KR101793834B1 - 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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허종완
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권건섭
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Abstract

본 발명은 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 기 설정된 위성의 위치 정보와 안테나에 부착된 관성 센서 및 엔코더로부터 수집되는 위치 정보를 토대로 안테나를 지향시키는 안테나 구동부, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출하는 지점 검출부, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에서의 안테나의 앙각을 측정하는 앙각 측정부 및 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하지 않는 경우. 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점으로 지향되도록 안테나의 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우, 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OF SATELLITE TRACKING ANTENNA TO BE STABILIZED}
본 발명은 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 방위각 및 앙각 모터의 구동 토크를 고려하여 안테나의 구동축의 자유도가 감소할 때의 키홀 문제를 회피하고, 통신 품질을 보장하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
위성 통신은 인공위성과 전파신호를 주고받아 통신하는 것으로서 별도의 기지국 설치가 필요 없고 통신 시야 확보가 유리하여 군사 작전뿐만 아니라 민간에서도 그 중요성과 활용이 급증하고 있다. 또한, 정지한 상태뿐만 아니라 기동을 하는 지상차량, 열차, 배, 항공기 등을 포함하는 모든 플랫폼에서 위성통신을 하기 위해서는 플랫폼의 움직임에 무관하게 플랫폼에 장착되는 통신 장비가 안정적으로 위성을 지향할 수 있어야 한다.
인공위성은 지상과의 거리가 멀기 때문에 통신을 하기 위해서 빔폭이 좁고 지향성이 높은 안테나를 사용하여 인공위성을 지향한다. 예를 들어, 2축 안테나에서 앙각 0도를 방위각 모터 축과 수직한 방향이라고 정의할 때, 안테나가 위성을 지향하기 위해서는 플랫폼의 거동 혹은 외란이 존재하거나 인공위성이 움직일 때, 방위각모터의 구동 토크는 1/cod(양각)에 비례해서 증가한다. 따라서, 앙각이 90도에 가까워질수록 안테나가 위성을 정확히 지향하기가 어려워지고 90도가 되면 안테나가 인공위성을 지향하지 못하게 되는 문제가 발생하게 된다. 이를 키홀(keyhole) 이라 한다.
즉, 종래의 2축 구조의 페데스탈을 갖는 안테나는 앙각이 90도가 되는 키홀 문제를 피하지 못한다. 반면 키홀 문제를 회피하기 위해 앙각이 특정 값 이상으로 증가하면 안테나 구동을 정지시킬 수 있으나 추적 오차가 커져서 통신 품질을 보장하지 못할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 키홀 문제는 회전 자유도가 1 감소하기 때문에 발생되는데 구동모터의 개수를 늘림으로서 해결할 수 있으나 안테나의 높이와 부피가 커지고, 전력 및 무게가 늘어나는 단점이 발생한다. 이로 인해 무게 중심이 높아져 플랫폼의 안정성을 감소시키는 원인이 되기도 한다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2007-0043165호는 "페데스탈 장치 및 이를 구비한 위성추적 안테나"에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점을 탐색하여 안테나의 자세 및 지향 지점을 추출하고. 추출된 안테나의 자세 및 지향 지점을 토대로 안테나의 자세가 보정되도록 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하여, 위성 수신 신호가 최대가 되는 지점을 정밀하게 찾아내는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 엔코더를 통해서 안테나의 앙각이 기 설정된 각도 이상이 되면 방위각 모터의 방위각을 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치시키고, 앙각 모터의 앙각은 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 값을 갖도록 제어하여, 키홀 문제 발생을 방지하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치는 기 설정된 위성의 위치 정보와 안테나에 부착된 관성 센서 및 엔코더로부터 수집되는 위치 정보를 토대로 안테나를 지향시키는 안테나 구동부; 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출하는 지점 검출부; 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에서의 안테나의 앙각을 측정하는 앙각 측정부; 및 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하지 않는 경우. 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점으로 지향되도록 안테나의 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우, 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 지점 검출부는 안테나가 지향하고 있는 방향과 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 방향이 이루는 각도에 따른 추적 오차가 '0'이 되는 지점이 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점인 것으로 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되면, 해당 지점에 대한 방위각 값에 인공 위성의 움직임에 따른 방위각 변화 값을 더한 값을 방위각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되면, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값을 앙각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 90도 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제2 범위에 속하는 값보다 큰 경우, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 적분 값을 뺀 값을 앙각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 인공위성의 움직임이 감지되고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 제2 범위에 속하는 값 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제3 범위에 속하는 값보다 작은 경우, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 초기 적분 값(0)을 뺀 값을 양각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 방법은 안테나 구동부에 의해, 기 설정된 위성의 위치 정보와 안테나에 부착된 관성 센서 및 엔코더로부터 수집되는 위치 정보를 토대로 안테나를 지향시키는 단계; 지점 검출부에 의해, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출하는 단계; 앙각 측정부에 의해, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에서의 안테나의 앙각을 측정하는 단계; 제어부에 의해, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하지 않는 경우. 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점으로 지향되도록 안테나의 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하는 단계; 및 상기 제어부에 의해, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우, 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어하는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법은 성 수신 신호가 최대가 되는 지점을 정밀하게 찾아내기 위해, 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점을 탐색하여 안테나의 자세 및 지향 지점을 추출하고. 추출된 안테나의 자세 및 지향 지점을 토대로 안테나의 자세가 보정되도록 방위각 모터와 앙각 모터를 제어함으로써, 플랫폼의 거동 및 외란에 상관없이 위성 통신의 통신 품질을 보장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 엔코더를 통해서 안테나의 앙각이 기 설정된 각도 이상이 되면 방위각 모터의 방위각을 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치시키고, 앙각 모터의 앙각은 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 값을 갖도록 제어하여, 키홀 문제의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 위성 2축 구조 페데스탈을 갖는 위성 지향 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 위성 지향 안테나에서 앙각의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 방법의 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 방법에서 키홀 방지 모드에 의해 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하는 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 위성 2축 구조 페데스탈을 갖는 위성 지향 안테나를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 따른 위성 지향 안테나에서 앙각의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 위성 지향 안테나는 플랫폼에 장착되되, 안테나 혼, 안테나 반사판, 관성 센서, RF 장치 및 케이블, 앙각 구동부 및 방위각 구동부를 포함하여 이루어진다.
이와 같이 플랫폼에 장착된 위성 지향 안테나는 안테나 반사판 뒤에 관성센서(IMU 또는 INS)를 부착한 뒤 부착된 관성센서 내부의 자이로스코프를 이용하여 현재의 지향 방향을 알 수 있다.
또한, 위성 지향 안테나에서 앙각 0도를 방위각 모터 축과 수직한 방향인 것으로 정의되고, 위성 지향 안테나가 위성을 지향하기 위해서는 플랫폼의 거동 혹은 외란이 존재하거나 위성이 움직일 때, 방위각 모터의 구동 값은 1/cos(앙각)에 비례하여 증가하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치(100)는 크게 안테나 구동부(110), 지점 검출부(120), 앙각 측정부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
안테나 구동부(110)는 기 설정된 위성의 위치 정보와 안테나에 부착된 관성 센서 및 엔코더로부터 수집되는 위치 정보를 토대로 안테나를 지향시킨다.
안테나 구동부(110)는 안테나 반사판 및 안테나 혼 및 RF장비들을 통해 위성 신호를 수신하여, 안테나의 지향 방향을 산출하고 이에 따라 방위각 모터 및 앙각 모터를 구동시킨다.
지점 검출부(120)는 플랫폼의 거동과 외란을 보상하면서 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출한다.
지점 검출부(120)는 안테나가 지향하고 있는 방향과 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 방향이 이루는 각도에 따른 추적 오차가 '0'이 되는 지점을 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점인 것으로 검출한다.
지점 검출부(120)는 스텝 추적 알고리즘 또는 모노 펄스 알고리즘으로 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출할 수 있다.
보다 자세하게. 스텝 추적 알고리즘은 수신된 위성 수신 신호 진폭을 이용하여 단계적으로 위성 수신 신호 진폭이 커지는 방향이 어디인지를 점진적으로 찾아주는 알고리즘으로, 안테나가 현재 지향하고 있는 지점에서보다 더 큰 진폭의 위성 수신 신호를 얻기 위해서 안테나가 지향해야 할 방향을 알 수 있게 해준다.
또한, 모노 펄스 알고리즘은 위성지향 안테나가 현재 지향하고 있는 위치와 지향해야할 위치 사이의 각을 나타내는 오차 신호를 나타내는 모노 펄스 신호를 이용하여, 위성지향 안테나가 위성을 정확히 지향하고 있으면, 모노펄스 신호는 0으로 하는 알고리즘으로, 안테나의 안정화 제어를 위한 별도의 구동이 필요없다. 이후, 외란 등의 영향으로 위성지향 방향이 변경되면, 변경된 오차만큼 모노 펄스 제어입력이 계산되어서, 안정화 제어의 제어입력으로 이용된다.
앙각 측정부(130)는 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에서의 안테나의 앙각을 측정한다.
제어부(140)는 스텝 추적 알고리즘 또는 모노 펄스 알고리즘으로부터 얻은 지향방향으로 모터를 구동시킨다.
즉, 제어부(140)는 최종적으로 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점에 도달했을 때, 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되면, 해당 지점에 대한 방위각 값에 인공 위성의 움직임에 따른 방위각 변화 값을 더한 값을 방위각 모터의 구동 명령 값으로 이용하여 방위각 모터를 구동시킴으로써, 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점을 지향하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되면, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값을 앙각 모터의 구동 명령 값으로 이용하여 앙각 모터를 구동시킴으로써, 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점을 지향하도록 제어할 수 있다.
이런 경우, 외란에 대한 센서를 별도로 이용하지 않고 오직 반사판에 부착되는 관성 센서 하나만 있으면 된다는 장점이 있다. 또한 이렇게 하면 정지 위성의 경우에는 구동 명령이 변하지 않는다.
상기와 같이, 제어부(140)에 의해, 지향방향을 계속 유지하려면 안테나의 지향 방향이 위성의 방향과 일치해야 하는데. 플랫폼의 기동이나 외란 또는 위성의 움직임이 발생되는 경우 관성 센서 내부에 정의된 축(Xsc, Ysc, Zsc)을 중심으로 하는 회전의 발생이 요구된다. 이에 따라 위성의 움직임이 있다면 앙각 모터 및 방위각 모터를 통해 관성 센서 내부에 정의된 축(Xsc, Ysc, Zsc) 중심의 회전을 발생시켜야 한다. 이때. 앙각이 90도가 되면 앙각 및 방위각의 구동축이 Zsc축과 직교하기 때문에, 앙각이나 방위각 모터의 구동으로는 Zsc축의 회전을 발생시킬 수 없게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 제어부(140)는 의도적으로 앙각이 90도가 되는 것을 방지 하기 위해, 다음과 같이 방위각 모터 및 앙각 모터의 구동 명령을 제어한다.
보다 자세하게, 제어부(140)는 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하지 않는 경우, 즉, 안테나의 앙각이 90도 보다 충분히 작을 경우에 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점으로 지향되도록 안테나의 방위각 모터와 앙각 모터를 제어한다. 이를 설명의 편의상 단순 추적 모드로 명명한다. 이때, 제1 범위는 80도 내지 100도 사이인 것으로 설정되나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 제어부(140)는 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우 즉, 앙각이 90도에 가까워지는 경우에 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어한다. 즉, 제어부(140)는 앙각이 90도에 가까워지면서 발생되는 키홀 문제를 방지하기 위해, 방위각 모터와 앙각 모터에 대한 별도의 구동 명령을 생성하여 제어한다. 이를 설명의 편의상 키홀 방지 모드로 명명한다.
제어부(140)는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 90도 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제2 범위에 속하는 값보다 큰 경우, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 적분 값을 뺀 값을 앙각 모터의 구동 명령을 생성하여 제어한다.
또한, 제어부(140)는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 제2 범위에 속하는 값 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제3 범위에 속하는 값보다 작은 경우, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 초기 적분 값(0)을 뺀 값을 양각 모터의 구동 명령을 생성하여 제어한다.
예를 들어, 측정된 안테나의 앙각이 제2 범위보다 커질 때의 시간을 t1이라하고, 측정된 안테나의 앙각이 제3 범위보다 작아질 때의 시간을 t2이라 하고. 위성 수신 신호 진폭이 최대가 될 때의 앙각이 90도 일 때, 앙각 모터의 구동 명령 값은
Figure 112016077552951-pat00001
와 같다. 이때,
Figure 112016077552951-pat00002
에 값에 의해 앙각이 90도가 되는 것을 방지한다. 이를 통해, 방위각은 정확하게 제어될 수 있어 지향 지점과 벡터가 위성 수신 진폭이 최대가 되는 지점과 이루는 각도는 앙각 오차에 의해서만 결정된다. 여기서, 앙각 오차는
Figure 112016077552951-pat00003
가 된다. 이때,
Figure 112016077552951-pat00004
가 90도에서 제2 범위에 속하는 값 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제3 범위에 속하는 값을 뺀 값 보다 작을 경우는 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우이고, 발생 가능한 최대 오차는
Figure 112016077552951-pat00005
가 된다. 따라서, 최대 오차를 줄이기 위해서는 제3 범위의 값을 작게 하면 줄어들지만 이런 경우, 요구되는 방위각 속도가 1/cos(앙각)에 비례하여 증가하기 때문에 실제로 모터의 구동 토크의 능력을 만족할 수 있을 만큼의 값으로 제3 범위의 값을 설정해주어야 한다.
이와 같이, 본 발명에서 의도적으로 앙각 오차를 발생시킬 때, 임의의 상수값을 더하지 않고 적분 값을 사용하는 이유는 다음과 같다.
첫 번째로, 앙각 구동 명령이 시간에 대해 불연속적으로 변하는 것을 막기 위함이다. 즉, 앙각 모터의 구동 명령이 시간에 대해 불연속적으로 변하게 되면, 대역폭 한계로 인해 앙각 모터가 제어 불가능한 상태에 빠질 수 있기 때문이다. 두 번째로, 앙각이 90도에 가까울수록 앙각의 증가를 더 빨리 막아야 하기 때문에 앙각 오차에 따른 앙각 모터의 회전속도를 증가시키기 위함이다.
그리고, 본 발명에서 제2 범위와 제3 범위를 다르게 설정한 이유는, 동일하게 할 경우에는 관성 센서에 노이즈가 있거나, 플랫폼의 거동 및 외란이 높은 주파수 성분을 포함하는 경우에 키홀 방지 모드와 단순 추적 모드 사이에서 고주파로 스위칭되고 이는 앙각 모터의 구동 시 높은 주파수 성분을 발생시킴으로서 제어 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서, 제2 범위와 제3 범위를 다르게 설정하여 노이즈나 외란의 미세한 떨림으로 인한 모드간의 스위칭을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 방법의 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 방법은 앞서 설명한 바와 같은 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치를 이용하는 것으로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 기 설정된 위성의 위치 정보와 안테나에 부착된 관성 센서 및 엔코더로부터 수집되는 위치 정보를 토대로 안테나를 지향시킨다(S100). S100 단계는 안테나 반사판 및 안테나 혼 및 RF장비들을 통해 위성 신호를 수신하여, 안테나의 지향 방향을 산출하고 이에 따라 방위각 모터 및 앙각 모터를 구동시킨다.
다음, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출한다(S110). S110 단계는 안테나가 지향하고 있는 방향과 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 방향이 이루는 각도에 따른 추적 오차가 '0'이 되는 지점을 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점인 것으로 검출한다.
다음, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에서의 안테나의 앙각을 측정한다(S120).
다음, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는지 여부를 판단한다(S130).
S130 단계에서, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하지 않는 경우. 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점으로 지향되도록 안테나의 방위각 모터와 앙각 모터를 제어한다(S140). S140 단계를 본 발명에서는 단순 추적 모드로 명명한다.
S130 단계에서, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우, 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어한다(S150). S150 단계를 본 발명에서는 키홀 방지 모드로 명명한다.
도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 위성 지향 안테나의 안정화 제어 방법에서 키홀 방지 모드에 의해 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하는 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 키홀 방지 모드에 의해 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하는 순서는 다음과 같다.
여기서, 키홀 방지 모드는 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우 즉, 앙각이 90도에 가까워지는 경우에 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어한다.
이는, 먼저 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지한다(S200).
다음, 안테나의 앙각을 측정한다(S210). S210 단계에서, 측정되는 안테나의 앙각은 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우에 한한다.
다음, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 90도 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제2 범위에 속하는 값보다 큰 경우인지 여부를 판단한다(S220).
S220 단계에서, 안테나의 앙각이 제1 범위에 속하되, 제2 범위에 속하는 값보다 큰 경우 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 적분 값을 뺀 값을 앙각 모터의 구동 명령 신호로 생성한다(S230).
S230 단계에서, 생성된 앙각 모터의 구동 명령 신호에 따라 앙각 모터를 제어한다(S235)
한편, S220 단계에서, 안테나의 앙각이 제1 범위에 속하되, 제2 범위에 속하지 않는 경우, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 제2 범위에 속하는 값 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제3 범위에 속하는 값보다 작은 경우인지 여부를 판단한다(S240).
S240 단계에서, 안테나의 앙각이 제1 범위에 속하되. 제3 범위에 속하는 경우 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 초기 적분 값을 뺀 값을 앙각 모터의 구동 명령 신호로 생성한다(S250).
S250 단계에서 생성된 앙각 모터의 구동 명령 신호에 따라 앙각 모터를 제어한다(S235)
한편, S240 단계에서, 안테나의 앙각이 제1 범위에 속하되. 제3 범위에 속하지 않는 경우, S200 단계로 돌아가 안테나의 앙각을 재측정한다.
이처럼. 본 발명에 의한 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치 및 그 방법은 성 수신 신호가 최대가 되는 지점을 정밀하게 찾아내기 위해, 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점을 탐색하여 안테나의 자세 및 지향 지점을 추출하고. 추출된 안테나의 자세 및 지향 지점을 토대로 안테나의 자세가 보정되도록 방위각 모터와 앙각 모터를 제어함으로써, 플랫폼의 거동 및 외란에 상관없이 위성 통신의 통신 품질을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명은 엔코더를 통해서 안테나의 앙각이 기 설정된 각도 이상이 되면 방위각 모터의 방위각을 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치시키고, 앙각 모터의 앙각은 위성 수신 신호 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 값을 갖도록 제어하여, 키홀 문제 발생을 방지할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100 : 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치
110 : 안테나 구동부
120 : 지점 검출부
130 : 앙각 측정부
140 : 제어부

Claims (7)

  1. 기 설정된 위성의 위치 정보와 안테나에 부착된 관성 센서 및 엔코더로부터 수집되는 위치 정보를 토대로 안테나를 지향시키는 안테나 구동부;
    안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출하는 지점 검출부;
    안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에서의 안테나의 앙각을 측정하는 앙각 측정부; 및
    측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하지 않는 경우. 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점으로 지향되도록 안테나의 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우, 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되면, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값을 앙각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지점 검출부는 안테나가 지향하고 있는 방향과 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 방향이 이루는 각도에 따른 추적 오차가 '0'이 되는 지점이 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점인 것으로 검출하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되면, 해당 지점에 대한 방위각 값에 인공 위성의 움직임에 따른 방위각 변화 값을 더한 값을 방위각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 90도 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제2 범위에 속하는 값보다 큰 경우, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 적분 값을 뺀 값을 앙각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 인공위성의 움직임이 감지되고, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하되, 제2 범위에 속하는 값 미만 그리고 90도에서 추적 오차를 뺀 값을 초과하는 제3 범위에 속하는 값보다 작은 경우, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값에 기 설정된 상수 값에 대한 초기 적분 값(0)을 뺀 값을 양각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 장치.
  7. 안테나 구동부에 의해, 기 설정된 위성의 위치 정보와 안테나에 부착된 관성 센서 및 엔코더로부터 수집되는 위치 정보를 토대로 안테나를 지향시키는 단계;
    지점 검출부에 의해, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점을 검출하는 단계;
    앙각 측정부에 의해, 안테나의 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에서의 안테나의 앙각을 측정하는 단계;
    제어부에 의해, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하지 않는 경우. 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점으로 지향되도록 안테나의 방위각 모터와 앙각 모터를 제어하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 측정된 안테나의 앙각이 기 설정된 제1 범위에 속하는 경우, 안테나의 방위각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 방위각 값과 일치하도록 제어하고. 안테나의 앙각 모터를 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점의 앙각보다 작은 앙각값을 갖도록 제어하는 단계;를 포함하며,
    상기 제어부는 안테나가 위성 수신 신호의 진폭이 최대가 되는 지점에 도달한 후 위성의 움직임이 감지되면, 해당 지점에 대한 앙각 값에 인공 위성 움직임에 따른 앙각 변화 값을 더한 값을 앙각 모터의 구동 명령 신호로 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 지향 안테나의 안정화 제어 방법.
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