KR20130049390A - 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법 - Google Patents

멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방송용 LNB와 별도로 설치되는 위성 추적용 LNB를 통하여 위성의 위치를 추적하고 추적되는 위성 정보를 통하여 현재 위치를 파악하여 안테나를 타겟 위성 위치로 이동시켜 위성 방송을 신속하게 수신할 수 있도록 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 위성 방송 신호를 수신하는 방송용 LNB(121)와, 위성 추적용 위성 신호를 수신하는 위성 추적용 LNB(122)가 안테나(110)에 결합된 안테나부(100)와; 상기 안테나부(100)의 방송용 LNB(121) 또는 위성 추적용 LNB(122)를 선택하는 스위칭부(200)와; 상기 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성을 추적하고, 추적되는 위성 정보를 이용하여 안테나부(100)가 위성 방향을 향하도록 제어하는 제어부(300)와; 상기 제어부(300)의 제어에 따라 안테나부(100)를 이동시키는 구동부(400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법 {AUTO POSITIONING ANTENNA SYSTEM AND METHOD FOR MULTI SATELLITE}
본 발명은 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방송용 LNB와 별도로 설치되는 위성 추적용 LNB를 통하여 위성의 위치를 추적하고 추적되는 위성 정보를 통하여 현재 위치를 파악하여 안테나를 타겟 위성 위치로 이동시켜 위성 방송을 신속하게 수신할 수 있도록 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법에 관한 것이다.
현재 위성 상황을 보면 평균적으로 약 2도 간격으로 위성이 위치할 만큼 상당히 많은 정지 궤도위성이 운용되고 있다. 이로 인한 상호 신호 간섭으로 인하여 원하고자 하는 위성 추적 시간이 오래 걸리거나 정확도가 떨어지고 있는 상황이다.
더욱이 기존의 멀티 위성 수신용 안테나(고정형, 자동 포지셔닝 포함)는 자체의 멀티 LNB(Multi Low Noise Block Down Converter)가 위성 추적 및 신호 수신의 역할을 동시에 담당한다. 또한, GPS 신호를 이용하여 현재의 위치를 계산하여 LNB의 스큐각을 회전시키게 된다. 이때 안테나가 수평을 이루고 있지 않을 경우 GPS 신호 정보를 가지고 추적을 하게 되므로 초기 위성 추적을 위한 값이 안테나가 기울어져 있는 만큼의 오차가 생기게 된다.
또한, 기존의 GPS 값을 이용한 추적 알고리즘 방식은 단순한 순차적 추적 방식을 사용하며 안테나와 GPS 신호가 동기화되어야 하기 때문에, 초기 위성을 추적하기 위한 시간이 10여분 이상 소요될 수밖에 없다는 등의 단점이 있다.
도 1은 이러한 종래 멀티 위성 수신용 안테나의 설치 개념도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 위성으로부터의 위성 신호를 수신하기 위한 멀티 LNB(20)가 안테나(10)에 설치되어 있는데, 이러한 멀티 LNB(20)가 위성 추적 및 위성 방송 수신을 동시에 수행하고 있다. 이와 같이, 종래 멀티 위성 수신용 안테나는 멀티 LNB가 위성 추적 및 위성 방송 수신의 기능을 모두 수행하기 때문에, 앞서 지적한 바와 같은 위성 추적 시간의 증가 및 안테나 기울기에 따른 오차 발생 등의 문제를 갖게 된다.
본 발명은 상술한 종래 멀티 위성 수신용 안테나의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 방송 수신용 LNB와는 별도로 구성되는 위성 추적용 LNB를 안테나에 설치하여 위성의 위치를 추적하고, 추적되는 위성 정보를 통하여 안테나의 지향 방향을 제어하여 위성 방송을 신속하게 수신할 수 있도록 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 위성 방송 신호를 수신하는 방송용 LNB와, 위성 추적용 위성 신호를 수신하는 위성 추적용 LNB가 안테나에 결합된 안테나부와; 상기 안테나부의 방송용 LNB 또는 위성 추적용 LNB를 선택하는 스위칭부와; 상기 위성 추적용 LNB를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성을 추적하고, 추적되는 위성 정보를 이용하여 안테나부가 위성 방향을 향하도록 제어하는 제어부와; 상기 제어부의 제어에 따라 안테나부를 이동시키는 구동부;를 포함하여 이루어진다.
상기 제어부는 위성 추적용 LNB를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성 정보 및 현재 위치 정보를 파악하고, 파악되는 현재 위치 정보에 따라 안테나부의 위성 지향 방향을 계산하는 신호제어부와; 상기 신호 제어부에 의해 계산된 안테나부의 위성 지향 방향 정보에 따라 상기 구동부에 안테나부 제어 명령을 전송하는 구동 제어부;를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 신호 제어부는 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부와, 상기 위성 추적용 LNB를 통하여 수신되는 위성 신호를 통하여 적어도 2개 이상의 위성을 추적하여 추적된 위성의 궤도, 앙각, 방위각 정보를 파악하는 위성 추적부와, 상기 위성 추적부를 통하여 파악된 2개 이상의 위성 정보를 통하여 현재의 위도 및 경도 위치 정보를 계산하는 현재위치 계산부와, 상기 현재위치 계산부를 통하여 계산된 현재 위치 정보를 통하여 LNB의 스큐각을 계산하는 LNB 스큐각 계산부와, 위성 신호 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부가 지향할 수 있도록 수신되는 위성 신호의 세기를 비교 분석하는 타겟 위성 피킹부를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 구동 제어부에는 위성추적부나 LNB 스큐각 계산부 또는 타겟 위성 피킹부를 통하여 계산된 값에 따라 위성 신호의 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부가 지향할 수 있도록 구동부의 동작을 제어하는 구동제어 드라이버가 구비된다.
상기 위성 추적용 LNB는 원편파용 LNB로 이루어질 수 있는데, 이 위성 추적용 LNB는 방송용 LNB의 일측에 위성 추적용 LNB 브라켓을 통하여 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방송용 LNB는 SWIM System LNB, Starchoice System LNB, DirecTV System LNB, Dish Network System LNB 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 방송용 LNB에는 위상 천이기와 신호 결합기를 포함하는 직선편파-원편파 변환장치가 결합되어 직선편파가 원편파로 변환될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 위성 추적 방법은, 안테나부에 설치된 위성 추적용 LNB를 통하여 수신되는 위성 신호를 통하여 적어도 2개 이상의 위성을 추적하고, 추적된 위성의 궤도, 앙각, 방위각 정보를 파악하는 위성 추적단계와; 상기 파악된 2개 이상의 위성 정보를 통하여 현재의 위도 및 경도 위치 정보를 계산하는 현재위치 파악단계와; 상기 계산된 현재 위치 정보를 이용하여 안테나부가 위성 방향을 향하도록 제어하는 안테나부 제어단계;를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 안테나부 제어단계는 계산된 현재 위치 정보를 통하여 안테나부에 구비된 LNB의 스큐각을 계산하는 LNB 스큐각 계산단계와, 상기 계산된 LNB 스큐각에 따라 LNB의 스큐각을 이동시키는 제어신호를 출력하여 LNB를 이동시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 LNB 스큐각에 따라 LNB가 이동한 후, 안테나부에 설치된 방송용 LNB가 활성화되어 방송 위성 신호를 수신하는 스위칭 단계가 포함된다.
한편, 상기 방송용 LNB를 통하여 방송 위성 신호가 수신되는 경우, 수신되는 위성 신호의 세기를 측정하여, 위성 신호의 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부가 지향하도록 안테나부의 이동을 제어하는 타겟 위성 피킹단계가 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 방송용 LNB와 별도로 구성되는 위성 추적용 LNB를 통하여 위성의 위치를 신속하게 추적할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 GPS와 같은 별도의 추가 구성없이 두 개 이상의 위성 정보를 이용하여 현재의 위치를 계산하고 계산된 현재의 위치 정보를 이용하여 방송 위성 방향으로 안테나를 위치시켜 방송 위성 신호를 원활히 수신할 수 있도록 한다. 이에 따라, 두 위성의 정보를 분석하여 현재의 위치 좌표뿐 아니라 틸트 센서(Tilt-Sensor) 없이 안테나가 기울어져 있는 정도를 알 수 있기 때문에 위치 보정이 가능함은 물론, 사전에 입력된 모든 위성의 방위각, 앙각, 스큐각과 같은 정보를 알 수 있으므로 보다 빠르고 정확하게 원하는 위성 신호 수신 방향으로 LNB를 위치시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 멀티 위성 수신용 안테나의 설치 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 설치 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 제어부에 구비된 신호제어부의 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템과 위성의 위치 관계를 나타내는 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템을 통하여 위성을 추적하는 과정을 나타낸 흐름도,
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 LNB 설치 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 LNB 설치 사진 일례,
도 10은 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 방송용 LNB에 SWIM System LNB가 적용된 설치 사진 일례를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 설치 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템에는 방송용 LNB(121) 이외에 별도의 위성 추적용 LNB(122)가 안테나(110)에 설치된다.
상기 방송용 LNB(121)는 다수의 LNB(LNB-1, LNB-2, LNB-3 등)가 구비된 위성 방송 수신용 멀티 LNB이고, 위성 추적용 LNB(122)는 초기 위성의 위치를 추적하는 용도의 LNB이다. 이와 같이, 본 발명에서는 위성 추적용 LNB(122)를 방송용 LNB(121)와는 별도로 안테나(110)에 설치하여, 위성 추적 및 위성 방송 수신을 분리함으로써 안테나 시스템의 초기 구동시 위성의 위치를 신속하게 추적할 수 있도록 하고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 위성 신호를 수신하는 안테나부(100)와, 안테나부(100)의 위성 신호 수신 경로를 선택하는 스위칭부(200)와, 상기 안테나부(100)를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성의 위치를 추적하는 제어부(300)와, 상기 제어부(300)의 제어에 따라 안테나부(100)를 이동시키는 구동부(400)와, 상기 안테나부(100)를 통하여 수신되는 위성 방송 신호를 수신하는 위성방송 수신기(500)와, 상기 위성방송 수신기(500)를 통하여 수신되는 위성 방송 신호를 출력하는 모니터(600)를 포함하여 이루어진다.
상기 안테나부(100)는 위성 신호를 수신하는 안테나(110)와, 상기 안테나(110)를 통하여 수신되는 위성 신호 중 위성 방송 신호를 수신하는 방송용 LNB(121)와 위성 추적을 위해 위성 신호를 수신하는 위성 추적용 LNB(122)가 구비된 LNB(120)를 포함하여 이루어진다. 상기 LNB(120)는 위성방송 수신기(500)에서 위성 주파수를 셋톱박스 주파수로 낮추어주는 주파수 변환 장치를 의미하는데, 주로 위성 수신용 파라볼릭 안테나의 수신부, 즉 파라볼릭 판에서 반사되어 온 전자파가 한 점에 모이는 곳에 달린 피드혼(feed-horn)에 부가적으로 장착되는 장치이다. 보통 위성이 보내는 주파수인 C밴드(4~8)와 Ku밴드(12~18)용 주파수를 받아 셋톱박스가 처리할 수 있는 주파수(수백~2)로 변환해 주는 역할을 하게 된다. 이러한 LNB(120)는 그 특성에서 알 수 있듯이 통상 믹서(mixer)와 LNA(저잡음증폭기)의 조합으로 이루어지며, 위성에서 수신된 높은 주파수는 LNA를 통해 우선 잡음을 최소화하면서 미약한 신호레벨을 높이고 믹서를 거쳐 주파수가 하향 변환되는 구성을 갖는다.
상기 스위칭부(200)는 제어부(300)의 제어에 따라 안테나부(100)에 설치된 방송용 LNB(121) 또는 위성 추적용 LNB(122)를 선택하여 동작할 수 있도록 스위칭하는 역할을 수행하는 장치이다. 이 스위칭부(200)는 초기 위성 추적시 위성 추적용 LNB(122)의 위성 신호가 제어부(300)로 입력될 수 있도록 하고, 위성 추적이 끝난 후에는 방송 위성 신호 수신을 위한 방송용 LNB(121)의 위성 신호가 제어부(300)로 입력될 수 있도록 하는 기능을 하게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 스위칭부(200)는 위성 자동 선택기인 DiSEqC(Digital Satellite Equipment control) Switch로 이루어진다.
상기 제어부(300)는 스위칭부(200)를 제어하여 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성을 추적하고 추적되는 위성 정보를 통하여 현재 위치를 파악하여 안테나부(100)를 제어하는 장치로서, 이 제어부(300)에는 신호제어부(310)와 구동제어부(320)가 구비된다. 상기 신호제어부(310)는 수신된 위성 신호가 수신하고자 하는 위성 신호인지 판별할 뿐만 아니라, 안테나부(100)가 정확히 위성 방향을 향할 수 있도록 신호의 최대치를 판별하는 역할도 수행하게 된다. 또한, 이 신호제어부(310)는 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 2개 이상의 위성 정보를 분석하여 현재의 위도 및 경도 위치 정보를 역으로 계산하게 된다. 상기 구동제어부(320)는 안테나부(100)가 위성 신호를 수신하고자 하는 위성 방향으로 지향할 수 있도록 구동부(400)에 구동 제어신호를 전송함으로써 안테나부(100)의 움직임을 제어하는 역할을 하게 되는데, 이 구동 제어부(320)에는 신호제어부(310)의 제어에 따라 구동부(400)를 동작시키는 구동제어 드라이버가 구비된다.
상기 구동부(400)는 제어부(300)에 구비된 구동제어부(320)의 제어에 따라 안테나부(100)를 이동시키는 기능을 수행하게 되는데, 이 구동부(400)에는 안테나(110)의 지향 앙각을 이동시키는 앙각모터(410)와, 안테나(110)의 지향 방위각을 이동시키는 방위각모터(420)와, LNB(120)의 스큐각을 이동시키는 스큐각모터(430)를 포함한 각종 모터와 부품 등이 구비된다.
상기 위성방송 수신기(500)는 제어부(300)를 통하여 스위칭부(200)가 방송용 LNB(121)로 스위칭된 후 방송용 LNB(121)를 통하여 수신되는 위성 신호를 전송받아 방송 신호로 변환하는 위성방송 수신장치이다. 이 위성방송 수신기(500)에는 방송용 LNB(121)를 통하여 수신되어 제어부(300)의 신호제어부(310)를 통하여 출력되는 위성 신호를 수신하는 수신기 1(510)과, 방송용 LNB(121)로부터 직접 전송되는 위성 신호를 수신하는 수신기 N(520)이 구비된다. 즉, 상기 수신기 1(510)은 위성 추적을 위하여 제어부(300)의 신호제어부(310)에 입력되었던 위성 신호가 그대로 출력되는 것을 수신하는 수신장치이고, 수신기 N(520)은 멀티 출력(Multi-Output)의 LNB(120)에 해당하는 수신장치로서 만일 4-Output LNB(120)의 경우라면 수신기 N(520)은 모두 4개(신호제어부를 거쳐 출력되는 신호 포함)가 될 수 있다.
상기 모니터(600)는 위성방송 수신기(500)로부터 출력되는 방송 신호를 출력하는 디스플레이 장치로서, 수신기 1(510) 및 수신기 N(520)과 대응되는 모니터 1(610) 및 모니터 N(620)으로 이루어진다.
상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 종래의 위성 안테나에 있어 다수의 LNB가 위성 추적 및 신호 수신의 기능을 모두 수행하도록 구성되던 것과 달리, 방송용 LNB(121) 이외에 별도의 위성 추적용 LNB(122)를 구비하도록 함으로써, 위성 추적에 소요되던 시간을 단축시킬 수 있음은 물론 보다 정밀한 위성 추적이 가능하도록 한다.
이하에서는 위성의 위치를 추적하여 안테나부의 동작을 제어하는 제어부에 구비된 신호제어부에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부에 구비된 신호제어부의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 신호제어부(310)에는 스위칭부(200)를 제어하는 스위칭제어부(312)와, 시스템 구동시 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성의 위치를 추적하는 위성 추적부(313)와, 추적된 위성 정보를 통하여 현재의 위치를 계산하는 현재위치 계산부(314)와, 계산된 현재 위치에 따라 LNB(120)의 스큐각을 계산하는 LNB 스큐각 계산부(315)와, 방송 수신 시 타겟 위성의 위치를 지속적으로 추적하는 타겟 위성 피킹부(316)와, 데이터가 저장되는 메모리(317)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 중앙처리부(311)가 구비된다.
상기 스위칭제어부(312)는 스위칭부(200)의 스위칭 동작을 제어하는 프로그램 모듈로서, 초기 위성 추적시 스위칭부(200)가 위성 추적용 LNB(122)를 선택하도록 하고 위성의 위치가 추적되면 스위칭부(200)가 방송용 LNB(121)를 선택하도록 제어하게 된다.
상기 위성 추적부(313)는 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성의 위치 정보를 파악하는 프로그램 모듈로서, 이 위성 추적부(313)는 적어도 2개 이상의 위성을 추적하여 추적된 위성의 궤도, 앙각, 방위각 정보를 파악하여 메모리(317)에 저장하게 된다.
상기 현재위치 계산부(314)는 위성 추적부(313)를 통하여 파악된 위성 정보를 통하여 현재 위치를 계산하는 프로그램 모듈로서, 이 현재위치 계산부(314)는 위성 추적부(313)를 통하여 파악된 2개 이상의 위성에 대한 궤도, 앙각, 방위각 정보를 통하여 현재의 위도 및 경도 위치 정보를 계산하여 메모리(317)에 저장하게 된다.
상기 LNB 스큐각 계산부(315)는 현재위치 계산부(314)를 통하여 계산된 현재 위치 정보를 통하여 LNB(120)의 스큐각을 계산하는 프로그램 모듈로서, 상기 LNB 스큐각 계산부(315)를 통하여 계산되는 LNB 스큐각 정보는 중앙처리부(311)의 제어에 의해 구동제어부(320)로 전송된다.
상기 타겟 위성 피킹(Peaking)부(317)는 위성의 위치가 추적되어 방송용 LNB(121)를 통하여 위성 방송 신호가 수신되는 경우, 수신되는 위성 방송 신호의 세기를 측정하여 위성 신호의 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부(100)가 지향하도록 안테나부(100)의 지향 방향을 제어하는 프로그램 모듈이다.
상기 위성추적부(313)와 LNB 스큐각 계산부(315) 및 타겟 위성 피킹부(316)를 통하여 최종적으로 계산된 값은 중앙처리부(311)의 제어에 따라 구동제어부(320)의 구동제어 드라이버에 전송되는데, 이 구동제어 드라이버(320)는 수신되는 값에 따라 위성 신호의 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부(100)가 지향할 수 있도록 구동부(400)의 동작을 제어하게 된다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 신호제어부를 통하여 현재의 위치가 계산되고, LNB의 스큐각이 계산되는 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템과 위성의 위치 관계를 나타내는 개념도이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 2개 이상의 위성 위치 정보를 파악하여 현재 위치를 계산하고, 계산된 현재 위치 정보를 통하여 안테나의 LNB 스큐각을 계산하게 된다.
도 5에서, 초기에 추적하는 위성이 2개(위성 1, 위성 2)일 때, 위성 및 현재 위치와 관련된 변수를 다음과 같이 정의하기로 한다.
S1 : 위성 1의 경도
S2 : 위성 2의 경도
N : 현재 위치에서의 경도
L : 현재 위치에서의 위도
A1 : 현재 위치에서 바라본 위성 1의 방위각(Azimuth Angle)
A2 : 현재 위치에서 바라본 위성 2의 방위각(Azimuth Angle)
E1 : 현재 위치에서 바라본 위성 1의 앙각(Elevation Angle)
E2 : 현재 위치에서 바라본 위성 2의 앙각(Elevation Angle)
Re : 지구 반지름(약 6,378.2 km)
r : 지구 중심에서부터 위성까지의 거리(약 42,164km)
X : A1 - A2 (두 위성간의 방위각 차이)
Y : E1 - E2 (두 위성간의 앙각 차이)
상기 변수들 중 S1, S2, A1, A2, E1, E2는 위성 추적용 LNB를 통하여 수신되는 위성 신호를 통하여 파악할 수 있고, 변수 Re, r은 이미 알고 있는 값이며, 변수 X, Y는 파악되는 두 위성 간의 방위각 차이 및 앙각 차이를 계산하여 파악할 수 있다. 상기 변수들 중, 본 발명에서 구하고자 하는 변수는 현재 위치에 대한 경도(N) 및 위도(L) 값인데, 이러한 현재 위치에서의 경도(N) 및 위도(L) 정보는 현재 위치에서 두 위성 간의 방위각 차이(X) 및 앙각 차이(Y)를 알 수 있기 때문에 계산이 가능해진다.
먼저, 위성 1,2의 방위각 A1 및 A2는 다음의 수학식 1을 통하여 계산된다.
Figure pat00001
여기에서,
Figure pat00002
인데, 위성 정보를 통하여 X는 이미 알고 있는 값이다. 따라서, 이 값은 다음의 수학식 2와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00003
한편, 위성 1,2의 앙각 E1, E2는 다음의 수학식 3을 통하여 계산된다.
Figure pat00004
여기에서, Re = 6378.2, r=42164 이므로, Re/r = 0.1512 가 된다.
따라서, 상기 수학식 3은 다음의 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00005
여기에서,
Figure pat00006
인데, Y 값 또한 두 위성 정보를 통하여 이미 알고 있는 값이다. 따라서, 이 값은 다음의 수학식 5와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00007
상기 과정을 통하여 최종적으로 구하고자 하는 변수 값은 현재 위치에서의 경도(N) 및 위도(L) 정보인데, 상기 수학식 2와 수학식 5에는 각각 변수 N과 L이 존재하고 나머지 변수 값들은 상기에서와 같이 모두 알 수 있으므로, 이 수학식 2와 수학식 5를 2차 연립 방정식으로 계산하면 현재 위치에서의 경도 및 위도 값인 변수 N, L 값을 계산할 수 있게 된다.
상기 과정을 통하여 현재 위치에서의 경도(N) 및 위도(L) 값이 계산되며, 이를 통하여 안테나 LNB(120)의 스큐각이 계산된다. 상기 안테나 LNB(120)의 스큐각은 현재의 위치에서 바라본 위성 1과 위성 2의 앙각과 방위각 차이를 이용하여 계산되는데, 두 위성의 앙각과 방위각 차이는 두 위성의 정보를 통하여 이미 알고 있는 값이다. 이러한 LNB 스큐각(LNB Skew Angle)은 다음의 수학식 6을 통하여 계산된다.
Figure pat00008
상기와 같이, 본 발명에서는 2개 이상의 위성에 대한 궤도와 앙각 및 방위각 정보를 이용하여 현재 위치에서의 앙각 및 방위각을 계산하고, 계산된 현재 위치에서의 앙각 및 방위각 정보를 이용하여 LNB 스큐각을 계산하게 된다.
이하에서는 상기의 구성으로 이루어진 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템을 통하여 위성의 위치가 추적되어 위성 방송 신호를 수신하는 과정에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템을 통하여 위성을 추적하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S100 : 먼저, 시스템이 턴온되어 전원이 인가되면, 안테나부(100)가 동작 원점 위치(STOW)로 이동하여 신호를 대기하게 된다.
단계 S110, S120 : 안테나 시스템이 턴온되면, 먼저 제어부(300)의 제어에 따라 스위칭부(200)가 위성 추적용 LNB(122) 위치로 스위칭 되어(S110), 위성 추적용 LNB(122)로부터 전송되는 위성 신호를 분석하여 타켓이 되는 위성의 위치를 추적하게 된다(S120).
단계 S130, S140, S150 : 타겟 위성이 감지되면(S130), 감지되는 현재 위성의 궤도, 앙각, 방위각 정보가 제어부(300)의 메모리(317)에 저장된다(S140). 이러한 타겟 위성 감지 및 위성 정보 저장 과정은 감지되는 위성의 개수가 2개 이상이 될 때까지 반복 수행된다(S150).
단계 S160 : 상기 과정을 통하여 2개 이상의 위성이 감지되면, 감지된 첫 번째 위성 및 두 번째 위성의 궤도, 앙각, 방위각 정보를 이용하여 현재의 위도 및 경도를 계산하게 된다.
단계 S170 : 상기 과정을 통하여 현재의 위도 및 경도가 계산되면, 이를 통하여 LNB 스큐각을 계산하게 되며, 계산된 LNB) 스큐각에 따라 구동부(400)를 통하여 LNB(120)의 스큐각을 이동시키게 된다.
단계 S180 : 계산된 LNB 스큐각에 따라 LNB(120)의 스큐각이 이동되면, 제어부(300)는 스위칭부(200)를 방송용 LNB(121) 위치로 스위칭시키게 되며, 이에 따라 방송용 LNB(121)로 수신되는 위성 방송 신호는 위성방송 수신기(500)로 수신되어 모니터(600)로 출력되게 된다.
단계 S190 : 상기 위성 방송을 수신하여 모니터(600)에 출력하는 과정이 수행되면서, 제어부(300)는 타겟 위성으로부터 수신되는 위성 신호 레벨의 최고치를 추적하여 안테나부(100)가 타겟 위성을 향하도록 제어함으로써 안테나부(100)가 타겟 위성에 피킹(Peaking) 될 수 있도록 제어하게 된다.
단계 S200 : 이러한 위성 추적 및 위성 신호 수신 과정은 시스템이 종료될 때까지 반복 수행된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 두 개 이상의 타겟 위성을 먼저 추적한 후, 추적되는 두 개 이상의 타겟 위성 궤도와 앙각 및 방위각 정보를 통하여 현재의 위도 및 경도 위치를 계산하게 된다. 상기 계산된 현재 위치에 따라 LNB(120)의 스큐각을 계산하여 계산된 LNB 스큐각으로 LNB(120)를 이동시킨 후, 방송용 LNB(121)를 통하여 위성 방송 신호를 수신하여 모니터(600)에 출력하게 된다. 이러한 위성 방송 수신 과정 중에 위성 신호 레벨을 측정하여 최고치가 되도록 추적함으로써 안테나부(100)가 타겟 위성을 지향할 수 있도록 제어하게 된다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템의 LNB 설치 구성도이고, 도 9는 LNB의 설치 사진 일례를 나타낸 것이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 안테나(110)에 방송용 LNB(121)와는 별도로 위성 추적용 LNB(122)를 추가로 장착하여, 초기 위성 추적 시 LNB의 스큐각 회전 없이 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 위성을 추적할 수 있도록 하고 있다. 이때, 방송용 LNB(121)는 방송용 LNB 브라켓(125)을 통하여 안테나(110)에 설치되고, 위치 추적용 LNB(120)는 별도의 위성 추적용 LNB 브라켓(126)을 통하여 방송용 LNB(121)의 일측에 기구적으로 장착되게 된다.
본 발명의 실시예에서 상기 방송용 LNB(121)는 SWIM System LNB, Starchoice System LNB, DirecTV System LNB, Dish Network System LNB 등으로 이루어질 수 있는데, 상기 SWIM System LNB는 미국 및 캐나다 등의 지역에서 사용하고 있는 LNB의 Type이며, Starchoice, DirecTV, Dish Network는 미국 및 캐나다 등의 지역에서 위성 방송 서비스를 하고 있는 서비스공급업체를 나타낸다. 상기 도 7 내지 도 9에 도시된 방송용 LNB(121)는 Starchoice System LNB의 일례를 나타낸 것인데, 도 10은 방송용 LNB에 SWIM System LNB가 적용된 설치 사진 일례를 나타낸 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상기 위성 추적용 LNB(122)는 적용 환경에 따라 직선편파 또는 원편파 수신용 LNB로 이루어질 수 있는데, 예를 들면 미국이나 캐나다 등의 지역에서는 주로 원편파 위성 신호를 사용하기 때문에 이 위성 추적용 LNB(122)는 원편파 LNB로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 미국이나 캐나다 등의 위성 상황의 경우 원편파에서 서비스되고 있는 주파수의 상황이 잘 바뀌지 않는 반면, 직선편파 신호의 경우 상당히 자주 위성 정보가 바뀌기 때문에 이에 따라 안테나 설정을 바꾸어주어야 한다는 불편함이 따르기 때문에 위성 추적용 LNB(122)를 원편파용으로 적용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 방송용 LNB(121) 또한 적용 환경에 따라 직선편파 또는 원편파 수신용 LNB로 이루어질 수 있는데, 만약 방송용 LNB(121)가 직선편파 수신용 LNB로 이루어진다면 직선편파를 원편파로 변환해주는 직선편파-원편파 변환장치가 추가로 구비될 수 있다. 예를 들면, 캐나다용 LNB(직선편파)의 경우 LNB의 4 출력(Output) 중 2개만 사용하게 된다. 여기에서 남는 2개는 수평편파와 수직 편파인데, 여기에 90도 위상 천이기(Phase Shifter)와 신호 결합기(Signal Combiner)가 구비된 직선편파-원편파 변환장치를 사용하게 되면 원편파 신호를 만들 수 있게 되므로 추가로 원편파용 LNB를 장착하지 않아도 되는 시스템을 구축할 수 있게 된다.
상술한 이와 같이, 본 발명에 따른 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템은 방송용 LNB(121)와 별도로 구성되는 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 타겟 위성을 신속하게 추적할 수 있다. 또한, GPS와 같은 별도의 추가 구성없이, 두 개 이상의 위성 정보를 이용하여 현재의 위치를 계산하고, 계산된 현재의 위치 정보를 이용하여 방송용 타겟 위성 방향으로 안테나를 위치시켜 방송 신호를 수신할 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 안테나부 110 : 안테나
120 : LNB 121 : 방송용 LNB
122 : 위성 추적용 LNB 125 : 방송용 LNB 브라켓
126 : 위성 추적용 LNB 브라켓 200 : 스위칭부
300 : 제어부 310 : 신호제어부
311 : 중앙처리부 312 : 스위칭제어부
313 : 위성 추적부 314 : 현재위치 계산부
315 : LNB 스큐각 계산부 316 : 타겟 위성 피킹부
317 : 메모리 320 : 구동제어부
400 : 구동부 410 : 앙각모터
420 : 방위각모터 430 : 스큐각모터
500 : 위성방송 수신기 510 : 수신기 1
520 : 수신기 N 600 : 모니터
610 : 모니터 1 620 : 모니터 2

Claims (12)

  1. 멀티 위성 신호 수신을 위한 자동 포지셔닝 안테나 시스템에 있어서,
    위성 방송 신호를 수신하는 방송용 LNB(121)와, 위성 추적용 위성 신호를 수신하는 위성 추적용 LNB(122)가 안테나(110)에 결합된 안테나부(100)와;
    상기 안테나부(100)의 방송용 LNB(121) 또는 위성 추적용 LNB(122)를 선택하는 스위칭부(200)와;
    상기 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성을 추적하고, 추적되는 위성 정보를 이용하여 안테나부(100)가 위성 방향을 향하도록 제어하는 제어부(300)와;
    상기 제어부(300)의 제어에 따라 안테나부(100)를 이동시키는 구동부(400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(300)는
    상기 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 분석하여 위성 정보 및 현재 위치 정보를 파악하고, 파악되는 현재 위치 정보에 따라 안테나부(100)의 위성 지향 방향을 계산하는 신호제어부(310)와;
    상기 신호 제어부(310)에 의해 계산된 안테나부(100)의 위성 지향 방향 정보에 따라 상기 구동부(400)에 안테나부 제어 명령을 전송하는 구동 제어부(320);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 신호 제어부(310)는
    상기 스위칭부(200)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부(312)와,
    상기 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 통하여 적어도 2개 이상의 위성을 추적하여 추적된 위성의 궤도, 앙각, 방위각 정보를 파악하는 위성 추적부(313)와,
    상기 위성 추적부(313)를 통하여 파악된 2개 이상의 위성 정보를 통하여 현재의 위도 및 경도 위치 정보를 계산하는 현재위치 계산부(314)와,
    상기 현재위치 계산부(314)를 통하여 계산된 현재 위치 정보를 통하여 LNB(120)의 스큐각을 계산하는 LNB 스큐각 계산부(315)와,
    위성 신호 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부(100)가 지향할 수 있도록 수신되는 위성 신호의 세기를 비교 분석하는 타겟 위성 피킹부(316)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 구동 제어부(320)에는
    상기 위성추적부(313)나 LNB 스큐각 계산부(315) 또는 타겟 위성 피킹부(316)를 통하여 계산된 값에 따라 위성 신호의 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부(100)가 지향할 수 있도록 구동부(400)의 동작을 제어하는 구동제어 드라이버가 구비된 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 위성 추적용 LNB(122)는 원편파용 LNB인 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 위성 추적용 LNB(122)는 방송용 LNB(121)의 일측에 위성 추적용 LNB 브라켓(126)을 통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 방송용 LNB(121)는 SWIM System LNB, Starchoice System LNB, DirecTV System LNB, Dish Network System LNB 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 방송용 LNB(121)에는 위상 천이기와 신호 결합기를 포함하는 직선편파-원편파 변환장치가 결합되어 직선편파가 원편파로 변환되는 것을 특징으로 하는 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템.
  9. 위성 신호 수신을 위한 위성 추적 방법에 있어서,
    (a) 안테나부(100)에 설치된 위성 추적용 LNB(122)를 통하여 수신되는 위성 신호를 통하여 적어도 2개 이상의 위성을 추적하고, 추적된 위성의 궤도, 앙각, 방위각 정보를 파악하는 위성 추적단계와;
    (b) 상기 파악된 2개 이상의 위성 정보를 통하여 현재의 위도 및 경도 위치 정보를 계산하는 현재위치 파악단계와;
    (c) 상기 계산된 현재 위치 정보를 이용하여 안테나부(100)가 위성 방향을 향하도록 제어하는 안테나부 제어단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 안테나부 제어단계는
    (c-1) 상기 계산된 현재 위치 정보를 통하여 안테나부(100)에 구비된 LNB(120)의 스큐각을 계산하는 LNB 스큐각 계산단계와;
    (c-2) 상기 계산된 LNB 스큐각에 따라 LNB(120)의 스큐각을 이동시키는 제어신호를 출력하여 LNB(120)를 이동시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 LNB 스큐각에 따라 LNB(120)가 이동한 후, 안테나부(100)에 설치된 방송용 LNB(121)가 활성화되어 방송 위성 신호를 수신하는 스위칭 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 방송용 LNB(121)를 통하여 방송 위성 신호가 수신되는 경우, 수신되는 위성 신호의 세기를 측정하여, 위성 신호의 세기가 가장 큰 방향으로 안테나부(100)가 지향하도록 안테나부(100)의 이동을 제어하는 타겟 위성 피킹단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
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