방향으로 지향하기 위해서 2축 짐벌 형태일 수 있다. 2축 짐벌 형태에서 2축의 각도는 Z 축으로 회전하는 방위각(Azimuth) 방향과 이에 수직인 축(XY 평면 상의 임의의 방향 축)을 기준으로 회전하는 고각(Elevation) 방향의 각도이다.

연산부(210)는 궤도 상의 특정 지점에서 이동 위성체의 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있을 때의 안테나 방향에 기초하여 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위를 계산한다. 보다 구체적으로 연산부(210)는 정확한 고각을 고정한 후, 방위각의 범위를 계산하는 방위각 위치 범위 계산부(211) 및 방위각 위치 범위를 만족하는 최적화된 방위각에 대해서, 고각의 범위를 계산하는 고각 위치 범위 계산부(213)을 포함하는데, 방위각 위치 범위 계산부(211) 및 방위각 및 고각 위치 범위 계산부(213)의 구체적인 내용은 이하의 도 3 내지 도 8에서 상세히 설명하고자 한다.

도 3은 일실시예에 따라 위성 안테나의 지향 방향의 유효 빔폭을 도시한 그림이다. 위성이 궤도 상의 특정 위치에서 위성의 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 경우, 안테나 방향 p(300)는 3차원 좌표 상에서 p(x,y,z)로 표현될 수 있으며, 안테나 지향 벡터 p를 이용해 상술한 수학식 1에 따라 정확한 방위각 α(310) 및 정확한 고각 β(320)를 계산할 수 있다. 이때 p를 중심으로 유효 빔폭 ε각도(321) 내의 영역이 형성되고, 이는 원구(도 3에서 반지름 R로 표현됨) 상에 원 형태의 범위(305)로 표현된다. 이 범위(305) 내의 임의의 지점 p'(301)는 유효 빔폭 내에 있으므로 안테나가 p(300)가 아닌 p'(301)를 지향하더라도 p 벡터 상에 위치한 지상국에서는 위성의 신호를 수신할 수 있다.

시점 t의 고각 β_t를 원래의 정확한 고각 β(320)으로 고정시켰을 때, 유효 빔폭 내의 방위각 α'의 범위를 구할 수 있다. 방위각 α(310)가 원래의 정확한 방위각 각도라 할 때, 유효 빔폭을 이용해 구할 수 있는 δ(311) 범위 내에 최적의 방위각 각도 α'가 존재하는데 교신 구간 내의 시점 t에서 α'의 범위에 따른 최대 경계(upper boundary) α_t ^upper및 최소 경계(lower boundary) α_t ^lower는 다음 수학식 2에 따라 계산할 수 있다.

도 3을 참조하면, 고각이 원래의 정확한 고각 β(320)과 다른 유효 빔폭 내의 임의의 고각인 경우에 대해서도 이에 해당하는 유효 빔폭 내의 방위각 α'의 범위를 구할 수 있다. 원구 상의 유효 빔폭 원(305) 및 이를 지나가는 큰 원호(306) 즉, 유효 빔폭 원(305)의 중심을 지나가는 원구 상의 원호(306)를 XY 평면에 사영시키는 방법으로 δ(311)를 구할 수 있다. 도 3에서 유효 빔폭 원(305)는 XY 평면의 타원(307)에 사영되었고, 원호(306)은 XY 평면의 원호(308)에 사영된다.

도 4a 및 도 4b는 일실시예에 따라 특정 시점의 임의의 고각에 대한 유효 빔폭을 만족하는 방위각 범위를 나타내는 그림으로, 고각 β와 유효 빔폭 ε의 크기에 따라 두 가지 방법 나누어 구할 수 있다. 상술한 수학식 2의 경우 정확한 고각 β(320)를 이용하여 방위각 α'의 범위를 계산하는 것이고, 후술할 수학식 3의 경우 특정 시점의 임의의 고각 β' (정확한 안테나 지향 방향 벡터에 따른 안테나 유효 범위를 만족하는 범위 내에서)에 대해 유효 빔폭 내의 방위각 α'의 범위를 계산하는 방법이다.

정확한 고각 β와 유효 빔폭 ε의 합이 90도보다 작은 경우 도 4a와 같이 방위각 α'의 범위를 구하고, 정확한 고각 β와 유효 빔폭 ε의 합이 90도보다 크거나 같은 경우에는 도 4b와 같이 방위각 α'의 범위를 구한다. 도 4a에서 반지름이 r인 원(410)은 원구 상의 유효 빔폭 원의 중심을 지나는 원호가 XY 평면에 사영된 원이고, XY 평면에 사영된 유효 빔폭 원은 축의 길이가 (a,b)인 타원(420)이 된다. 원(410)과 타원(420)의 중심간 거리는 d가 된다. δ(400) 범위는 각도로 표시되고, 원과 타원이 만나는 교점(401)에 따라 그 값이 결정된다. 구체적으로 수학식 3과 같이 구할 수 있다.

교점(401)은 수학식 3에서 (x, y)이고, 그에 따라 방위각 범위 δ를 계산할 수 있다. 도 4b의 경우에도 수학식 3에 따라 방위각의 범위 δ를 계산할 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 방위각의 위치 범위를 나타낸 예시그래프로서, 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 계산된 방위각 범위 δ는 교신 구간 t 내에서 그래프로 나타낼 수 있다. 도 5에서 이점쇄선으로 표시된 선이 정확한 방위각 위치를 나타낸다. 즉, 위성의 안테나가 정확하게 지상국을 지향하고 있을 때의 방위각 값이고, 이를 중심으로 유효범위를 만족하는 방위각 범위를 최대 경계(도 5에서 일점쇄선으로 표시된 max 경계) 및 최소 경계(도 5에서 점선으로 표시된 min 경계)가 형성된다. 위성의 안테나가 정확한 방위각 위치가 아닌 최소 경계보다 크고 최대 경계보다 작은 범위 내에서만 위치한다면 지상국에서는 위성이 보내는 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 교신 구간 내의 임의의 시간 t에서 유효한 방위각의 이동 범위가 그래프와 같이 결정될 수 있다. 방위각 이동 범위 내에서 적절하게 선택된 값으로 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어할 수 있다. 나아가, 방위각 위치 범위 내에서 방위각의 속도를 최소화할 수 있는 최적화된 방위각 프로파일을 생성하는 것은 이하의 도 9에서 상세히 설명하고자 한다.

상술한 바와 같이, 일실시예에 따라 먼저 정확한 고각을 고정시킨 뒤 유효 빔폭을 만족하는 방위각 위치 범위를 계산한다. 다음으로 방위각 위치 범위 내에서 적절한 방위각 프로파일을 선택한 후, 고각의 위치 범위를 계산할 수 있다. 도 6은 고각의 위치 범위를 계산하기 위해서, 일실시예에 따라 위성 안테나의 지향 방향의 유효 빔폭 내에서 특정 방위각에 대한 최대 고각 및 최소 고각을 도시한 그림이다.

먼저, 위성의 안테나가 정확하게 지상국을 지향하고 있는 안테나 방향 p(600)에 대해, 정확한 방위각 α(610) 및 고각 β(620)은 수학식 1에 따라 계산될 수 있다. 정확한 고각 β(620)에 대하여 유효 빔폭을 만족하는 범위는 반지름이 R인 원구 상에서 원(605)으로 표현될 수 있다. 위성의 안테나가 원(605) 내부의 임의의 점 p'(601)을 지향하고 있더라도 p의 벡터 내에 위치한 지상국에서 위성이 송신하는 신호를 수신할 수 있다. 도 6에서 유효 빔폭을 만족하는 영역 내에서 최적화된 방위각을 α'(611)이라고 할 때, α'(611)에 따라 유효한 고각의 위치 범위 β'_max(621)와 β'_min(623)을 구할 수 있다. 고각이 변화할 수 있는 범위는 유효 빔폭 ε과 정확한 고각 β의 크기에 따라 두 가지 방법(도 7a와 도 7b)로 나누어 구할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 일실시예에 따라 특정 방위각에 대한 유효 빔폭을 만족하는 고각 범위를 나타내는 그림으로서, 도 7a는 정확한 고각 β와 유효 빔폭 ε의 합이 90도보다 작은 경우에 해당하고, 도 7b는 정확한 고각 β와 유효 빔폭 ε의 합이 90도보다 크거나 같은 경우에 해당한다. 도 7a에서 XY 평면에 사영된 원호는 반지름이 r인 원(710)이고, XY 평면에 사영된 유효 빔폭 원은 축의 길이가 (a,b)인 타원(720)이 된다. 원(710)과 타원(720)의 중심간 거리는 d가 된다. 방위각을 최적화된 각도

(700)로 고정했을 때의 유효한 고각의 변화는 XY 평면에 직선(l_β'_max 703, l_β'_min 705)으로 사영되며, 이 직선과 유효 빔폭 원이 사영된 타원(720)이 만나는 두 교점(701)을 이용하여 고각의 위치 범위에 따른 최대 경계(upper boundary) β_t ^upper및 최소 경계(lower boundary) β_t ^lower를 아래 수학식 4에 따라 계산할 수 있다.

도 8은 일실시예에 따른 고각의 위치 범위를 나타낸 예시그래프이다. 수학식 4에 따라 계산된 유효한 고각의 위치 범위 β'_max(621)와 β'_min(623)는 교신 구간 t 내에서 그래프로 나타낼 수 있다. 도 8에서 이점쇄선으로 표시된 선이 정확한 고각 위치를 나타낸다. 즉, 위성의 안테나가 정확하게 지상국을 지향하고 있을 때의 고각 값이고, 이를 중심으로 유효범위를 만족하는 고각 범위를 최대 경계(도 8에서 일점쇄선으로 표시된 max 경계) 및 최소 경계(도 8에서 점선으로 표시된 min 경계)가 형성된다. 위성의 안테나가 정확한 고각 위치가 아닌 최소 경계보다 크고 최대 경계보다 작은 범위 내에서만 위치한다면 지상국에서는 위성이 보내는 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 교신 구간 내의 임의의 시간 t에서 유효한 고각의 이동 범위가 도 8의 그래프와 같이 결정될 수 있다.

한편, 고각이 90도에 근접하는 경우 방위각의 급격한 속도 변화를 가져올 수 있는데 도 8의 300 sec 에서 350 sec 사이에 정확한 고각의 값이 90 도 값을 가지는 것으로 보아 이 때에 안테나의 동적 제한 조건을 초과하거나 지터 문제가 발생할 가능성이 크다. 그러나 일실시예에 따라 계산된 고각의 최대 경계는 정확한 고각의 범위에 의존하기 때문에 250 sec 에서 370 sec 영역에서 90도 값을 가지지만, 최소 경계는 해당 시간 범위에서 60도 정도의 값을 가진다. 따라서, 최소 경계보다 크고 최대 경계보다 작은 위치에 고각의 값을 결정하는 경우 안테나의 동적 제한 조건을 만족시키고 지터 문제가 발생하지 않는 효과를 가질 수 있다. 그러므로 고각 이동 범위 내에서 적절하게 선택된 값으로 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 효과적으로 제어할 수 있다. 나아가, 고각 위치 범위 내에서 고각의 속도를 최소를 최소화할 수 있는 최적화된 고각 프로파일을 생성하는 것은 이하의 도 9에서 상세히 설명하고자 한다.

먼저 도 2로 돌아가서, 연산부(210)는 방위각의 위치 범위 또는 고각의 위치 범위에 대해서, 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계, 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계, 이동 위성체가 주행하고자 하는 궤도의 시작점, 및 궤도의 종료점을 이용하여 시작점에서부터 최소 경계보다 크고, 최대 경계보다 작은 값을 가지며 종료점까지 가는 방위각 또는 고각에 대한 복수 개의 경로 중에서 전체 거리가 최소가 되는 최소 경로를 생성하는 경로 프로파일 생성부(215)를 포함할 수 있다.

경로 프로파일 생성부(215)는 최단 경로 알고리즘(shortest path algorithm)으로 전체 거리가 최소가 되는 최소 경로를 계산할 수 있다. 최단 경로 알고리즘은 다양한 종류가 있으며, 대표적으로 Dijsktra 알고리즘, A^* 알고리즘 등이 있다. Dijkstra 알고리즘은 항상 최단 경로를 구할 수 있는 장점이 있으나, 탐색(search) 기반이라 비교적 긴 계산 시간이 소요되기 때문에 시간제한을 받지 않는 다양한 적용 분야에서 사용된다. 예를 들어, 데스크탑 컴퓨터에서 500초 구간의 궤도에 대한 최적(최소) 경로를 계산하는데 Dijkstra 알고리즘의 경우 약 6초가 소요된다. 만약 이를 위성 탑재 컴퓨터에서 수행하는 경우, 낮은 계산 속도로 인해 데스크탑 컴퓨터보다 훨씬 오래 걸리게 되어 위성의 주행 속도에 영향을 미칠 가능성이 있다. 일실시예에서, 경로 프로파일 생성부(215)는 예시 경우에 대해 Dijkstra 알고리즘의 소요시간 대비 약 1/200(0.03초 소요) 정도로 계산 시간을 단축시킨 방법을 이용하여 최소 경로를 계산할 수 있다.

도 9는 일실시예에 따라 위치 범위 내에서 최소 경로를 생성하는 방법을 나타낸 순서도이다. 편의상 이하에서는 도 9의 알고리즘을 스트링 네일링(string nailing) 알고리즘이라 하겠다.

스트링 네일링 알고리즘의 입력 데이터는 최대 경계, 최소 경계로 표현할 수 있는 위치 범위, 최단 경로의 시작점 및 종료점이며, 시작점에서부터 종료점까지 위치 범위를 만족하는 복수 개의 경로 중에서 전체 거리가 최소가 되는 경로를 찾는 것을 목적(출력 데이터)으로 한다.

일실시예의 경로 프로파일 생성부(215)를 통해 최소 경로를 찾는 것은 도 2의 방위각 위치 범위 계산부(211)와 고각 위치 범위 계산부(213)가 계산한 각각의 위치 범위에 모두 적용할 수 있다. 이하에서는 설명을 위해 방위각 위치 범위에 대하여 궤도의 시작점부터 종료점까지 최소 경로를 찾는 과정을 설명하고자 한다.

901 단계에서, 방위각 위치 범위의 최대 값으로 구성된 최대 경계(max 경계)와 방위각 위치 범위의 최소 값으로 구성된 최소 경계(min 경계), 교신 구간 내 궤도의 시작점, 궤도의 종료점을 입력 받는다. 도 10은 일실시예에 따라 위치 범위 내에서 최소 경로를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면으로 최대 경계(1010), 최소 경계(1020), 시작점(1031) 및 종료점(1032)을 예를 들어 나타내고 있다.

스트링 네일링 알고리즘에서 SR(Shortest Route) 배열은 최소 경로를 구성하는 정점 집합을 의미한다. 정점은 궤도 상에서 시간에 따른 위치 값으로 구하고자 하는 대상에 따라 방위각 위치 또는 고각 위치 등이 될 수 있다. 902 단계에서는 SR 배열에 궤도의 시작점(1031)과 종료점(1032)을 새로운 정점으로 추가하여 초기화한다.

903 단계에서 최대 경계 및 최소 경계를 만족하는 범위 내의 경로를 구하기 위해 직선으로 구한 최적 경로가 경계들과 만나는지 교점의 수를 나타내는 충돌개수 변수를 0으로 초기화한다. 이 단계에서는 SR 배열에 있는 모든 정점 쌍의 사용 정보도 사용되지 않은 것으로 초기화한다.

904 단계에서, SR 배열에 있는 모든 연속된 정점 쌍에 대하여 현재 구간에 SR 배열 내 사용되지 않은 연속된 두 정점을 대입한다. 여기서 사용되지 않은 정점 쌍은 현재 구간에 대입된 적이 없는 시간 순서 상으로 연속된 정점 쌍을 의미한다. 가장 먼저 SR 배열에는 시작점, 종료점만 존재하고 있으므로 현재 구간에 처음 대입되는 연속된 두 정점은 시작점 및 종료점이 된다. 도 10의 경우 현재 구간은 정점(1031)과 연속된 정점(1032)이 된다.

905 단계에서, 구간 시작점은 현재 구간의 시작점을 구간 종료점은 현재 구간의 종료점을 대입한다.

906 단계에서, 현재 구간의 최적 경로는 구간 시작점과 구간 종료점을 지나는 직선으로 한다. 도 10에서는 정점(1031)과 정점(1032)를 지나는 직선(1030)이 현재 구간의 최적 경로가 된다.

907 단계에서 현재구간의 최적 경로와 최대 경계 또는 최소 경계가 만나는 교점이 존재하는지 판단한다. 교점이 존재하는 경우(907단계-yes), 충돌개수 변수를 1 증가시키고(908단계), 하나 이상의 교점으로 구분되는 충돌구간(최대 경계 및 최소 경계를 벗어나는 구간)마다 최적경로로부터 가장 멀리 떨어진 최대 경계 또는 최소 경계 위의 점을 찾아 SR 배열에 새로운 정점으로 추가한다(909 단계). 도 10의 경우 현재 구간의 최소 경로 직선(1030)과 최대 경계(1010) 또는 최소 경계(1020)이 만나는 교점은 6개(1041, 1042, 1043, 1044, 1045, 1046)가 존재한다. 이들 교점으로 구분되는 구간은 [1031-1041], [1041-1042], [1042-1043], [1043-1044], [1044-1045], [1045-1046], [1046-1032]가 된다. 이들 중에서 충돌구간 즉, 최대 경계 및 최소 경계를 벗어나는 구간은 [1041-1042], [1043-1044], [1045-1046]이 된다. 충돌구간에 대해 최적경로부터 가장 멀리 떨어진 최대 경계 또는 최소 경계 위의 점을 찾는다. 예를 들어, [1041-1042]에서 최적 경로 직선(1030)으로부터 가장 멀리 떨어진 최소 경계(1020) 위의 점(1051)을 찾을 수 있다. [1043-1044]에서는 최대 경계(1010)위의 점(1052)를 찾을 수 있고, [1045-1046]에서는 최소 경계(1020) 위의 점(1053)을 찾을 수 있다. 이들 3개의 교점(1051, 1052, 1053)은 새로운 정점으로 SR 배열에 추가된다.

907 단계에서 교점이 존재하지 않거나(907 단계-no), 교점이 존재하여(907단계-yes) 908 단계 및 909 단계를 거쳐 910 단계로 진행한다. 910 단계에서 SR 배열 내에 사용되지 않은 정점 쌍이 남아 있는지 판단한다. 남아 있는 정점 쌍이 있는 경우(910단계-yes), 904 단계로 돌아가서 사용되지 않은 정점 쌍에 대해 904-910 단계를 반복한다. 남아 있는 정점 쌍이 없는 경우(910단계-no), 911 단계로 진행한다.

911 단계에서 충돌개수가 0인지 판단한다. 0이 아닌 경우, 903 단계로 진행하여 충동 개수 변수를 0으로 초기화하고 정점 쌍 사용 정보를 초기화한 후, SR 배열 내 모든 연속된 정점에 대해 다시 최적 경로를 생성한다. 도 10의 경우 SR 배열 내 연속한 두 정점 (1031, 1051)을 현재구간에 대입하고, 현재구간의 최적 경로(점선으로 표시된 직선)에 대해 교점을 찾은 뒤 교점으로 구분되는 구간 중 충돌구간에 대해서 새로운 정점을 찾는 과정을 반복하게 된다.

911 단계에서 충돌개수가 0인 경우, 최대 경계 및 최소 경계를 만족하는 모든 정점이 구해진 것으로 912 단계로 진행하여 SR 배열 내 모든 정점을 순차로 출력한다. SR 배열은 최소 경로를 구성하는 궤도 상의 방위각 또는 고각의 위치 값을 나타내는 정점을 원소로 하기 때문에 SR 배열 내 모든 정점을 순차로 출력한 데이터는 최소 경로 상의 교신 시간에 따른 방위각 또는 고각 위치 값이 된다.

도 11은 일실시예에 따라 방위각의 위치 범위에서 최소 방위각 경로를 나타낸 그래프이다. 상술한 일실시예 도 9의 알고리즘에 따라 도 5에 대해서 최소 방위각 경로를 구한 결과 그래프 예시이다. 도 11의 최소 방위각 경로(실선)은 최대 경계(max 경계, 일점 쇄선) 및 최소 경계(min 경계, 점선)의 내에 존재하며 전체 거리가 최소가 되는 최소 경로에 해당한다.

도 12는 일실시예에 따라 고각의 위치 범위에서 최소 고각 경로를 나타낸 그래프이다. 일실시예 도 9의 알고리즘에 따라 최소 고각 경로를 계산할 수 있으며, 최소 고각 경로(실선)은 최대 경계(max 경계, 일점 쇄선) 및 최소 경계(min 경계, 점선)의 내에 존재하며 전체 거리가 최소가 되는 최소 경로에 해당한다. 앞에서 설명한 바와 같이 일실시예에 따른 최소 경로는 250 sec에서 370 sec 구간에서 90도에 가까운 정확한 고각 또는 최대 고각과 달리 최소 경계 값에 가까운 값이 최소 값으로 선택된 것을 알 수 있다. 따라서, 도 12의 그래프에 나타난 고각 프로파일에 따라 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 경우 안테나의 동적 제한 조건을 만족시키고 지터 문제가 발생하지 않는 효과를 가질 수 있다.

도 13은 일실시예에 따라 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다. 궤도 상의 특정 위치에서 위성의 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 경우 안테나 방향 p를 기준으로 형성된 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위를 계산하고, 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위를 만족하는 최소 경로를 찾아 방위각, 고각 값으로 구성된 경로 프로파일을 생성한다.

구체적으로 1301 단계에서, 이동 위성체가 주행하고자 하는 궤도, 이동 위성체의 자세, 지상국의 위치를 입력 받는다.

1302 단계에서, 이동 위성체가 주행하는 궤도 상의 특정 위치에서 지상국을 정확하게 지향하는 안테나 방향 p에 대해서, 수학식 1을 이용하여 안테나 방향 p에 대한 방위각 α 및 고각 β을 계산한다.

1303 단계에서, 고각 β를 정확한 위치에 고정한 후, 즉 수학식 1을 따라 산출한 값을 대입하여 상수 취급한 후 안테나 방향 p를 기준으로 형성된 유효 빔폭을 만족하는 방위각 α의 위치 범위(최대 값 및 최소 값에 대응하는 경계)를 수학식 2를 이용하여 계산한다.

1304 단계에서, 방위각의 위치 범위 내에서 안테나가 최소 속도를 가지는 방위각을 선택한다. 일반적인 최단 경로 알고리즘을 이용할 수도 있고, 일실시예에 따른 스트링 네일링 알고리즘에 따라 방위각 최소 경로를 구할 수 있다.

1305 단계에서, 방위각의 값을 최소화하여 최적화된 α 값에 대하여 유효 빔폭을 만족하는 고각 β의 위치 범위(최대 값 및 최소 값에 대응하는 경계)를 계산한다. 이는 수학식 4를 이용하여 구할 수 있다.

1306 단계에서는 고각 β의 위치 범위 내에서 고각 β값을 최적화한 최소 경로 프로파일을 생성한다. 일실시예에 따라 스트링 네일링 알고리즘에 의해 고각 최소 경로를 구할 수 있다.

마지막으로 1307 단계에서, 안테나 방향 p에 대하여 최소 경로로 선택된 방위각 α와 고각 β를 출력한다.

한편, 안테나의 속도를 특정 구간에서 일정한 속도로 고정해야 할 필요가 있는 경우가 있다. 예를 들면 안테나의 지터 발생 각속도가 여러 값으로 분산되어 있는 경우 해당 값 사이에서 지터가 발생하지 않는 특정 각속도를 유지하며 구동해야 한다. 일실시예에 따라 산출된 방위각 위치 범위 및 고각 위치 범위를 일부 변경하여 특정 구간에서 고정된 각속도를 가질 수 있도록 할 수 있다.

도 2로 돌아가서, 연산부(210)는 특정 구간에서 고정된 각속도를 가질 수 있도록 하는 제1 속도 제한 최적화부(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 속도 제한 최적화부는 방위각의 위치 범위 또는 고각의 위치 범위에 대해서, 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계 및 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계를 계산한다. 최대 경계 또는 최소 경계에서 영상 촬영 구간과 같이 고정된 각속도를 유지해야 하는 제1 구간을 추출한다. 추출된 제1 구간에 대응하는 최대 경계 또는 최소 경계를 제한 속도에 따라 변경함으로써 고정된 각속도를 가지게 할 수 있다.

도 14a는 일실시예에서 특정 각속도를 유지하기 위한 속도 제한 최적화 특징을 설명하기 위한 방위각 위치 범위 및 특정 각속도로 고정해야 하는 구간을 나타낸 예시 그래프이다. 도 14a에서 원래 최대 경계 및 최소 경계에 대하여 안테나의 각속도를 1 deg/sec 크기로 고정하기 위하여 제1 속도 제한 최적화부는 먼저 일정한 속도로 제한해야 하는 제1 구간을 결정한다. 예를 들어, 영상 촬영을 하는 구간을 제1 구간으로 설정할 수 있고, 도 14a와 같이 영상 촬영의 시작점(약 290초) 및 영상 촬영의 종료점(약 400초)으로 제1 구간을 특정할 수 있다.

도 14b는 도 14a에서 특정 각속도로 고정하는 최적화가 적용되어 경계가 변형된 예시 그래프이다. 약 290초에서 약 400초까지의 구간(제1 구간)을 1 deg/sec 크기로 제한하는 경우에 대하여 제1 구간의 시작점 이전의 일정 구간(약 260초에서 290초 구간)은 최소 경계를 변형해야 하고, 제1 구간의 종료점 이후의 일정 구간(약 400초에서 430초 구간)은 최대 경계를 변형해야 한다. 도 14b에서는 일정 구간을 30초로 예를 들어 설명했으나, 다양한 실시예에서는 적절한 값으로 실시자가 선택하여 결정할 수 있다.

제1 속도 제한 최적화부는 일정 구간을 변경하기 위해서, 해당 구간에서 특정 반지름을 가지는 가상의 지지 원(supporting circle)을 형성하도록 경계를 변형하는 방법을 이용할 수 있다. 이때 원의 특정 반지름과 원의 중심 위치는 제한하고자 하는 속도(도 14b의 경우 1 deg/sec)에 따라 결정될 수 있다.

도 14c는 도 14b에서 속도 제한 최적화 후의 최소 방위각 경로를 나타난 예시이다. 변경된 최대 경계 및 최소 경계에 따라 최소 방위각 경로가 생성된 것을 알 수 있다.

일실시예에서 위치 범위의 최대 경계 또는 최소 경계에서 경계의 속도 변화가 심한 경우, 생성되는 최소 경로 역시 각가속도가 커지는 문제가 발생하는 것을 방지하여 제2 속도 최적화부를 더 포함할 수 있다.

도 2로 돌아가서, 연산부(210)는 경계의 급격한 속도 변화를 방지하기 위한 제2 속도 최적화부(미도시)를 포함한다. 제2 속도 최적화부는 방위각의 위치 범위 또는 고각의 위치 범위에 대해서, 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계 및 위치 범위의 최소 값으로 구성된 최소 경계를 계산하고, 최대 경계에서 안테나의 구동 각가속도가 미리 정해진 제1 임계값보다 큰 구간 또는 최소 경계에서 안테나의 구동 각가속도가 미리 정해진 제2 임계값보다 작은 구간을 추출한다. 추출된 하나 이상의 구간에 대해서 제1 임계값 또는 제2 임계값을 이용하여 최대 경계 또는 최소 경계를 각각 변경한다.

도 15a는 일실시예에서 최소 경로의 최대 각가속도를 제한하기 위한 속도 제한 최적화 특징을 설명하기 위한 예시 그래프이다. 도 15a의 최소 경로 중 최소 경로 구성 점으로 표시된 부분에서 경계의 속도 변화가 급격한 것을 알 수 있다. 최소 경로 구성 점은 앞의 일실시예에 따른 912 단계에서 SR 배열 내의 모든 정점이다. 일실시예에서는 경계의 각가속도가 큰 부분-그래프 상에서 최소 경로 구성점을 중심으로 가상의 지지 원(supporting circle)을 이용해 해당 구간의 경계를 그래프 상에서 부드럽게 변형할 수 있다. 구체적으로 최대 경계에서 각가속도가 제1 임계값 즉 특정 양수 값 이상인 지점을 찾는다. 최소 경계에서는 각가속도가 제2 임계값 즉 특정 음수 값 이하인 지점을 찾는다. 찾아진 지점(도 15a에서 최소 경로 구성 점)을 중심으로 일정 범위의 값으로 최대 또는 최소 경계의 모양이 원형으로 변형될 수 있도록 가상의 원을 이용한다. 도 15b는 도 15a에서 최대 각가속도가 최적화된 최소 경로 구성점을 나타낸 예시 그래프로서, 반지름이 r인 가상의 원(1501)을 이용해 찾아진 지점을 변형한 그림이다. 이때 원(1501)의 반지름 크기 r은 안테나에 따라 허용할 수 있는 각가속도 값을 이용하여 결정될 수 있다. 도 15c는 도 15b에서 속도 제한 최적화 후의 최소 경로를 나타낸 예시이다. 모서리 형태의 경계를 일실시예의 제2 속도 최적화부에 따라 원을 이용해 부드럽게 변형한 경계를 이용해 최소 경로를 생성한 결과를 가진다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (13)

1. 궤도를 따라 주행하는 이동 위성체의 안테나 구동 속도를 제어하는 장치에 있어서,
   상기 궤도 상의 제1 지점에서 상기 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 제1 안테나 방향에 기초하여 상기 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위를 계산하는 연산부; 및
   상기 방위각의 위치 범위를 만족하는 제1 방위각 및 상기 고각의 위치 범위를 만족하는 제1 고각을 포함하는 경로 프로파일에 따라 상기 안테나의 구동 속도를 제어하는 제어부
   를 포함하고,
   상기 연산부는,
   상기 방위각의 위치 범위 또는 상기 고각의 위치 범위에 대해서, 상기 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계, 상기 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계, 상기 궤도의 시작점, 및 상기 궤도의 종료점을 이용하여 상기 시작점에서부터 상기 최소 경계보다 크고, 상기 최대 경계보다 작은 값을 가지며 상기 종료점까지 가는 복수 개의 경로 중에 전체 거리가 최소가 되는 최소 경로를 생성하는 경로 프로파일 생성부
   를 포함하는 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연산부는,
   상기 제1 안테나 방향에 대한 벡터의 중심 좌표를 중심으로 하는 제1 구 위에 상기 제1 안테나 방향에 대한 벡터를 중심으로 유효 빔폭에 대응하는 제1 원을 계산하고, 상기 제1 원의 중심을 지나는 상기 제1 구 위의 원호를 2차원 평면에 사영시킨 원호와 상기 제1 원을 동일한 상기 2차원 평면에 사영시킨 타원을 이용하여 상기 방위각의 위치 범위를 계산하는 방위각 위치 범위 계산부; 및
   상기 제1 원 및 상기 제1 원을 지나가는 상기 방위각의 위치 범위를 만족하는 제1 방위각에 따른 원을 2차원 평면에 사영시키고, 상기 제1 방위각에 대한 고각의 변화를 나타내는 직선과 상기 사영된 원들을 이용하여 상기 고각의 위치 범위를 계산하는 고각 위치 범위 계산부
   를 포함하는 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 경로 프로파일 생성부는,
   상기 궤도 상에서 시간에 따른 위치 값을 나타내는 정점을 적어도 하나 이상 포함하는 최소 경로 정점 배열에 상기 시작점 및 상기 종료점을 새로운 정점으로 추가하고,
   상기 최소 경로 정점 배열에 포함된 모든 연속된 두 정점에 대해서, 상기 두 정점이 지나는 직선이 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계와 교점이 있는 경우, 상기 교점으로 구분되는 시간 구간에 대해서 상기 직선과 가장 멀리 떨어진 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계 위의 점을 상기 최소 경로 정점 배열에 새로운 정점으로 추가하여 상기 최소 경로 정점 배열을 갱신하면서 상기 최소 경로를 생성하는 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 경로 프로파일 생성부는 최단 경로 알고리즘(shortest path algorithm)으로 상기 최소 경로를 계산하는 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 연산부는,
   상기 방위각의 위치 범위 또는 상기 고각의 위치 범위에 대해서, 상기 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계 및 상기 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계를 계산하고,
   상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계에서 고정된 각속도를 유지해야 하는 제1 구간을 추출하고,
   상기 추출된 제1 구간에 대응하는 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계를 상기 고정된 각속도에 따라 변경하는 제1 속도 제한 최적화부를 포함하는 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 연산부는,
   상기 방위각의 위치 범위 또는 상기 고각의 위치 범위에 대해서, 상기 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계 및 상기 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계를 계산하고,
   상기 최대 경계에서 상기 안테나의 구동 각가속도가 미리 정해진 제1 임계값보다 큰 구간 또는 상기 최소 경계에서 상기 안테나의 구동 각가속도가 미리 정해진 제2 임계값보다 작은 구간을 추출하고,
   상기 추출된 하나 이상의 구간에 대해서 상기 제1 임계값 또는 상기 제2 임계값을 이용하여 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계를 각각 변경하는 제2 속도 제한 최적화부를 포함하는 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 이동 위성체는 2축 짐벌 형태의 안테나를 구비하는 장치.
   
9. 궤도 상의 제1 지점에서 이동 위성체의 안테나가 지상국을 정확하게 지향하고 있는 제1 안테나 방향을 계산하고, 상기 제1 안테나 방향에 대한 따른 상기 안테나의 유효 빔폭을 만족하는 방위각의 위치 범위 및 고각의 위치 범위에 따라 상기 안테나의 방위각 및 고각의 위치 값을 결정하는 계산부; 및
   상기 결정된 상기 안테나의 방위각 및 고각의 위치 값으로 상기 제1 지점을 주행하는 구동부
   를 포함하고,
   상기 계산부는 상기 제1 안테나 방향에 대한 고각에 기초하여 상기 유효 빔폭에 대응하는 상기 방위각의 위치 범위를 계산하고,
   상기 방위각의 위치 범위 중 최소 속도를 가지는 제1 방위각에 기초하여 상기 유효 빔폭에 대응하는 상기 고각의 위치 범위를 계산하는 이동 위성체.
   
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11. 제9항에 있어서,
    상기 계산부는,
    상기 방위각의 위치 범위 또는 상기 고각의 위치 범위에 대해서, 상기 위치 범위 중 최대 값으로 구성된 최대 경계, 상기 위치 범위 중 최소 값으로 구성된 최소 경계, 상기 궤도의 시작점, 및 상기 궤도의 종료점을 이용하여 상기 시작점에서부터 상기 최소 경계보다 크고, 상기 최대 경계보다 작은 값을 가지며 상기 종료점까지 가는 복수 개의 경로 중에 전체 거리가 최소가 되는 최소 경로를 생성하고,
    상기 구동부는, 상기 최소 경로에 따라 상기 이동 위성체의 안테나를 구동시키는 이동 위성체.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 계산부는
    상기 궤도 상의 시간에 따른 위치 값을 나타내는 정점을 포함하는 최소 경로 정점 배열에 상기 시작점 및 상기 종료점을 새로운 정점으로 추가하고,
    상기 최소 경로 정점 배열에 포함된 모든 연속된 두 정점에 대해서, 상기 두 정점이 지나는 직선이 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계와 교점이 있는 경우, 상기 교점으로 구분되는 시간 구간에 대해서 상기 직선과 가장 멀리 떨어진 상기 최대 경계 또는 상기 최소 경계 위의 점을 상기 최소 경로 정점 배열에 새로운 정점으로 추가하여 상기 최소 경로 정점 배열을 갱신하면서 상기 최소 경로를 생성하는 이동 위성체.
    
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