KR102482742B1 - 위성용 복합 임무를 위한 회전 가변 이동 피드 sar 탑재체 장치 - Google Patents
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Abstract
본 실시예들은 회전형 가변 옵셋 피드를 적용하여 위성의 기동없이 급전 장치의 위치를 선형 또는 회전 등을 통해 다양한 운용 모드(기본 모드, 광역 관측 모드, 고해상도 모드)를 선택적으로 동작시키고 위성의 기동 시간에 소요되는 만큼 많은 양의 추가적인 관측 영상을 획득하는 회전 가변 이동 피드 SAR(Synthetic Aperture Radar) 탑재체 장치 및 위성용 복합 임무 수행 방법을 제공한다.
Description
본 발명이 속하는 기술 분야는 회전 가변 이동 피드 SAR(Synthetic Aperture Radar) 탑재체 장치 및 위성용 복합 임무 수행 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
합성 개구 레이다(Synthetic Aperture Radar, SAR)는 능동 위상 배열 안테나를 통해 지상으로 전파를 송신하고 반사되는 반사파를 이용하여 지표면의 영상을 만들어내는 장치이다. 합성 개구 레이다는 주로 인공위성이나 항공기 등에 탑재되어 원하는 지역을 관측하거나 정찰 임무 등을 수행하는데 사용된다.
도 1은 고정 피드 SAR 탑재체 장치의 운용을 예시한 도면이다.
기존의 고정형 옵셋 피드를 사용하는 안테나는 안테나 빔 패턴이 고정되어 위성체의 운용을 함께 고려해야 한다. 고정형 옵셋 피드를 사용하는 안테나로 관측 위치를 변경하기 위해서는 위성의 자세 제어 장치에 의해 위성의 자세를 변경하여 관측한다.
기존의 고정형 옵셋 피드 안테나는 위성의 기동 시간과 관측 지역을 통과하는 시간을 고려해야 한다. 고기동용 위성 자세 제어 시스템의 자세 제어는 한반도 측정을 위해 자세 제어를 포함하여 운용 모드에 따라 다르지만 4~10장 미만의 관측 영상 측정이 가능하다. 저궤도(450~650km) 기준으로 위성의 한반도 관측 가능 시간은 약 120초에 해당한다. 관측 지역을 통과하는 시간으로 인하여 제한된 영역만 측정 가능하며, 위성의 기동 시간을 감안하면 낮은 해상도의 광역 관측만 만족시키고 다양한 운용 모드를 만족시키지 못하는 한계가 있다.
본 발명의 실시예들은 위성에 회전형 가변 옵셋 피드를 적용하여 위성의 기동없이 급전 장치의 위치를 선형 또는 회전 등을 통해 다양한 운용 모드(기본 모드, 광역 관측 모드, 고해상도 모드)를 선택적으로 동작시키고 위성의 기동 시간에 소요되는 만큼 많은 양의 추가적인 관측 영상을 획득하는데 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면 위성에 탑재되는 회전 가변 이동 피드 SAR(Synthetic Aperture Radar) 탑재체 장치에 있어서, 전파 신호를 반사시켜 지구 표면으로 조사하는 전개 확장형 안테나 장치; 복수의 운용 모드에 따라 상기 전개 확장형 안테나 장치로 상기 전파 신호를 전송하고 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 수신하는 회전 가변 이동 급전 장치; 및 상기 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 SAR 영상 데이터로 변환하고 상기 SAR 영상 데이터를 전송하는 영상 처리 장치를 포함하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치를 제공한다.
상기 전개 확장형 안테나 장치는, 유연 복합 소재를 사용하여 그물 형태로 연결한 반사판으로 상기 반사판의 길이가 확장 가능하도록 구현된 반사판 안테나 장치; 상기 반사판 안테나 장치에 연결되며 제1 구동 모터에 의해 상기 그물 형태로 연결한 반사판을 전개하여 상기 반사판의 길이를 미리 설정된 길이만큼 확장시키는 안테나 전개 장치; 상기 안테나 전개 장치에 연결되며 제2 구동 모터에 의해 복수의 기둥이 수납된 상태에서 미리 정해진 위치까지 늘어나는 전개용 붐 장치; 상기 위성이 특정 궤도에 도달할 때까지 상기 반사판 안테나 장치를 고정시키는 안테나 고정 장치; 및 상기 제1 구동 모터 및 상기 제2 구동 모터의 동작을 제어하여 상기 반사판 안테나 장치의 형태를 변형시키는 안테나 전개 제어 장치를 포함할 수 있다.
상기 회전 가변 이동 급전 장치는, 미리 설계된 주파수 범위에서 동작하는 혼 형태의 도파관으로 형성된 혼안테나 장치; 상기 혼안테나 장치에 연결되며 상기 전파 신호를 전달하는 회전용 급전관 장치; 상기 회전용 급전관 장치에 연결되며 회전 가능한 구조로 형성된 회전 결합기 장치; 상기 회전 결합기에 연결되며 상기 회전 결합기에 회전력을 제공하는 구동 장치; 및 상기 구동 장치의 동작을 제어하여 상기 혼안테나 장치의 회전 각도를 변경하는 구동 제어 장치를 포함할 수 있다.
상기 혼안테나 장치는 복수이고, 상기 회전용 급전관 장치는 복수이고, 상기 복수의 혼안테나 장치가 상기 복수의 회전용 급전관 장치에 각각 장착되며, 상기 복수의 혼안테나 장치는 상기 SAR 영상 데이터 및 통신용 데이터를 송수신할 수 있다.
상기 영상 처리 장치는, 상기 반사된 전파 신호를 수신하여 영상 해상도를 분석하고 상기 SAR 영상 데이터를 생성하는 영상 해상도 분석 및 처리 장치; 상기 복수의 운용 모드에 따라 상기 SAR 영상 데이터를 상이하게 보정하는 안테나 모델 보정 장치; 및 상기 보정한 SAR 영상 데이터를 상기 위성의 중앙 제어 장치로 전송하는 데이터 전송 장치를 포함할 수 있다.
상기 복수의 운용 모드는 기본 관측을 수행하는 제1 운용 모드, 광역 관측을 수행하는 제2 운용 모드, 고해상도 관측을 수행하는 제3 운용 모드로 동작하며, 상기 전개 확장형 안테나 장치를 고정한 상태에서 상기 회전 가변 이동 급전 장치를 이동시켜 임무를 수행할 수 있다.
상기 제1 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 상기 위성의 진행 방향에 사선으로 선형 운동하면서 관측할 수 있다.
상기 제2 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 원형 또는 타원형으로 운동하면서 관측할 수 있다.
상기 제3 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 상기 위성의 진행 방향에 수직한 방향으로 상하로 왕복 운동하면서 관측할 수 있다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면 위성에 탑재되는 회전 가변 이동 피드 SAR(Synthetic Aperture Radar) 탑재체 장치를 이용한 위성용 복합 임무 수행 방법에 있어서, 상기 위성이 지상국으로부터 관측 영역에 관한 명령을 수신하는 단계; 상기 관측 영역으로 상기 위성이 자세 제어하여 기동하는 단계; 상기 관측 영역에서 복수의 운용 모드에 따라 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 전개 확장형 안테나 장치로 전파 신호를 전송하는 단계; 상기 전개 확장형 안테나 장치를 통해 상기 전파 신호를 반사시켜 지구 표면으로 조사하는 단계; 상기 전개 확장형 안테나 장치 및 상기 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 수신하는 단계; 영상 처리 장치를 통해 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 SAR 영상 데이터로 변환하는 단계; 및 상기 SAR 영상 데이터를 상기 위성의 하향링크를 통해 지상으로 전송하는 단계를 포함하는 위성용 복합 임무 수행 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 관측 영역 범위에서 위성의 기동을 하지 않은 상태에서 회전형 가변 옵셋 피드를 동작시켜 취득할 수 있는 영상 데이터를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 안테나 빔 패턴이 고정되어 있는 고정형 옵셋 피드와 달리 회전 가변 이동 피드를 적용하면 다양한 빔 패턴 구성이 가능하며, 이에 따른 위성의 효과적인 운용 모드 구현이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 회전 가변 이동 피드는 전기적 빔 조향에 준하는 효과를 가지며, 고정형 옵셋 피드 보다 넓은 지역의 영상 추출 성능과 영상 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 안테나까지 회전하는 경우에는 위성체의 관성 모멘트(무게 중심 등)가 변화되어 정밀 자세 제어 과정에서 영상 추적 중 흔들림이 발생할 수 있으며, 취득영상데이터의 잡음이 커지게 되는 문제가 있으나, 상대적으로 작은 중량의 피드를 가변(회전, 이동 등)하여 운용하여 영상의 잡음이 적어지며 영상 데이터의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 고정 피드 SAR 탑재체 장치의 운용을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 운용을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치가 탑재된 위성을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 영상 처리 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 회전 가변 이동 급전 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 전개 확장형 안테나 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 구동 제어 장치 및 안테나 전개 제어 장치를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위성용 복합 임무 수행 방법을 예시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 운용을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치가 탑재된 위성을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 영상 처리 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 회전 가변 이동 급전 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 전개 확장형 안테나 장치의 형상을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 구동 제어 장치 및 안테나 전개 제어 장치를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위성용 복합 임무 수행 방법을 예시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
본 실시예는 소형 위성부터 대형 위성급에 적용 가능한 저궤도 고해상/광역 관측 위성용 가변 이동 피드 안테나 적용 SAR 탑재체에 적용하여 광역 감시 체계에 적용이 가능한다. 소형 위성부터 대형 위성급의 통신용 안테나에 적용이 가능하며, 다양한 빔 운용을 통해 광역 통신이 가능한 위성 통신 탑재체에 적용이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치를 예시한 도면이다.
본 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치는 지상국으로부터 관측 영역을 수신하고, 관측 영역 영상 촬영을 위한 위성을 기동시킨다. 측정 가능 영역까지 기동시킨다. 측정 가능 영역에서 회전 가변 이동 피드를 동작시키고 데이터를 취득한다. 이 과정에서 위성의 기동이 필요없고, 안테나를 고정한 상태에서 피드만을 제어한다.
본 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치는 원형/타원 회전 광역 관측 모드, 사선 스캔 기본 모드, 고해상도 모드로 동작하여 목적에 맞는 지표 영상을 획득할 수 있다. 회전 가변 데이터에서 영상 데이터를 추출하고, 영상 데이터를 처리하고, 영상 데이터를 전송한다.
본 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치는 기상 조건에 상관없이 지구 표면 정보를 효과적으로 획득하기 위해 영상 레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)를 적용한다. 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치(10)는 영상 처리 장치(100), 회전 가변 이동 급전 장치(200), 및 전개 확장형 안테나 장치(300)를 포함한다.
영상 처리 장치(100)는 전파 신호를 반사시켜 지구 표면으로 조사한다.
회전 가변 이동 급전 장치(200)는 복수의 운용 모드에 따라 전개 확장형 안테나 장치로 전파 신호를 전송하고 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 수신한다.
전개 확장형 안테나 장치(300)는 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 SAR 영상 데이터로 변환하고 SAR 영상 데이터를 전송한다.
회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치가 탑재되는 위성은 기본적인 동작을 수행하는데 필요한 장치를 포함한다. 위성은 본체, 자세 제어 및 추진 장치, 통신 장치, 전자 제어 장치, 에너지원 등을 포함한다. 자세 제어 및 추진 장치는 위성의 자세를 조절하고 기체, 액체 등의 추진체를 분사하여 이동시키는 장치이다. 통신 장치는 외부 장치와 정보를 송수신하는 장치이다. 에너지원은 태양 에너지 등을 수집하거나 전력을 저장하는 장치이다. 전자 제어 장치는 위성의 각종 장치를 종합적으로 제어하는 장치이다.
영상 처리 장치(100)는 반사된 전파 신호를 수신하여 영상 해상도를 분석하고 SAR 영상 데이터를 생성하는 영상 해상도 분석 및 처리 장치(110), 복수의 운용 모드에 따라 SAR 영상 데이터를 상이하게 보정하는 안테나 모델 보정 장치(120), 보정한 SAR 영상 데이터를 위성의 중앙 제어 장치로 전송하는 데이터 전송 장치(130)를 포함할 수 있다.
회전 가변 이동 급전 장치(200)는 미리 설계된 주파수 범위에서 동작하는 혼 형태의 도파관으로 형성된 혼안테나 장치(210), 혼안테나 장치에 연결되며 전파 신호를 전달하는 회전용 급전관 장치(220), 회전용 급전관 장치에 연결되며 회전 가능한 구조로 형성된 회전 결합기 장치(230), 회전 결합기에 연결되며 회전 결합기에 회전력을 제공하는 구동 장치(240), 구동 장치의 동작을 제어하여 혼안테나 장치의 회전 각도를 변경하는 구동 제어 장치(250)를 포함할 수 있다.
혼안테나 장치는 복수이고, 회전용 급전관 장치는 복수이고, 복수의 혼안테나 장치가 복수의 회전용 급전관 장치에 각각 장착되며, 복수의 혼안테나 장치는 SAR 영상 데이터 및 통신용 데이터를 송수신할 수 있다.
전개 확장형 안테나 장치(300)는 유연 복합 소재를 사용하여 그물 형태로 연결한 반사판으로 반사판의 길이가 확장 가능하도록 구현된 반사판 안테나 장치(310), 반사판 안테나 장치에 연결되며 제1 구동 모터에 의해 그물 형태로 연결한 반사판을 전개하여 반사판의 길이를 미리 설정된 길이만큼 확장시키는 안테나 전개 장치(320), 안테나 전개 장치에 연결되며 제2 구동 모터에 의해 복수의 기둥이 수납된 상태에서 미리 정해진 위치까지 늘어나는 전개용 붐 장치(330), 위성이 특정 궤도에 도달할 때까지 반사판 안테나 장치를 고정시키는 안테나 고정 장치(340), 제1 구동 모터 및 제2 구동 모터의 동작을 제어하여 반사판 안테나 장치의 형태를 변형시키는 안테나 전개 제어 장치(350)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 운용을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치가 탑재된 위성을 예시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 형상을 예시한 도면이다.
회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치(10)는 복수의 운용 모드에서 동작할 수 있다. 복수의 운용 모드는 기본 관측을 수행하는 제1 운용 모드, 광역 관측을 수행하는 제2 운용 모드, 고해상도 관측을 수행하는 제3 운용 모드로 동작한다.
운동 모드 간 변형은 전개 확장형 안테나 장치(300)를 고정한 상태에서 회전 가변 이동 급전 장치(200)를 이동시켜 변형한다.
제1 운용 모드에서는 회전 가변 이동 급전 장치(200)가 위성의 진행 방향에 사선으로 선형 운동하면서 관측할 수 있다.
제2 운용 모드에서는 회전 가변 이동 급전 장치(200)가 원형 또는 타원형으로 운동하면서 관측할 수 있다.
제3 운용 모드에서는 회전 가변 이동 급전 장치(200)가 위성의 진행 방향에 수직한 방향으로 상하로 왕복 운동하면서 관측할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 영상 처리 장치의 형상을 예시한 도면이다.
회전 가변 이동 피드 안테나 영상처리장치(100)은 회전 가변 이동 급전 장치(200)를 통해 방사된 전파 신호를 수신하여 영상 해상도를 분석하고 분석된 영상 데이터를 처리하는 영상 해상도 분석 및 처리 장치(110), 영상을 보정하기 위한 안테나 모델 보정 장치(120)를 탑재하고 있으며 분석된 데이터는 데이터 전송 장치(130)로 위성 플랫폼의 중앙 처리 장치로 전송된다.
영상 해상도 분석 및 처리 장치(110)는 다양한 SAR 탑재체 운용 모드에서 획득된 다양한 해상도를 구현하기 위한 영상 해상도 분석을 위한 소프트웨어를 탑재한다.
복합 임무를 수행하는 SAR 탑재체의 경우 복합 임무(운용 모드가 혼합됨)에 맞게 획득된 안테나 영상을 보정하는 소프트웨어가 필수적이다. 안테나 모델 보정 장치(120)은 복합 임무에 대한 영상 보정을 수행하기 위해 SAR 안테나 모델 소프트웨어를 탑재한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 회전 가변 이동 급전 장치의 형상을 예시한 도면이다.
회전 가변 이동 급전 장치(200)는 위성 플랫폼의 송수신장치에서 발생된 전파 신호를 회전용 급전관 장치(220)를 통해 혼안테나 장치(210)으로 수신하는 장치이다. 회전 및 가변 동작을 수행하기 위해 회전 결합기 장치(230)와 구동 장치(240)을 포함한다.
혼안테나 장치(210)은 SAR 영상 데이터와 통신용 데이터를 송수신하는 탑재체로 활용이 가능하다. 특히 통신용의 경우 혼안테나 장치(210)을 특정 주파수에 적합한 혼안테나를 장착하거나 2개(211) 또는 3개(212)를 더 포함할 수 있다.
회전 가변 이동 급전 장치(200)는 위성체의 기동없이 급전 장치의 위치를 선형 이동, 원 또는 타원 회전만을 통해 빔의 이동(조향)이 가능하므로 다양한 운용 모드 구현이 가능하다. SAR 탑재 위성체에서 요구되는 기본 모드(Stripmap)는 급전 위치를 사선 이동시키고, 고해상도 모드(Spotlight)는 급전 위치를 위성 진행 방향에 수직하게 상하로 움직여 운용 가능하다. 광역 관측 모드는 급전 위치를 원/타원 회전 운용하여 구현 가능하다. 회전 가변 이동 급전 장치(200)는 다양한 빔 운용 조합이 가능하여 SAR 탑재 위성체 빔 운용에 자유도를 높일 수 있다.
광역 영상 관측을 위하여 회전 가변 이동 급전 장치(200)의 위치를 가변한다면, 고해상도 모드의 운용을 위해서는 전체 안테나의 대역폭을 결정하는 급전부의 광대역 특성이 필수적이다. 급전부의 핵심 주요 구성품인 X-대역 광대역 혼안테나와 도파관/회전 결합기를 적용하여 고해상도(0.25m급 이하) 영상 획득과 1.5GHz 이상의 대역폭을 만족할 수 있다.
특정 주파수에 적합한 혼안테나(210, 211, 212)를 장착하여 SAR 탑재체로 운용하게 되면 혼안테나로 고해상도(0.25m 이하) 영상 데이터와 광대역(1.5GHz 이상)의 성능을 구현할 수 있으며, 위성체 탑재 중량 관점에서 소형/경량화된 SAR 탑재체 구현이 가능하다.
특정 주파수에 적합한 혼안테나(210, 211, 212)를 장착하여 통신 탑재체로 운용하게 되면 주파수별 특성에 맞게 다양한 통신신호를 한 개의 전개 확장형 안테나 장치를 통해 여러 지역에 송수신 구현이 가능하다.
제1 혼안테나(210), 제2 혼안테나(211), 제3 혼안테나(212)는 복수의 회전용 급전관 장치(220)의 양끝단에 각각 연결된다. 복수의 회전용 급전관 장치(220)는 제2 혼안테나(211)를 공용으로 사용할 수 있다. 복수의 회전용 급전관 장치(220)는 복수의 회전 결합기 장치(230)에 연결된다.
제1 회전용 급전관 장치의 양끝단에 제1 혼안테나 및 제2 혼안테나가 연결되고, 제1 회전용 급전관 장치 및 제2 회전용 급전관 장치가 제1 회전 결합기 장치에 의해 연결되고, 제2 혼안테나는 제1 회전용 급전관 장치 및 제2 회전용 급전관 장치에서 공용으로 사용될 수 있고, 제2 회전용 급전관 장치의 끝단에 제3 혼안테나와 제2 회전 결합기 장치가 연결된다.
제1 혼안테나, 제2 혼안테나, 제3 혼안테나는 제1 회전 결합기에 회전력을 제공하는 제1 구동 장치와 제2 회전 결합기 장치에 회전력을 제공하는 제2 구동 장치를 통해 회전 각도를 변경한다.
회전 가변 이동 급전 장치(200)의 하부 장치인 혼안테나 장치(210), 회전용 급전관 장치(220), 회전결합기 장치(230)은 3D 프린팅 적층 제조 기법으로 구현이 가능하다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 전개 확장형 안테나 장치의 형상을 예시한 도면이다.
전개 확장형 안테나 장치(300)은 회전 가변 이동 급전 장치(200)에서 방사된 전파 신호를 반사하기 위한 반사판 안테나 장치(310)와 위성 발사체에 수납되어 궤도에 진입하기까지 전개 확장형 안테나 장치를 고정하는 안테나 고정 장치(340)과 궤도상에서 반사판 안테나 장치(310)을 정확한 위치에 전개하기 위한 안테나 전개 장치(320), 전개용 붐 장치(330), 안테나를 전개하기 위한 제어 장치인 안테나 전개 제어장치(350)을 포함한다. 반사판 안테나 장치(310)는 통신 및 영상데이터를 송수신하는 반사판 안테나로 SAR 영상과 통신용 안테나로 활용 가능하다.
전개 확장형 안테나 장치(300)은 최소 직경(1m)에서 최대 직경(20m)까지 확장이 가능한 반사판 안테나 장치(310)와 안테나 전개 장치(320)를 포함한다. 반사판 안테나 장치(310)의 반사판은 금속 그물 형태와 복합 소재를 사용한 유연한 반사판 형태로 제작된다. 안테나 전개 장치(320)은 유연한 복합소재를 말아놓은 상태에서 모터로 구동하여 특정 위치까지 전개하도록 제작된다.
안테나 고정 장치(340)은 위성이 발사체에 수납되어 계산된 궤도에 도달할 때까지 반사판 안테나 장치(310)을 고정시켜주는 기능을 포함한다.
전개용 붐 장치(330)은 반사판 안테나 장치(310)과 안테나 전개 장치(320)을 특정 위치에 정확하게 전개하는 장치이며, 각기 다른 직경의 기둥이 수납된 형태에서 모터 구동으로 특정 위치까지 전개하도록 제작된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치의 구동 제어 장치 및 안테나 전개 제어 장치를 예시한 도면이다.
회전 가변 이동 급전 장치(200)의 구동 제어 장치(250) 및 전개 확장형 안테나 장치(300)의 안테나 전개 제어 장치(350)는 적층된 구조로 형성되어 회전 가변 이동 피드 SAE 탑재체 장치에 탑재될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위성용 복합 임무 수행 방법을 예시한 흐름도이다.
위성용 복합 임무 수행 방법은 회전 가변 이동 피드 SAR(Synthetic Aperture Radar) 탑재체 장치 및 위성에 의해 수행될 수 있다.
단계 S10에서는 위성이 지상국으로부터 관측 영역에 관한 명령을 수신하는 단계를 수행할 수 있다. 지상국에서 관측 영역을 지정하여 명령을 송신하면 위성은 명령을 수신한다.
단계 S20에서는 관측 영역으로 위성이 자세 제어하여 기동하는 단계를 수행할 수 있다. 관측 가능한 표적 영역에 도달하기 전까지 위성은 관측을 하기 위한 자세 제어를 통해 위성을 기동한다.
단계 S30에서는 관측 영역에서 복수의 운용 모드에 따라 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 전개 확장형 안테나 장치로 전파 신호를 전송하는 단계를 수행할 수 있다.
단계 S40에서는 전개 확장형 안테나 장치를 통해 전파 신호를 반사시켜 지구 표면으로 조사하는 단계를 수행할 수 있다. 관측 가능한 표적 영역에 도달하면 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 급전부를 원형/타원 또는 사선 이동과 왕복 이동 등을 통해 동작하고 전파 신호를 급전 장치로부터 전개확장형 안테나 반사판에 반사시켜 지상으로 조사한다.
단계 S50에서는 전개 확장형 안테나 장치 및 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 수신하는 단계를 수행할 수 있다. 조사되어 반사된 데이터는 회전 가변 이동 피드 장치를 통해 영상 처리 장치로 전송된다.
단계 S60에서는 영상 처리 장치를 통해 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 SAR 영상 데이터로 변환하는 단계를 수행할 수 있다. 수신된 영상 데이터는 영상 해상도 분석 및 처리 장치를 거쳐 영상 데이터로 변환된다. 이 단계에서 변환된 데이터의 보정이 필요하다고 판단되면 안테나 모델 보정 장치에서 보정 작업을 거친다.
단계 S70에서는 SAR 영상 데이터를 위성의 하향링크를 통해 지상으로 전송하는 단계를 수행할 수 있다. 영상 데이터는 영상 처리 장치의 데이터 전송 장치를 통해 위성 플랫폼의 중앙 처리 장치로 전송되고 플랫폼 하향링크를 통해 지상으로 송신된다.
기존 고정형 옵셋 피드 SAR 위성체는 모드별 관측영역에 대한 영상 데이터를 취득하기 위해 위성이 기동해야 된다. 복합 모드를 수행하기 위해서는 위성이 자세 제어 장치(리액션휠 또는 고속 자이로 모멘텀 장치)를 통해 위성 전체가 기동한 후에 관측 데이터를 취득한다.
이와 달리 본 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치는 관측 영역에서 복합 모드(기본 모드, 광역 관측 모드, 고해상도 모드)를 위성의 기동없이 급전부의 위치를 선형 또는 회전 등을 통해 선택적으로 수행 가능하여, 기존의 방식보다 추가적인 관측 영상 데이터 획득이 가능하다.
본 실시예에 따른 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치는 회전형 가변 이동 급전 장치를 기반으로 빔 조향과 위성의 기동없이 넓은 지역의 영상 추출 성능을 향상시키고, 위성체 기동하였을 때 발생할 수 있는 잡음을 최소화하여 영상을 획득할 수 있다.
위성에 포함된 전자 장치는 적어도 하나의 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장매체 및 통신 버스를 포함한다.
프로세서는 시스템이 동작하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 시스템으로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보는 입출력 인터페이스나 통신 인터페이스를 통해서도 주어질 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램은 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 시스템에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스는 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하여 정보 처리 장치의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
위성에 포함된 전자 장치는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스 및 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스 및 통신 인터페이스는 통신 버스에 연결된다. 입출력 장치는 입출력 인터페이스를 통해 시스템의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다.
각 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
각 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스 또는 서버에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스 또는 서버는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
도 10에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 10에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치
100: 영상 처리 장치
200: 회전 가변 이동 급전 장치
300: 전개 확장형 안테나 장치
100: 영상 처리 장치
200: 회전 가변 이동 급전 장치
300: 전개 확장형 안테나 장치
Claims (14)
- 위성에 탑재되는 회전 가변 이동 피드 SAR(Synthetic Aperture Radar) 탑재체 장치에 있어서,
전파 신호를 반사시켜 지구 표면으로 조사하는 전개 확장형 안테나 장치;
복수의 운용 모드에 따라 상기 전개 확장형 안테나 장치로 상기 전파 신호를 전송하고 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 수신하는 회전 가변 이동 급전 장치; 및
상기 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 SAR 영상 데이터로 변환하고 상기 SAR 영상 데이터를 전송하는 영상 처리 장치를 포함하고,
상기 회전 가변 이동 급전 장치는,
미리 설계된 주파수 범위에서 동작하는 혼 형태의 도파관으로 형성된 혼안테나 장치; 상기 혼안테나 장치에 연결되며 상기 전파 신호를 전달하는 회전용 급전관 장치; 상기 회전용 급전관 장치에 연결되며 회전 가능한 구조로 형성된 회전 결합기 장치; 상기 회전 결합기에 연결되며 상기 회전 결합기에 회전력을 제공하는 구동 장치; 및 상기 구동 장치의 동작을 제어하여 상기 혼안테나 장치의 회전 각도를 변경하는 구동 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전개 확장형 안테나 장치는,
유연 복합 소재를 사용하여 그물 형태로 연결한 반사판으로 상기 반사판의 길이가 확장 가능하도록 구현된 반사판 안테나 장치;
상기 반사판 안테나 장치에 연결되며 제1 구동 모터에 의해 상기 그물 형태로 연결한 반사판을 전개하여 상기 반사판의 길이를 미리 설정된 길이만큼 확장시키는 안테나 전개 장치;
상기 안테나 전개 장치에 연결되며 제2 구동 모터에 의해 복수의 기둥이 수납된 상태에서 미리 정해진 위치까지 늘어나는 전개용 붐 장치;
상기 위성이 특정 궤도에 도달할 때까지 상기 반사판 안테나 장치를 고정시키는 안테나 고정 장치; 및
상기 제1 구동 모터 및 상기 제2 구동 모터의 동작을 제어하여 상기 반사판 안테나 장치의 형태를 변형시키는 안테나 전개 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 혼안테나 장치는 복수이고, 상기 회전용 급전관 장치는 복수이고, 상기 복수의 혼안테나 장치가 상기 복수의 회전용 급전관 장치의 양끝단에 각각 장착되며,
상기 복수의 혼안테나 장치는 상기 SAR 영상 데이터 및 통신용 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 제1항에 있어서,
상기 영상 처리 장치는,
상기 반사된 전파 신호를 수신하여 영상 해상도를 분석하고 상기 SAR 영상 데이터를 생성하는 영상 해상도 분석 및 처리 장치;
상기 복수의 운용 모드에 따라 상기 SAR 영상 데이터를 상이하게 보정하는 안테나 모델 보정 장치; 및
상기 보정한 SAR 영상 데이터를 상기 위성의 중앙 제어 장치로 전송하는 데이터 전송 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 운용 모드는 기본 관측을 수행하는 제1 운용 모드, 광역 관측을 수행하는 제2 운용 모드, 고해상도 관측을 수행하는 제3 운용 모드로 동작하며,
상기 전개 확장형 안테나 장치를 고정한 상태에서 상기 회전 가변 이동 급전 장치를 이동시켜 임무를 수행하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 상기 위성의 진행 방향에 사선으로 선형 운동하면서 관측하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제2 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 원형 또는 타원형으로 운동하면서 관측하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제3 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 상기 위성의 진행 방향에 수직한 방향으로 상하로 왕복 운동하면서 관측하는 것을 특징으로 하는 회전 가변 이동 피드 SAR 탑재체 장치. - 위성에 탑재되는 회전 가변 이동 피드 SAR(Synthetic Aperture Radar) 탑재체 장치를 이용한 위성용 복합 임무 수행 방법에 있어서,
상기 위성이 지상국으로부터 관측 영역에 관한 명령을 수신하는 단계;
상기 관측 영역으로 상기 위성이 자세 제어하여 기동하는 단계;
상기 관측 영역에서 복수의 운용 모드에 따라 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 전개 확장형 안테나 장치로 전파 신호를 전송하는 단계;
상기 전개 확장형 안테나 장치를 통해 상기 전파 신호를 반사시켜 지구 표면으로 조사하는 단계;
상기 전개 확장형 안테나 장치 및 상기 회전 가변 이동 급전 장치를 통해 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 수신하는 단계;
영상 처리 장치를 통해 상기 지구 표면에서 반사된 전파 신호를 SAR 영상 데이터로 변환하는 단계; 및
상기 SAR 영상 데이터를 상기 위성의 하향링크를 통해 지상으로 전송하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 운용 모드는 기본 관측을 수행하는 제1 운용 모드, 광역 관측을 수행하는 제2 운용 모드, 고해상도 관측을 수행하는 제3 운용 모드로 동작하며, 상기 전개 확장형 안테나 장치를 고정한 상태에서 상기 회전 가변 이동 급전 장치를 이동시켜 임무를 수행하는 것을 특징으로 하는 위성용 복합 임무 수행 방법. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 제1 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 상기 위성의 진행 방향에 사선으로 선형 운동하면서 관측하는 것을 특징으로 하는 위성용 복합 임무 수행 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제2 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 원형 또는 타원형으로 운동하면서 관측하는 것을 특징으로 하는 위성용 복합 임무 수행 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제3 운용 모드에서는 상기 회전 가변 이동 급전 장치가 상기 위성의 진행 방향에 수직한 방향으로 상하로 왕복 운동하면서 관측하는 것을 특징으로 하는 위성용 복합 임무 수행 방법.
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