KR102039108B1 - 위성 사용 좌표계 변환 장치 및 상기 장치의 동작 방법 - Google Patents

위성 사용 좌표계 변환 장치 및 상기 장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

위성 사용 좌표계 변환 장치 및 상기 장치의 동작 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성한 데이터에 대하여 포인트들(Points)을 선택하는 단계; 및 상기 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스(Fitting Process)를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

위성 사용 좌표계 변환 장치 및 상기 장치의 동작 방법{APPARATUS FOR TRANSFORMATION OF COORDINATE USED IN SATELLITE AND OPERATION METHOD OF THE APPARATUS}
아래 설명은, 위성 사용 좌표계 변환 장치 및 상기 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
인공 위성의 자세결정(Attitude Determination) 과정에서 센서로부터 획득한 데이터와 이에 대한 기준 벡터 정보가 필요하다. 또한, GPS 데이터로부터 위성의 위치 정보를 획득하기 위해서도 좌표계 변환이 필요하다.
이를 위해 태양 벡터와 지자기장 벡터가 주로 활용된다. 하지만, 해당 벡터들을 좌표계로 변환할 경우, 여러단계를 거치게 됨에 따라서 복잡성이 증대할 수 있다.
한편, 인공 위성의 탑재 컴퓨터의 한계로 인해 좀 더 단순화된 낮은 정밀도의 좌표 변환 기법을 사용할 경우, 지구의 자전만을 고려하여 GMST(Greenwich mean sidereal time)만을 계산하는 경우가 많으나, 이 경우 오차가 굉장히 크다는 문제점이 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성한 데이터에 대하여 포인트들(Points)을 선택하는 단계; 및 상기 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스(Fitting Process)를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 상기 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 상기 예상 임무 기간과 동일한 시간에 대한 재생을 수행하는 단계; 및 상기 수행한 재생에 따른 데이터의 오차를 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 상기 오차가 미리 지정된 범위 이내인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 상기 오차가 미리 지정된 범위 이내가 아닐 경우, 상기 포인트들을 다시 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 상기 오차가 미리 지정된 범위 이내가 아닐 경우, 차수를 증가시켜 반복적으로 피팅 프로세스를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 상기 오차가 미리 지정된 범위 이내일 경우, 상기 수행한 피팅 과정의 결과에 따른 데이터를 이용하여 위성의 탑재 소프트웨어에서 사용되는 함수 또는 상수 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 상기 오차가 미리 지정된 범위 이내일 경우, 상기 수행한 재생에 따른 데이터를 이용하여 위성의 탑재 소프트웨어에서 사용되는 함수 또는 상수 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은, 상기 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 탑재 컴퓨터에서 수행되는 코드를 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 피팅 프로세스를 수행하는 단계는, 다항식(Polynomial)을 이용하여 함수(Function)에 대한 상수값(Coefficients)을 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 피팅 프로세스를 수행하는 단계는, 체비셰프(chebyshev) 다항식, Sum of Sine, 퓨리에(fourier) 변환 함수, 및 딥러닝 등을 이용한 뉴럴네트워크 피팅(Neural network fitting) 등을 이용하여 함수에 대한 상수값을 계산할 수도 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치는, 예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성하는 데이터 생성부; 상기 생성한 데이터에 대하여 포인트들(Points)을 선택하는 포인트 선택부; 및 상기 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스(Fitting Process)를 수행하는 피팅 프로세스 수행부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치는, 상기 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 상기 예상 임무 기간과 동일한 시간에 대한 재생을 수행하는 재생 수행부; 및 상기 수행한 재생에 따른 데이터의 오차를 비교하는 데이터 오차 비교부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치는, 상기 오차가 미리 지정된 범위 이내인지 여부를 판단하는 오차 범위 판단부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른, 위성 사용 좌표계 변환 장치는, 상기 오차가 미리 지정된 범위 이내일 경우, 상기 수행한 재생에 따른 데이터를 이용하여 위성의 탑재 소프트웨어에서 사용되는 함수 또는 상수 정보를 생성하는, 함수 및 상수 정보 생성부를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치와 위성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른 X축에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 일 실시예에 따른 Z축에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 각도에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 거리에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 일 실시예에 따른 위성 개발 과정에서의 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법을 나타내는 도면이다.
도 7b는 일 실시예에 따른 위성 운용 과정에서의 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법을 나타내는 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치와 위성을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 전체 시스템은 위성 사용 좌표계 변환 장치(110)와 위성(120)을 포함할 수 있다. 위성(120)은 위성탑재컴퓨터를 탑재할 수 있다. 위성탑재컴퓨터는 위성의 비행 소프트웨어의 동작 환경을 제공하고, 지상관제국의 명령을 수신하고, 명령 수행을 위한 위성체 제어 신호를 생성하고, 명령 수행 결과를 수집하고, 지상관제국으로 전달할 수 있다. 위성(120)의 위성탑재컴퓨터는 위성(120)에 탑재된 탑재 소프트웨어를 실행할 수도 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치(110)와 위성(120)은 서로 유선 또는 무선으로 통신할 수 있으며, 위성 사용 좌표계 변환 장치(110)는 위성(120)의 위성탑재컴퓨터의 탑재 소프트웨어에 코딩을 삽입하도록 코딩 삽입 정보를 위성(120)에 전송할 수도 있다. 코딩 삽입 정보는 코드 전체일 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치(110)는 위성(120)의 위성탑재컴퓨터의 탑재 소프트웨어에 상수값이 업데이트되도록 피팅 결과의 상수값 정보를 위성(120)에 전송할 수도 있다.
경우에 따라서, 위성(120)은 위성탑재컴퓨터의 탑재 소프트웨어에 코딩을 삽입하도록 코딩 삽입 정보를 생성하도록 구현될 수도 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치(110)는 경우에 따라서, 위성(120)에 포함될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 위성 사용 좌표계 변환 장치가 수행하는, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은 하기와 같은 단계를 포함할 수 있다. 인공 위성의 탑재 컴퓨터에 위성의 임무 수명 동안의 좌표 변환 기능을 제공할 수 있다. 예를 들면, 초소형 위성의 경우 약 6개월 ~ 1년 정도가 될 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는, 위성의 임무 수명 동안의 지상의 고정밀 좌표계를 통한 데이터를 기초로, 위성의 임무 수명 동안의 좌표 변환 함수를 함수화(Curve Fitting)하여 적용할 수 있다.
단계(210)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성할 수 있다. 단계(220)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 생성한 데이터에 대하여 포인트들(Points)을 선택할 수 있다.
단계(230)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스(Fitting Process)를 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 다항식(Polynomial)을 이용하여 함수(Function)에 대한 상수값(Coefficients)을 계산할 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 체비셰프(chebyshev) 다항식, Sum of Sine, 퓨리에(fourier) 변환 함수, 및 딥러닝 등을 이용한 뉴럴네트워크 피팅(Neural network fitting) 등을 이용하여 함수에 대한 상수값을 계산할 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법은 하기와 같은 단계를 포함할 수 있다.
단계(310)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성할 수 있다. 생성한 데이터는 예상되는 임무 기간 동안의 지구 중심 지구 고정 (Earth Centered Earth Fixed, ECEF) 좌표계의 X축과 Z축에 대한 지구 중심 관성(Earth-centered inertial, ECI) 좌표계에서의 정밀한 위치 데이터이거나 상기 정밀한 위치 데이터에 관한 정보일 수 있다.
ECEF의 X, Y, Z축은 시간이 지남에 따라 지구의 자전에 따라 회전을 하게 되고, 고정되어 있는 ECI의 X, Y, Z축의 좌표계에 대해서 ECEF의 X, Y, Z축의 위치 벡터의 정보들이 획득될 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는, 2개의 축인 X, Z축을 이용하여 3개의 축인 X, Y, Z축을 구성할 수 있다. X, Y, Z는 직교좌표계이므로, 2개의 축을 이용하여 3축이 구성될 수 있다.
예를 들어, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 STK(Systems Tool Kit) 등을 이용하여, 2018년 1월 1일 0시부터 2019년 1월 1일 0시까지의 1 년 동안의 ECEF의 X축과 Z축에 대한 ICRF(International Celestial Reference Frame) 좌표계에 대한 위치 정보를 1 시간 간격으로 생성할 수 있다. ICRF 좌표계는 국제 천구 좌표계, 국제 천문 기준 좌표계, 또는 우주 공간 상의 위치 측정 체계로서, 천구의 춘분점과 적도면을 기준으로 우주 공간 상의 위치를 적경과 적위로 나타내는 좌표계일 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 위치 벡터를 이용해서 방위각(Azimuth)과 고도각(Elevation)에 관한 정보를 생성할 수 있다. 위치 벡터는 X축의 위치 벡터 또는 Z축의 위치 벡터일 수 있고, 경우에 따라서, Y축의 위치 벡터일 수도 있다. 각각의 위치 벡터는 단위 벡터일 수 있다. X축의 위치 벡터, Y축의 위치 벡터, Z축의 위치 벡터는 각각 X축 벡터, Y축 벡터, Z축 벡터로서 X 벡터, Y 벡터, Z 벡터일 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 방위각과 고도각의 변화를 이용하여, 좌표계간의 변화를 용이하게 유추할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 방위각과 고도각을 이용하여 지구 중심 관성(Earth-centered inertial, ECI) 좌표계를 생성할 수도 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 획득한 ECEF의 X축 및 Z축 데이터를 기초로, X축에 대한 방위각의 데이터를 계산하고, Z축에 대한 방위각 및 고도각을 계산할 수 있다.
단계(320)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 생성한 데이터에 대하여 포인트들을 선택할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 생성한 데이터에 대해 피팅 프로세스(Fitting Process)에서 사용될 피팅 포인트들(Fitting Points)의 데이터를 선별할 수 있다. 즉, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 피팅 데이터를 분석하고 함수를 선택할 수 있다.
예를 들어, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 X축과 Z축에 대한 방위각과 고도각의 성분을 분석함으로써, 각각의 축에 어울리는 피팅(Fitting)을 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 X축에 대한 방위각과 Z축의 방위각 및 고도각에 대해 체비셰프 다항식 피팅(Chebyshev Polynomial Fitting)을 이용할 수 있다.
이때, X축의 고도각의 경우, 단주기 특성으로 인해 체비셰프 다항식 피팅을 이용할 경우 높은 차수가 필요할 수도 있다. X축의 고도각의 데이터는 사인(Sine) 함수의 조합 등으로 피팅(Fitting)할 수 있으므로, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 생성한 데이터들의 전부 혹은 일부를 추출해서 추출된 데이터를 피팅 데이터(Fitting Data)로서 이용할 수 있다.
단계(330)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스를 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 지상의 고정밀 좌표계를 통한 데이터를 기초로 예상 임무 기간의 해당 기간 동안의 좌표 변환 함수를 함수화(Curve Fitting)할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 다항식을 이용하여 함수에 대한 상수값들을 계산할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 체비셰프 다항식 피팅을 이용하여 피팅(Fitting) 함수에 대한 상수값(Coefficients)을 계산할 수 있다. 상수값은 계수일 수도 있다.
단계(340)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 예상 임무 기간과 동일한 시간에 대한 재생을 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 피팅 프로세스의 수행 결과로서 획득한 함수를 기초로, 생성한 데이터와 비교를 위하여, 예상 임무 기간과 동일한 시간에 대한 재생을 수행할 수 있다. 예를 들어, X축에 대한 방위각 및 고도각의 함수화 결과를 기초로 X축에 대한 위치 벡터를 생성함으로써 재생(Reconstruction)할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 재생 함수를 생성 및 작성하고, 데이터를 재생할 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 계산하거나 획득된 X축 또는 Z 축의 위치 벡터를 기초로 Y축 위치 벡터를 계산할 수 있다. 또한, 계산한 위치 벡터를 직교성 보정을 이용하여 ECEF 좌표계의 기준 벡터로 생성할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 생성한 기준 벡터를 이용하여 DCM(Direction Cosine Matrix)와 같은 좌표 변환 행렬(Coordinate Transformation Matrix)을 계산할 수 있다.
예를 들어, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 지상에서 정밀 좌표 변환 기법을 이용하여 DCM(Direction Cosine Matrix, 좌표 변환 행렬)을 계산할 수 있다. 이때, DCM은 ECEF에서 ECI로의 좌표 변환 행렬일 수 있다.
가령, 변환하고자 하는 벡터가 ECEF의 기준벡터 X([1;0;0]), Z([0;0;1])일 경우, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 DCM에 기준 벡터를 곱하여 ECI에서의 좌표를 획득할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 하기 수학식 1을 이용하여 DCM x [X, Z]을 계산할 수 있다. 해당 결과는 실제로 DCM의 1열과 3열의 값이 될 수 있다. X ECI , Z ECI 는 각각 ECI에서의 좌표를 구성하는 벡터일 수 있다.
Figure 112017088550839-pat00001
위성 사용 좌표계 변환 장치는 두 벡터 X ECI 및 Z ECI 에 대해서 방위각(Azimuth), 고도각(Elevation)을 계산할 수 있다. 각각의 벡터에 대한 X, Y, Z 축 성분을 x, y, z라고 할 경우, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 하기 수학식 2를 이용하여 방위각을 계산할 수 있다.
Figure 112017088550839-pat00002
위성 사용 좌표계 변환 장치는 하기 수학식 3을 이용하여 고도각을 계산할 수도 있다. 각 벡터들은 단위 벡터일 수 있다.
Figure 112017088550839-pat00003
일 실시예에 따르면, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 X축에 대한 방위각에 대한 커브 피팅(Curve Fitting) 함수를 이용하여 방위각(Azimuth Angle)을 계산함으로써, X축 벡터의 재생을 수행하며, 이때의 고도각(Elevation Angle)은 0(zero)일 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 Z축에 대한 방위각 및 고도각에 대한 커브 피팅(Curve Fitting) 함수를 이용하여 방위각(Azimuth Angle) 및 고도각(Elevation Angle)을 계산함으로써, Z축 벡터의 재생을 수행할 수 있다. 가령, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 X ECI 의 방위각과 Z ECI 의 방위각, 고도각에 대해서 커브 피팅(Curve Fitting)을 수행할 수 있다. 참고로, 단계(360)에서의 수행을 미리 설명하면, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 커브 피팅 결과 값으로서 상수값을 저장하고, 재생 함수를 테스트한 후 테스트 완료된 재생 함수에 대한 C/C++ 코드를 생성할 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 재생 함수를 생성시, Y ECI 정보를 벡터 곱(Cross Product)의 연산을 이용하여 계산한 다음, X ECI 를 다시 벡터 곱의 연산을 이용하여 계산하여 X ECI 의 고도각에 대한 정보를 보상해 주는 방식을 이용할 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 하기 수학식 4을 이용하여, Z축 벡터 및 X축 벡터를 기초로 Y축 벡터의 재생을 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 Z축 벡터와 X축 벡터를 연산하여 Y축 벡터를 계산할 수 있다.
Figure 112017088550839-pat00004
위성 사용 좌표계 변환 장치는, 경우에 따라서, 하기 수학식 5를 이용하여, Z축 벡터 및 Y축 벡터를 기초로 X축 벡터의 재생을 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 Z축 벡터와 Y축 벡터를 연산하여 X축 벡터를 계산할 수 있다.
Figure 112017088550839-pat00005
일 실시예에 따르면, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 X 벡터, Y 벡터, Z 벡터를 이용하여 좌표 변환 행렬인 DCM 함수를 재생 또는 재구성할 수 있다. 예를 들어, DCM = [X, Y, Z]가 될 수 있다.
단계(350)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 수행한 재생에 따른 데이터의 오차를 비교할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 오차가 미리 지정된 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 X축 또는 Z축에 대한 위치 벡터에 대해 방위각과 고도각으로 나누어서 피팅(Fitting)을 이용할 수 있고, 오차를 비교할 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 예상되는 궤도 정보들을 이용해서 거리 오차를 비교할 수 있다. 초소형 위성의 궤도가 원형궤도이므로, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 설정된 궤도 장반경의 원형 궤도에 대하여 좌표 변환 결과의 각도와 거리를 비교할 수도 있다. 물론, 각도 오차는 궤도와 무관하게 계산이 가능하다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 오차가 미리 지정된 범위 이내가 아닐 경우, 포인트들을 다시 선택할 수 있다. 또한, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 오차가 미리 지정된 범위 이내가 아닐 경우, 차수를 증가시켜 반복적으로 피팅 프로세스를 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 오차가 미리 지정된 범위 이내가 될 때까지, 단계(320) 내지 단계(350)의 과정을 반복적으로 수행할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 오차의 수준이 임무에 적절한지를 판단하고, 부적절할 경우 차수를 증가시키는 등 과정을 반복하여 수행함으로써, 원하는 오차 수준까지 피팅을 수행할 수 있다.
단계(360)에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 오차가 미리 지정된 범위 이내일 경우, 수행한 재생에 따른 데이터를 이용하여 위성의 탑재 소프트웨어에서 사용되는 함수 또는 상수 정보를 생성할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 재생 함수를 C/C++ 코드로 생성 및 작성할 수 있다. 예를 들어, 최종적으로 피팅의 과정이 종료될 경우, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 데이터를 이용하여 탑재 소프트웨어에서 사용이 가능하도록 C 언어 등의 프로그래밍 언어의 함수 및 상수 정보들을 생성하여 위성에 제공할 수 있다. 구체적인 실시예는 도 7a 및 도7b에서 설명하도록 한다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 피팅 프로세스의 수행으로 획득한 함수를 기초로, 탑재 컴퓨터에서 수행되는 코드를 삽입할 수 있다. 피팅 프로세스의 결과로서 획득한 함수를 기반으로, 위성 사용 좌표계 변환 장치는 위성의 탑재 컴퓨터의 소프트웨어(S/W)에 코딩을 삽입함으로써, 삽입된 코드는 재생 과정과 동일하게 사용될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 위성 사용 좌표계 변환 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 위성 사용 좌표계 변환 장치(400)는 데이터 생성부(410), 포인트 선택부(420), 피팅 프로세스 수행부(430)를 포함할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치(400)는 포함하는 구성 요소 중 적어도 하나를 이용하여 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법의 단계를 각각 수행할 수 있다.
데이터 생성부(410)는 예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성할 수 있다. 포인트 선택부(420)는 생성한 데이터에 대하여 포인트들을 선택할 수 있다. 피팅 프로세스 수행부(430)는 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스를 수행할 수 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치(400)는 재생 수행부, 데이터 오차 비교부, 오차 범위 판단부, 함수 및 상수 정보 생성부 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
재생 수행부는 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 예상 임무 기간과 동일한 시간에 대한 재생을 수행할 수 있다. 데이터 오차 비교부는 수행한 재생에 따른 데이터의 오차를 비교할 수 있다. 오차 범위 판단부는 오차가 미리 지정된 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다.
함수 및 상수 정보 생성부는 오차가 미리 지정된 범위 이내일 경우, 수행한 재생에 따른 데이터를 이용하여 위성의 탑재 소프트웨어에서 사용되는 함수 또는 상수 정보를 생성할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치(400)는 생성한 함수 또는 상수 정보를 위성에 전송할 수도 있다.
위성 사용 좌표계 변환 장치(400)는 별도의 시간계 및 좌표계 변환이 필요 없다는 이점이 있으므로, 위성 사용 좌표계 변환 장치(400)는 변환과정에서 발생하는 오차가 없다는 장점이 있다. 또한, 위성 사용 좌표계 변환 장치(400)는 함수 구성에 대한 별도의 배경지식이 필요 없으며, 코드가 직관적이므로 코드 오류를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 5a는 일 실시예에 따른 X축에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이고, 도 5b는 일 실시예에 따른 Z축에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 피팅 프로세스(Fitting Process)의 결과로서 획득한 함수를 기초로, 생성한 데이터와 비교를 위해 동일 시간에 대한 재생(Reconstruction)을 수행한 후 오차를 비교할 수 있다.
도 5a를 참조하면, X축에 대한 방위각 고도각의 함수화 결과 X축에 대한 위치벡터가 생성(Reconstruction)되고, 생성한 기준 데이터와의 차이는 약 0.00025 deg 수준으로서 고정밀의 결과가 획득될 수 있음을 알 수 있다. 도 5b를 참조하면, 상기와 같은 방식으로써 Z축에 대해 재생한 오차 결과는 약 0.00007 deg 수준이 될 수 있음을 알 수 있다.
도 6a는 일 실시예에 따른 각도에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 일 실시예에 따른 거리에 대한 재생 오차를 나타내는 그래프이다.
위성 사용 좌표계 변환 장치는 X축과 Z 축의 위치 벡터를 기초로 Y축의 위치 벡터를 계산한 후 직교성 보정을 함으로써, ECEF 좌표계의 기준 벡터를 생성할 수 있다. 위성 사용 좌표계 변환 장치는 생성한 기준 벡터를 이용하여 좌표변환 행렬(DCM)을 계산할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 궤도 장반경 7000km의 원형궤도에 대한 좌표변환 결과를 STK와 비교한 결과로서, 각도는 0.00007 deg (0.252 arcsec), 거리는 약 8m 이내임을 알 수 있다.
도 7a는 일 실시예에 따른 위성 개발 과정에서의 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법을 나타내는 도면이고, 도 7b는 일 실시예에 따른 위성 운용 과정에서의 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법을 나타내는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 위성 개발 과정에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치(710)는 C 또는 C++ 언어의 코드로 작성된 재생 함수를 포함하는 정보를 개발 중에 있는 위성(720)의 탑재컴퓨터의 탑재 소프트웨어의 재생 함수의 상위 프로그램 내부에 삽입될 수 있다.
또한, 위성 사용 좌표계 변환 장치(710)는 C 또는 C++ 언어의 코드로 작성된 재생 함수를 포함하는 정보를 개발 중에 있는 위성(720)의 탑재컴퓨터의 탑재 소프트웨어의 재생 함수의 상위 프로그램 내부에 삽입되도록 위성(720)에 전달 또는 전송할 수도 있다. 또한, 위성 사용 좌표계 변환 장치(710)는 C 또는 C++ 언어의 코드로 작성된 재생 함수를 위성(720)의 탑재 소프트웨어에 삽입할 수도 있다. 위성의 개발과정에서 위성의 탑재컴퓨터에 집어넣기 위하여, 위성 사용 좌표계 변환 장치(710)는 지상에서 정밀 좌표변환기법을 기초로 피팅을 수행함으로써 최종적으로 C/C++ 코드를 생성할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 위성 운용 과정에서, 위성 사용 좌표계 변환 장치(710)는 C 또는 C++ 언어의 코드로 작성된 재생 함수에서 상수를 추출하고, 상기 상수를 포함하는 정보를 위성(720)에 전송할 수 있다. 즉, 위성 사용 좌표계 변환 장치(710)는 재생 함수의 상수값을 무선 통신을 통해 궤도 상에 있는 위성(720)에 업로드할 수 있다. 가령, 위성이 궤도에 올라가서 운영 중일 때, 최초에 지상에서 삽입한 상수들의 값이 더 이상 유효하지 않을 경우가 있다. 이때, 위성 사용 좌표계 변환 장치(710)는 상수들을 무선통신을 통해 업로드시킬 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate 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. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 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 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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 (12)

  1. 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법에 있어서,
    예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성하는 단계;
    상기 생성한 데이터에 대하여 포인트들(Points)을 선택하는 단계;
    상기 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스(Fitting Process)를 수행하는 단계; 및
    상기 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 탑재 컴퓨터에서 수행되는 코드를 삽입하는 단계
    를 포함하는 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 상기 예상 임무 기간과 동일한 시간에 대한 재생을 수행하는 단계; 및
    상기 수행한 재생에 따른 데이터의 오차를 비교하는 단계
    를 더 포함하는 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오차가 미리 지정된 범위 이내인지 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하는 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오차가 미리 지정된 범위 이내가 아닐 경우, 상기 포인트들을 다시 선택하는 단계
    를 더 포함하는 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오차가 미리 지정된 범위 이내가 아닐 경우, 차수를 증가시켜 반복적으로 피팅 프로세스를 수행하는, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 오차가 미리 지정된 범위 이내일 경우, 상기 수행한 재생에 따른 데이터를 이용하여 위성의 탑재 소프트웨어에서 사용되는 함수 또는 상수 정보를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피팅 프로세스를 수행하는 단계는,
    다항식(Polynomial)을 이용하여 함수(Function)에 대한 상수값(Coefficients)을 계산하는, 위성 사용 좌표계 변환 장치의 동작 방법.
  9. 위성 사용 좌표계 변환 장치에 있어서,
    예상 임무 기간 동안의 좌표계의 복수의 축에 대한 데이터를 생성하는 데이터 생성부;
    상기 생성한 데이터에 대하여 포인트들(Points)을 선택하는 포인트 선택부;
    상기 선택한 포인트들을 기초로 피팅 프로세스(Fitting Process)를 수행하는 피팅 프로세스 수행부;
    상기 피팅 프로세스의 수행 결과를 기초로, 상기 예상 임무 기간과 동일한 시간에 대한 재생을 수행하는 재생 수행부;
    상기 수행한 재생에 따른 데이터의 오차를 비교하는 데이터 오차 비교부;
    상기 오차가 미리 지정된 범위 이내인지 여부를 판단하는 오차 범위 판단부; 및
    상기 오차가 미리 지정된 범위 이내일 경우, 상기 수행한 재생에 따른 데이터를 이용하여 위성의 탑재 소프트웨어에서 사용되는 함수 또는 상수 정보를 생성하는 함수 및 상수 정보 생성부
    를 포함하는 위성 사용 좌표계 변환 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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