KR101901057B1 - 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성 추적 및 추적 정확도 분석 방법 - Google Patents

다중대역 비콘 신호를 이용한 위성 추적 및 추적 정확도 분석 방법 Download PDF

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황기민
박병철
조현욱
권건섭
허종완
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 다중 대역의 비콘 신호를 이용하여 위성추적을 수행하는 추적 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 계단 추적 방식에서, 방위각과 앙각의 센서 오차를 고려한 1차 검색, 및 1차, 2차 검색에서 대역별 비콘 신호를 선택적으로 사용하는 위성 추적 및 추적 정확도 분석 방법에 대한 것이다.

Description

다중대역 비콘 신호를 이용한 위성 추적 및 추적 정확도 분석 방법{satellite tracking method using multiband beacon signal and tracking accuracy analysis method}
본 발명은 다중 대역의 비콘 신호를 이용하여 위성추적을 수행하는 추적 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 계단 추적 방식에서, 방위각과 앙각의 센서 오차를 고려한 1차 검색, 및 1차, 2차 검색에서 대역별 비콘 신호를 선택적으로 사용하는 위성 추적 및 추적 정확도 분석 방법에 대한 것이다.
이동 후 고정하여 운용되는 정지 궤도용 위성 통신 단말은 초기 운용시 고정된 위치의 위성을 향하여 위성단말 안테나를 지향하여야 한다. 이러한 절차는 위성추적방식을 통하여 이루어진다.
일반적인 위성 추적에서는 지구상의 위성 통신 단말의 위치와 우주상의 위성의 위치를 통해 기하학적인 관계식으로 안테나의 방위각(azimuth) 및 앙각(elevation)을 구하여 위성 통신 단말의 안테나를 위성 방향으로 지향한다.
그러나 위성 단말의 위치 파악에 사용되는 앙각과 방위각 센서 값의 오차 값이 존재하므로 정확한 지향은 거의 불가능하며, 수신되는 비콘 신호를 이용하여 계단 추적 방식으로 위성을 정밀하게 추적한다. 이를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 도 1을 참조하면, 비콘 신호의 수신 강도는 위성 안테나의 빔패턴과 비례한다. 계단 추적 방식은 비콘 신호를 초기 지점(120)으로부터 D1 각도 간격으로 D2 각도까지 넓은 각도범위에 대해 1차 검색 후, 비콘 신호의 수신 강도가 높은 지점(110)(즉, 1차 검색 비콘 신호 수신 강도 최대점)으로 이동하여 2차로 D3 각도 간격으로 상세 검색을 하여 최종적으로 비콘 신호의 수신강도가 최대인 방향으로 안테나를 지향하여 위성추적을 완료하는 방식이다.
이 경우, 도 2를 참조하면, 1차 검색의 각도 간격(도 1의 D1)은 안테나 주엽의 각도에서 비콘 신호가 미검색 되지 않도록 안테나 패턴에서 해당 대역 주엽(210)의 이득이 부엽(220,230)보다 BdB 만큼 큰 지점이 포함되도록 BW_1도 미만으로 정해야 한다. 일반적으로 한 대역의 비콘 신호만을 이용하는 위성단말은 하나의 D1, D2, D3 값을 이용해서 위성추적을 수행하며, 1차 검색의 각도간격 D1 및 2차 검색의 각도간격 D2 가 너무 작으면 위성추적에 시간이 많이 소요되고, 그 반대의 경우에는 위성추적의 정확도가 떨어진다.
다중 대역의 비콘 신호를 이용할 수 있는 경우에는 대역별로 비콘 신호 수신 안테나 패턴을 이용한 효과적인 위성 추적 방법이 요구되고 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2011-0033555호(다중대역 통신시스템과 방법, 이를 이용한 실시간 해양 물류 위치 추적 방법 및 해양 네트워크) 2. 한국등록특허번호 제10-1041850호(이동형 위성추적시스템 및 방법)
1. 이재문외, "Ku 대역 다중모드 모노펄스 위성추적시스템을 위한 커플러 구현 및 안테나 추적정확도 분석"한국군사과학기술학회지 제19권 제3호 통권 제82호 (2016년 6월) pp.363-370
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 대역별로 비콘 신호 수신 안테나 패턴을 이용한 효과적인 위성추적 및 추적 정확도 분석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 추적이 완료된 후 정량적으로 몇 도의 추적 오차가 발생되었는지 추적 정확도를 분석할 수 있는 하는 위성추적 및 추적 정확도 분석 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 대역별로 비콘 신호 수신 안테나 패턴을 이용한 효과적인 위성추적 및 추적 정확도 분석 방법을 제공한다.
상기 위성 추적 방법은,
계단추적방식에서 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 방법으로서,
(a) 수신기가 안테나를 통해 위성으로부터 다중대역 비콘 신호를 수신하는 단계;
(b) 제 1 차 검색부가 센서의 오차범위에 따른 방위각 및 앙각에 대하여 각각 1차 검색 각도 범위를 설정하는 단계;
(c) 상기 제 1 차 검색부가 상기 1차 검색 각도 범위에 따라 상기 다중대역 비콘 신호에 대해 대역별 1 차 검색 각도 간격으로 1차 검색을 수행하여 제 1 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계; 및
(d) 제 2 차 검색부가 상기 대역별로 1차 검색한 결과에 따라 상기 대역별 중 가장 작은 대역의 비콘 신호에 대해 2 차 검색 각도 간격으로 2 차 검색을 수행하여 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 1차 검색 각도 범위는 수학식
Figure 112017032923810-pat00001
및
Figure 112017032923810-pat00002
(여기서, D2_a는 방위각에 대한 1차 검색 각도 범위이고, D2_e는 앙각에 대한 1차 검색 각도 범위이고, E_a는 방위각 센서 최대 오차 각도이고, E_e는 앙각 센서 최대 오차 각도이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 계단 추적 방식에서 방위각과 앙각의 검색 범위가 다르면 센서의 오차범위를 고려한 안테나 지향방향의 이동 거리는 수학식
Figure 112017032923810-pat00003
(여기서, D1_a는 방위각에 대한 1차 검색 각도 간격, D2_a는 D1_a의 정수배, D1_e는 앙각에 대한 1차 검색 각도 간격, D2_e는 D1_e의 정수배이다)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는, 상기 대역별 중 주엽이 가장 넓은 대역의 비콘 신호로 검색하는 단계; 및 상기 대역별 중 주엽이 가장 좁은 대역의 비콘 신호로 검색하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 1 차 검색 각도 간격은 수학식
Figure 112017032923810-pat00004
,
Figure 112017032923810-pat00005
및
Figure 112017032923810-pat00006
(여기서, D1_A는 1-1차 검색 각도 간격이고, D1_B는 1-2차 검색 각도 간격이며, BW_1A는 A대역에서 주엽이 첫번째 부엽보다 일정 이득(B dB) 높은 각도 범위이고, BW_1B는 B대역에서 주엽이 첫번째 부엽보다 일정 이득(B dB) 높은 각도 범위로 정의되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 수신기가 안테나를 통해 위성으로부터 다중대역 비콘 신호를 수신하는 단계; (b) 제 1 차 검색부가 센서의 오차범위에 따른 방위각 및 앙각에 대하여 각각 1차 검색 각도 범위를 설정하는 단계; (c) 상기 제 1 차 검색부가 상기 1차 검색 각도 범위에 따라 상기 다중대역 비콘 신호에 대해 대역별 1 차 검색 각도 간격으로 1차 검색을 수행하여 제 1 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계; (d) 제 2 차 검색부가 상기 대역별로 1차 검색한 결과에 따라 상기 대역별 중 가장 작은 대역의 비콘 신호에 대해 2 차 검색 각도 간격으로 2 차 검색을 수행하여 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계; (e) 분석부가 상기 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점에 따른 비콘 신호 수신 레벨 측정값을 산출하는 단계; 및 (f) 상기 분석부가 상기 비콘 신호 수신 레벨 측정값과 사전 저장된 위성지향 오차 각도별 비콘 신호 수신 레벨 패턴의 사전 저장값을 이용하여 위성지향 오차 각도를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 정확도 분석 방법을 제공할 수 있다.
이때, 상기 사전 저장값은 상기 안테나를 구동하여 다중 대역 비콘 신호 수신 레벨의 패턴정보를 측정하고 최대 레벨에서의 각도 정보 및 수신 레벨 별 지향오차 각도 정보를 획득하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 계단 추적 방식 위성 추적을 함에 있어 방위각과 앙각의 센서 오차값을 이용하여 1차 검색 범위를 설정하고, 다중 대역 비콘 신호를 이용하여 위성추적을 수행함으로써 위성통신을 하기 위한 안테나의 위성추적 시간단축 및 추적정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 측정된 비콘 신호 레벨을 통해 추적 오차를 정량적으로 분석할 수 있어, 위성 통신의 송수신 링크 상태를 파악하고 위성 단말을 운용하는데 도움을 줄 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 계단 추적 방식의 1차 검색 및 2차 검색의 검색 패턴을 나타낸다.
도 2는 일반적인 안테나의 빔 패턴을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 계단 추적 방식에서 앙각, 방위각 센서오차를 고려한 검색 패턴이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중대역 안테나의 빔 패턴을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 비콘 신호를 이용한 위성 추적 검색 패턴을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 비콘 신호를 이용하는 경우 1차 검색을 위한 이동거리를 나타낸다.
도 7은 일반적인 단일대역 비콘 신호를 이용하는 경우의 1차 검색을 위한 이동거리를 나타낸다.
도 8a는 위성추적 정확도 분석을 위한 위성지향 오차 각도별 비콘 신호 수신 레벨 패턴의 사전 저장을 보여주는 그래프이다.
도 8b는 위성 추적완료후 비콘 신호 수신 레벨 측정을 보여주는 표이다.
도 8c는 도 8b에 따른 위성추적 정확도 분석을 통해 계단 추적 완료후 위성 지향 오착 각도를 계산하는 개념을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성 추적을 수행하는 위성 통신 단말(900)의 세부 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 및 추적 정확도 분석 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
차량 등으로 이동 후 정차하여 운용하는 방식의 정지 궤도용 위성 통신 단말은 초기 운용 시에 항상 위성으로부터 내려오는 비콘 신호를 이용하여 안테나를 위성방향으로 추적한 후 운용한다.
일반적으로 위성추적을 위해서는 단일대역의 비콘 신호를 이용하는 계단 추적(step-track) 방식을 많이 사용한다. 계단 추적 방식은 넓은 각도로 비콘 신호를 일정간격으로 1차 검색 후, 비콘 신호의 수신 강도가 높은 지점으로 이동하여 2차로 상세 검색을 하여 최종적으로 비콘 신호의 수신 강도가 최대인 방향으로 안테나를 지향하여 위성 추적을 완료하는 방식이다.
이런 계단 추적 방식은 안테나 빔 패턴이 브로드(broad)한 경우에는 추적오차가 커지고, 샤프(sharp)한 경우에는 1차 검색 각도의 간격이 좁아져서 추적시간이 길어진다.
본 발명의 일실시예는 다중 대역 위성 통신 단말에서 각 대역의 비콘 신호를 조합하여 사용함으로써 위성 추적 시간 단축 및 정확도를 높이고 정량적으로 추적정확도를 분석하기 위해 제안되었다.
일반적으로 도 1을 참조하면, 계단 추적 방식의 1차 검색에서 방위각과 앙각의 범위 설정방법은 일정 각도간격 D1로 방위각과 앙각 방향으로 D2각도 범위까지 검색한다.
1차 검색 각도 간격 D1은 다음 수학식을 만족하도록 설정한다.
Figure 112017032923810-pat00007
여기서, D1은 1차 검색 각도 간격이고, BW1은 부엽을 주엽으로 오인하여 주엽(도 2의 210)의 각도에서 비콘 신호가 미검색 되지 않도록 안테나 패턴에서 해당 대역 주엽(210)의 이득이 1차 부엽(220,230)보다 BdB 만큼 큰 지점을 포함하는 각도범위이다.
1차 검색 각도 범위 D2는 다음 수학식을 만족하도록 설정한다.
Figure 112017032923810-pat00008
여기서, D2는 2차 검색 각도 범위이고, E는 방위각 또는 앙각 센서 최대 오차 각도이다.
1차 검색에서 안테나 지향 방향의 이동거리는 다음 수학식으로 표현할 수 있다.
Figure 112017032923810-pat00009
2차 검색 각도 간격 D3은 다음 수학식을 만족하도록 설정한다.
Figure 112017032923810-pat00010
여기서, BW_2는 비콘 최대 수신 위치로 인정하는 범위로서 최대값과 CdB 차이를 포함하는 각도이다. 안테나 빔패턴의 주엽이 좁아서 BW_2가 작을수록 정확한 위성추적을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 계단 추적 방식에서 앙각, 방위각 센서오차를 고려한 검색 패턴이다. 도 3을 참조하면, 다중대역 비콘 신호를 이용한 계단추적방식에서 1차 검색 방법은 다음과 같다.
1차 검색 각도 범위 D2를 방위각 센서 및 앙각 센서의 오차 범위에 따라 방위각과 앙각에 대해 각각 분리하고, 방위각에 대한 1차 검색 각도 범위 D2_a, 앙각에 대한 1차 검색 각도 범위 D2_e는 다음 수학식을 만족하도록 설정한다.
Figure 112017032923810-pat00011
Figure 112017032923810-pat00012
여기서, E_a는 방위각 센서 최대 오차 각도이고, E_e는 앙각 센서 최대 오차 각도이다.
이 경우, 1차 검색에서 방위각, 앙각의 센서 오차를 고려한 안테나 지향방향의 이동거리는 다음 수학식으로 표현할 수 있다.
Figure 112017032923810-pat00013
여기서,
D1_a : 방위각에 대한 1차 검색 각도 간격, D2_a는 D1_a의 정수배
D1_e : 앙각에 대한 1차 검색 각도 간격, D2_e는 D1_e의 정수배
E_a ≠ E_e 일 경우, D2_a, D2_e의 값이 달라져서 1차 검색의 영역은 세로 방향과 가로방향의 크기가 다른 직사각형 형상이 된다. 따라서, 각각의 센서의 오차를 고려하지 않고 각각의 센서 오차중 큰 값을 D2 값만으로 이용하는 정사각형 형상보다 1차 검색의 안테나 지향방향의 이동거리가 짧아지고, 초기 지점(320)으로부터 비콘 신호 수신 강도 최대점(110)으로 이동하는 위성 추적 시간을 단축할 수 있다. 이를 보여주는 도면이 도 8a 내지 8c에 도시되며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
본 발명의 1차, 2차 검색에서 대역별 비콘 신호를 선택적으로 사용하는 방법은 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중대역 안테나의 빔패턴을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 비콘 신호의 대역이 2개 이상인 다중 대역 비콘 신호일 때, 각 비콘 신호에 대한 안테나 패턴은 다르게 나타난다. 특히 대역 차이가 클 경우, 주엽의 폭 차이는 상대적으로 커진다. 즉, A 대역(410)과 B 대역(420)의 차이가 된다. 이에 따라 1차 검색각도 간격 및 2차 검색 각도간격을 각 대역의 비콘 신호를 적절하게 조합하면 검색시간과 정확도를 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 비콘 신호를 이용한 위성 추적 검색 패턴을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 다중 대역에서 각 대역 중 주엽이 가장 넓은 대역 주파수를 A 대역, 주엽이 가작 좁은 대역 주파수를 B 대역이라고 하면　1-1차 검색은 A대역 비콘 신호로, 1-2차 검색은 B대역 비콘 신호로 1차 검색을 나누어 수행한다. A대역으로 수행하는 1-1차 검색은 각도간격 D1_A로 하며, B대역으로 수행하는 1-2차 검색은 각도간격 D1_B로 하며 다음 수학식을 만족하도록 설정한다.
Figure 112017032923810-pat00014
Figure 112017032923810-pat00015
Figure 112017032923810-pat00016
여기서, BW_1A는 A대역에서 주엽이 첫번째 부엽보다 일정 이득(B dB) 높은 각도 범위이고, BW_1B는 B대역에서 주엽이 첫번째 부엽보다 일정 이득(B dB) 높은 각도 범위로 정의된다.
1차 검색은 A대역의 비콘 신호를 이용하여 D1_A 간격(1-1차)으로 수행 후, B대역의 비콘 신호를 이용하여 D1_B 간격(1-2차)으로 완료한다. 즉, 초기 지점(520)으로부터 A 대역 비콘 신호 이용시 A 대역 비콘 신호 수신 강도 최대점(510) 및 B 대역 비콘 신호 수신 강도 최대점(530)으로 이동한다. 이후, B대역의 비콘 신호를 이용하여 2차 검색을 수행한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 대역 비콘 신호를 이용하는 경우 1차 검색을 위한 이동거리를 나타내고, 도 7은 일반적인 단일대역 비콘 신호를 이용하는 경우의 1차 검색을 위한 이동거리를 나타낸다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 1차 검색범위 D2에 대하여 D1_B 간격만으로 검색하는 것 보다 이동거리가 짧아져서 위성 추적 시간을 단축한다.
부연하면, 도 6의 경우, A 대역 비콘 신호 이용후 B 대역 비콘 신호를 이용하므로, 검색 시작점인 초기 지점(620)으로부터 제 1 및 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점(611,612)으로 이동하는 간격이 짧아져 추적 시간이 짧다. 제 1 비콘 신호 수신 강도 최대점(611)은 1-1차 검색 비콘 신호 수신 강도 최대점이고, 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점(612)은 1-2차 검색 비콘 신호 수신 강도 최대점이다.
또한, 주엽이 좁은 B대역으로 상세검색을 수행함으로써 보다 작은 D3값을 사용할 수 있어 위성추적 정확도를 높일 수 있다. 이를 통해 다중대역 비콘 신호를 이용한 신속하고 정확한 위성추적을 할 수 있다.
이와 달리, 도 7의 경우, B 대역 비콘 신호만을 이용하므로, 검색 시작점인 초기 지점(620)으로부터 비콘 신호 수신 강도 최대점(620)으로 이동하는 간격이 짧아져 추적 시간이 짧다.
도 8a는 위성추적 정확도 분석을 위한 위성지향 오차 각도별 비콘 신호 수신 레벨 패턴의 사전 저장을 보여주는 그래프이다. 도 8a를 참조하면, 위성지향오차가 0도일 경우, 예를 들면 방위각이 0도이고, 비콘 신호 수신 레벨이 54.24dBm일 그래프이다.
도 8b는 위성 추적 완료후 비콘 신호 수신 레벨 측정을 보여주는 표(테이블)이다. 즉, 도 8b는 위성 추적 정확도의 분석을 보여준다. 도 8b를 참조하면, 도 3 내지 도 5에 따른 계단 추적 방식을 이용하여 추적을 완료한후 생성되는 비콘 신호 수신 레벨 측정값이다.
도 8c는 도 8b에 따른 위성추적 정확도 분석을 통해 계단 추적 완료후 위성 지향 오착 각도를 계산하는 개념을 보여주는 도면이다. 도 8a에 의해 사전 저장된 위성지향 오차 각도별 비콘 신호 수신 레벨 패턴의 사전 저장값과 도 8b에 의해 추적을 완료한후 생성되는 비콘 신호 수신 레벨 측정값에 따른 위성지향 오차 각도를 계산한다.
부연하면, 추적이 완료된 후 정량적으로 몇 도의 추적오차가 발생되었는지에 대한 추적 정확도 분석은 단말에서 미리 측정해 놓은 비콘 신호 수신레벨 패턴 정보를 활용하여 분석한다. 먼저, 사전에 안테나를 구동하여 비콘 신호 수신레벨의 패턴정보를 측정하여 비콘 신호의 최대 레벨에서의 각도 정보 및 수신레벨 별 지향오차 각도 정보를 획득하여 저장하여 놓는다.
계단추적 방식의 위성추적을 수행하여 추적이 완료된 후, 이 패턴 정보로부터 손실된 비콘 신호 레벨을 위성 지향 오차 각도(즉 추적오차 각도)로 환산한다. 부연하면, 도 8a에서 비콘 신호 수신레벨 54.1dBm에서 방위각이 0.05도이면, 도 8b에서 측정된 비콘 신호 수신 레벨 54.1dBm에서 위성 지향 오차각도는 0.05도가 된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성 추적을 수행하는 위성 통신 단말(900)의 세부 구성도이다. 도 9를 참조하면, 위성 통신 단말(900)은 위성(90)으로부터 다중 대역 비콘 신호를 수신하고, 이 다중 대역 비콘 신호에 대하여 대역별로 검색을 수행하여 수신 강도 최대점을 검출한다.
이를 위해, 위성 통신 단말(900)은, 안테나(901), 이 안테나(901)의 위치를 조절하는 위치 조절 수단(902), 안테나(901)를 통해 위성(90)으로부터 다중대역 비콘 신호를 수신하는 수신기(910), 위성(90)의 위치에 따른 방위각 및 앙각을 센싱하는 센서부(950), 센서부(950)의 오차범위에 따른 방위각 및 앙각에 대하여 각각 1차 검색 각도 범위를 설정하고 상기 제 1 차 검색부가 상기 1차 검색 각도 범위에 따라 상기 다중대역 비콘 신호에 대해 대역별 1 차 검색 각도 간격으로 1차 검색을 수행하여 제 1 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 제 1 차 검색부(920), 상기 대역별로 1차 검색한 결과에 따라 상기 대역별 중 가장 작은 대역의 비콘 신호에 대해 2 차 검색 각도 간격으로 2 차 검색을 수행하여 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 제 2 차 검색부(930), 및 2 비콘 신호 수신 강도 최대점에 따른 비콘 신호 수신 레벨 측정값을 산출하고, 상기 비콘 신호 수신 레벨 측정값과 사전 저장된 위성지향 오차 각도별 비콘 신호 수신 레벨 패턴의 사전 저장값을 이용하여 위성지향 오차 각도를 산출하는 분석부(940) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
센서부(950)는 방위각을 센싱하는 방위각 센서(미도시) 및 앙각을 센싱하는 앙각 센서(미도시)로 구성될 수 있다.
위치 조절 수단(902)은 비콘 신호의 검색 결과에 따라 안테나(901)의 위치를 조절하는 기능을 수행한다.
90: 위성
110,310,510: 비콘 신호 수신 강도 최대점
120,320,520: 초기 지점
900: 위성 통신 단말
901: 안테나 902: 위치 조절 수단
910: 수신기 920: 제 1 차 검색부
930: 제 2 차 검색부 940: 분석부
950: 센서부

Claims (7)

  1. 계단추적방식에서 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 방법에 있어서,
    (a) 수신기가 안테나를 통해 위성으로부터 다중대역 비콘 신호를 수신하는 단계;
    (b) 제 1 차 검색부가 센서의 오차범위에 따른 방위각 및 앙각에 대하여 각각 1차 검색 각도 범위를 설정하는 단계;
    (c) 상기 제 1 차 검색부가 상기 1차 검색 각도 범위에 따라 상기 다중대역 비콘 신호에 대해 대역별 1 차 검색 각도 간격으로 1차 검색을 수행하여 제 1 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계; 및
    (d) 제 2 차 검색부가 상기 대역별로 1차 검색한 결과에 따라 상기 대역별 중 가장 작은 대역의 비콘 신호에 대해 2 차 검색 각도 간격으로 2 차 검색을 수행하여 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 검색 각도 범위는 수학식
    Figure 112017032923810-pat00017
    및
    Figure 112017032923810-pat00018
    (여기서, D2_a는 방위각에 대한 1차 검색 각도 범위이고, D2_e는 앙각에 대한 1차 검색 각도 범위이고, E_a는 방위각 센서 최대 오차 각도이고, E_e는 앙각 센서 최대 오차 각도이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 계단 추적 방식에서 방위각과 앙각의 검색 범위가 다르면 센서의 오차범위를 고려한 안테나 지향방향의 이동 거리는 수학식
    Figure 112017032923810-pat00019
    (여기서, D1_a는 방위각에 대한 1차 검색 각도 간격, D2_a는 D1_a의 정수배, D1_e는 앙각에 대한 1차 검색 각도 간격, D2_e는 D1_e의 정수배이다)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 대역별 중 주엽이 가장 넓은 대역의 비콘 신호로 검색하는 단계; 및
    상기 대역별 중 주엽이 가장 좁은 대역의 비콘 신호로 검색하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 1 차 검색 각도 간격은 수학식
    Figure 112017032923810-pat00020
    ,
    Figure 112017032923810-pat00021
    및
    Figure 112017032923810-pat00022
    (여기서, D1_A는 1-1차 검색 각도 간격이고, D1_B는 1-2차 검색 각도 간격이며, BW_1A는 A대역에서 주엽이 첫번째 부엽보다 일정 이득(B dB) 높은 각도 범위이고, BW_1B는 B대역에서 주엽이 첫번째 부엽보다 일정 이득(B dB) 높은 각도 범위로 정의되는 것을 특징으로 하는 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 방법.
  6. (a) 수신기가 안테나를 통해 위성으로부터 다중대역 비콘 신호를 수신하는 단계;
    (b) 제 1 차 검색부가 센서의 오차범위에 따른 방위각 및 앙각에 대하여 각각 1차 검색 각도 범위를 설정하는 단계;
    (c) 상기 제 1 차 검색부가 상기 1차 검색 각도 범위에 따라 상기 다중대역 비콘 신호에 대해 대역별 1 차 검색 각도 간격으로 1차 검색을 수행하여 제 1 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계;
    (d) 제 2 차 검색부가 상기 대역별로 1차 검색한 결과에 따라 상기 대역별 중 가장 작은 대역의 비콘 신호에 대해 2 차 검색 각도 간격으로 2 차 검색을 수행하여 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점을 찾는 단계;
    (e) 분석부가 상기 제 2 비콘 신호 수신 강도 최대점에 따른 비콘 신호 수신 레벨 측정값을 산출하는 단계; 및
    (f) 상기 분석부가 상기 비콘 신호 수신 레벨 측정값과 사전 저장된 위성지향 오차 각도별 비콘 신호 수신 레벨 패턴의 사전 저장값을 이용하여 위성지향 오차 각도를 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 정확도 분석 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 사전 저장값은 상기 안테나를 구동하여 다중 대역 비콘 신호 수신 레벨의 패턴정보를 측정하고 최대 레벨에서의 각도 정보 및 수신 레벨 별 지향오차 각도 정보를 획득하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중대역 비콘 신호를 이용한 위성추적 정확도 분석 방법.
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