KR102025763B1 - 위성의 고장 원인을 결정하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

검사대상 위성을 선정하고, 검사대상 위성의 고장 여부를 검출하기 위한 주변 위성군에 포함된 2개의 주변 위성들을 선정하고, 검사대상 위성의 정보 및 2개의 주변 위성들의 정보를 이용하여 검사대상 위성의 고장여부를 결정하고, 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 검사대상 위성의 정보 및 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석하고, 분석 결과에 기초하여 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는, 위성의 고장 원인을 결정하는 방법이 개시된다.

Description

위성의 고장 원인을 결정하는 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING FACTORS OF FAULT IN SATELLITE}
본 개시는 위성의 고장 원인을 결정하는 장치 및 방법을 제공한다.
위성항법시스템은 4개 이상의 위성과 사용자의 위치를 알고 그 사이의 거리를 이용해 삼변측량법을 통해 사용자의 위치를 계산하는 기능을 하는 시스템이다. 위성의 위치나 거리 측정치에 오차가 크거나 문제가 발생할 경우 사용자의 위치를 정확하게 계산할 수 없다. 따라서 위성항법시스템에는 위성의 위치나 거리 측정치를 감시하기 위한 기법들이 적용된다.
일반적으로 위성 궤도 및 위성 시계의 상태감시를 위해 다수의 지상 기준국을 이용한다. 위성항법시스템에서 주로 이용하는 기하학적 개념인 DOP(Dilution of Precision)를 고려하였을 때 지상 기준국의 분포가 멀어 질수록 위성의 위치를 측정하는데 유리하므로, 지상 기준국의 배치 범위가 중요하다. 그러나 지구 크기의 한계로 인하여 지상 기준국들이 충분히 넓게 분포될 수 없고, 나아가 지상 기준국은 지면에 설치되어야 하므로 지구상에서 설치될 수 있는 지역이 제한적이다. 따라서, 지상 기준국에서 획득한 지상 기준국에서 위성까지의 거리에 대한 측정치는 부정확하다.
또한, 위성항법시스템에서는 방송궤도력으로 계산된 위성 궤도와 실제 위성이 위치하는 위치간의 차이로 인해 오차가 발생하므로 위성 궤도에 대한 상태감시를 수행한다. 또한, 위성항법시스템에서는 위성의 시각으로 원자시계를 이용하는데 다양한 요인에 의해 원자시계의 비정상상태가 발생할 수 있으므로 위성 시계에 대한 상태감시를 수행한다. 한편, 일반적인 위성 궤도 및 위성 시계의 상태감시는 지상 기준국에서부터 위성까지의 거리를 측정하여 수행된다. 이와 같이 측정된 거리 값에는 다양한 요인으로 오차가 발생하게 되는데, 대표적으로는 전리층 지연, 대류층 지연, 앙각에 따른 오차가 발생할 수 있다. 따라서 위성 궤도 및 위성 시계의 상태감시를 위해서는 위 오차들을 제거해 주어야 한다. 오차를 제거할 때는 이중주파수를 이용한 방법, 오차 모델을 이용한 방법들이 주로 사용되기는 하나, 이와 같은 방법으로는 위 오차들을 모두 제거할 수는 없다. 특히 저앙각 위성으로부터의 측정치는 잡음이 크므로 거리 측정치가 부정확하다.
따라서, 위성의 고장을 검출하기 위해서는 보다 정확한 방법으로 위성의 위치를 파악해야 한다. 또한, 위성의 고장 원인에 따른 해결 방법이 상이하므로, 위성의 고장 원인을 정확히 파악하는 것이 중요하다.
위성의 고장 원인을 결정하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 검사대상 위성을 선정하는 단계; 상기 검사대상 위성의 고장 여부를 검출하기 위한 주변 위성군에 포함된 2개의 주변 위성들을 선정하는 단계; 상기 검사대상 위성의 정보 및 상기 2개의 주변 위성들의 정보를 이용하여 상기 검사대상 위성의 고장여부를 결정하는 단계; 상기 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 상기 검사대상 위성의 정보 및 상기 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석하는 단계; 상기 분석 결과에 기초하여 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 단계;를 포함하는, 위성의 고장 원인을 결정하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 검사대상 위성을 하나의 꼭지점으로 하고 상기 주변 위성군에 포함된 서로 인접한 2개의 주변 위성들을 나머지 꼭지점으로 하는 복수개의 삼각형들을 형성하는 단계; 상기 복수개의 삼각형들 각각을 구성하는 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 측정치를 획득하고, 추정치를 산출하는 단계; 상기 획득된 측정치 및 상기 산출된 추정치의 차이를 이용하여, 상기 복수개의 삼각형들 각각을 구성하는 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 검정통계량을 산출하는 단계; 및 상기 복수개의 삼각형들 각각에 대해 산출된 검정통계량들의 변화 추세를 분석하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 삼각형들 각각에 대한 상기 검정통계량의 변화 추세의 방향이 모두 동일한 경우, 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 위성 시계 고장으로 결정하고, 상기 복수개의 삼각형들 각각에 대한 상기 검정통계량의 변화 추세의 방향이 일부만 동일한 경우, 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 위성 궤도 고장으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 검사대상 위성을 하나의 꼭지점으로 하고 상기 주변 위성군에 포함된 서로 인접한 2개의 주변 위성들을 나머지 꼭지점으로 하는 삼각형을 형성하는 단계; 상기 삼각형을 구성하는 상기 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 측정치를 획득하고, 추정치를 산출하는 단계; 상기 획득된 측정치 및 산출된 추정치의 차이를 이용하여 상기 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 검정통계량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 검정통계량과 임계값을 비교함으로써, 상기 검사대상 위성의 고장여부를 결정하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 임계값은, 수학식
Figure 112017080104218-pat00001
(여기서,
Figure 112017080104218-pat00002
는 검정통계량의 평균,
Figure 112017080104218-pat00003
는 임계값의 조정변수,
Figure 112017080104218-pat00004
는 검정통계량의 표준편차를 나타낸다)에 의해 산출되는 것일 수 있다.
또한, 상기 검정통계량의 성능을 나타내는 민감도는, 수학식
Figure 112017080104218-pat00005
(여기서,
Figure 112017080104218-pat00006
및
Figure 112017080104218-pat00007
는 주변 위성들에 대한 검사대상 위성의 방위각을 나타낸다)을 이용하여 결정되는 것일 수 있다.
또한, 상기 추정치는, 상기 2개의 주변 위성에 의해 결정되는 상기 검사대상 위성의 끼인각을 산출하고, 상기 끼인각을 삼각함수 법칙에 적용함으로써 산출되는 것일 수 있다.
본 개시의 제 2 측면은, 검사대상 위성을 선정하고, 상기 검사대상 위성의 고장 여부를 검출하기 위한 주변 위성군을 선정하고, 상기 검사대상 위성의 정보 및 상기 주변 위성군의 정보를 이용하여 상기 검사대상 위성의 고장여부를 결정하고, 상기 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 상기 검사대상 위성의 정보 및 상기 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석하고, 상기 분석 결과에 기초하여 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 제어부;를 포함하는, 위성의 고장 원인을 결정하는 디바이스를 제공할 수 있다.
본 개시의 제 3 측면은, 제 1 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 복수의 위성들이 이루는 삼각형 기하 및 물리변수의 예시를 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 검정통계량의 히스토그램 및 표준정규분포의 예시를 설명하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 검정통계량의 민감도를 산출하는데 이용되는 물리변수의 예시를 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 4c는 일 실시예에 따른 민감도 측정 결과를 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 위성의 고장을 검출할 수 있는 범위를 설명하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 검정통계량의 변화 추세를 분석하는 방법의 흐름도이다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 위성 고장 원인의 예시를 설명하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 위성 고장 원인에 따른 검정통계량 변화 추세의 예시를 설명하는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 위성 고장 원인 결정 디바이스의 블록도이다.
본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 복수의 위성들이 이루는 삼각형 기하 및 물리변수의 예시를 설명하는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 삼각형 각 변의 길이
Figure 112017080104218-pat00008
는 ISL(inter-satellite links)을 이용하여 산출되는 값이며, ISL을 이용하여 산출된 값은 우주공간상에서 신호의 송수신이 이뤄지므로 이온층, 대류층, 다중 경로에는 영향을 받지 않는다.
또한,
Figure 112017080104218-pat00009
는 방송궤도력 정보를 이용하여 산출되는 값이다. 또한, 삼각형 각 꼭지점의 각도
Figure 112017080104218-pat00010
는, 방송궤도력 정보를 이용한 위성 좌표(
Figure 112017080104218-pat00011
)를 내적하여 산출될 수 있다.
도 1a의 삼각형을 이루는 검사대상 위성(10) 및 두 주변 위성(20, 30) 모두 정상상태이므로, ISL을 이용하여 획득된 두 주변 위성(20, 30) 간의 거리에 대한 측정치인
Figure 112017080104218-pat00012
와, 아래 수학식 1 또는 수학식 2를 통해 산출된 두 주변 위성(20, 30) 간의 거리에 대한 추정치인
Figure 112017080104218-pat00013
의 차이가 매우 작다.
Figure 112017080104218-pat00014
Figure 112017080104218-pat00015
반면, 도 1b의 삼각형을 이루는 검사대상 위성에 고장이 발생한 경우의 예시를 설명하는 도면이다. 검사대상 위성이 정상상태인 경우의 위치(11a)와 고장이 발생한 경우의 위치(11b)가 상이할 수 있다.
일 실시예에서, 검사대상 위성을 하나의 꼭지점으로 하고 상기 주변 위성군에 포함된 서로 인접한 2개의 주변 위성들을 나머지 꼭지점으로 하는 삼각형을 형성할 수 있다. 또한, 삼각형을 구성하는 검사대상 위성과 상기 2개의 주변 위성들(21, 31) 간의 거리에 대한 측정치를 획득하고, 추정치를 산출할 수 있다.
예를 들어, 검사대상 위성에 고장이 발생함으로써, ISL을 이용하여 획득된 두 주변 위성(20, 30) 간의 거리에 대한 측정치인
Figure 112017080104218-pat00016
와, 위 수학식 1 또는 수학식 2를 통해 산출된 두 주변 위성(21, 31) 간의 거리에 대한 추정치
Figure 112017080104218-pat00017
의 차이가 발생할 수 있다.
한편, 측정치
Figure 112017080104218-pat00018
와 추정치
Figure 112017080104218-pat00019
의 차이를 이용하여 검정통계량을 산출할 수 있으며, 산출된 검정통계량과 임계값을 비교함으로써 검사대상 위성의 고장여부를 결정할 수 있다. 이에 대해서는 도 2에서 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 검정통계량의 히스토그램 및 표준정규분포의 예시를 설명하는 도면이다.
도 1에서 상술하였듯이, 두 주변 위성간 거리에 대한 측정치
Figure 112017080104218-pat00020
와 추정치
Figure 112017080104218-pat00021
의 차이를 이용하여 검정통계량을 산출할 수 있다. 검정통계량
Figure 112017080104218-pat00022
는 아래 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure 112017080104218-pat00023
검사대상 위성이 정상상태일 때에 비해 검사대상 위성이 고장난 경우, 검정통계량의 크기는 커질 수 있다.
수학식 3을 통해 산출된 검정통계량과 임계값을 비교함으로써 검사대상 위성의 고장여부를 결정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 검정통계량(210)과 표준정규분포(220)가 도시된다. 검정통계량(210)이 표준정규분포(220)를 따르지 못하고 양 꼬리 쪽 부분이 표준정규분포(220)에서 벗어날 수 있다. 이와 같은 현상을 Sigma Inflation 현상이라 하는데, Sigma Inflation 현상이 발생하는 것을 보완하여 오버바운딩(Overbounding)된 분포를 이용하여 임계값을 산출할 수 있다.
수학식 3의 검정통계량
Figure 112017080104218-pat00024
을 임계값과 비교하여 검사대상 위성의 고장여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에서 정상상태일 때의 검정통계량
Figure 112017080104218-pat00025
는 아래 수학식 4와 같이 영평균, 가우시안 분포를 갖는다.
Figure 112017080104218-pat00026
최종적으로 임계값은 아래 수학식 5로 표현될 수 있다. 수학식 5에서, i는 i번째 검사대상 위성,
Figure 112019074130650-pat00027
는 검정통계량의 평균,
Figure 112019074130650-pat00028
는 검정통계량의 표준편차이며,
Figure 112019074130650-pat00029
는 임계값의 조정변수로서 3-sigma를 기준으로 산출된 값이다.
Figure 112017080104218-pat00030
일 실시예에서, 검정통계량
Figure 112017080104218-pat00031
가 임계값
Figure 112017080104218-pat00032
보다 큰 경우 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정할 수 있다.
한편, 임계값 산출에 이용된 통계적 분석을 위한 정상상태 데이터는 2011년 2월 13일부터 19일까지 일주일치 데이터일 수 있다. 데이터는 국토지리정보원에서 제공해주는 RINEX파일을 이용하였고 이용한 기준국은 수원 기준국일 수 있다. 또한 분석에는 GPS를 이용할 수 있다. 한편, ISL 측정치는 IGS에서 제공해 주는 Final Product를 위성의 실제 위치로 생각하고 이 위치를 기준으로 거리 값을 ISL 측정치로 이용될 수 있다. IGS는 15분 기준으로 제공되기 때문에 이 주기에 맞추어 방송궤도력을 이용해 위성 좌표를 계산할 수 있다. 또한 IGS는 위성의 실제 위치 값으로도 이용될 수 있다. 많은 샘플을 이용하기 위해 각 시점에서 수원 기준국에서 가시 되는 모든 위성을 이용할 수 있다. 가시 되는 위성으로 구성할 수 있는 삼각형을 모두 이용하고 한 삼각형에서도 한 위성씩 고장위성으로 두는 3가지 경우에 대해 상술한 과정을 수행할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 검정통계량의 민감도를 산출하는데 이용되는 물리변수의 예시를 설명하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 검사대상 위성(310) 및 두 주변 위성들(320, 330)이 도시된다.
한편, 검사대상 위성(310)의 궤도력 고장에 의해 단위 벡터 차이(
Figure 112019074130650-pat00033
)가 발생한다. 단위 벡터 차이(
Figure 112019074130650-pat00034
)는 아래 수학식 6으로 표현될 수 있다. 수학식 6에서 I는 단위 행렬,
Figure 112019074130650-pat00067
는 수신장치로부터 방송궤도력으로 계산된 위성으로의 방향 단위 벡터, 위첨자 T는 전치벡터,
Figure 112019074130650-pat00068
는 위성의 고장을 의미한다. 또한,
Figure 112019074130650-pat00069
는 수신장치와 방송궤도력으로 계산된 위성 사이의 거리를 의미한다.
Figure 112017080104218-pat00035
또한, 도 3a에 도시된 단위 벡터들은 아래 수학식 7로 표현될 수 있다.
Figure 112017080104218-pat00036
수학식 6 및 수학식 7을 이용해 검정통계량을 유도하면 아래 수학식 8과 같은 결과를 도출할 수 있다. 수학식 8에서
Figure 112019074130650-pat00070
는 수신장치와 실제 위성간 거리를 의미하고,
Figure 112019074130650-pat00071
는 수신장치와 방송궤도력으로 계산된 위성간 거리를 의미한다. 또한,
Figure 112019074130650-pat00072
는 위성 고장벡터를 의미하고, 위첨자 T는 전치벡터를 의미한다.
Figure 112019074130650-pat00073
는 윗줄의 대괄호 안의 수식을 간략하게 표현한 것이다.
Figure 112017080104218-pat00037
한편, 도 3b에서와 같이 지역좌표계를 설정할 시 수학식 8의
Figure 112017080104218-pat00038
를 제외한 나머지는 고정 값이다. 검정통계량은
Figure 112017080104218-pat00039
에 의해 결정될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 단위 벡터는 아래 수학식 9로 표현될 수 있다. 수학식 9에서
Figure 112017080104218-pat00040
및
Figure 112017080104218-pat00041
는 주변 위성들(320, 330) 각각에 대한 검사대상 위성(310)의 방위각일 수 있다.
Figure 112017080104218-pat00042
또한, 좌표계 설정에 따라
Figure 112019074130650-pat00043
는 최종적으로 아래 수학식 10과 같이 표현될 수 있다. 수학식 10의
Figure 112019074130650-pat00074
및
Figure 112019074130650-pat00075
는 도 3에 도시된 삼각형 꼭지점의 방위각을 의미한다.
Figure 112017080104218-pat00044
수학식 10을 이용하여 검정통계량의 민감도를 결정할 수 있다. 검정통계량의 민감도는 검정대상 위성(310) 및 두 주변 위성들(320, 330)의 배치에 따라 다른 민감도를 가질 수 있다.
도 4a 내지 4c는 일 실시예에 따른 민감도 측정 결과를 설명하는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 지상 기반 보정 시스템(Ground-Based Augmentation System, GBAS)에서 이용되는 기법으로 지상 측정치를 이용해 두 안테나 사이의 기저선을 이용한 방법의 민감도 측정 결과가 도시된다.
도 4b를 참조하면, 도 1에서 상술한 삼각형 방법에서 두 주변위성 대신 지상의 두 기준국을 이용한 방법의 민감도 측정 결과가 도시된다.
도 4c를 참조하면, 도 1 내지 3의 방법에 따른 민감도 측정 결과가 도시된다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 도 4c의 민감도 측정 결과가 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 민감도가 클수록 고장 검출 기법의 성능 중 하나인 최소검출가능오차의 크기가 작아질 수 있다. 따라서 도 1 내지 도 3에 따른 방법이 다른 방법들에 비하여 더 우수한 고장 검출 성능을 가질 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 위성의 고장을 검출할 수 있는 범위를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 위성의 고장을 검출할 수 있는 범위를 시뮬레이션 하기 위해 검사대상 위성이 고장난 위치를 각 좌표축 별로 5m로 설정하였다. 시뮬레이션 결과 지상의 두 기준국을 이용한 방법으로 검사대상 위성의 고장을 검출할 경우 약 수km 수준의 고장을 검출할 수 있는 반면, 도 1 내지 도 3에 따른 방법으로 검사대상 위성의 고장을 검출할 경우 수 m의 고장을 검출할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 610에서 검사대상 위성을 선정할 수 있다. 또한, 단계 620에서 검사대상 위성의 고장 여부를 검출하기 위한 주변 위성군에 포함된 2개의 주변 위성들을 선정할 수 있다.
단계 630에서 검사대상 위성이 고장여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 단계 610에서 선정된 검사대상 위성의 정보 및 단계 620에서 선정된 2개의 주변 위성들의 이용하여 검사대상 위성의 고장여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 검사대상 위성의 정보 및 주변 위성군의 정보는 타원궤도의 장축길이, 이심률, 근일점 방향, 근일점 통과시각, 궤도경사 및 승교점 경도를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 검사대상 위성의 고장여부는, 도 1의 방법에 검사대상 위성의 정보 및 2개의 주변 위성들의 정보를 적용하여 결정할 수 있다. 검사대상 위성의 고장 여부를 결정하기 위해, 검사대상 위성을 하나의 꼭지점으로 하고 주변 위성군에 포함된 서로 인접한 2개의 주변 위성들을 나머지 꼭지점으로 하는 삼각형을 형성할 수 있다. 또한, 삼각형을 구성하는 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 측정치를 획득하고, 추정치를 산출할 수 있다. 또한, 획득된 측정치 및 산출된 추정치의 차이를 이용하여 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 검정통계량을 산출할 수 있다. 또한, 산출된 검정통계량과 임계값을 비교함으로써, 검사대상 위성의 고장여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 위성들 간의 거리에 대한 측정치는 ISL(inter-satellite links)로부터 획득될 수 있다. 또한, 위성들 간의 거리에 대한 추정치는 방송궤도력을 이용하여 산출될 수 있다. 예를 들어, 위성들 간의 거리에 대한 추정치는 2개의 주변 위성에 의해 결정되는 검사대상 위성의 끼인각을 산출하고, 산출된 끼인각을 삼각함수 법칙에 적용함으로써 산출될 수 있다.
단계 630에서 검사대상 위성이 고장나지 않은 것으로 결정된 경우, 지속적으로 검사대상 위성의 상태를 모니터링할 수 있다. 한편, 단계 630에서 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 단계 640으로 진행한다.
단계 640에서 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 검사대상 위성의 정보 및 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석할 수 있다.
위성항법시스템에서 위성의 정보는 다양한 방법을 통해 제공될 수 있다. 예를 들어, Almanac과 Ephemeris 방법으로 위성의 정보가 제공될 수 있으며, 두 방법 모두 케플러 6 Parameters로 위성의 정보를 제공한다.
검사대상 위성의 정보 및 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석하는 구체적인 내용은 도 7에서 후술하기로 한다.
단계 650에서 분석 결과에 기초하여 검사대상 위성의 고장 원인을 결정할 수 있다. 위성의 고장 원인은 위성 시계 고장, 위성 궤도 고장 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 구체적인 내용은 도 8 및 9에서 후술하기로 한다.
도 7은 일 실시예에 따른 검정통계량의 변화 추세를 분석하는 방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 단계 710에서 검사대상 위성을 하나의 꼭지점으로 하고 주변 위성군에 포함된 서로 인접한 2개의 주변 위성들을 나머지 꼭지점으로 하는 복수개의 삼각형들을 형성할 수 있다. 일 실시예에서 주변 위성군은 검사대상 위성 주위에 분포하는 위성들을 포함할 수 있으나, 주변 위성군의 분포는 이에 제한되지 않는다.
단계 720에서 복수개의 삼각형들 각각을 구성하는 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 측정치를 획득하고, 추정치를 산출할 수 있다. 일 실시예에서 도 1의 방법을 이용하여 측정치를 획득하고 추정치를 산출할 수 있다.
단계 730에서 획득된 측정치 및 산출된 추정치의 차이를 이용하여 복수개의 삼각형들 각각을 구성하는 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 검정통계량을 산출할 수 있다. 일 실시예에서 도 1의 방법을 이용하여 위성들 간의 거리에 대한 검정통계량을 산출할 수 있다
단계 740에서 복수개의 삼각형들 각각에 대해 산출된 검정통계량들의 변화 추세를 분석할 수 있다. 일 실시예에서 검사대상 위성의 고장 원인에 따라 산출된 검정통계량들의 변화 추세가 동일하거나 상이할 수 있다.
예를 들어, 위성들 간의 거리는 전파 전송시간에 대한 위성의 시각과 수신기의 시각의 차이를 이용해 계산될 수 있다. 위성의 시각은 원자시계를 이용하는데, 원자시계는 안정적이지만 다양한 요인에 의해 비정상상태가 발생할 수 있고 이는 위치 계산에 오차를 발생시킬 수 있다. 검사대상 위성의 고장 원인이 위성 시계 고장인 경우 단계 740에서 산출된 검정통계량들에는 동일한 추세의 변화가 검출될 수 있다. 예를 들어, 산출된 검정통계량들이 모두 증가하거나 감소할 수 있다.
또한, 검사대상 위성의 고장 원인이 위성 궤도 고장인 경우 단계 740에서 산출된 검정통계량들에는 각기 다른 방향의 변화가 발생할 수 있다. 지상 기준국에서 위성의 궤도를 추정하고 추정된 위성의 궤도에 대한 정보를 위성으로 전송하고 위성에서는 이 정보를 사용자에게 방송할 수 있다. 방송궤도력으로 계산된 위성 궤도와 실제 위성이 위치하는 위치 간의 차이로 인해 오차가 발생할 수 있다. 검사대상 위성의 고장 원인이 위성 궤도 고장인 경우 단계 740에서 산출된 검정통계량들에는 서로 상이한 추세의 변화가 검출될 수 있다. 예를 들어, 산출된 검정통계량들 중 일부는 증가하고, 나머지 일부는 감소할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 위성 고장 원인의 예시를 설명하는 도면이다.
검사대상 위성(810, 820)이 고장난 경우, 검사대상 위성(810, 820)의 정보 및 상기 주변 위성들(811 내지 815, 821 내지 825)의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석하여, 검사대상 위성(810, 820)의 고장 원인을 결정할 수 있다.
도 8a를 참조하면, 위성 궤도 고장에 따른 위성들의 분포를 도시한다. 검사대상 위성(810)의 궤도에 고장이 발생한 경우, 주변 위성들(811 내지 815)의 분포에 따라 ISL 측정치의 변화는 측정치마다 상이하게 나타나므로, 산출된 검정통계량들 중 일부는 증가하고, 나머지 일부는 감소할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 위성 시계 고장에 따른 위성들의 분포를 도시한다. 검사대상 위성(820)의 주변 위성들(821 내지 825)의 분포에 상관 없이 ISL 측정치의 변화는 모두 동일하게 감소하거나 증가하므로, 산출된 검정통계량들이 모두 감소하거나 증가할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 위성 고장 원인에 따른 검정통계량 변화 추세의 예시를 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 위성 궤도 고장의 경우 검정통계량의 변화 추세에 일정한 방향성이 존재하지 않을 수 있다. 일 실시예에서 검정통계량들 중 일부는 증가하고, 나머지 일부는 감소할 수 있다.
한편, 위성 시계 고장의 경우 검정통계량의 변화 추세에 일정한 방향성이 존재할 수 있다. 일 실시예에서 검정통계량들 모두 감소하거나 증가할 수 있다.
위성이 고장난 경우, 이에 대한 적절한 조치를 취하기 위해서는 위성의 고장원인을 결정하여야 하는데, 도 9와 같은 검정통계량 변화 추세 결과를 기초로 위성의 고장 원인을 쉽고, 빠르게 결정할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 위성 고장 원인 결정 디바이스의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 위성 고장 원인 결정 디바이스(100)는 제어부(110), 통신부(120) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 디바이스(100)에는 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 10에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다.
제어부(110)는 도 1 내지 도 9에서 상술한 위성의 고장 여부를 검출하고, 위성의 고장 원인을 결정하는 일련의 프로세스를 제어할 수 있다.
일 실시예에서 제어부(110) 검사대상 위성의 고장 여부를 검출하기 위한 주변 위성군을 선정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 검사대상 위성의 정보 및 주변 위성군의 정보를 이용하여 검사대상 위성의 고장여부를 판단할 수 있다. 또한 제어부(110)는 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 검사대상 위성의 정보 및 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 분석 결과에 기초하여 검사대상 위성의 고장 원인을 결정할 수 있다.
일 실시예에서 통신부(120)는 검사대상 위성 및 주변 위성군의 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 위성정보 수신부는 Almanac과 Ephemeris 방법으로 생성된 위성정보를 수신할 수 있다.
일 실시예에서 메모리(130)는 위성 고장 검출 방법 및 위성 고장 원인 결정 방법이 저장할 수 있다.
한편, 위성 고장 원인 결정 디바이스(100)의 제어부(110)는 적어도 하나의 하드웨어 칩 형태로 제작되어 위성 고장 원인 결정 디바이스(100)에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 제어부(110)는 위성의 고장 여부를 검출하고, 위성의 고장 원인을 결정을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작될 수도 있고, 또는 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예: GPU)의 일부로 제작되어 전술한 중앙 처리 디바이스(10)에 탑재될 수도 있다.
본 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 기록 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 기록 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 내용이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 실시예의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 위성의 고장 원인을 결정하는 방법에 있어서,
    검사대상 위성을 선정하는 단계;
    상기 검사대상 위성의 고장 여부를 검출하기 위한 주변 위성군에 포함된 2개의 주변 위성들을 선정하는 단계;
    상기 선정된 검사대상 위성의 정보 및 상기 선정된 2개의 주변 위성들의 정보를 이용하여 상기 검사대상 위성의 고장여부를 결정하는 단계;
    상기 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 상기 검사대상 위성의 정보 및 상기 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석하는 단계;
    상기 분석 결과에 기초하여 복수의 고장 원인들 중 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 검정통계량의 변화 추세를 분석하는 단계는,
    상기 검사대상 위성을 하나의 꼭지점으로 하고 상기 주변 위성군에 포함된 서로 인접한 2개의 주변 위성들을 나머지 꼭지점으로 하는 복수개의 삼각형들을 형성하는 단계;
    상기 복수개의 삼각형들 각각을 구성하는 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 측정치를 획득하고, 추정치를 산출하는 단계;
    상기 획득된 측정치 및 상기 산출된 추정치의 차이를 이용하여, 상기 복수개의 삼각형들 각각을 구성하는 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 검정통계량을 산출하는 단계; 및
    상기 복수개의 삼각형들 각각에 대해 산출된 검정통계량들의 변화 추세를 분석하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 단계는,
    상기 복수개의 삼각형들 각각에 대한 상기 검정통계량의 변화 추세의 방향이 모두 동일한 경우, 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 위성 시계 고장으로 결정하고,
    상기 복수개의 삼각형들 각각에 대한 상기 검정통계량의 변화 추세의 방향이 일부만 동일한 경우, 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 위성 궤도 고장으로 결정하는 것인, 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 검사대상 위성의 고장여부를 결정하는 단계는,
    상기 검사대상 위성을 하나의 꼭지점으로 하고 상기 2개의 주변 위성들을 나머지 꼭지점으로 하는 삼각형을 형성하는 단계;
    상기 삼각형을 구성하는 상기 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 측정치를 획득하고, 추정치를 산출하는 단계;
    상기 획득된 측정치 및 산출된 추정치의 차이를 이용하여 상기 2개의 주변 위성들 간의 거리에 대한 검정통계량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 검정통계량과 임계값을 비교함으로써, 상기 검사대상 위성의 고장여부를 결정하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 측정치는 ISL(inter-satellite links)로부터 획득되며, 상기 추정치는 방송궤도력을 이용하여 산출되는 것인, 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 임계값은, 수학식
    Figure 112019074130650-pat00045
    (여기서, i는 i번째 검사대상 위성,
    Figure 112019074130650-pat00046
    는 검정통계량의 평균,
    Figure 112019074130650-pat00047
    는 임계값의 조정변수,
    Figure 112019074130650-pat00048
    는 검정통계량의 표준편차를 나타낸다)에 의해 산출되는 것인, 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 검정통계량의 성능을 나타내는 민감도는, 수학식
    Figure 112017080104218-pat00049
    (여기서,
    Figure 112017080104218-pat00050
    및
    Figure 112017080104218-pat00051
    는 주변 위성들에 대한 검사대상 위성의 방위각을 나타낸다)을 이용하여 결정되는 것인, 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 추정치는,
    상기 2개의 주변 위성에 의해 결정되는 상기 검사대상 위성의 끼인각을 산출하고, 상기 끼인각을 삼각함수 법칙에 적용함으로써 산출되는 것인, 방법.
  9. 위성의 고장 원인을 결정하는 디바이스에 있어서,
    검사대상 위성을 선정하고,
    상기 검사대상 위성의 고장 여부를 검출하기 위한 주변 위성군을 선정하고,
    상기 검사대상 위성의 정보 및 상기 주변 위성군의 정보를 이용하여 상기 검사대상 위성의 고장여부를 결정하고,
    상기 검사대상 위성이 고장난 것으로 결정된 경우, 상기 검사대상 위성의 정보 및 상기 주변 위성군의 정보로부터 산출된 검정통계량의 변화 추세를 분석하고,
    상기 분석 결과에 기초하여 복수의 고장 원인들 중 상기 검사대상 위성의 고장 원인을 결정하는 제어부;
    를 포함하는, 디바이스.
  10. 제 1항 내지 8항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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