KR102287935B1 - 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법 - Google Patents

우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법 Download PDF

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최만수
성기평
박종욱
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Abstract

우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법 이 개시된다. 레이저 추적 시스템은, 우주물체를 향하여 발사된 레이저가 우주물체에 반사되어 되돌아오는 레이저의 광신호를 검출하는 광신호 검출기, 레이저의 발사시간 및 도착시간을 이용하여 거리 데이터를 산출하는 운영장치, 망원경의 각도 정보를 획득하는 엔코더 드라이버, 광신호를 검출할 때마다, 엔코더 드라이버로부터 각도정보를 획득하고, 획득된 각도정보를 시각 정보와 매핑하여 각도 데이터를 생성하는 각도 추출기 및 망원경의 지향오차를 제거하기 위하여 운영장치로부터 제공되는 마운트모델 파라미터를 이용하여 각도 데이터에 대한 마운트 보정을 수행하고, 대기를 통과하는 레이저의 굴절로 발생하는 오차를 제거하기 위하여 기상센서로부터 실시간 제공되는 온도, 습도 및 압력 데이터를 이용하여 각도 데이터에 대한 대기 보정을 수행하고, 운영장치로부터 제공되는 거리 데이터 및 예측궤도력을 이용하여 각도 데이터에서 오류값을 제거하는 데이터 처리기를 포함한다.

Description

우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법{Laser tracking system and method for extracting angular data of space objects}
본 발명은 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 레이저 추적 시스템이 수행하는 우주물체의 각도 데이터 추출 방법에 관한 것이다.
최근, 인공위성 및 우주쓰레기를 포함하는 우주물체가 기하급수적으로 증가함에 따라 우주물체와의 충돌로부터 국가적 우주자산을 보호하기 위하여, 충돌 회피에 필요한 우주물체의 정밀한 궤도예측이 필요하다. 현재, 레이더 시스템, 전자광학 시스템 및 레이저추적 시스템을 통해 취득한 우주물체 추적 데이터를 이용하여 궤도결정 자료처리를 통해서 궤도예측이 가능하다.
레이더 시스템은 거리 데이터 및 각도 데이터를 제공하지만, 정밀도가 낮아 정밀한 궤도예측이 어렵다. 그리고, 전자광학 시스템은 정밀한 각도(방위각, 고도) 데이터만을 제공할 수 있으며, 레이저추적 시스템은 정밀한 거리 데이터만을 제공할 수 있다. 따라서, 우주물체의 정밀한 궤도예측을 위해서는, 전자광학 시스템 및 레이저추적 시스템이 제공하는 각도 데이터 및 거리 데이터를 함께 이용해야 한다.
그러나, 전자광학 시스템 및 레이저추적 시스템은 별도로 구축되어 운영되어야 하기에 구축 및 운영비가 많이 소요된다. 또한, 전자광학 시스템은 우주물체와 별들이 함께 찍힌 이미지를 바탕으로 각도 데이터를 추출하므로, 태양이 진 야간 시간 또는 태양이 뜨기 전인 새벽녁에 우주물체가 태양빛에 반사되는 경우에만 각도 데이터를 제공할 수 있어, 정밀한 궤도예측을 하는데 제한적이다.
한편, 레이저추적 시스템은 거리 데이터만을 제공하므로, 한 개의 레이저 추적소만이 이용되는 경우, 우주물체의 정밀한 궤도예측이 불가능하다.
따라서, 레이저추적 시스템이 거리 데이터와 함께 각도 데이터를 제공할 수 있다면, 우주물체에 대해 보다 정밀한 궤도예측이 가능하다.
대한민국등록특허공보 제10-1603689호(2016.03.09)
본 발명은 우주물체에 대한 거리 데이터 뿐만 아니라 각도 데이터의 추출이 가능하며, 추출된 각도 데이터를 보정하여 제공하는 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 추적 시스템은, 상기 우주물체를 향하여 발사된 레이저가 상기 우주물체에 반사되어 되돌아오는 레이저의 광신호를 검출하는 광신호 검출기, 상기 레이저의 발사시간 및 도착시간을 이용하여 거리 데이터를 산출하는 운영장치, 망원경의 각도 정보를 획득하는 엔코더 드라이버, 상기 광신호를 검출할 때마다, 상기 엔코더 드라이버로부터 상기 각도정보를 획득하고, 획득된 각도정보를 시각 정보와 매핑하여 각도 데이터를 생성하는 각도 추출기 및 상기 망원경의 지향오차를 제거하기 위하여 상기 운영장치로부터 제공되는 마운트모델 파라미터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 마운트 보정을 수행하고, 대기를 통과하는 레이저의 굴절로 발생하는 오차를 제거하기 위하여 기상센서로부터 실시간 제공되는 온도, 습도 및 압력 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 대기 보정을 수행하고, 상기 운영장치로부터 제공되는 상기 거리 데이터 및 예측궤도력을 이용하여 상기 각도 데이터에서 오류값을 제거하는 데이터 처리기를 포함한다.
상기 데이터 처리기는, 보정값을 산출하기 위하여 비선형 방정식의 해를 구하는 뉴튼랩슨(Newton-Raphson) 방법을 이용하여 상기 마운트 보정 및 상기 대기 보정을 수행하고, 상기 거리 데이터를 이용하여, 거리 데이터 시각 매칭기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거를 수행하고, 상기 예측궤도력을 이용하여, 예측궤도력 기반 다항함수 근사기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거를 수행한다.
상기 데이터 처리기는, 상기 거리 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터의 오류값을 제거하기 위하여, 상기 각도 데이터의 엔코더 리딩 시각과 상기 거리 데이터의 레이저 도착시각의 시각차이값을 산출하고, 상기 산출된 시각차이값이 미리 설정된 시각지연값 미만인 경우에 해당 각도 데이터를 추출한다.
상기 데이터 처리기는, 상기 예측궤도력을 이용하여 상기 각도 데이터의 오류값을 제거하기 위하여, 상기 예측궤도력을 이용하여 상기 우주물체의 계산각도를 산출하고, 상기 각도 데이터와 상기 계산각도의 예측잔차(Prediction Residual)를 산출하고, 상기 예측잔차에 대하여 미리 설정된 각초(Arcsecond) 간격(Bin)의 히스토그램을 생성하고, 가장 많은 관측수를 가지는 제1 간격 및 상기 제1 간격의 이웃하는 양쪽에 분포하는 예측잔차를 제외한 나머지 예측잔차들을 제1 오류값으로 간주하여 제거하고, 상기 제1 오류값이 제거된 예측잔차로부터 상기 예측잔차에 대한 4차 이상의 다항함수를 생성하고, 상기 생성된 다항함수 및 상기 예측잔차를 이용하여 잔차의 차이인 다항함수 잔차(FR, Fitting Residual)를 산출하고, 미리 설정된 필터링 조건식을 만족하지 않는 다항함수 잔차들을 제2 오류값으로 간주하여 제거하고, 상기 제2 오류값이 제거된 다항함수 잔차들의 평균제곱근이 수렴하는 경우에 남아있는 다항함수 잔차들에 해당하는 각도 데이터를 추출한다.
상기 예측궤도력은 지구중심 및 지구고정(Earth-Centered Earth-Fixed) 좌표계에서의 궤도정보를 포함하며, 상기 데이터 처리기는 라그랑주 보간법(Lagrangian Interpolation) 방법을 이용하여 상기 궤도정보로부터 상기 우주물체의 방위각 및 고도를 산출함으로써, 상기 계산각도를 산출한다.
상기 필터링 조건식은 상기 다항함수 잔차에 대한 평균제곱근(Root Mean Square)에 기반한 하기 수학식으로 나타내어진다.
Figure 112020057169284-pat00001
여기서, FR은 다항함수 잔차이고, RMS는 다항함수 잔차에 대한 평균제곱근이고,
Figure 112020057169284-pat00002
는 평균제곱근의 가중치임
본 발명의 다른 측면에 따르면, 우주물체를 향하여 발사된 레이저가 상기 우주물체에 반사되어 되돌아오는 레이저의 광신호를 검출하는 광신호 검출기, 상기 레이저의 발사시간 및 도착시간을 이용하여 거리 데이터를 산출하는 운영장치, 망원경의 각도 정보를 획득하는 엔코더 드라이버, 상기 광신호를 검출할 때마다, 상기 엔코더 드라이버로부터 상기 각도정보를 획득하고, 획득된 각도정보를 시각 정보와 매핑하여 각도 데이터를 생성하는 각도 추출기를 포함하는 레이저 추적 시스템이 수행하는 우주물체의 각도 데이터 추출 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 우주물체의 각도 데이터 추출 방법은, 상기 망원경의 지향오차를 제거하기 위하여 상기 운영장치로부터 제공되는 마운트모델 파라미터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 마운트 보정을 수행하는 단계, 대기를 통과하는 레이저의 굴절로 발생하는 오차를 제거하기 위하여 기상센서로부터 실시간 제공되는 온도, 습도 및 압력 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 대기 보정을 수행하는 단계, 상기 운영장치로부터 제공되는 상기 거리 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터에서 오류값을 제거하는 단계 및 상기 운영장치로부터 제공되는 예측궤도력을 이용하여 상기 각도 데이터에서 오류값을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템 및 방법은, 우주물체에 대한 거리 데이터 뿐만 아니라 각도 데이터의 추출이 가능하며, 추출된 각도 데이터를 보정하여 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템에서 추출한 각도 데이터를 보정하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 도 2의 S300 단계의 세부단계를 나타낸 흐름도.
도 4는 도 2의 S400 단계의 세부단계를 나타낸 흐름도.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 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.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템은, 엔코더 드라이버(10), 추적 마운트 서버(20), 운영장치(30), 광신호 검출기(40), 신호 조정기(50), 이벤트 타이머(60), GPS 수신기(70), 기상센서(80), 각도 추출기(90) 및 데이터 처리기(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
엔코더 드라이버(10)는 망원경의 각도 정보를 획득한다.
추적 마운트 서버(20)는 운영장치(30)의 망원경 제어명령에 따라 엔코더 드라이버(10)로부터 입력되는 각도 정보를 이용하여 망원경이 우주물체를 지향하도록 망원경을 제어한다.
운영장치(30)는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 추적 시스템을 운영하기 위한 장치로, 예를 들어, 레이저 추적 시스템의 운영소프트웨어가 설치된 컴퓨터일 수 있다.
특히, 운영장치(30)는 기 저장된 우주물체의 예측궤도력을 이용하여 우주물체의 위치정보를 포함하는 망원경 제어명령을 생성하여 추적 마운트 서버(20)로 전달한다. 여기서, 우주물체의 위치정보는 우주물체의 방위각, 고도 및 각도를 포함할 수 있다.
광신호 검출기(40)는 우주물체를 향하여 발사된 레이저가 우주물체에 반사되어 되돌아오는 레이저의 광신호를 검출하고, 검출된 광신호에 상응하는 전기신호를 출력한다. 예를 들어, 광신호 검출기(40)는 레이저 전송기 및 검출기를 포함하여 구성될 수 있다.
신호 조정기(50)는 광신호 검출기(40)로부터 출력되는 검출된 광신호에 상응하는 전기신호를 입력받고, 입력된 전기신호에서 잡음을 제거한다.
이벤트 타이머(60)는 잡음이 제거된 전기신호를 입력받아 광신호 검출에 따른 레이저 도착시각을 측정하고, 측정된 레이저 도착시각을 운영장치(30)로 전달한다.
이에 따라, 운영장치(30)는 레이저 도착시각에 레이저 발사시각을 빼서 우주물체까지의 왕복시간을 계산하고, 계산된 왕복시간에 광속을 곱하여 우주물체에 대한 거리 데이터를 산출하고, 산출된 거리 데이터에서 오류값을 제거하는 후처리를 수행한다.
GPS 수신기(70)는 GPS 신호를 수신하여 시각 정보를 생성하고, 생성된 시각정보를 추적 마운트 서버(20)와 이벤트 타이머(60)는 물론, 후술할 각도 추출기(90)로 제공한다.
기상센서(80)는 기상정보를 측정하는 센서로, 예를 들어, 온도, 습도 및 압력을 측정하고, 측정된 온도, 습도 및 압력 데이터를 실시간으로 후술할 데이터 처리기(100)로 제공한다.
각도 추출기(90)는 광신호 검출기(40)로부터 출력되는 전기신호를 수신할 때마다 즉, 광신호 검출기(40)가 발사된 레이저가 반사되어 되돌아오는 레이저의 광신호를 검출할 때마다, 엔코더 드라이버(10)로부터 각도 정보를 획득한다. 그리고, 각도 추출기(90)는 GPS 수신기(70)로부터 제공되는 시각 정보를 이용하여 실시간으로 획득되는 각도 정보를 시각 정보에 매핑하여 저장하고, 모든 각도 정보가 저장되어 우주물체에 대한 추적이 종료되면, 저장된 각도 데이터를 데이터 처리기(100)로 전달한다.
예를 들어, GPS 수신기(70)는 1PPS(Pulse per second) 및 10MHz 신호를 제공할 수 있으며, 각도 추출기(90)와 GPS 수신기(70) 사이의 시각 동기는 1마이크로초 이내이어야 한다. 그리고, 각도 데이터의 오차를 감소시키기 위하여 각도 추출기(90)와 광신호 검출기(40) 사이의 신호 전달은 신호 지연 및 길이가 최소인 케이블이 사용되어야 하며, 신호 전달에 따른 시각 지연은 50나노초 이내이어야 한다.
데이터 처리기(100)는 운영장치(30)로부터 제공되는 마운트모델 파라미터를 이용하여 각도 데이터에 대한 마운트 보정을 수행하고, 기상센서(80)로부터 실시간 제공되는 기상정보 즉, 온도, 습도 및 압력 데이터를 이용하여 각도 데이터에 대한 대기 보정을 수행하고, 운영장치(30)로부터 제공되는 거리 데이터 및 예측궤도력을 이용하여 각도 데이터에서 오류값을 제거한다.
이와 같은 데이터 처리기(100)가 수행하는 각도 데이터 보정에 대해서는 이후, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템에서 추출한 각도 데이터를 보정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
S100 단계에서, 데이터 처리기(100)는 운영장치(30)로부터 제공되는 마운트모델 파라미터를 이용하여 각도 데이터에 대한 마운트 보정을 수행한다.
즉, 망원경의 설치오차, 부경 비직교 등의 여러가지 물리적 요소가 추적마운트 지향오차를 유발하므로, 데이터 처리기(100)는 추적마운트 지향오차를 제거하기 위하여, 미리 설정된 마운트모델 파라미터를 이용하여 마운트 보정을 수행할 수 있다.
S200 단계에서, 데이터 처리기(100)는 기상센서(80)로부터 실시간 제공되는 온도, 습도 및 압력 데이터를 이용하여 각도 데이터에 대한 대기 보정을 수행한다.
즉, 우주물체에 반사되어 되돌아온 레이저는 대기를 통과할 때 굴절이 되므로, 대기를 통과하는 레이저의 굴절로 발생하는 오차를 제거하기 위하여, 데이터 처리기(100)는 우주물체 추적시간 동안 제공된 온도, 습도 및 압력 데이터의 평균값을 이용하여 대기 보정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 마운트 보정 모델 및 대기 보정 모델은 비선형 방정식이므로, 보정값을 산출하기 위하여 비선형 방정식의 해를 구하는 수치기법의 하나인 뉴튼랩슨(Newton-Raphson) 방법이 이용될 수 있다.
S300 단계에서, 데이터 처리기(100)는 운영장치(30)로부터 제공되는 거리 데이터를 이용하여, 거리 데이터 시각 매칭기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거를 수행한다.
S400 단계에서, 데이터 처리기(100)는 운영장치(30)로부터 제공되는 예측궤도력을 이용하여, 예측궤도력 기반 다항함수 근사기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거를 수행한다.
여기서, S300 단계 및 S400 단계의 거리 데이터를 이용한 오류값 제거 및 예측궤도력을 이용한 오류값 제거는 그 순서가 바뀌어도 상관없으나, S100 단계 및 S200 단계의 마운트 보정 및 대기 보정은 그 순서가 바뀌면 안된다.
도 3은 도 2의 S300 단계의 세부단계를 나타낸 흐름도이다. 즉, 도 3에서는, 거리 데이터 시각 매칭기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거 방법에 대하여 설명하기로 한다.
S310 단계에서, 데이터 처리기(100)는 운영장치(30)로부터 거리 데이터를 입력받고, 각도 추출기(90)로부터 각도 데이터를 입력받는다.
예를 들어, 데이터 처리기(100)는 운영장치(30)로부터 오류값이 제거된 거리 데이터를 입력받으며, 입력되는 거리 데이터의 세트는 레이저 도착시각에 거리 데이터가 매핑되어 구성될 수 있다. 그리고, 각도 추출기(90)로부터 입력되는 각도 데이터의 세트는, 엔코더 드라이버(10)로부터 각도 정보를 획득하는 엔코더 리딩 시각에 각도 데이터가 매핑되어 구성될 수 있다.
S320 단계에서, 데이터 처리기(100)는 첫번째 각도 데이터의 엔코더 리딩 시각과 첫번째 거리 데이터의 레이저 도착시각의 시각차이값을 산출한다.
S330 단계에서, 데이터 처리기(100)는 산출된 시각차이값이 미리 설정된 시각지연값 미만인지 여부를 판단한다.
여기서, 시각지연값은 각도 추출기(90)와 광신호 검출기(40) 사이를 연결하는 케이블로 인한 신호지연시각으로 설정될 수 있다.
S340 단계에서, 데이터 처리기(100)는 산출된 시각차이값이 미리 설정된 시각지연값 미만인 경우, 해당 각도 데이터를 추출한다.
만약, 산출된 시각차이값이 미리 설정된 시각지연값 이상인 경우, S350 단계로 진입한다.
S350 단계에서, 데이터 처리기(100)는 종료 여부를 판단한다.
즉, 모든 각도 데이터 및 거리 데이터에 대하여 S320 단계 내지 S340 단계가 반복됨으로써, 산출된 시각차이값이 미리 설정된 시각지연값 미만인 각도 데이터만이 추출되고, 산출된 시각차이값이 미리 설정된 시각지연값 이상인 각도 데이터는 제거될 수 있다.
도 4는 도 2의 S400 단계의 세부단계를 나타낸 흐름도이다. 즉, 도 4에서는, 예측궤도력 기반 다항함수 근사기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거 방법에 대하여 설명하기로 한다.
S410 단계에서, 데이터 처리기(100)는 예측궤도력을 이용하여 우주물체의 계산각도를 산출하고, 엔코더 드라이버(10)로부터 획득된 관측각도(각도 데이터)와 산출된 계산각도의 예측잔차(Prediction Residual)를 산출한다.
즉, 예측궤도력은 지구중심 및 지구고정(Earth-Centered Earth-Fixed) 좌표계에서의 궤도정보를 포함하고 있으므로, 추적소 위치만 주어지면, 라그랑주 보간법(Lagrangian Interpolation) 방법을 이용하여 임의의 시각에 대하여 우주물체의 방위각 및 고도가 산출될 수 있다.
S420 단계에서, 데이터 처리기(100)는 산출된 예측잔차들에 대하여 미리 설정된 각초(Arcsecond) 간격(Bin)(예를 들어, 10각초)의 히스토그램을 생성하고, 가장 많은 관측수를 가지는 간격 및 이 간격의 이웃하는 양쪽에 분포하는 예측잔차를 제외한 나머지 예측잔차들을 오류값으로 간주하여 제거한다.
S430 단계에서, 데이터 처리기(100)는 비선형 회귀분석을 이용하여 오류값이 제거된 예측잔차로부터 예측잔차에 대한 4차 이상의 다항함수를 생성한다.
S440 단계에서, 데이터 처리기(100)는 생성된 다항함수 및 예측잔차를 이용하여 잔차의 차이인 다항함수 잔차(FR, Fitting Residual)를 산출한다.
S450 단계에서, 데이터 처리기(100)는 다항함수 잔차에 대한 평균제곱근(Root Mean Square)에 기반한 필터링 조건식을 만족하지 않는 다항함수 잔차들을 오류값으로 간주하여 제거한다.
필터링 조건식은 하기의 수학식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020057169284-pat00003
여기서, FR은 다항함수 잔차이고, RMS는 다항함수 잔차에 대한 평균제곱근이고,
Figure 112020057169284-pat00004
는 평균제곱근의 가중치로서, 예를 들어, 2.5의 값으로 설정될 수 있다.
S460 단계에서, 데이터 처리기(100)는 오류값이 제거된 다항함수 잔차들의 평균제곱근을 계산하여 평균제곱근의 수렴여부를 판단한다.
S470 단계에서, 데이터 처리기(100)는 평균제곱근이 수렴하는 경우, 남아있는 다항함수 잔차들에 해당하는 각도 데이터를 추출한다.
만약, 평균제곱근이 수렴하지 않는 경우, S430 단계 내지 S460 단계가 반복된다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 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 실시예들을 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. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 엔코더 드라이버
20: 추적 마운트 서버
30: 운영장치
40: 광신호 검출기
50: 신호 조정기
60: 이벤트 타이머
70: GPS 수신기
80: 기상센서
90: 각도 추출기
100: 데이터 처리기

Claims (7)

  1. 우주물체의 각도 데이터를 추출하기 위한 레이저 추적 시스템에 있어서,
    상기 우주물체를 향하여 발사된 레이저가 상기 우주물체에 반사되어 되돌아오는 레이저의 광신호를 검출하는 광신호 검출기;
    상기 레이저의 발사시간 및 도착시간을 이용하여 거리 데이터를 산출하는 운영장치;
    망원경의 각도 정보를 획득하는 엔코더 드라이버;
    상기 광신호를 검출할 때마다, 상기 엔코더 드라이버로부터 상기 각도정보를 획득하고, 획득된 각도정보를 시각 정보와 매핑하여 각도 데이터를 생성하는 각도 추출기; 및
    상기 망원경의 지향오차를 제거하기 위하여 상기 운영장치로부터 제공되는 마운트모델 파라미터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 마운트 보정을 수행하고, 대기를 통과하는 레이저의 굴절로 발생하는 오차를 제거하기 위하여 기상센서로부터 실시간 제공되는 온도, 습도 및 압력 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 대기 보정을 수행하고, 상기 운영장치로부터 제공되는 상기 거리 데이터 및 예측궤도력을 이용하여 상기 각도 데이터에서 오류값을 제거하는 데이터 처리기를 포함하는 레이저 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리기는,
    보정값을 산출하기 위하여 비선형 방정식의 해를 구하는 뉴튼랩슨(Newton-Raphson) 방법을 이용하여 상기 마운트 보정 및 상기 대기 보정을 수행하고,
    상기 거리 데이터를 이용하여, 거리 데이터 시각 매칭기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거를 수행하고,
    상기 예측궤도력을 이용하여, 예측궤도력 기반 다항함수 근사기법을 이용한 각도 데이터의 오류값 제거를 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리기는,
    상기 거리 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터의 오류값을 제거하기 위하여, 상기 각도 데이터의 엔코더 리딩 시각과 상기 거리 데이터의 레이저 도착시각의 시각차이값을 산출하고, 상기 산출된 시각차이값이 미리 설정된 시각지연값 미만인 경우에 해당 각도 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리기는,
    상기 예측궤도력을 이용하여 상기 각도 데이터의 오류값을 제거하기 위하여, 상기 예측궤도력을 이용하여 상기 우주물체의 계산각도를 산출하고, 상기 각도 데이터와 상기 계산각도의 예측잔차(Prediction Residual)를 산출하고, 상기 예측잔차에 대하여 미리 설정된 각초(Arcsecond) 간격(Bin)의 히스토그램을 생성하고, 가장 많은 관측수를 가지는 제1 간격 및 상기 제1 간격의 이웃하는 양쪽에 분포하는 예측잔차를 제외한 나머지 예측잔차들을 제1 오류값으로 간주하여 제거하고, 상기 제1 오류값이 제거된 예측잔차로부터 상기 예측잔차에 대한 4차 이상의 다항함수를 생성하고, 상기 생성된 다항함수 및 상기 예측잔차를 이용하여 잔차의 차이인 다항함수 잔차(FR, Fitting Residual)를 산출하고, 미리 설정된 필터링 조건식을 만족하지 않는 다항함수 잔차들을 제2 오류값으로 간주하여 제거하고, 상기 제2 오류값이 제거된 다항함수 잔차들의 평균제곱근이 수렴하는 경우에 남아있는 다항함수 잔차들에 해당하는 각도 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 예측궤도력은 지구중심 및 지구고정(Earth-Centered Earth-Fixed) 좌표계에서의 궤도정보를 포함하며,
    상기 데이터 처리기는 라그랑주 보간법(Lagrangian Interpolation) 방법을 이용하여 상기 궤도정보로부터 상기 우주물체의 방위각 및 고도를 산출함으로써, 상기 계산각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 필터링 조건식은 상기 다항함수 잔차에 대한 평균제곱근(Root Mean Square)에 기반한 하기 수학식으로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
    Figure 112020057169284-pat00005

    여기서, FR은 다항함수 잔차이고, RMS는 다항함수 잔차에 대한 평균제곱근이고,
    Figure 112020057169284-pat00006
    는 평균제곱근의 가중치임
  7. 우주물체를 향하여 발사된 레이저가 상기 우주물체에 반사되어 되돌아오는 레이저의 광신호를 검출하는 광신호 검출기, 상기 레이저의 발사시간 및 도착시간을 이용하여 거리 데이터를 산출하는 운영장치, 망원경의 각도 정보를 획득하는 엔코더 드라이버, 상기 광신호를 검출할 때마다, 상기 엔코더 드라이버로부터 상기 각도정보를 획득하고, 획득된 각도정보를 시각 정보와 매핑하여 각도 데이터를 생성하는 각도 추출기를 포함하는 레이저 추적 시스템이 수행하는 우주물체의 각도 데이터 추출 방법에 있어서,
    상기 망원경의 지향오차를 제거하기 위하여 상기 운영장치로부터 제공되는 마운트모델 파라미터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 마운트 보정을 수행하는 단계;
    대기를 통과하는 레이저의 굴절로 발생하는 오차를 제거하기 위하여 기상센서로부터 실시간 제공되는 온도, 습도 및 압력 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터에 대한 대기 보정을 수행하는 단계;
    상기 운영장치로부터 제공되는 상기 거리 데이터를 이용하여 상기 각도 데이터에서 오류값을 제거하는 단계; 및
    상기 운영장치로부터 제공되는 예측궤도력을 이용하여 상기 각도 데이터에서 오류값을 제거하는 단계를 포함하는 우주물체의 각도 데이터 추출 방법.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230076256A (ko) 2021-11-24 2023-05-31 한국항공우주연구원 표시체를 포함하는 능동 표식 시스템 및 이를 이용하는 능동 표식 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101603689B1 (ko) 2014-09-16 2016-03-15 주식회사 져스텍 대상물 추적 시스템
KR101701638B1 (ko) * 2015-10-02 2017-02-13 경북대학교 산학협력단 우주 물체를 탐지하는 위성 시스템 및 우주 물체 경보 방법
KR20190073380A (ko) * 2016-10-28 2019-06-26 레이썬 인텔리전트 시스템 컴퍼니 리미티드 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101603689B1 (ko) 2014-09-16 2016-03-15 주식회사 져스텍 대상물 추적 시스템
KR101701638B1 (ko) * 2015-10-02 2017-02-13 경북대학교 산학협력단 우주 물체를 탐지하는 위성 시스템 및 우주 물체 경보 방법
KR20190073380A (ko) * 2016-10-28 2019-06-26 레이썬 인텔리전트 시스템 컴퍼니 리미티드 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230076256A (ko) 2021-11-24 2023-05-31 한국항공우주연구원 표시체를 포함하는 능동 표식 시스템 및 이를 이용하는 능동 표식 방법

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