KR102618579B1

KR102618579B1 - Method and system for patrolling Wide-field

Info

Publication number: KR102618579B1
Application number: KR1020210135069A
Authority: KR
Inventors: 조현철
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2023-12-27
Also published as: KR20230052000A

Abstract

본 발명은 우주물체 감시 시스템에 의해 수행되는 우주물체 감시 방법에 있어서, 천구의 항성들 중 육안으로 확인 가능한 항성 후보군들 각각을 촬영부의 중심에 오도록 촬영하여 복수의 촬영 데이터들을 생성하며, 복수의 촬영 데이터들의 촬영한 시점의 시점 데이터들을 생성하는 단계, 생성된 시점 데이터를 이용하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 얼라인먼트 모델에 대한 제1 계수를 산출하는 단계, 제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 얼라인먼트에 대한 제2 계수를 산출하는 단계 및 제1 계수 및 제2 계수를 이용하여 촬영 데이터에서의 우주물체의 정보를 생성하여 우주물체를 감시하는 단계를 포함하는 우주물체 감시 방법을 제안한다.The present invention relates to a space object monitoring method performed by a space object monitoring system, which generates a plurality of photographed data by photographing each of the star candidates that can be seen with the naked eye among the stars in the celestial sphere so that they are located at the center of the imaging section, and generating a plurality of photographed data. A step of generating viewpoint data at the time of shooting, generating a first alignment model using the generated viewpoint data, calculating a first coefficient for the first alignment model, 2 alignment based on the first alignment model A space object comprising generating a model, calculating a second coefficient for the second alignment, and monitoring the space object by generating information about the space object in the imaging data using the first coefficient and the second coefficient. Suggest a monitoring method.

Description

Space object monitoring method and system {Method and system for patrolling Wide-field}

본 발명은 우주물체 감시 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히, 천구의 우주물체, 항성 등을 촬영하는 장치 간에 발생하는 비선형량을 보정하여 우주물체를 감시하는 우주물체 감시 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and device for monitoring space objects, and in particular, to a method and device for monitoring space objects by correcting nonlinear quantities that occur between devices that photograph celestial space objects, stars, etc.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for this embodiment and does not constitute prior art.

우주물체는 인공위성 외에도, 인공위성의 부산물, 자연 우주물체의 파편 등을 포함하며, 앞으로 더 많은 우주물체가 지구 궤도상에 운용될 것으로 예상된다.In addition to artificial satellites, space objects include by-products of artificial satellites and fragments of natural space objects, and it is expected that more space objects will be operated in Earth's orbit in the future.

광학 기반의 우주물체 감시 시스템은 망원경과, 망원경이 장착되는 마운트, 망원경의 촬영 영상을 통해 우주물체 정보를 획득하고, 마운트를 구동하는 제어장치로 구성된다. 광학 기반의 우주물체 감시 시스템은 망원경으로 지정된 방향을 정확히 지향하여 정밀하게 촬영하는 것이 중요하며, 촬영된 영상에서 우주물체의 위치를 정확하게 알지 못하면, 우주물체의 궤도가 부정확하게 산출되어 획득된 정보의 가치가 퇴색되는 문제가 있다.The optical-based space object monitoring system consists of a telescope, a mount on which the telescope is mounted, and a control device that acquires space object information through images taken by the telescope and drives the mount. In an optical-based space object monitoring system, it is important to precisely point the telescope in the designated direction and take precise pictures. If the location of the space object is not accurately known from the captured image, the orbit of the space object may be calculated inaccurately and the acquired information will be lost. There is a problem with the value fading.

또한, 종래에는 청구의 우주물체 및 항성을 촬영하여 그 값을 고각/방위각에 매핑하는 방법을 사용하고 있으며, 맵핑 데이터를 얻기 위해 망원경으로 수 많은 우주물체와 항성을 찾아야 하는 어려움이 있다. 또한, 촬영한 영상에서 항성 정보를 통해 맵핑을 하는 경우에는 맵핑 알고리즘이 수행되는데 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.In addition, conventionally, a method is used to photograph claimed space objects and stars and map the values to elevation/azimuth, but there is the difficulty of having to find numerous space objects and stars with a telescope to obtain mapping data. Additionally, when mapping a captured image using stellar information, there is a problem that it takes a long time for the mapping algorithm to be performed.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 우주물체, 항성 등을 정확하게 촬영함에 따라 우주물체의 궤도 산출 시 궤도 정밀도를 향상시키는 것에 있다.The present invention was created to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to improve orbital accuracy when calculating the orbit of space objects by accurately photographing space objects, stars, etc.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other unspecified objects of the present invention can be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 우주물체 감시 시스템에 의해 수행되는 우주물체 감시 방법에 있어서, 천구의 항성들 중 육안으로 확인 가능한 항성 후보군들 각각을 촬영부의 중심에 오도록 촬영하여 복수의 촬영 데이터들을 생성하며, 상기 복수의 촬영 데이터들의 촬영한 시점의 시점 데이터들을 생성하는 단계; 상기 생성된 시점 데이터를 이용하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 상기 제1 얼라인먼트 모델에 대한 제1 계수를 산출하는 단계; 상기 제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 상기 제2 얼라인먼트에 대한 제2 계수를 산출하는 단계; 및 상기 제1 계수 및 상기 제2 계수를 이용하여 상기 촬영 데이터에서의 우주물체의 정보를 생성하여 상기 우주물체를 감시하는 단계를 포함하는 우주물체 감시 방법을 제안한다.In order to achieve the above-described object, the present invention provides a space object monitoring method performed by a space object monitoring system, in which each of the star candidates that can be seen with the naked eye among the stars in the celestial sphere is photographed so that they are at the center of the imaging unit, thereby generating a plurality of photographed data. generating viewpoint data at a time when the plurality of photographed data were photographed; Generating a first alignment model using the generated viewpoint data and calculating a first coefficient for the first alignment model; Generating a second alignment model based on the first alignment model and calculating a second coefficient for the second alignment; and generating information about the space object from the photographed data using the first coefficient and the second coefficient to monitor the space object.

바람직하게는, 상기 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 계수를 산출하는 단계는, 상기 촬영부의 비선형적인 요소들을 반영하여 상기 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 직교 좌표계를 좌표 변환할 경우 발생하는 오차 요소를 고려하여 상기 제1 계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of generating the first alignment model and calculating the first coefficient includes generating the first alignment model by reflecting non-linear elements of the imaging unit, and generating the first alignment model by reflecting non-linear elements of the imaging unit, and errors occurring when coordinate transformation of the Cartesian coordinate system. The first coefficient is calculated by taking factors into account.

바람직하게는, 상기 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 계수를 산출하는 단계는, 상기 촬영부를 구동하는 구동 장치의 수직 축이 기울어진 정도, 상기 구동 장치의 수평 축과 수직 축이 90°에서 벗어난 정도, 상기 구동 장치의 수평축과 수직 축의 오프셋, 상기 촬영부와 상기 구동 장치의 수평축의 차이, 상기 구동 장치의 기계적인 처짐을 적어도 하나 포함하는 상기 오차 요소를 고려하여 상기 제1 얼라인먼트 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of generating the first alignment model and calculating the first coefficient includes the degree to which the vertical axis of the driving device that drives the imaging unit is tilted, the horizontal axis and the vertical axis of the driving device being at 90°. Generate the first alignment model by considering the error elements including at least one deviation degree, offset of the horizontal axis and vertical axis of the driving device, difference between the horizontal axis of the photographing unit and the driving device, and mechanical deflection of the driving device. It is characterized by:

바람직하게는, 상기 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 계수를 산출하는 단계는, 상기 구동 장치를 동작하는 고각 방향으로의 틀어짐에 따른 오차, 제1 방향에 대한 오차, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차 및 상기 촬영부의 처짐으로 인한 오차를 고려하는 상기 제1 얼라인먼트 모델을 통해 제1 고각 오차를 산출하고, 상기 구동 장치를 동작하는 방위각 방향으로의 틀어짐에 따른 오차, 제1 방향에 대한 오차, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차, 방위각축과 천정 축간의 수직성 오차 및 천정 축과 광축간의 수직성 오차를 고려하는 상기 제1 얼라인먼트 모델을 통해 제1 방위각 오차를 산출하며, 상기 제1 계수는 상기 제1 고각 오차 또는 상기 제1 방위각 오차를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of generating the first alignment model and calculating the first coefficient includes an error due to deviation in the elevation direction in which the driving device operates, an error in the first direction, and perpendicular to the first direction. A first elevation error is calculated through the first alignment model that considers the error in the second direction and the error due to the deflection of the photographing unit, and the error due to the deflection in the azimuth direction in which the driving device operates, the first A first azimuth is determined through the first alignment model that considers the error in direction, the error in the second direction perpendicular to the first direction, the verticality error between the azimuth axis and the zenith axis, and the verticality error between the zenith axis and the optical axis. An error is calculated, and the first coefficient includes the first elevation error or the first azimuth error.

바람직하게는, 상기 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 계수를 산출하는 단계는, 상기 촬영부의 비선형적인 요소들이 반영된 상기 제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 고려하여 상기 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 상기 제2 얼라인먼트 모델을 통해 비선형성을 보상하는 상기 제2 계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of generating the second alignment model and calculating the second coefficient includes considering the Fourier series term for each axis based on the first alignment model in which the non-linear elements of the imaging unit are reflected. 2 An alignment model is generated, and the second coefficient for compensating for non-linearity is calculated through the second alignment model.

바람직하게는, 상기 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 계수를 산출하는 단계는, 상기 구동 장치를 동작하는 고각 엔코더의 오차, 제1 방향에 대한 오차, 제2 방향에 대한 오차 및 상기 구동 장치를 동작하는 고각 엔코더 이심률의 sin, cos 항을 고려하는 상기 제2 얼라인먼트 모델을 통해 제2 고각 오차를 산출하고, 상기 구동 장치를 동작하는 방위각 엔코더의 오차, 제1 방향에 대한 오차, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차 및 상기 구동 장치를 동작하는 방위각 엔코더 이심률의 sin, cos 항을 고려하는 상기 제2 얼라인먼트 모델을 통해 제2 방위각 오차를 산출하며, 상기 제2 계수는 상기 제2 고각 오차 또는 상기 제2 방위각 오차를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of generating the second alignment model and calculating the second coefficient includes the error of the high angle encoder operating the driving device, the error in the first direction, the error in the second direction, and the driving device A second elevation error is calculated through the second alignment model that considers the sin and cos terms of the eccentricity of the elevation encoder operating, the error of the azimuth encoder operating the driving device, the error in the first direction, and the first A second azimuth error is calculated through the second alignment model that considers the error in the second direction perpendicular to the direction and the sin and cos terms of the eccentricity of the azimuth encoder operating the driving device, and the second coefficient is the second alignment model. 2 Characterized in that it includes an elevation error or the second azimuth error.

바람직하게는, 상기 제2 얼라인먼트 모델은, 상기 제2 고각 오차 및 상기 제2 방위각 오차를 이용하여 각 항성의 지향 정밀도를 측정하며, 상기 지향 정밀도가 규격을 만족하지 못한 경우, 상기 고각 축에 대한 푸리에 급수항을 더 고려하여 상기 제2 고각 오차를 산출하고, 상기 방위각 축에 대한 푸리에 급수항을 고려하여 제2 방위각 오차를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the second alignment model measures the orientation precision of each star using the second elevation error and the second azimuth error, and when the orientation precision does not meet the standard, the orientation accuracy for the elevation axis The second elevation error is calculated by further considering the Fourier series term, and the second azimuth error is calculated by considering the Fourier series term for the azimuth axis.

바람직하게는, 상기 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 계수를 산출하는 단계는, 상기 제1 얼라인먼트 모델 생성 후, 상기 시점 데이터들을 복수 개 더 고려하여 상기 제2 계수를 산출하며, 상기 제1 얼라인먼트 모델 및 상기 제2 얼라인먼트 모델은 최소자승법을 사용하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of generating the second alignment model and calculating the second coefficient includes calculating the second coefficient by considering a plurality of additional viewpoint data after generating the first alignment model, and calculating the second coefficient by considering a plurality of additional viewpoint data. The alignment model and the second alignment model are characterized by using the least squares method.

바람직하게는, 상기 제1 얼라인먼트 모델 및 상기 제2 얼라인먼트 모델은, 상기 항성들을 이용하여 고각과 방위각으로 표현되는 시스템 좌표계 및 RA/DEC로 표현되는 천구 좌표계 각각에 대해 생성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first alignment model and the second alignment model are generated for each of a system coordinate system expressed as elevation angle and azimuth and a celestial coordinate system expressed as RA/DEC using the stars.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 천구의 항성들 중 육안으로 확인 가능한 항성 후보군들 각각을 중심에 오도록 촬영하여 복수의 촬영 데이터들을 생성하는 망원경; 상기 망원경에 연결되며, 상기 망원경을 목표하는 방향으로 이동하는 마운트; 및 상기 복수의 촬영 데이터들의 촬영한 시점의 시점 데이터들을 기반으로 제1 얼라인먼트 모델을 생성하여 상기 제1 얼라인먼트 모델에 대한 제1 계수를 산출하고, 상기 제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 추가하여 제2 얼라인먼트 모델을 생성하여 상기 제2 얼라인먼트에 대한 제2 계수를 산출하며, 상기 제1 계수 및 상기 제2 계수를 이용하여 우주물체의 정보를 생성하고, 상기 우주물체의 정보를 기반으로 상기 우주물체를 감시하기 위해 상기 마운트를 제어하는 제어 장치를 포함하는 우주물체 감시 시스템을 제안한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention includes a telescope that generates a plurality of imaging data by imaging each of the star candidates visible to the naked eye among the stars in the celestial sphere so that each is centered; a mount connected to the telescope and moving in a direction targeting the telescope; and generate a first alignment model based on the viewpoint data at the time of capturing the plurality of photographed data to calculate a first coefficient for the first alignment model, and calculate a Fourier coefficient for each axis based on the first alignment model. A second alignment model is created by adding a series term to calculate a second coefficient for the second alignment, and information about the space object is generated using the first coefficient and the second coefficient, and information about the space object is generated. Based on this, we propose a space object monitoring system that includes a control device that controls the mount to monitor the space object.

바람직하게는, 상기 제어 장치는, 상기 망원경을 구동하는 마운트의 수직 축이 기울어진 정도, 상기 마운트의 수평 축과 수직 축이 90°에서 벗어난 정도, 상기 마운트의 수평축과 수직 축의 오프셋, 상기 망원경과 상기 마운트의 수평축의 차이, 상기 마운트의 기계적인 처짐을 적어도 하나 포함하는 오차 요소를 고려하여 상기 제1 얼라인먼트 모델을 생성하고, 상기 제1 얼라인먼트 모델은 상기 구동 장치를 동작하는 고각 방향으로의 틀어짐에 따른 오차, 제1 방향에 대한 오차, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차 및 상기 망원경의 처짐으로 인한 오차를 고려하는 상기 제1 얼라인먼트 모델을 통해 제1 고각 오차를 산출하고, 상기 구동 장치를 동작하는 방위각 방향으로의 틀어짐에 따른 오차, 제1 방향에 대한 오차, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차, 방위각축과 천정 축간의 수직성 오차 및 천정 축과 광축간의 수직성 오차를 고려하는 상기 제1 얼라인먼트 모델을 통해 제1 방위각 오차를 산출하며, 상기 제1 계수는 상기 제1 고각 오차 또는 상기 제1 방위각 오차를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the control device, the degree to which the vertical axis of the mount that drives the telescope is tilted, the degree to which the horizontal and vertical axes of the mount deviate from 90°, the offset of the horizontal and vertical axes of the mount, the telescope and The first alignment model is generated by taking into account error factors including at least one difference in the horizontal axis of the mount and mechanical deflection of the mount, and the first alignment model is based on the distortion in the elevation direction in which the driving device is operated. A first elevation error is calculated through the first alignment model that considers the error according to the first direction, the error in the second direction perpendicular to the first direction, and the error due to deflection of the telescope, Error due to deviation in the azimuth direction in which the driving device operates, error in the first direction, error in the second direction perpendicular to the first direction, verticality error between the azimuth axis and the zenith axis, and error between the zenith axis and the optical axis. A first azimuth error is calculated through the first alignment model that considers the verticality error, and the first coefficient includes the first elevation error or the first azimuth error.

바람직하게는, 상기 제어 장치는, 상기 망원경의 비선형적인 요소들이 반영된 상기 제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 고려하여 상기 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 상기 제2 얼라인먼트 모델을 통해 비선형성을 보상하는 상기 제2 계수를 산출하며, 상기 제2 얼라인먼트 모델은 상기 마운트를 동작하는 고각 엔코더의 오차, 제1 방향에 대한 오차, 제2 방향에 대한 오차 및 상기 마운트를 동작하는 고각 엔코더 이심률의 sin, cos 항을 고려하는 상기 제2 얼라인먼트 모델을 통해 제2 고각 오차를 산출하고, 상기 마운트를 동작하는 방위각 엔코더의 오차, 제1 방향에 대한 오차, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차 및 상기 마운트를 동작하는 방위각 엔코더 이심률의 sin, cos 항을 고려하는 상기 제2 얼라인먼트 모델을 통해 제2 방위각 오차를 산출하며, 상기 제2 계수는 상기 제2 고각 오차 또는 상기 제2 방위각 오차를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the control device generates the second alignment model by considering Fourier series terms for each axis based on the first alignment model in which non-linear elements of the telescope are reflected, and generates the second alignment model The second coefficient for compensating for nonlinearity is calculated through, and the second alignment model includes the error of the elevation angle encoder operating the mount, the error in the first direction, the error in the second direction, and the elevation angle operating the mount. A second elevation error is calculated through the second alignment model that considers the sin and cos terms of the encoder eccentricity, the error of the azimuth encoder operating the mount, the error with respect to the first direction, and the second alignment error perpendicular to the first direction. A second azimuth error is calculated through the second alignment model that considers the error in two directions and the sin and cos terms of the eccentricity of the azimuth encoder operating the mount, and the second coefficient is the second elevation error or the first 2 Characterized by including azimuth error.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명은 우주물체, 항성 등을 정확하게 촬영할 수 있도록 하며, 정확하게 촬영함에 따라 우주물체의 궤도 산출 시 궤도 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, the present invention enables accurate imaging of space objects, stars, etc., and has the effect of improving orbital accuracy when calculating the orbit of a space object by accurately imaging.

또한, 본 발명은 항성이 위치하는 천구 좌표계를 기준으로 지향이 가능한 효과가 있다.Additionally, the present invention has the effect of enabling orientation based on the celestial coordinate system where the stars are located.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 우주물체 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 우주물체 감시 시스템의 항성 촬영을 나타내는 예시도이다.
도 3은 우주물체 감시 시스템의 제어 장치가 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 기기를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 얼라인먼트 모델에서의 오차를 확인하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 정렬 전 항성의 고각, 방위각 오차를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 얼라인먼트 모델을 도식화한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 정렬 후 항성의 고각, 방위각 오차를 나타내는 그래프이다.1 is a flowchart showing a method for monitoring space objects according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary diagram showing star imaging by a space object monitoring system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a computing environment including a computing device suitable for use in embodiments of the control device of the space object monitoring system.
Figure 4 is a diagram for checking the error in the second alignment model according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing elevation and azimuth errors of stars before coordinate alignment according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph illustrating a second alignment model according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing elevation and azimuth errors of stars after coordinate alignment according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely intended to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. The singular terms include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms containing ordinal numbers, such as second, first, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

본 발명은 우주물체 감시 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for monitoring space objects.

최근 스페이스 X(Space Exploration Technologies Corporation)는 스타링크 프로젝트를 통해 수 천대의 인공위성을 지구 궤도에 쏘았으며, 미국을 포함한 여러나라에서 수 만개의 인공위성을 운영하고 있다. 우주물체는 이러한 인공위성들 외에도 인공위성의 부산물, 자연 우주물체의 파편 등을 포함하며, 앞으로는 현재보다 더 많은 우주물체가 지구 궤도상에 운용될 것으로 예상된다. 우주물체가 증가함에 따라 인류는 우주물체의 충돌, 추락 등에 의한 위험에 노출된다. Recently, Space In addition to these artificial satellites, space objects include by-products of artificial satellites and fragments of natural space objects, and in the future, it is expected that more space objects will be operated in Earth's orbit than currently. As the number of space objects increases, humanity is exposed to risks from collisions and falls of space objects.

스타링크(Starlink)와 원웹(OneWeb) 간 충돌 위험이 있었으며, 로켓 잔해물이 지구에 추락하는 위험이 있었으며, 이러한 위험에 대응하기 위해 우주물체의 정보 획득이 절실하다. There was a risk of collision between Starlink and OneWeb, and there was a risk of rocket debris crashing to Earth, and obtaining information about space objects was urgently needed to respond to these risks.

전 세계적으로 우주물체 정보 획득을 위해 많은 연구들이 수행되고 있다. 미국은 DARPA SST, MSSS 등의 광학기반 시스템과 Haystack 전파망원경 등의 레이더 시스템을 활용하여 우주물체 관련 정보를 획득한다. 유럽은 OGS, 일본은 BSGC 등의 광학기반 시스템을 활용하여 연구를 수행하고 있으며, 국내에서도 OWL 등의 시스템을 기반으로 연구에 참여하고 있다.Many studies are being conducted around the world to obtain information on space objects. The United States acquires information related to space objects by utilizing optical-based systems such as DARPA SST and MSSS and radar systems such as the Haystack radio telescope. In Europe, research is being conducted using optical-based systems such as OGS and in Japan, BSGC, and in Korea, researchers are also participating in research based on systems such as OWL.

각 국에서 구축한 우주물체 감시시스템은 인공위성을 포함한 지구 궤도상에 존재하는 우주물체를 탐지, 추적하여 해당하는 우주물체의 궤도, 분광 등의 정보를 확보하는 역할을 하며, 이렇게 획득된 정보를 바탕으로 우주물체의 추락, 충돌 등의 이상 징후를 감지하여 우주위험에 대응할 수 있다.The space object monitoring system established by each country detects and tracks space objects that exist in Earth's orbit, including artificial satellites, and secures information such as the orbit and spectra of the corresponding space object. Based on the information obtained in this way, It is possible to respond to space risks by detecting abnormal signs such as falls or collisions of space objects.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 우주물체 감시 시스템(1)은 우주물체 감시, 천체 관측 등에 이용될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. According to an embodiment of the present invention, the space object monitoring system 1 can be used for space object monitoring, astronomical observation, etc., but is not necessarily limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 우주물체 감시 방법을 나타내는 흐름도이다. 우주물체 감시 방법은 우주물체 감시 시스템에 의하여 수행될 수 있다.1 is a flowchart showing a method for monitoring space objects according to an embodiment of the present invention. The space object monitoring method may be performed by a space object monitoring system.

우주물체 감시 방법은 천구의 항성들 중 육안으로 확인 가능한 항성 후보군들 각각을 촬영부의 중심에 오도록 촬영하여 복수의 촬영 데이터들을 생성하며, 복수의 촬영 데이터들의 촬영한 시점의 시점 데이터들을 생성하는 단계(S110), 생성된 시점 데이터를 이용하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 얼라인먼트 모델에 대한 제1 계수를 산출하는 단계(S120), 제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 추가하여 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 얼라인먼트에 대한 제2 계수를 산출하는 단계(S130); 및 제1 계수 및 제2 계수를 이용하여 상기 데이터에서의 우주물체의 정보를 생성하여 우주물체를 감시하는 단계(S140)를 포함한다.The space object monitoring method generates a plurality of photographed data by photographing each of the star candidates that can be confirmed with the naked eye among the stars in the celestial sphere so that they are located at the center of the imaging unit, and generating viewpoint data at the time of capturing the plurality of photographed data (S110) ), generating a first alignment model using the generated time point data, calculating the first coefficient for the first alignment model (S120), adding Fourier series terms for each axis based on the first alignment model generating a second alignment model and calculating a second coefficient for the second alignment (S130); and a step of monitoring the space object by generating information about the space object from the data using the first coefficient and the second coefficient (S140).

생성된 시점 데이터를 이용하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 얼라인먼트 모델에 대한 제1 계수를 산출하는 단계(S120)는 촬영부의 비선형적인 요소들을 반영하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 직교 좌표계를 좌표 변환할 경우 발생하는 오차 요소를 고려하여 상기 제1 계수를 산출할 수 있다.A first alignment model is generated using the generated viewpoint data, and the step of calculating the first coefficient for the first alignment model (S120) generates a first alignment model by reflecting the non-linear elements of the imaging unit, and is performed using a Cartesian coordinate system. The first coefficient can be calculated by considering error elements that occur when coordinate transformation.

생성된 시점 데이터를 이용하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 얼라인먼트 모델에 대한 제1 계수를 산출하는 단계(S120)는 촬영부를 구동하는 구동 장치의 수직 축이 기울어진 정도, 구동 장치의 수평 축과 수직 축이 90°에서 벗어난 정도, 구동 장치의 수평축과 수직 축의 오프셋, 촬영부와 구동 장치의 수평축의 차이, 구동 장치의 기계적인 처짐을 적어도 하나 포함하는 오차 요소를 고려하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성할 수 있다.A first alignment model is created using the generated viewpoint data, and the step of calculating the first coefficient for the first alignment model (S120) includes the degree to which the vertical axis of the driving device that drives the imaging unit is tilted and the horizontality of the driving device. A first alignment model considering at least one error element including the degree to which the axis and the vertical axis deviate from 90°, the offset of the horizontal and vertical axes of the driving device, the difference between the horizontal axes of the imaging unit and the driving device, and the mechanical deflection of the driving device. can be created.

생성된 시점 데이터를 이용하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제1 얼라인먼트 모델에 대한 제1 계수를 산출하는 단계(S120)는 구동 장치를 동작하는 고각 방향으로의 틀어짐에 따른 오차, 제1 방향에 대한 오차, 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차 및 촬영부의 처짐으로 인한 오차를 고려하는 제1 얼라인먼트 모델을 통해 제1 고각 오차를 산출하고, 구동 장치를 동작하는 방위각 방향으로의 틀어짐에 따른 오차, 제1 방향에 대한 오차, 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차, 방위각축과 천정 축간의 수직성 오차 및 천정 축과 광축간의 수직성 오차를 고려하는 제1 얼라인먼트 모델을 통해 제1 방위각 오차를 산출할 수 있다. 이때, 제1 계수는 제1 고각 오차 또는 제1 방위각 오차를 포함할 수 있다.A first alignment model is generated using the generated viewpoint data, and the step of calculating the first coefficient for the first alignment model (S120) includes the error due to the deviation in the elevation direction in which the driving device is operated, and the error in the first direction. The first elevation error is calculated through a first alignment model that considers the error in the second direction perpendicular to the first direction and the error due to the deflection of the imaging unit, and the deflection in the azimuth direction in which the driving device operates is calculated. Through a first alignment model that considers the error along the first direction, the error in the second direction perpendicular to the first direction, the verticality error between the azimuth axis and the zenith axis, and the verticality error between the zenith axis and the optical axis. The first azimuth error can be calculated. At this time, the first coefficient may include a first elevation error or a first azimuth error.

제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 추가하여 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 얼라인먼트에 대한 제2 계수를 산출하는 단계(S130)는 촬영부의 비선형적인 요소들이 반영된 제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 고려하여 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 얼라인먼트 모델을 통해 비선형성을 보상하는 제2 계수를 산출할 수 있다.Based on the first alignment model, a second alignment model is created by adding Fourier series terms for each axis, and the step of calculating the second coefficient for the second alignment (S130) is the first alignment model in which the non-linear elements of the imaging unit are reflected. Based on the alignment model, a second alignment model is created by considering the Fourier series term for each axis, and a second coefficient that compensates for nonlinearity can be calculated through the second alignment model.

제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 추가하여 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 얼라인먼트에 대한 제2 계수를 산출하는 단계(S130)는 구동 장치를 동작하는 고각 엔코더의 오차, 제1 방향에 대한 오차, 제2 방향에 대한 오차 및 구동 장치를 동작하는 고각 엔코더 이심률의 sin, cos 항을 고려하는 제2 얼라인먼트 모델을 통해 제2 고각 오차를 산출하고, 구동 장치를 동작하는 방위각 엔코더의 오차, 제1 방향에 대한 오차, 제1 방향과 수직한 제2 방향에 대한 오차 및 구동 장치를 동작하는 방위각 엔코더 이심률의 sin, cos 항을 고려하는 제2 얼라인먼트 모델을 통해 제2 방위각 오차를 산출할 수 있다. 이때, 제2 계수는 제2 고각 오차 또는 제2 방위각 오차를 포함할 수 있다.Based on the first alignment model, a second alignment model is created by adding Fourier series terms for each axis, and the step of calculating the second coefficient for the second alignment (S130) is the error of the high angle encoder operating the driving device. , the second elevation error is calculated through a second alignment model that considers the error in the first direction, the error in the second direction, and the sin and cos terms of the eccentricity of the high angle encoder operating the driving device, and operating the driving device. A second azimuth is obtained through a second alignment model that considers the error of the azimuth encoder, the error in the first direction, the error in the second direction perpendicular to the first direction, and the sin and cos terms of the eccentricity of the azimuth encoder operating the drive device. Error can be calculated. At this time, the second coefficient may include a second elevation error or a second azimuth error.

제2 얼라인먼트 모델은 제2 고각 오차 및 제2 방위각 오차를 이용하여 각 항성의 지향 정밀도를 측정하며, 지향 정밀도가 규격을 만족하지 못한 경우, 고각 축에 대한 푸리에 급수항을 더 고려하여 상기 제2 고각 오차를 산출하고, 방위각 축에 대한 푸리에 급수항을 고려하여 제2 방위각 오차를 산출할 수 있다.The second alignment model measures the orientation accuracy of each star using the second elevation error and the second azimuth error, and if the orientation precision does not meet the standard, the second alignment model further considers the Fourier series term for the elevation axis. The elevation error can be calculated, and the second azimuth error can be calculated by considering the Fourier series term for the azimuth axis.

제1 얼라인먼트 모델을 기반으로 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 추가하여 제2 얼라인먼트 모델을 생성하며, 제2 얼라인먼트에 대한 제2 계수를 산출하는 단계(S130)는 제2 얼라인먼트 모델은 제1 얼라인먼트 모델 생성 후, 시점 데이터들을 복수 개 더 고려하여 제2 계수를 산출할 수 있다.Based on the first alignment model, a second alignment model is created by adding Fourier series terms for each axis, and in the step of calculating the second coefficient for the second alignment (S130), the second alignment model is the first alignment model. After generation, the second coefficient can be calculated by considering a plurality of additional viewpoint data.

제1 얼라인먼트 모델 및 제2 얼라인먼트 모델은 최소자승법을 사용할 수 있다.The first alignment model and the second alignment model may use the least squares method.

제1 얼라인먼트 모델 및 제2 얼라인먼트 모델은 항성들을 이용하여 고각과 방위각으로 표현되는 시스템 좌표계 및 RA/DEC로 표현되는 천구 좌표계 각각에 대해 생성될 수 있다.The first alignment model and the second alignment model can be created for each of the system coordinate system expressed in elevation and azimuth angles and the celestial coordinate system expressed in RA/DEC using stars.

도 1에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 개재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 1에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In Figure 1, it is shown that each process is executed sequentially, but this is only an illustrative explanation, and those skilled in the art can change the order shown in Figure 1 and execute it without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Alternatively, it may be applied through various modifications and modifications, such as executing one or more processes in parallel or adding other processes.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 우주물체 감시 시스템의 항성 촬영을 나타내는 예시도이다.Figure 2 is an exemplary diagram showing star imaging by a space object monitoring system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 우주물체 감시 시스템(1)은 제어 장치(10), 촬영부(20) 및 구동 장치(30)를 포함한다. 우주물체 감시 시스템(1)은 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the space object monitoring system 1 includes a control device 10, an imaging unit 20, and a driving device 30. The space object monitoring system 1 may omit some of the various components exemplarily shown in FIG. 1 or may additionally include other components.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 촬영부(20)는 망원경으로 구현될 수 있으며, 구동 장치(20)는 마운트로 구현될 수 있다. 이하에서는 촬영부는 망원경으로, 구동 장치는 마운트로 지시한다.According to one embodiment of the present invention, the imaging unit 20 may be implemented as a telescope, and the driving device 20 may be implemented as a mount. Hereinafter, the imaging unit is referred to as a telescope, and the driving device is referred to as a mount.

우주물체 감시 시스템(1)은 망원경(20)으로 지정된 방향을 정확히 지향하여 정밀하게 촬영하는 것이 중요하다. 촬영된 영상에서 우주물체의 위치를 정확하게 알지 못하면, 우주물체의 궤도가 부정확하게 산출되어 획득된 정보의 가치가 퇴색된다. 하지만, 망원경(20)이 지향하는 천구와 이를 촬영하는 전하결합소자(CCD, Charge Coupled Device) 간에는 대기의 산란, 망원경 등의 기계적인 처짐 등에 의해 비선형적인 관계가 존재하며, 우주물체 감시 시스템(1)의 좌표계 얼라인먼트 방법을 통해 이를 해결할 수 있다.It is important for the space object monitoring system (1) to precisely aim the telescope (20) in a designated direction and take precise images. If the location of a space object is not accurately known from the captured image, the orbit of the space object is calculated inaccurately and the value of the acquired information is diminished. However, there is a non-linear relationship between the celestial sphere aimed at by the telescope 20 and the charge coupled device (CCD) that photographs it due to atmospheric scattering, mechanical deflection of the telescope, etc., and the space object monitoring system (1) ) This can be solved through the coordinate system alignment method.

제어 장치(10)는 망원경(20)의 촬영 영상을 데이터화하여 우주물체 정보를 포함하는 촬영 데이터를 획득하고, 마운트(30)를 구동할 수 있다.The control device 10 converts the captured image of the telescope 20 into data, obtains captured data including space object information, and drives the mount 30.

제어 장치(10)는 망원경(20)이 지정된 방향을 정확히 지향하여 우주물체를 정밀하게 촬영하도록 망원경(20)을 통해 획득한 촬영 데이터와, 마운트(30)가 구동한 정도 등을 기반으로 우주물체의 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 우주물체의 정보는 우주물체의 정확한 위치를 나타내는 정보일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The control device 10 controls the space object based on the shooting data acquired through the telescope 20 and the degree to which the mount 30 is driven so that the telescope 20 is accurately oriented in the specified direction and the space object is precisely photographed. information can be generated. Here, the information on the space object may be information indicating the exact location of the space object, but is not necessarily limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 장치(10)는 망원경(20) 또는 마운트(30)와 통신을 수행하도록 망원경(20) 또는 마운트(30)의 내에 내장되어있을 수 있으며, 또는 망원경(20) 또는 마운트(30)의 외에 구비될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the control device 10 may be built into the telescope 20 or the mount 30 to communicate with the telescope 20 or the mount 30, or the telescope 20 ) or may be provided in addition to the mount 30.

망원경(20)은 우주물체를 촬영할 수 있다.The telescope 20 can photograph space objects.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 망원경(20)은 전하결합소자(CCD, Charge Coupled Device)로 구현될 수 있다. 전하결합소자는 빛을 전하로 변환시켜 화상을 얻어내는 센서를 나타낸다.According to one embodiment of the present invention, the telescope 20 may be implemented as a charge coupled device (CCD). A charge-coupled device refers to a sensor that converts light into electric charges and obtains an image.

망원경(20)는 지구 어딘가에서 항성이나 인공위성 등 우주를 촬영할 수 있으며, 이를 위해 RA/Dec 로 표기되는 천구 좌표계를 기준으로 우주물체의 위치를 확인한 후, 촬영을 수행할 수 있다. 여기서, RA/Dec 로 표기되는 천구 좌표계는 적도좌표에서 춘분점을 지나는 시간권과 천체를 지나는 시간권이 이루는 각을 나타내는 적경(Right ascension)과 시간권을 따라 천구의 적도면에서 천체까지의 각을 나타내는 적위(declination)로 표기될 수 있다.The telescope 20 can take pictures of the universe, such as stars or artificial satellites, from somewhere on the Earth. To this end, the position of the space object can be confirmed based on the celestial coordinate system expressed as RA/Dec, and then the picture can be performed. Here, the celestial coordinate system, expressed as RA/Dec, is right ascension, which represents the angle formed by the time zone passing through the vernal equinox and the celestial body in equatorial coordinates, and declination, which represents the angle from the celestial equator plane to the celestial body along the time zone. It can be expressed as (declination).

도 2를 참고하면, 지상의 망원경(20)의 위치는 고각과 방위각으로 구성되는 시스템 좌표계를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 2, the position of the telescope 20 on the ground can use a system coordinate system consisting of elevation angle and azimuth angle.

시스템 좌표계와 천구 좌표계 간의 상관관계를 알 수 있는 경우, 지상에서 우주물체를 정확히 촬영하여 우주물체의 궤도를 산출할 수 있다.If the correlation between the system coordinate system and the celestial coordinate system is known, the orbit of the space object can be calculated by accurately photographing the space object from the ground.

마운트(30)는 망원경(20)이 장착되며, 특정 위치를 지향하도록 구동할 수 있다. 구체적으로, 마운트(30)는 망원경(20)의 하단에서 연결되며, 망원경(20)이 특정 위치를 지향하도록 움직일 수 있다.The mount 30 is equipped with a telescope 20 and can be driven to aim at a specific location. Specifically, the mount 30 is connected to the bottom of the telescope 20 and can move the telescope 20 to aim at a specific position.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 망원경(20)은 고각과 방위각이 구동하는 Alt-az(Altazimuth mount) 형태의 마운트에 장착된다. Alt-az(Altazimuth mount) 형태의 마운트(30)는 상하좌우 방향으로 망원경(20)을 움직일 수 있는 형태로 도 2와 같이 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the telescope 20 is mounted on an Alt-az (Altazimuth mount) type mount in which elevation and azimuth angles are driven. The mount 30 in the form of Alt-az (Altazimuth mount) can be implemented as shown in FIG. 2 in a form that can move the telescope 20 in the up, down, left, and right directions, but is not necessarily limited thereto.

우주물체 감시 시스템(1)은 망원경(20)이 정확한 위치를 촬영할 수 있도록 좌표계 얼라인먼트 방법을 제안한다. The space object monitoring system 1 proposes a coordinate system alignment method so that the telescope 20 can capture an accurate location.

이하에서는 천구 좌표계와 시스템 좌표계의 관계 및 좌표계 얼라인먼트 모델에 대해 설명한다. Below, the relationship between the celestial coordinate system and the system coordinate system and the coordinate system alignment model are explained.

우주물체 감시 시스템(1)은 시스템 좌표계와 천구 좌표계를 육안으로도 확인 가능한 항성들을 이용해 각 좌표계의 얼라인먼트 1차 모델을 완성하여 제1 얼라인먼트 모델을 생성한다. 이후, 우주물체 감시 시스템(1)은 복수의 항성을 촬영하여 데이터를 수집하며, 제안한 2차 얼라인먼트 모델을 완성하여 제2 얼라인먼트 모델을 생성하고, 망원경(20)이 항시 지정된 방향을 정확히 지향하도록 조정할 수 있다.The space object monitoring system 1 creates a first alignment model by completing the first alignment model of each coordinate system using stars that can be seen with the naked eye in the system coordinate system and the celestial coordinate system. Afterwards, the space object monitoring system 1 collects data by photographing a plurality of stars, creates a second alignment model by completing the proposed secondary alignment model, and adjusts the telescope 20 so that it is always accurately oriented in the specified direction. You can.

제어 장치(10)는 광학 기반의 우주물체 감시 시스템(1)에서, 우주물체, 항성 등을 정확하게 촬영하기 위한 좌표계 얼라인먼트 방법을 수행할 수 있다.The control device 10 can perform a coordinate system alignment method to accurately photograph space objects, stars, etc. in the optical-based space object monitoring system 1.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 항성은 베가, 알데바란, 시리우스 등을 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, stars may include Vega, Aldebaran, Sirius, etc., but are not necessarily limited thereto.

구체적으로, 제어 장치(10)는 마운트(30)의 고각, 방위각을 구동하여 망원경(20)이 지향하고자 하는 위치를 지향할 수 있어야 하고, 지구 자전의 반대방향으로 자전을 보상하기 위한 구동이 가능하도록 제어할 수 있다.Specifically, the control device 10 must be able to direct the telescope 20 to the desired position by driving the elevation and azimuth angles of the mount 30, and can be driven to compensate for rotation in the opposite direction of the Earth's rotation. You can control it to do so.

우주물체 감시 시스템(1)은 망원경(20)으로 지정된 방향을 정확히 지향하여 정밀하게 촬영하는 것이 중요하다. 촬영된 영상에서 우주물체의 위치를 정확하게 알지 못하면, 우주물체의 궤도가 부정확하게 산출되어 획득된 정보의 가치가 퇴색될 수 있다. 이에, 우주물체 감시 시스템(1)은 망원경(20)이 지향하는 천구와 이를 촬영하는 망원경(20)간의 대기의 산란, 망원경 등의 기계적인 처짐 등에 의해 존재하는 비선형적인 관계를 해결할 수 있다.It is important for the space object monitoring system (1) to precisely aim the telescope (20) in a designated direction and take precise images. If the location of a space object is not accurately known from the captured image, the orbit of the space object may be calculated inaccurately, thereby diminishing the value of the acquired information. Accordingly, the space object monitoring system 1 can resolve the non-linear relationship between the celestial sphere toward which the telescope 20 points and the telescope 20 that photographs it, which exists due to atmospheric scattering, mechanical deflection of the telescope, etc.

우주물체 감시 시스템(1)은 시스템과 좌표계 얼라인먼트를 위한 항성 데이터를 수집할 수 있다. 우주물체 감시 시스템(1)은 준비가 완료되면 육안으로 확인 가능한 항성을 망원경(20)의 중심에 오도록 촬영하고, 제어 장치(20)를 통해 촬영시점의 고각, 방위각 정보와 RA/DEC로 표현되는 항성 정보를 포함하는 시점 데이터들을 제1 얼라인먼트 모델에 대입하여 계수를 산출할 수 있다. 이때, 각 계수 산출에는 최소자증법이 활용될 수 있다.The space object monitoring system (1) can collect stellar data for system and coordinate system alignment. When preparations are completed, the space object monitoring system (1) photographs a star that can be seen with the naked eye so that it is at the center of the telescope (20), and uses the control device (20) to obtain elevation and azimuth information at the time of photographing and information expressed in RA/DEC. The coefficients can be calculated by substituting viewpoint data including star information into the first alignment model. At this time, the minimum number of digits method can be used to calculate each coefficient.

제어 장치(10)는 제1 얼라인먼트 모델이 생성되면, 더 많은 항성에 대해 제1 얼라인먼트 모델을 생성한 방법으로 데이터를 수집한다. 이 때, 항성 선별의 조건은 전체 천구에 고르게 퍼져야 하는 것과 영상으로 촬영할 때, 화면 내에서 구분 가능해야 한다. Once the first alignment model is created, the control device 10 collects data for more stars by using the method of generating the first alignment model. At this time, the conditions for selecting stars are that they must be evenly spread over the entire celestial sphere and that they must be distinguishable within the screen when shooting as an image.

제어 장치(10)는 제2 얼라인먼트 모델의 각 계수도 최소자승법을 활용하여 산출한다. 제어 장치(10)는 제2 얼라인먼트 모델이 생성되면 이를 바탕으로 좌표 변환을 하여 각 항성의 지향 정밀도를 측정하며, 지향 정밀도가 규격을 만족시키지 못할 경우 푸리에 급수 항을 추가하여 정밀도를 향상시킬 수 있다.The control device 10 also calculates each coefficient of the second alignment model using the least squares method. When the second alignment model is created, the control device 10 measures the orientation precision of each star by performing coordinate transformation based on it. If the orientation precision does not meet the standard, the precision can be improved by adding a Fourier series term. .

이하에서는 제1 얼라인먼트 모델 및 제2 얼라인먼트 모델에 대해 자세히 설명한다. 여기서, 제1 얼라인먼트 모델 및 제2 얼라인먼트 모델의 생성 및 이에 따른 계수 산출은 제어 장치(10)에서 이루어질 수 있다.Below, the first alignment model and the second alignment model will be described in detail. Here, creation of the first alignment model and the second alignment model and calculation of coefficients accordingly may be performed in the control device 10.

수학식 1은 제1 얼라인먼트 모델을 나타낸다.Equation 1 represents the first alignment model.

천구상의 물체에 대해 망원경 좌표계로 변환하는 모델을 만들기 위해서는 6 개 항성을 촬영하여 제1 얼라인먼트 모델에 대한 좌표계 얼라인먼트를 수행하며, 이때 제1 얼라인먼트 모델이 완성되면 다른 항성을 쉽게 촬영할 수 있다.In order to create a model that converts an object on the celestial sphere into a telescope coordinate system, six stars are photographed and coordinate system alignment for the first alignment model is performed. At this time, once the first alignment model is completed, other stars can be easily photographed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 얼라인먼트 모델을 완성하기 위한 항성 후보군은 육안으로도 알 수 있는 폴라리스, 베가, 알데바란 등의 항성을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the star candidates for completing the first alignment model may include stars that can be seen with the naked eye, such as Polaris, Vega, and Aldebaran, but are not necessarily limited thereto.

제1 얼라인먼트 모델은 고각, 방위각에 대한 1 차 모델로서, 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The first alignment model is a first-order model for elevation and azimuth, and can be expressed as Equation 1.

상술한 수학식 1에서, 은 고각의 오차량을 나타내고, 는 방위각의 오차량을 나타낸다. 여기서, 은 고각의 오차량이며 고각 보정값일 수 있으며, 는 방위각의 오차량이며 방위각의 보정값일 수 있다.In Equation 1 above, represents the error amount of elevation angle, represents the amount of error in azimuth. here, is the elevation error amount and may be the elevation angle correction value, is the error amount of the azimuth and may be a correction value of the azimuth.

또한, L_OFF는 고각 엔코더의 오차를 나타내고, C_N은 북쪽에 대한 오차를 나타내며, C_E는 동쪽에 대한 오차를 나타내고, C_ME는 망원경의 처짐으로 인한 오차를 나타낸다. Z_OFF는 방위각 엔코더의 오차를 나타내고, C_PZ는 방위각축과 천정 축간의 수직성 오차를 나타내며, C_PA는 천정 축과 광축간의 수직성 오차를 나타낸다. 또한, θ는 고각을 나타내고, 는 방위각을 나타낸다.Additionally, L _OFF represents the error of the elevation encoder, C _N represents the error toward the north, C _E represents the error toward the east, and C _ME represents the error due to the deflection of the telescope. Z _OFF represents the error of the azimuth encoder, C _PZ represents the verticality error between the azimuth axis and the zenith axis, and C _PA represents the verticality error between the zenith axis and the optical axis. Additionally, θ represents the elevation angle, represents the azimuth angle.

이때, 제1 얼라인먼트 모델은 직교 좌표계를 좌표변환 할 때 발생할 수 있는 오차 요소를 모두 고려할 수 있다.At this time, the first alignment model can take into account all error elements that may occur when converting coordinates to an orthogonal coordinate system.

오차 요소는 고각의 오차량을 구하는 경우, L_OFF (고각 방향으로 틀어짐), C_N (북쪽에 대한 기울기), C_E (동쪽에 대한 기울기), C_ME(망원경의 처짐)을 적어도 하나 포함할 수 있다.When calculating the error amount of the elevation angle, the error element must include at least one of L _OFF (offset in the elevation direction), C _N (tilt toward the north), C _E (tilt toward the east), and C _ME (telescope deflection). You can.

또한, 오차 요소는 방위각의 오차량을 구하는 경우, Z_OFF(방위각 방향으로 틀어짐), C_N (북쪽에 대한 기울기), C_E (동쪽에 대한 기울기), C_PZ (방위각 축과 천정축간의 수직성 오차), C_PA (천정축과 광축간의 수직성 오차)를 적어도 하나 포함할 수 있다.In addition, when calculating the azimuth error amount, the error elements are Z _OFF (off in the azimuth direction), C _N (tilt to the north), C _E (tilt to the east), C _PZ (vertical between the azimuth axis and the zenith axis) It may include at least one verticality error), C _PA (verticality error between the zenith axis and the optical axis).

강체이면서 균일한 회전을 하는 모델에서 발생할 수 있는 오차 요소는 수직 축이 기울어진 정도 2개 요소와 수평 축과 수직 축이 90°에서 벗어난 정도 1개 요소, 수평축과 수직 축의 오프셋 2개 요소 그리고 망원경(20)과 수평축의 차이 1개 요소로 총 6개의 오차요소가 존재하며, 기계적인 처짐까지 총 7개의 파라미터가 필요할 수 있다. 여기서, 강체이면서 균일한 회전을 하는 모델은 망원경(20)에 부착되어 망원경(20)을 구동하는 마운트(30)일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The error elements that can occur in a model that is rigid and rotates uniformly are two elements in the degree to which the vertical axis is tilted, one element in the degree to which the horizontal and vertical axes deviate from 90°, two elements in the offset of the horizontal and vertical axes, and the telescope. There are a total of 6 error elements with one element difference between (20) and the horizontal axis, and a total of 7 parameters, including mechanical deflection, may be required. Here, the model that is rigid and rotates uniformly may be the mount 30 that is attached to the telescope 20 and drives the telescope 20, but is not necessarily limited thereto.

고각, 방위각은 촬영 시점의 원자료(raw data)일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Elevation angle and azimuth angle may be raw data at the time of shooting, but are not necessarily limited thereto.

수학식 1에서는 망원경(20)의 비선형적인 요소들을 반영하지만, 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 통해 수학식 2와 같이 발전시킬 수 있다. 수학식 2는 제2 얼라인먼트 모델을 나타내며, 이상화한 처짐이나 베어링, 광학계의 각도에 따른 비이상적인 형상학적 요소에 의한 불균일한 회전 등의 비선형성을 보상할 수 있다.Equation 1 reflects the nonlinear elements of the telescope 20, but can be developed as in Equation 2 through Fourier series terms for each axis. Equation 2 represents the second alignment model and can compensate for non-linearities such as idealized deflection, bearings, and uneven rotation due to non-ideal geometric elements depending on the angle of the optical system.

상술한 수학식 2에서, 일부는 수학식 1의 제1 얼라인먼트 모델의 계수와 동일하다. A_S는 고각 엔코더 이심률의 sin항을 나타내고, A_C는 고각 엔코더 이심률의 cos항을 나타내며, A₁ ~ A₄는 고각 축에 대한 푸리에 급수항을 나타내고, Z₁ ~ Z₄는 방위각 축에 대한 푸리에 급수항을 나타낸다.In Equation 2 described above, some of the coefficients are the same as the coefficients of the first alignment model in Equation 1. A _S represents the sin term of the high angle encoder eccentricity, A _C represents the cos term of the high angle encoder eccentricity, A ₁ to A ₄ represent the Fourier series term for the elevation axis, and Z ₁ to Z ₄ represent the fourier series terms for the azimuth axis. It represents the Fourier series term.

제2 얼라인먼트 모델은 각 축에 대한 푸리에 급수 항을 통해 얼라인먼트 식을 이상화한 처짐이나 베어링, 광학계의 각도에 따른 비이상적인 형상학적인 요소에 의한 불균일한 회전 등의 비선형성을 보상할 수 있도록 한다. 이때, 푸리에 급수 항은 요구 정밀도에 따라 추가할 수 있다.The second alignment model allows compensation for non-linearities such as deflection that idealizes the alignment equation through Fourier series terms for each axis, or uneven rotation due to non-ideal geometric elements depending on the angle of the bearing or optical system. At this time, the Fourier series term can be added according to the required precision.

망원경(20)을 통해 촬영한 영상에서의 오차가 선형이 아닌 비선형으로 나타나기 때문에, 제2 얼라인먼트 모델에서의 추가항을 통해 제1 얼라인먼트 모델을 보완할 수 있다.Since the error in the image captured through the telescope 20 appears non-linearly rather than linearly, the first alignment model can be supplemented through additional terms in the second alignment model.

제1 얼라인먼트 모델을 완성한 후, 더 많은 항성들을 대상으로 제2 얼라인먼트 모델의 각 계수들을 구할 수 있다.After completing the first alignment model, each coefficient of the second alignment model can be obtained for more stars.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 얼라인먼트 모델을 완성하기 위해서는 50 개 정도의 항성을 촬영하여 진행하고, 관측이 용이한 항성을 선택하기 위해서 밝은 별 목록(Bright Star Catalog)의 항성 정보를 이용하였으며, 3 등급 이상의 밝은 항성을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, in order to complete the second alignment model, about 50 stars are photographed and star information from the Bright Star Catalog is used to select stars that are easy to observe. Bright stars of magnitude 3 or higher can be used, but are not necessarily limited to this.

망원경(20)을 통해 항성을 촬영하는 동안 마운트(30)는 지구 자전 반대 방향으로 회전할 수 있다. 여기서, 지구 자전만큼을 보상하여 항성을 여러 번 촬영하고 각 영상에서의 오차를 평균하여 계산할 수 있다.While photographing a star through the telescope 20, the mount 30 may rotate in a direction opposite to the rotation of the Earth. Here, the star can be imaged multiple times by compensating for the Earth's rotation, and the error in each image can be averaged for calculation.

따라서, 우주물체 감시 시스템(1)은 제1 얼라인먼트 모델 및 제2 얼라인먼트 모델을 통해 우주물체, 항성 등을 정확하게 촬영할 수 있도록 하여 우주물체의 궤도 산출 시, 궤도 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 항성 기준의 지향이 가능할 수 있다.Therefore, the space object monitoring system (1) can accurately photograph space objects, stars, etc. through the first alignment model and the second alignment model, thereby improving orbital accuracy when calculating the orbit of a space object, and improving the orbital precision based on the star. Orientation may be possible.

도 3은 우주물체 감시 시스템의 제어 장치가 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 기기를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a computing environment including a computing device suitable for use in embodiments of the control device of the space object monitoring system.

도 3은 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 기기를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating and illustrating a computing environment including computing devices suitable for use in embodiments.

도 3은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 기기를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.3 is a block diagram illustrating and illustrating a computing environment including computing devices suitable for use in example embodiments. In the illustrated embodiment, each component may have different functions and capabilities in addition to those described below, and may include additional components other than those described below.

도시된 컴퓨팅 환경은 제어 장치(10)를 포함한다. 일 실시예에서, 제어 장치(10)는 타 단말기와 신호를 송수신하는 모든 형태의 컴퓨팅 기기일 수 있다. The depicted computing environment includes a control device 10. In one embodiment, the control device 10 may be any type of computing device that transmits and receives signals with another terminal.

제어 장치(10)는 적어도 하나의 프로세서(12), 컴퓨터 판독 가능한 저장매체(14) 및 통신 버스(19)를 포함한다. 프로세서(12)는 제어 장치(10)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(12)는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(12)에 의해 실행되는 경우 제어 장치(10)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.The control device 10 includes at least one processor 12, a computer-readable storage medium 14, and a communication bus 19. The processor 12 may cause the control device 10 to operate according to the above-mentioned exemplary embodiments. For example, the processor 12 may execute one or more programs stored in the computer-readable storage medium 14. The one or more programs may include one or more computer-executable instructions, which, when executed by the processor 12, cause the control device 10 to perform operations according to example embodiments. It can be.

컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)에 저장된 프로그램(15)은 프로세서(12)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독한 가능 저장 매체(14)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 기기들, 광학 디스크 저장 기기들, 플래시 메모리 기기들, 그 밖에 제어 장치(10)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.Computer-readable storage medium 14 is configured to store computer-executable instructions or program code, program data, and/or other suitable form of information. The program 15 stored in the computer-readable storage medium 14 includes a set of instructions executable by the processor 12. In one embodiment, computer-readable storage medium 14 includes memory (volatile memory, such as random access memory, non-volatile memory, or a suitable combination thereof), one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, These may be flash memory devices, other types of storage media that can be accessed by control device 10 and store desired information, or a suitable combination thereof.

통신 버스(19)는 프로세서(12), 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)를 포함하여 제어 장치(10)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.Communication bus 19 interconnects various other components of control device 10, including processor 12 and computer-readable storage medium 14.

제어 장치(10)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(미도시)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(16) 및 하나 이상의 통신 인터페이스(18)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(16) 및 통신 인터페이스(18)는 통신 버스(19)에 연결된다. 입출력 장치(미도시)는 입출력 인터페이스(16)를 통해 제어 장치(10)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(미도시)는 제어 장치(10)를 구성하는 일 컴포넌트로서 제어 장치(10)의 내부에 포함될 수도 있고, 제어 장치(10)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 기기와 연결될 수도 있다.Control device 10 may also include one or more input/output interfaces 16 and one or more communication interfaces 18 that provide an interface for one or more input/output devices (not shown). The input/output interface 16 and communication interface 18 are connected to the communication bus 19. Input/output devices (not shown) may be connected to other components of control device 10 via input/output interface 16. Exemplary input/output devices include input devices such as pointing devices (such as a mouse or trackpad), keyboards, touch input devices (such as a touchpad or touch screen), voice or sound input devices, various types of sensor devices, and/or imaging devices; and/or output devices such as display devices, printers, speakers, and/or network cards. An exemplary input/output device (not shown) may be included within the control device 10 as a component constituting the control device 10, or may be connected to a computing device as a separate device distinct from the control device 10. .

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.Operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be performed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. Computer-readable media refers to any media that participates in providing instructions to a processor for execution. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, or combinations thereof. For example, there may be magnetic media, optical recording media, memory, etc. A computer program may be distributed over networked computer systems so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing this embodiment can be easily deduced by programmers in the technical field to which this embodiment belongs.

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.These embodiments are intended to explain the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.

제어 장치(10)는 상술하는 고각 측정 방법을 수행할 수 있으며, 중복되는 설명은 생략한다.The control device 10 can perform the above-described elevation measurement method, and redundant description will be omitted.

제어 장치(10)는 프로세서 및 프로세서에 의해 실행되는 프로그램을 저장하는 메모리를 포함한다. 제어 장치(10)는 프로세서에 의해 도 3에서 상술한 과정이 수행될 수 있다.The control device 10 includes a processor and a memory that stores a program executed by the processor. The control device 10 may perform the process described above in FIG. 3 by a processor.

이하에서는 실제 시스템에 적용하고 제안한 모델을 검증하며, 도출한 결론에 대해 설명한다.Below, we apply it to an actual system, verify the proposed model, and explain the conclusions drawn.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 얼라인먼트 모델에서의 오차를 확인하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for checking the error in the second alignment model according to an embodiment of the present invention.

우주물체 감시 시스템(1)은 항성을 관측하는데 있어서, 여러 항성을 지향하여 데이터를 얻고, 얻은 데이터를 제1 얼라인먼트 모델, 제2 얼라인먼트 모델에 적용하여 모델의 오차를 검증할 수 있다.When observing stars, the space object monitoring system 1 can obtain data by targeting several stars and apply the obtained data to the first alignment model and the second alignment model to verify model errors.

좌표계 얼라인먼트를 수행하기 위한 시험 환경으로 항성을 촬영할 수 있는 망원경이 탑재된 광학 기반의 우주물체 감시시스템이 필요하며, 도 2와 같은 현상의 우주물체 감시 시스템으로 구현될 수 있다. As a test environment to perform coordinate system alignment, an optical-based space object monitoring system equipped with a telescope capable of photographing stars is needed, and it can be implemented as a space object monitoring system with the phenomenon shown in FIG. 2.

우주물체 감시 시스템(1)은 망원경(20)의 지향 각도를 조정하기 위해 고각, 방위각 방향으로 2축 회전 구동하는 구동 장치(30)의 말단에 망원경(20)이 탑재되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 여기서, 망원경은 대구경 망원경과 일반 망원경이 장착되어 있어서 항성이 대구경 망원경의 시야각 밖에 있을 경우, 일반망원경으로 항성을 찾을 수 있도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The space object monitoring system 1 can be implemented with a structure in which the telescope 20 is mounted at the end of a driving device 30 that rotates two axes in the elevation and azimuth directions to adjust the orientation angle of the telescope 20. there is. Here, the telescope is equipped with a large-diameter telescope and a general telescope, so that if the star is outside the viewing angle of the large-diameter telescope, the star can be found using a general telescope, but is not necessarily limited to this.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고각의 구동범위는 30°~ 80°이고, 방위각의 구동범위는 0°~ 180°로 하여 시험하였으며, 구동속도는 5°/sec, 1.2°sec, 0.3°/sec로 하여 시험을 수행할 수 있다. 이때, 1.2°sec 과 5°/sec 은 위성촬영 시 필요한 속도이고, 구동속도 0.3°/sec 은 항성 촬영 시 필요한 속도일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the driving range of the elevation angle was 30° to 80°, the driving range of the azimuth angle was tested to be 0° to 180°, and the driving speed was 5°/sec, 1.2°sec, and 0.3°. The test can be performed with /sec. At this time, 1.2°sec and 5°/sec may be the speed required for satellite imaging, and the driving speed of 0.3°/sec may be the speed required for star imaging.

상술한 도면에서 설명한 제1 얼라인먼트 모델 및 제2 얼라인먼트 모델의 절차에 따라 항성을 선별할 수 있으며, 데이터로서 필요한 항성은 50개일 수 있다.Stars can be selected according to the procedures of the first alignment model and the second alignment model described in the drawings above, and the number of stars required as data may be 50.

본 시험에서는 51 개의 항성을 도 4의 (a)와 같이 선정하였다. 도 4의 (a)에서, 그래프에서 가로축은 항성의 방위각 방향 위치이고, 세로축은 고각 방향 위치를 나타낸다.In this test, 51 stars were selected as shown in Figure 4 (a). In Figure 4(a), the horizontal axis of the graph represents the azimuth direction position of the star, and the vertical axis represents the elevation direction position.

선정된 항성을 우주물체 감시 시스템(1)으로 촬영하여 항성의 예측 위치와 실제 측정된 위치에 대한 차이를 도 4의 (b)와 같이 계산할 수 있다.By photographing the selected star with the space object monitoring system (1), the difference between the star's predicted position and the actual measured position can be calculated as shown in Figure 4 (b).

이때, 우주물체 감시 시스템(1)은 제2 얼라인먼트 모델에 대입하기 위해 고각 방향 성분과 방위각 방향 성분으로 나눠서 오차를 기록할 수 있으며, 모델을 확인하기 위해 균일한 분포의 고도 20°에서 고도 75° 사이의 항성 중에서 선별될 수 있다. 얼라인먼트 절차에서와 같이 모터의 각 축은 고각, 방위각과 일치하지는 않는다. 일치하지 않는 부분에 대해서는 이론적인 모델로 보정이 어렵기 때문에 본 시험을 통해 수집한 오차를 이용하여 근사화된 모델을 찾을 수 있다.At this time, the space object monitoring system (1) can record the error by dividing it into an elevation direction component and an azimuth direction component in order to substitute it into the second alignment model, and to check the model, a uniformly distributed altitude of 20° to an altitude of 75° It can be selected from among the stars. As in the alignment procedure, each axis of the motor does not correspond to the elevation or azimuth angle. Since it is difficult to correct the mismatched parts with a theoretical model, an approximated model can be found using the errors collected through this test.

따라서, 도 4의 (b)를 참고하면, 항성이 망원경(20)의 가운데에 위치할 때 고각/방위각 정보를 획득해야 하며, 어려울 경우 고각/방위각에 대한 차이를 망원경(20)의 x축, y축에 오차량으로 대체할 수 있다. 이때, 화각/가로픽셀수' 또는 '화각/세로픽셀수'로 고각/방위각에 대한 값을 산출할 수 있다.Therefore, referring to (b) of FIG. 4, elevation/azimuth information must be obtained when the star is located in the center of the telescope 20. If it is difficult, the difference in elevation/azimuth must be calculated along the x-axis of the telescope 20, It can be replaced by the error amount on the y-axis. At this time, the value for elevation/azimuth can be calculated using ‘angle of view/number of horizontal pixels’ or ‘angle of view/number of vertical pixels’.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 정렬 전 항성의 고각, 방위각 오차를 나타내는 그래프이다.Figure 5 is a graph showing elevation and azimuth errors of stars before coordinate alignment according to an embodiment of the present invention.

도 4에 따른 방법으로 항성의 예상 위치에서 영상을 촬영하게 되면, 각 항성의 고각, 방위각 오차를 기록할 수 있다.When an image is captured at the predicted position of a star using the method shown in FIG. 4, the elevation and azimuth errors of each star can be recorded.

도 5 의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 항성의 고각 오차를 나타내며, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 항성의 방위각 오차를 나타낸다.Figure 5(a) shows the elevation error of each star according to an embodiment of the present invention, and Figure 5(b) shows the azimuth error of each star according to an embodiment of the present invention.

고각 오차의 RMS 는 128 arcsec 일 수 있으며, 방위각 오차의 RMS 는 33.2 arcsec 일 수 있다.The RMS of the elevation error may be 128 arcsec, and the RMS of the azimuth error may be 33.2 arcsec.

이에, 모든 항성의 오차는 최소자승법으로 제2 얼라인먼트 모델의 각 계수들을 산출할 수 있다.Accordingly, the errors of all stars can be calculated by calculating the coefficients of the second alignment model using the least squares method.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 얼라인먼트 모델을 도식화한 그래프이다.Figure 6 is a graph illustrating a second alignment model according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a)는 제2 얼라인먼트 모델을 통해 산출된 계수들로 구성된 수학식 2의 고각의 오차량을 구하는 식을 도식화 한 것이며, 도 6의 (b)는 제2 얼라인먼트 모델을 통해 산출된 계수들로 구성된 수학식 2의 방위각의 오차량을 구하는 식을 도식화 한 것이다.Figure 6(a) is a schematic diagram of the equation for calculating the elevation error amount of Equation 2, which consists of coefficients calculated through the second alignment model, and Figure 6(b) is a diagram of the equation calculated through the second alignment model. This is a diagrammatic representation of the equation for calculating the azimuth error in Equation 2, which is composed of coefficients.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 좌표 정렬 후 항성의 고각, 방위각 오차를 나타내는 그래프이다.Figure 7 is a graph showing elevation and azimuth errors of stars after coordinate alignment according to an embodiment of the present invention.

따라서, 제2 얼라인먼트 모델에 의해 망원경이 지향하는 위치와 촬영된 영상에서의 항성 위치 간 오차가 최소화되도록 좌표계가 얼라인먼트 되면, 각 항성들을 지향 했을 때 최소한의 오차로 촬영할 수 있다.Therefore, if the coordinate system is aligned so that the error between the position where the telescope is aimed and the position of the stars in the captured image is minimized by the second alignment model, images can be taken with minimal error when aiming at each star.

도 7은 좌표계 얼라인먼트 후에 각 항성을 촬영하여 고각, 방위각 방향의 오차를 도시한 그래프를 나타낸다.Figure 7 shows a graph showing errors in elevation and azimuth directions by photographing each star after coordinate system alignment.

도 7의 (a)는 각 항성의 고각 오차로 모든 항성의 고각 오차 RMS 는 2.07 arcsec 이다. 도 7의 (b)는 각 항성의 방위각 오차로 모든 항성의 방위각 오차 RMS 는 0.71 arcsec 일 수 있다.Figure 7 (a) shows the elevation error of each star, and the elevation error RMS of all stars is 2.07 arcsec. (b) in FIG. 7 is the azimuth error of each star, and the azimuth error RMS of all stars may be 0.71 arcsec.

따라서, 도 4 내지 도 7을 통해 우주물체 감시 시스템(1)은 항성과 인공위성 등의 우주물체를 확인할 수 있으며, 천구상에 존재하는 항성의 오차 수집을 통해 좌표계 얼라인먼트에 사용할 수 있는 모델을 결정하였으며, 이를 통해 시스템의 지향 오차를 3 arcsec(RMS) 미만으로 줄일 수 있다. 이는 구동장치의 반복정밀도에 해당하는 수준이다.Therefore, through Figures 4 to 7, the space object monitoring system 1 can identify space objects such as stars and artificial satellites, and a model that can be used for coordinate system alignment has been determined by collecting errors of stars existing on the celestial sphere. , through this, the orientation error of the system can be reduced to less than 3 arcsec (RMS). This is a level equivalent to the repeatability of the driving device.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the present invention.

1: 우주물체 감시 시스템
10: 제어 장치
12: 프로세서
14: 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체
15: 프로그램
16: 입출력 인터페이스
18: 통신 인터페이스
19: 통신 버스
20: 촬영부
30: 구동 장치1: Space object surveillance system
10: Control unit
12: processor
14: Computer readable storage medium
15: Program
16: input/output interface
18: Communication interface
19: Communication bus
20: Filming Department
30: driving device

Claims

In the space object monitoring method performed by the space object monitoring system,
Generating a plurality of photographed data by photographing each of the star candidates that can be seen with the naked eye among the stars in the celestial sphere so that they are at the center of the imaging unit, and generating viewpoint data at the time when the plurality of photographed data were photographed;
Generating a first alignment model using the generated viewpoint data and calculating a first coefficient for the first alignment model;
generating a second alignment model for each axis based on the first alignment model and calculating a second coefficient for the second alignment; and
A space object monitoring method comprising generating information about the space object in the photographed data using the first coefficient and the second coefficient and monitoring the space object.

According to paragraph 1,
The step of generating the first alignment model and calculating the first coefficient is,
A space object monitoring method characterized by generating the first alignment model by reflecting non-linear elements of the imaging unit and calculating the first coefficient by considering error elements that occur when coordinate transformation of the Cartesian coordinate system.

According to paragraph 2,
The step of generating the first alignment model and calculating the first coefficient is,
The degree to which the vertical axis of the driving device that drives the imaging unit is tilted, the degree to which the horizontal and vertical axes of the driving device deviate from 90°, the offset of the horizontal and vertical axes of the driving device, and the horizontal axes of the photographing unit and the driving device. A method for monitoring a space object, characterized in that the first alignment model is generated by considering the error element including at least one mechanical deflection of the driving device.

According to paragraph 2,
The step of generating the first alignment model and calculating the first coefficient is,
Considering the error due to the deviation in the elevation direction of operating the driving device that drives the photographing unit, the error in the first direction, the error in the second direction perpendicular to the first direction, and the error due to deflection of the photographing unit Calculating a first elevation error through the first alignment model,
Error due to deviation in the azimuth direction in which the driving device operates, error in the first direction, error in the second direction perpendicular to the first direction, verticality error between the azimuth axis and the zenith axis, and the zenith axis and the optical axis. Calculating a first azimuth error through the first alignment model that considers the verticality error between
The first coefficient is a space object monitoring method, characterized in that it includes the first elevation error or the first azimuth error.

According to paragraph 1,
The step of generating the second alignment model and calculating the second coefficient is,
Based on the first alignment model in which the non-linear elements of the imaging unit are reflected, the second alignment model is generated by considering Fourier series terms for each axis, and the second alignment model compensates for non-linearity through the second alignment model. A space object monitoring method characterized by calculating coefficients.

According to clause 5,
The step of generating the second alignment model and calculating the second coefficient is,
The second alignment that considers the error of the high angle encoder operating the driving device that drives the imaging unit, the error in the first direction, the error in the second direction, and the sin and cos terms of the eccentricity of the high angle encoder operating the driving device. Calculate the second elevation error through the model,
The error of the azimuth encoder operating the driving device, the error in the first direction, the error in the second direction perpendicular to the first direction, and the sin and cos terms of the azimuth encoder eccentricity operating the driving device are taken into consideration. Calculate the second azimuth error through the second alignment model,
The second coefficient includes the second elevation error or the second azimuth error.

According to clause 6,
The second alignment model is,
The orientation precision of each star is measured using the second elevation error and the second azimuth error, and if the orientation precision does not meet the standard, the Fourier series term for the elevation axis by the driving device is further considered. A space object monitoring method characterized by calculating the second elevation error and calculating the second azimuth error by considering a Fourier series term for the azimuth axis by the driving device.

According to clause 5,
The step of generating the second alignment model and calculating the second coefficient is,
After generating the first alignment model, the second coefficient is calculated by considering a plurality of more viewpoint data,
A space object monitoring method, wherein the first alignment model and the second alignment model use a least squares method.

According to paragraph 1,
The first alignment model and the second alignment model are,
A space object monitoring method, characterized in that a system coordinate system expressed in elevation angle and azimuth angle and a celestial coordinate system expressed in RA/DEC are generated using the stars.

A telescope that generates a plurality of imaging data by imaging each of the star candidates visible to the naked eye among the stars in the celestial sphere so that each is centered;
a mount connected to the telescope and moving in a direction targeting the telescope; and
A first alignment model is generated based on the viewpoint data at the time of capturing the plurality of photographed data, a first coefficient for the first alignment model is calculated, and a Fourier series for each axis is based on the first alignment model. Create a second alignment model by adding a term to calculate a second coefficient for the second alignment, generate information about the space object using the first coefficient and the second coefficient, and generate information about the space object. A space object monitoring system including a control device that controls the mount to monitor the space object based on the space object.

According to clause 10,
The control device is,
The degree to which the vertical axis of the mount that drives the telescope is tilted, the degree to which the horizontal and vertical axes of the mount deviate from 90°, the offset of the horizontal and vertical axes of the mount, the difference between the horizontal axes of the telescope and the mount, and the mount Generating the first alignment model by considering an error element including at least one mechanical deflection,
The first alignment model considers an error due to deviation in the elevation direction in which the mount operates, an error in the first direction, an error in a second direction perpendicular to the first direction, and an error due to deflection of the telescope. A first elevation error is calculated through the first alignment model, an error due to deviation in the azimuth direction in which the mount is operated, an error in the first direction, and an error in a second direction perpendicular to the first direction. , calculating the first azimuth error through the first alignment model that considers the verticality error between the azimuth axis and the zenith axis and the verticality error between the zenith axis and the optical axis,
The first coefficient is a space object monitoring system characterized in that it includes the first elevation error or the first azimuth error.

According to clause 10,
The control device is,
Based on the first alignment model reflecting the non-linear elements of the telescope, the second alignment model is generated by considering Fourier series terms for each axis, and the second alignment model compensates for non-linearity through the second alignment model. Calculate the coefficient,
The second alignment model considers the error of the high angle encoder operating the mount, the error in the first direction, the error in the second direction, and the sin and cos terms of the eccentricity of the high angle encoder operating the mount. A second elevation error is calculated through the model, and the error of the azimuth encoder operating the mount, the error in the first direction, the error in the second direction perpendicular to the first direction, and the eccentricity of the azimuth encoder operating the mount A second azimuth error is calculated through the second alignment model that considers the sin and cos terms of
The space object monitoring system, wherein the second coefficient includes the second elevation error or the second azimuth error.

According to clause 12,
The second alignment model is,
The orientation accuracy of each star is measured using the second elevation error and the second azimuth error, and if the orientation precision does not meet the standard, the Fourier series term for the elevation axis by the mount is further considered. A space object monitoring system characterized by calculating a second elevation error and calculating a second azimuth error by considering a Fourier series term for the azimuth axis by the mount.