KR102363351B1

KR102363351B1 - 성층권 비행선

Info

Publication number: KR102363351B1
Application number: KR1020190174418A
Authority: KR
Inventors: 정진평; 박희원; 서석배; 이종태; 이응식
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: KR20210081964A

Abstract

일실시예에 따른 성층권 비행선은 임무 명령 신호에 대응하여 생성된 결과 데이터를 송신하는 위성체를 향해 안테나를 조정하는 프로세서 및 성층권 비행선이 성층권 영역에서 비행하는 동안 상기 위성체와 광무선통신(Optical Wireless Communication, OWC)을 수행함으로써, 상기 결과 데이터를 수신하고, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 결과 데이터를 송신하는 통신부를 포함할 수 있다.

Description

성층권 비행선 {Stratosphere Airship}

이하, 성층권 비행선에 관한 기술이 제공된다.

다수의 지구 원격 관측용 저궤도 위성이 운용 또는 개발되고 있고, 대부분의 저궤도 위성의 다운링크(downlink) 채널은 X밴드 무선 통신을 이용하고 있다. 저궤도 위성의 궤도 특성상 특정지역 방문주기는 4시간 내지 6시간이고, 위성에서 획득된 고해상도 이미지 및 영상 데이터를 지상으로 다운링크하기 위해서는 광대역 채널이 필요하다. 저궤도 위성이 다운링크하는데 이용되는 위성용 RF 채널은 장거리 통신으로 Gbps 이상의 데이터를 전송하는데 대역폭, 출력, 무게, 및 부피 등의 기술적 한계가 존재한다.

이를 해결하는 방법으로 THz 이상의 대역폭으로 광대역 전송이 가능한 광무선통신(Optical OWC)을 이용할 수 있다. 광무선통신은 초고주파수 대역을 사용하므로, 빔폭이 RF 채널로 무선 통신하는 것에 비해 상대적으로 좁고, 기상 상태에 따라 성능이 급격하게 떨어지는 단점이 존재한다.

대한민국 특허등록공보 제10-1509212호(등록일: 2015년 03월 27일)

일실시예에 따른 성층권 비행선은 임무 명령 신호에 대응하여 생성된 결과 데이터를 송신하는 위성체를 향해 안테나를 조정하는 프로세서, 및 성층권 비행선이 성층권 영역에서 비행하는 동안 상기 위성체와 광무선통신(Optical Wireless Communication, OWC)을 수행함으로써, 상기 결과 데이터를 수신하고, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 결과 데이터를 송신하는 통신부를 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 프로세서는 수신된 상기 결과 데이터를 보정하고, 상기 통신부는 보정된 데이터를 상기 적어도 하나의 대상 오브젝트로 송신할 수 있다.

일실시예에 따르면, 상기 통신부는 RF(Radio Frequency)통신을 수행함으로써, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 결과 데이터를 송신할 수 있다.

또한, 상기 프로세서는 상기 위성체의 궤도 정보 데이터(almanac data)의 유효성을 판단하고, 상기 궤도 정보 데이터가 유효하다고 판단한 경우, 상기 궤도 정보 데이터에 기초하여 상기 위성체를 향해 상기 안테나를 조정할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 프로세서는 상기 위성체와의 통신 성능이 미리 지정된 기준에 부합한다고 판단한 경우, 상기 결과 데이터의 수신을 허용할 수 있다.

상기 프로세서는 상기 위성체와의 통신 성능이 미리 지정된 기준에 부합하지 않는다고 판단한 경우, 적어도 하나의 지상국으로 상기 위성체의 정밀 궤도 데이터(Precise Orbit Data, POD) 및 정밀 자세 데이터(Precise Attitude Data, PAD)를 요청하고, 상기 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터에 기초하여 상기 안테나를 조정할 수 있다.

일실시예에 따른 성층권 비행선은 광무선통신을 이용하여 위성체와 통신함으로써, THz 이상의 대역폭으로 광대역 통신을 할 수 있고, 기존 RF 통신에 비해 빠른 속도로 대용량 데이터를 수신할 수 있다. 아울러, 위성용 RF 주파수는 까다로운 국제협약을 통해서만 제한적으로 사용이 가능하나, 광무선통신은 초고주파수를 이용하여 통신하는 것으로 국제적 제약사항이 없어 RF 주파수에 비해 활용성이 높을 수 있다. 또한, 광무선통신은 초고주파수 대역을 사용하므로 위성탑재체 송수신 부품의 무게, 부피, 전력을 대폭 줄일 수 있다.

성층권 비행선은 성층권 영역에서 비행함으로써, 기상 상태에 영향을 받지 않아 지상국에서 대기층을 통과해 광무선통신을 수행하는 것에 비해 성능이 우월하다. 아울러, 저궤도 위성-지상국, 저궤도 위성간, 저궤도 위성-정지궤도 위성간의 고속 데이터 링크를 지상국에서 통신할 때에 비해 짧은 통신 거리로 구현할 수 있다. 성층권 비행선은 20km 이상의 고도에서 운용되므로 고정밀 지향성, 커버리지 요구사항(482,803 km², 300,000 square mile area)을 완화하여 운용할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 종전 위성체와 지상국 간의 통신 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 종전 위성체와 지상국 간의 통신 방법의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따라 성층권 비행선을 매개로 하여 복수의 위성체와 대상 오브젝트들이 통신하는 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 성층권 비행선의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따라 성층권 비행선을 매개로 하여 복수의 위성체와 대상 오브젝트들이 통신하는 방법의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 일실시예에 따라 결과 데이터를 포함한 데이터를 송수신하는 것을 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따라 성층권 비행선의 안테나를 조정하는 것을 도시한 흐름도이다.

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 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 일실시예에 따른 종전 위성체(110)와 지상국(120) 간의 통신 방법을 도시한 도면이다.

종전 위성체(110)와 지상국(120)은 S-밴드 안테나와 X-밴드 안테나를 이용하여 데이터를 송수신하였다. S-밴드 안테나는 2 내지 4 GHz 주파수 대역폭을 갖는 신호를 송수신하는 안테나이고, X-밴드 안테나는 8 내지 12 GHz 주파수 대역폭을 갖는 신호를 송수신하는 안테나이다. 지상국(120)의 S-밴드 안테나는 S-밴드 주파수를 이용하여 위성체(110)로 임무 명령을 송신하고, SOH 데이터를 수신할 수 있다. 지상국(120)의 X-밴드 안테나는 X-밴드 주파수를 이용하여 위성체(110)로부터 영상 데이터를 포함한 임무 명령에 대한 결과 데이터를 수신할 수 있다.

위성체(110)로부터 결과 데이터를 수신한 후, 지상국(120)의 데이터 처리 모듈은 결과 데이터의 영상 데이터에 대해 영상 처리하고, 처리된 데이터를 검정 및 보정하여 수요자(130)에게 송신하였다.

도 2는 일실시예에 따른 종전 위성체(210)와 지상국(220) 간의 통신 방법의 구성을 도시한 블록도이다.

지상국(220)의 컴퓨팅 장치는 S-밴드 안테나 및 X-밴드 안테나를 이용하여 수신된 데이터를 입력 받아 데이터 처리를 수행할 수 있다. 지상국(220)의 컴퓨팅 장치는 위성통신부(221), 임무제어부(222), 데이터 처리부(223)를 포함할 수 있고, 대상 오브젝트(230)로 데이터 처리된 결과를 송신할 수 있다.

컴퓨팅 장치의 임무제어부(222)는 위성통신부(221)로 임무 명령 데이터(command data)를 송신할 수 있고, 위성 통신부는 위성체(210)를 향해 임무 명령 데이터를 송신할 수 있다. 위성체(210)는 임무 명령 데이터에 대응하는 결과 데이터를 생성하여 지상국(220)으로 송신할 수 있다. 위성통신부(221)는 데이터 처리부(223)로 가공되지 않은 원시데이터인 L0F(Level 0(Zero) Formatted) 데이터를 전달하고, 데이터 처리부(223)는 데이터를 보정하여 대상 오브젝트(230) 및 사용자에게 보정된 데이터를 전송하였다.

S-밴드 주파수 신호는 2 내지 4 GHz 주파수 대역폭을 갖는 신호이고, X-밴드 주파수 신호는 8 내지 12 GHz 주파수 대역폭을 갖는 신호로 장거리 통신으로 Gbps 이상의 데이터를 전송하는데 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 위성체와 지상국 안테나가 광무선통신을 수행하는 경우, 대기권의 기상상태에 따라 성능이 좌우되어 불안정한 측면이 있다.

도 3은 일실시예에 따라 성층권 비행선(330)을 매개로 하여 복수의 위성체와 대상 오브젝트(340)들이 통신하는 방법을 도시한 도면이다.

일실시예에 따른 성층권 비행선(330)은 구름과 바람 등의 기상 상태 영향이 대기권보다 적은 성층권에서 운용됨으로써, 위성체와 성층권 비행선(330)이 통신할 때, 기상 상태의 영향을 덜 받게 된다. 예시적으로 성층권 비행선(330)은 고도 21km(13miles)에서 비행하며 위성체 및 지상국과 통신을 수행할 수 있다.

성층권 비행선(330)은 적어도 하나의 위성체와 광무선통신을 수행하고, 지상국과는 GHz 주파수 영역의 RF 통신을 수행함으로써, 위성체에 의해 생성된 결과 데이터를 다운링크하는 채널을 구현할 수 있다. 적어도 하나의 위성체와 성층권 비행선(330) 사이는 광무선통신을 이용하므로 광대역통신이 가능하고, 성층권 비행선(330)이 운용되는 고도는 기상 현상이 거의 없는 고도이므로, 성층권 비행선(330)은 기상 상태에 관계없이 지속적인 고품질 통신을 수행할 수 있다.

일실시예에 따르면, 성층권 비행선(330)과 광무선통신을 수행하는 적어도 하나의 위성체는 저궤도 위성체(320)일 수 있고, 저궤도 위성체(320)는 400 내지 700km 고도에서 운용되는 위성체일 수 있다. 저궤도 위성체(320)는 직접 임무 명령 데이터를 수신하여 결과 데이터를 생성할 수도 있지만, 35,000km 이상의 고도에서 운용되는 고궤도 위성체(310)로부터 결과 데이터를 수신하여 성층권 비행선(330)으로 송신할 수 있다. 위성체로부터 결과 데이터를 수신한 성층권 비행선(330)은 다른 위성체로 결과 데이터를 송신할 수 있고, 지상의 대상 오브젝트(340)에 결과 데이터를 송신할 수도 있다. 지상의 대상 오브젝트(340)는 대기권에서 운용되는 지상국일 수 있으나, 종전 통신 방법에 따라 지상국을 거쳐 데이터를 최종 수신하는 수요자를 포함할 수 있다. 종전 통신 방법에 따르면, 수요자에게 데이터를 전송하기 위해서는 지상국에서 데이터 처리를 해야 하므로, 수요자는 반드시 지상국을 거쳐 데이터를 수신해야 했다. 이에 반해, 성층권 비행선(330)을 이용하는 경우, 성층권 비행선(330)은 결과 데이터를 수신하고, 데이터 처리를 수행함으로써, 지상국을 거치지 않고 바로 수요자에게 데이터를 전송할 수 있다.

일실시예에 따르면, 성층권 비행선(330)은 RF 무선 통신을 수행함으로써, 적어도 하나의 대상 오브젝트(340)로 결과 데이터를 송신할 수 있다. 성층권 비행선(330)에서 대상 오브젝트(340)로 결과 데이터를 송신하는 경우, 통신은 대기권의 기상 영향을 받을 수 있는데, 이 때 성층권 비행선(330)은 기상 영향이 적은 통신을 수행하여 결과 데이터를 전송할 수 있다. 즉, 성층권 비행선(330)이 결과 데이터를 송신할 때 사용하는 통신 방법과 수신할 때 사용하는 통신 방법은 상이할 수 있다.

일실시예에 따른 성층권 비행선(330)은 위성체와 비교하여 부피, 무게, 및 요구 전력에 대한 제한이 적으므로 위성체보다 더 큰 마진을 갖는 안테나를 구비할 수 있다. 따라서, 성층권 비행선(330)은 위성체보다 부피, 무게, 및 요구 전력 중 적어도 하나가 작으므로, 위성체와 지상국 간의 통신 허브 역할을 수행하는 데에 더 집중할 수 있게 된다. 성층권 비행선(330)은 내열 성능 및 방사선 저항 성능 중 적어도 하나가 위성체보다 작을 수 있다.

또한, 성층권 비행선(330)은 태양 전지를 이용하여 전력을 자체 생산할 수 있다. 성층권 비행선(330)이 기상 영향이 매우 적은 성층권에 운용됨으로써, 태양 전지를 이용하는 경우, 대기권에서 전력을 생산하는 경우보다 전력 생산 효율이 더 높을 수 있으므로, 장기간 체공이 가능할 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 성층권 비행선(400)의 구성을 도시한 블록도이다.

일실시예에 따른 성층권 비행선(400)은 프로세서(410) 및 통신부(420)를 포함할 수 있다. 성층권 비행선(400)의 프로세서(410)는 임무 명령 신호에 대응하여 생성된 결과 데이터를 송신하는 위성체를 향해 안테나를 조정할 수 있다. 프로세서(410)가 안테나를 조정함으로써, 성층권 비행선(400)이 위성체와 통신하는 동안 위성체를 계속하여 트랙킹할 수 있다. 프로세서(410)가 안테나를 조정하는 것은 도 6 및 도 7을 통해 상세히 후술한다.

성층권 비행선(400)의 프로세서(410)는 위성체로부터 수신한 결과 데이터의 검정을 수행할 수 있고, 검정을 통과한 결과 데이터에 대해 보정을 수행할 수 있다. 결과 데이터의 검정은 결과 데이터가 임무 명령 신호에 부합하는 데이터인지 검증하는 것일 수 있다. 프로세서(410)는 결과 데이터가 임무 명령 신호에 부합하는 데이터라고 판단한 경우, 대상 오브젝트에 결과 데이터를 송신하기 위한 데이터로 보정할 수 있다. 예시적으로, 프로세서(410)는 수신한 대용량 결과 영상의 용량을 줄이기 위해 결과 영상을 분할하고, 압축할 수 있다.

다른 일실시예에 따르면, 성층권 비행선(400)에 다운링크된 결과 데이터가 영상데이터와 관련된 헤더정보를 바탕으로 암호화된 영상데이터인 경우, 성층권 비행선(400)의 프로세서(410)는 지상국에서 전송받은 암호화 키에 기초하여 결과 데이터를 복호화할 수 있다. 결과 데이터가 압축된 영상데이터인 경우, 프로세서(410)는 헤더에 포함된 압축비 정보를 참조하여 결과 데이터의 압축을 풀 수 있다. 아울러, 성층권 비행선(400)의 프로세서(410)는 헤더에 포함된 영상 촬영 당시의 상태정보(카메라 세팅값, 위성체 자세, 주위 온도 정보 등)를 바탕으로 공간(Spatial) 보정, 신호 파장별 특성(Radiometric) 보정, 위치(Registration) 보정 등을 수행할 수 있다.

성층권 비행선(400)의 프로세서(410)는 복수의 고성능 프로세서(410) 하드웨어가 유기적으로 연동되어 안테나 제어 및 결과 데이터 검정, 보정을 수행할 수 있다. 성층권 비행선(400)의 프로세서(410)는 주기적으로 유지 보수 및 업그레이드가 될 수 있으며, 비행선에서 다운링크된 데이터에 대한 검정 및 보정이 수행됨으로써, 대상 오브젝트에 정밀한 데이터를 송신할 수 있다.

일실시예에 따른 성층권 비행선(400)의 통신부(420)는 안테나를 통해 위성체와 광무선통신을 수행함으로써, 결과 데이터를 수신하고, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 결과 데이터를 송신할 수 있다.

도 5는 일실시예에 따라 성층권 비행선(520)을 매개로 하여 복수의 위성체(510)와 대상 오브젝트(540)들이 통신하는 방법의 구성을 도시한 도면이다.

일실시예에 따른 성층권 비행선(520)은 성층권 영역에서 비행하는 동안 위성체(510)와 광무선통신을 수행할 수 있고, 성층권 비행선(520)은 지상국(530) 및 대상 오브젝트(540)로 결과 데이터를 송신할 수 있다. 성층권 비행선(520)과 위성체(510), 대상 오브젝트(540), 및 지상국(530)과의 통신 방법은 선술하였으므로, 자세한 설명은 생략한다.

도 2의 종전 지상국(530) 컴퓨팅 장치의 동작들과 비교하면 일실시예에 따른 지상국(530)의 컴퓨팅 장치는 위성 통신부(531)와 임무 제어부(532)를 통해 위성체(510) 및 성층권 비행선(520)과 통신할 수 있고, 성층권 비행선(520)의 프로세서(522)가 결과 데이터를 검정 및 보정함으로써, 지상국(530)의 컴퓨팅 장치는 결과 데이터의 검정 및 보정을 수행하지 않을 수 있다. 따라서, 일실시예에 따른 성층권 비행선(520)의 통신 방법은 대상 오브젝트(540)로 결과 데이터를 송신하기 위해 종전 지상국(530)에서 데이터 처리하는 것에 비해 직접적으로 대상 오브젝트(540)로 결과 데이터를 송신할 수 있으므로, 위성체(510)와 대상 오브젝트(540) 간의 통신이 효율적일 수 있다.

도 6은 일실시예에 따라 결과 데이터를 포함한 데이터를 송수신하는 것을 도시한 도면이다.

일실시예에 따르면, 지상국(630)은 위성체(610)를 향해 임무 명령 신호를 송신할 수 있고, 위성체(610)는 광무선통신으로 성층권 비행선(620)과 통신을 수립함으로써, 임무 명령 신호에 대응하는 결과 데이터를 성층권 비행선(620)으로 송신할 수 있다. 성층권 비행선(620)은 수신한 결과 데이터를 검정 및 보정하여 대상 오브젝트 및 지상국(630)으로 결과 데이터를 송신할 수 있다. 결과 데이터를 송수신하는 방법은 선술하였으므로, 자세한 설명은 생략한다.

일실시예에 따른 통신 시스템은 성층권 비행선(620)의 안테나가 위성체(610)를 향하도록 안테나를 조정하기 위해 위성 위치에 관한 데이터를 송수신할 수 있다. 위성 위치에 관한 데이터는 궤도 정보 데이터(almanac data), 정밀 궤도 데이터(Precise Orbit Data, POD), 및 정밀 자세 데이터(Precise Attitude Data, PAD)를 포함할 수 있다.

임무 명령 신호를 수신한 위성체(610)는 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터를 지상국(630)으로 송신할 수 있고, 지상국(630)의 컴퓨팅 장치는 성층권 비행선(620)을 향해 궤도 정보 데이터, 정밀 궤도 데이터, 및 정밀 자세 데이터를 송신할 수 있다. 성층권 비행선(620)은 수신한 위성 위치 관련 데이터에 기초하여 안테나를 조정할 수 있다.

도 7은 일실시예에 따라 성층권 비행선의 안테나를 조정하는 것을 도시한 흐름도이다.

성층권 비행선은 미리 저장된 궤도 정보 데이터를 지상국으로부터 전송받아 안테나를 조정함으로써, 통신 수립을 위한 초기 추적을 수행할 수 있다. 초기 추적으로 성층권 비행선과 위성체가 통신 수립하지 못한 경우, 성층권 비행선은 안테나를 조정함으로써, 통신 수립을 위한 정밀 추적을 수행할 수 있다.

단계(710)에서, 성층권 비행선은 지상국으로부터 궤도 정보 데이터를 수신하고, 궤도 정보 데이터가 유효한지 여부를 판단할 수 있다. 일실시예에 따르면, 유효성은 궤도 정보 데이터가 생성된 시점을 기준으로 판단할 수 있다. 프로세서는 궤도 정보 데이터가 유효하다고 판단하는 경우, 단계(730)를 진행할 수 있고, 유효하지 않다고 판단하는 경우, 단계(720)를 진행할 수 있다.

일실시예에 따르면, 프로세서는 위성체에서부터 내려온 상태정보(SOH)와 관련된 데이터가 유효한지 여부로 궤도 정보 데이터의 유효성을 1차적으로 판단할 수 있다. 프로세서는 궤도 정보 데이터를 생성할 시 GPS 기준시간(UTC Time)을 헤더 정보로 추가하여 성층권 비행선에서 유효성을 판단할 때 특정시간을 경과한 데이터라면 유효하지 않은 데이터로 판단할 수 있다.

단계(720)에서, 궤도 정보 데이터가 유효하지 않다고 판단하는 경우, 성층권 비행선은 지상국으로 안테나 조정에 필요한 궤도 정보 데이터를 요청할 수 있다.

단계(730)에서, 유효한 궤도 정보 데이터를 수신한 성층권 비행선은 궤도 정보 데이터에 기초하여 위성체와 통신을 수립하기 위해 안테나를 조정할 수 있다. 성층권 비행선은 궤도 정보 데이터에 기초하여 안테나를 조정함으로써, 초기 추적을 수행할 수 있다.

성층권 비행선은 지상국에서 위성체로 전송하는 위성체 안테나 조정 명령인 TPF(Tracking Profile)를 수신함으로써, 비행선의 위치, 자세를 반영하여 지향각을 위성체와 맞추게 된다. TPF 신호는 위성체 안테나의 시간별 수평, 수직 지향각 정보를 포함할 수 있다. 이 때 미리 계획된 비행선의 비행궤도와 자세와 편차는 실시간으로 전송되는 궤도 정보 데이터를 이용하여 보정할 수 있다.

단계(740)에서, 성층권 비행선은 초기 추적 수행 후, 위성체와 통신이 수립되었는지 여부를 판단할 수 있다. 성층권 비행선은 위성체와의 통신 성능이 미리 지정된 기준에 부합하는지 여부를 판단할 수 있다. 미리 지정된 기준은 일정 수치 이상의 BER(Bit Error Rate), SNR(Signal Noise Rate) 등의 통신성능 지표일 수 있다. 즉, 통신성능 지표가 일정 수치 이상인 경우, 성층권 비행선은 위성체와 성층권 비행선이 광무선통신을 수행할 수 있는 상태라고 판단할 수 있다.

단계(750)에서, 통신 성능 기준에 부합하다고 판단된 경우, 성층권 비행선은 임무 명령 신호에 대한 결과 데이터를 수신할 수 있다.

단계(760)에서, 통신 성능 기준에 부합하지 않다고 판단된 경우, 성층권 비행선은 지상국에 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터를 요청할 수 있고, 지상국은 위성체에 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터를 요청할 수 있다. 지상국이 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터를 위성체로부터 수신하여, 성층권 비행선에 송신할 수 있다.

단계(770)에서, 성층권 비행선은 위성체의 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터에 기초하여 안테나를 조정함으로써, 정밀 추적을 수행할 수 있다. 성층권 비행선은 정밀 추적을 수행하여 위성체로부터 결과 데이터를 수신할 수 있다.

기존의 궤도 정보 데이터는 저 정밀, 낮은 Sampling Rate의 위치, 궤도, 자세정보를 포함하고 있는데, 성층권 비행선의 프로세서가 위성체와의 통신성능을 판단했을 때 통신성능을 높일 필요가 있다고 판단하는 경우, 보다 정밀하고 높은 Sampling Rate의 궤도와 자세정보인 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터를 위성체에 요청하여 안테나 지향 성능을 높이고 빔폭도 줄여 전체적인 통신성능을 높일 수 있다.

일실시예에 따른 성층권 비행선은 통신 성능 지표에 기초하여 데이터 전송 속도를 조정할 수 있다. 예시적으로, 성층권 비행선은 통신 성능 지표에 비례하여 데이터 전송 속도를 조정할 수 있다.

비행선의 프로세서는 위성체와 비행선 사이의 통신에서 CRC(Cyclic Redundancy Check) 로직을 구현하고, 통신 중 전송오류가 발생할 시 발생빈도에서 따라 전송속도를 적응적으로 조정함으로써, 통신효율과 신뢰도를 높일 수 있다. CRC 로직은 순환중복검사로 전송데이터에 부가적인 오류검사용 데이터를 할당하여 전송 중 오류검사 및 오류발생 시 재전송을 요청하는 로직에 관련된다.

성층권 비행선은 20km 이상의 고도에서 운용되므로, 고정밀 지향성, 커버리지(482,803 km², 300,000 square mile area) 요구사항을 완화하여 안테나를 추적할 수 있다. 지상국과 통신하는 경우, 높은 정밀 지향성을 요구하였으나, 높은 고도에서 운용되므로 지상국에서 요구하는 커버리지보다 완화된 기준을 요구할 수 있다. 다시 말해, 성층권 비행선을 통해 통신을 수행하는 것은 기존에 요구되던 좁은 빔폭에 비해 넓은 빔폭으로 통신을 수행할 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. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 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

임무 명령 신호에 대응하여 생성된 결과 데이터를 송신하는 위성체를 향해 안테나를 조정하는 프로세서; 및
성층권 비행선이 성층권 영역에서 비행하는 동안 상기 위성체와 광무선통신(Optical Wireless Communication, OWC)을 수행함으로써, 상기 결과 데이터를 수신하고, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 결과 데이터를 송신하는 통신부
를 포함하고,
상기 프로세서는,
수신된 상기 결과 데이터를 보정하고,
상기 통신부는,
상기 보정된 결과 데이터를 상기 적어도 하나의 대상 오브젝트로 송신하는,
성층권 비행선.
삭제
제1항에 있어서,
상기 통신부는,
RF(Radio Frequency)통신을 수행함으로써, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 결과 데이터를 송신하는,
성층권 비행선.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 위성체의 궤도 정보 데이터(almanac data)의 유효성을 판단하고, 상기 궤도 정보 데이터가 유효하다고 판단한 경우, 상기 궤도 정보 데이터에 기초하여 상기 위성체를 향해 상기 안테나를 조정하는,
성층권 비행선.
제4항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 궤도 정보 데이터가 유효하지 않다고 판단한 경우, 적어도 하나의 지상국에 안테나 조정에 필요한 궤도 정보 데이터를 요청하는,
성층권 비행선.
제4항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 위성체와의 통신 성능이 미리 지정된 기준에 부합한다고 판단한 경우, 상기 결과 데이터의 수신을 허용하는,
성층권 비행선.
제4항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 위성체와의 통신 성능이 미리 지정된 기준에 부합하지 않는다고 판단한 경우, 적어도 하나의 지상국으로 상기 위성체의 정밀 궤도 데이터(Precise Orbit Data, POD) 및 정밀 자세 데이터(Precise Attitude Data, PAD)를 요청하고, 상기 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터에 기초하여 상기 안테나를 조정하는,
성층권 비행선.
지상국으로부터 임무 명령 신호를 수신하고, 상기 임무 명령 신호에 대응하는 결과 데이터를 생성하는 위성체; 및
상기 위성체를 향해 안테나를 조정하고, 성층권 영역에서 상기 위성체와 광무선통신(Optical Wireless Communication, OWC)을 수행함으로써, 상기 결과 데이터를 수신하며, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 결과 데이터를 송신하는 성층권 비행선
을 포함하고,
상기 성층권 비행선은,
수신된 상기 결과 데이터를 보정하고, 상기 보정된 결과 데이터를 상기 적어도 하나의 대상 오브젝트로 송신하는,
위성 데이터 송수신 시스템.
삭제
제8항에 있어서,
상기 성층권 비행선은,
RF(Radio Frequency)통신을 수행함으로써, 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 결과 데이터를 송신하는,
위성 데이터 송수신 시스템.
제8항에 있어서,
상기 성층권 비행선은,
상기 위성체의 궤도 정보 데이터(almanac data)의 유효성을 판단하고, 상기 궤도 정보 데이터가 유효하다고 판단한 경우, 상기 궤도 정보 데이터에 기초하여 상기 위성체를 향해 상기 안테나를 조정하는,
위성 데이터 송수신 시스템.
제11항에 있어서,
상기 성층권 비행선은,
상기 궤도 정보 데이터가 유효하지 않다고 판단한 경우, 적어도 하나의 지상국에 안테나 조정에 필요한 궤도 정보 데이터를 요청하는,
위성 데이터 송수신 시스템.
제11항에 있어서,
상기 성층권 비행선은,
상기 위성체와의 통신 성능이 미리 지정된 기준에 부합한다고 판단한 경우, 상기 결과 데이터의 수신을 허용하는,
위성 데이터 송수신 시스템.
제11항에 있어서,
상기 성층권 비행선은,
상기 위성체와의 통신 성능이 미리 지정된 기준에 부합하지 않는다고 판단한 경우, 적어도 하나의 지상국으로 상기 위성체의 정밀 궤도 데이터(Precise Orbit Data, POD) 및 정밀 자세 데이터(Precise Attitude Data, PAD)를 요청하고, 상기 정밀 궤도 데이터 및 정밀 자세 데이터에 기초하여 상기 안테나를 조정하는,
위성 데이터 송수신 시스템.
성층권 비행선에 의해 임무 명령 신호에 대응하여 생성된 결과 데이터를 송수신하는 방법에 있어서,
상기 결과 데이터를 송신하는 위성체를 향해 안테나를 조정하는 단계;
성층권 영역에서 상기 위성체와 광무선통신(Optical Wireless Communication, OWC)을 수행함으로써, 상기 결과 데이터를 수신하는 단계;
수신된 상기 결과 데이터를 보정하는 단계; 및
적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 보정된 결과 데이터를 송신하는 단계
를 포함하는 위성 데이터 송수신 방법.
위성체 및 성층권 비행선에 의해 임무 명령 신호에 대응하여 생성된 결과 데이터를 송수신하는 방법에 있어서,
상기 위성체가 지상국으로부터 상기 임무 명령 신호를 수신하고, 상기 임무 명령 신호에 대응하는 결과 데이터를 생성하는 단계;
성층권 영역에서 상기 위성체와 상기 성층권 비행선이 광무선통신(Optical Wireless Communication, OWC)을 수행함으로써, 상기 성층권 비행선이 상기 결과 데이터를 수신하는 단계;
상기 성층권 비행선이 수신된 상기 결과 데이터를 보정하는 단계; 및
상기 성층권 비행선이 적어도 하나의 대상 오브젝트로 상기 보정된 결과 데이터를 송신하는 단계
를 포함하는 위성 데이터 송수신 방법.
제15항 및 제16항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 명령어들을 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.