KR20180002472A - 수평 유지 장치를 이용한 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법 - Google Patents

수평 유지 장치를 이용한 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수평 유지 장치를 이용한 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법에 관한 것 입니다.
위성 추적 방법은 오뚝이 원리 기반의 수평 유지 장치를 이용함으로써, Pitch, Roll의 변화가 발생하기 이전에 이동체가 수평을 이뤘을 때에 측정된 앙각(θ: elevation angle)을 유지하도록 하여 방위각(Azimuth angle)을 실시간으로 제어하여 인공 위성을 추적하는 방법이다.

Description

수평 유지 장치를 이용한 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법{SATELLITE TRACKING METHOD FOR PERFORMING SATELLITE TRACKING APPARATUS USING HORIZONTALITY MAINTENANCE DEVICE}
본 발명은 수평 유지 장치를 이용한 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이동체의 움직임에 따른 앙각을 고정하고, 1축(방위각)을 제어하여, 위성의 위치를 추적하는 위성 추적 장치가 수행하는 위치 추적 방법에 관한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 일정 거리를 이동하면서 현재의 위치를 파악하기 위한 목적 등으로 짧은 이동거리에서 인공 위성으로부터 위성 신호를 수신한다. 여기서, 선박은 선박의 움직임에 따른 Pitch, Roll 및 Yaw에 대한 보정함으로써, 보다 정상적인 위성 신호를 수신한다. 그리고, 선박의 이동 거리가 긴 경우, 선박은 상하동요, 좌우동요, 전후동요에 따른 보정도 함께 수행하여, 보다 정확한 위성 신호를 수신한다.
보정을 통해 결정된 보정값은 선박에 탑재된 Antenna Control Unit(ACU)에 전달되고, Antenna Control Unit(ACU)는 보정값에 따른 앙각(Elevation) 및 방위(Azimuth)각에 대응하는 모터를 제어하여 인공 위성을 추적한다.
결국, 선박이 인공 위성을 추적함에 있어, 종래에는 Pitch, Roll 및 Yaw 각각의 변화를 감지하기 위한 3개의 자이로 센서 및 좌-우, 상-하, 직-후를 보정하기 위한 보정 센서가 필요하다. 또한, 위성 신호를 직접 수신 및 처리한 후, 처리 결과를 ACU에 전달해야 하는 장치가 필요하다. 또한, 이러한 자이로 센서 및 보정 센서는 처리 방법이 매우 복잡하고, 고가이다. 특히, 이중 Pitch 및 Roll 보정은 섬세하고 복잡하여 위성 추적장치 기술 비중의 상당부분을 차지한다.
따라서, 인공 위선을 추적함에 있어, 보다 간단하게 추적할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 이동체의 움직임에 따른 Pitch, Roll의 변화를 감지하는 센서를 대신하여 오뚝이 원리 기반의 수평 유지 장치를 이용함으로써, Pitch, Roll의 변화가 발생하기 이전에 이동체가 수평을 이뤘을 때에 측정된 앙각(θ: elevation angle)을 유지하도록 하여 방위각(Azimuth angle)을 실시간으로 제어할 수 있는 위성 추적 방법을 제안한다.
본 발명은 인공 위성으로부터 수신한 위성 신호를 이용해 위성을 처리하는 방식이 아니라, 위성 궤도 정보를 이용하여 위성을 추적함으로써, 이동체의 움직임에 따른 위성 신호를 수신하기 위한 Searching할 필요 없는 위성 추적 방법을 제안한다.
일실시예에 따른 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법은 상기 위성 추적 장치의 수신기를 이용하여 상기 위치 추적 장치가 탑재된 이동체의 위치 정보 및 상기 위성 추적 장치가 추적해야 하는 인공 위성의 경로를 나타내는 위성 궤도 정보를 수신하는 단계; 상기 이동체의 움직임에 따른 이동체의 피치(pitch angle) 및 롤(roll angle)이 변경되었는지 여부를 확인하는 단계; 상기 이동체의 피치 및 롤이 변경된 경우, 상기 이동체의 피치 및 롤이 변경되기 이전에 수평을 이룬 상태에서 측정된 안테나의 앙각을 유지하고, 상기 이동체의 위치 정보를 기준으로 상기 위성 궤도 정보에 따라 인공 위성을 추적하도록 상기 안테나의 방위각을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 안테나의 방위각에 대응하여 수평 유지 장치의 위에 배치된 안테나의 받침대를 조정하는 단계를 포함하고, 상기 수평 유지 장치는, 상기 조정된 안테나의 받침대에 대한 수평을 유지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 오뚝이 원리 기반의 수평 유지 장치를 이용하여 이동체의 피치 및 롤이 변경되기 이전에 수평을 이룬 상태에서 측정된 안테나의 앙각을 유지하고, 인공 위성을 추적하도록 계산된 방위각을 갖는 안테나의 받침대가 항상 수평을 유지함으로써, 1축(방위각)을 이용해 인공 위성을 추적할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 위성 추적 장치가 추적해야 하는 인공 위성의 경로를 나타내는 위성 궤도 정보를 이용하여 인공 위성을 추적함으로써, 이동체가 위성 커버리지 내의 어디 지역이든 인공 위성의 위성 신호를 수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수평 유지 장치가 탑재된 이동체의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 움직임에 따른 앙각을 고정하고, 1축(방위각)을 제어하기 위한 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위성 수신 커버리지 내에 인공 위성의 위성 신호를 수신하는 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위성 추적 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수평 유지 장치가 탑재된 이동체의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 이동체(104)는 일정 거리를 이동하면서 인공 위성으로부터 위성 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 이동체(104)는 위성 신호를 수신하며 이동하는 수단으로써, 선박 등을 포함할 수 있다. 이러한 이동체(104)는 부양성에 의해 해수면에 떠 있으며, 동력에 따른 힘에 의해 이동하게 됩니다. 이 때, 이동체(104)는 힘에 의해 이동함에 있어, 해류(바닷물결)에 따른 횡동요, 종동요, 선수동요가 발생하게 되며, 이로 인한 Pitch, Roll 및 Yaw를 보정함으로써, 위성 신호를 수신할 수 있다.
그러나, 위에서 언급한 바와 같이 선박의 움직임에 따른 Pitch, Roll 및 Yaw를 보정함에 있어, Pitch, Roll 및 Yaw에 대한 보정 방법은 매우 복잡하며, Pitch, Roll 및 Yaw를 감지하는 자이로 센서 및 보정 센서는 고가의 장비이다. 특히나, Pitch 및 Roll 보정은 섬세하고 복잡하여 위성 추적장치 기술 비중의 상당부분을 차지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이동체(104)가 일정 거리를 이동하는 과정에서 발생하는 Pitch 및 Roll에 대한 보정 없이, 위성 신호를 수신하기 위해 인공 위성을 추적하는 방법을 제안한다.
구체적으로, 이동체(104)는 이동체(104)에 배치된 안테나를 이용하여 인공 위성으로부터 위성 신호를 수신하게 되는데, 일례로, 약 0.7m의 소형 L-band 안테나가 사용될 경우, 3dB 빔 폭(beam width)은 약 16 deg 된다. 이는 약 8도를 갖는 빔의 반경 내에서는 앙각을 조정하지 않아도, 방위각을 조정하는 것 만으로 정지궤도에 의한 위성 신호의 수신이 가능하다는 것을 의미한다.
다시 말해, 한반도 주변 해상에서 운항하는 이동체(104)들은 동경 128.2도 있는 정지위성에 대해서 약 49도 앙각을 유지하는 경우, 별도의 앙각을 조정하지 않고, 정지위성의 위성 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 본 발명은 한반도 주변의 해상에서 운하는 선박을 대상으로 안테나의 앙각을 49도를 유지하면서 자이로 센서로부터의 얻어진 보정값과 정지위성의 좌표로 Azimuth 축만을 제어하여, 이동체(104)가 운항 중에도 위성 신호를 정상적으로 수신할 수 있는 방법을 제안한다.
이를 위해, 도 1의 (a)를 살펴보면, 본 발명은 이동체(104)가 수평축을 기준으로 수평을 이루고 있는 상태일 수 있다. 그리고, 이동체(104)에 배치된 안테나(102)는 이동체(104)가 수평을 이루고 있는 상태에서 인공 위성(105)의 신호를 수신하기 위한 앙각(106)을 측정할 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 상기 이동체의 피치 및 롤이 변경되기 이전에 수평을 이룬 상태에서 이동체에 배치된 안테나의 앙각을 측정할 수 있다. 여기서, 안테나(102)의 앙각(106)은 위에서 언급한 바와 같이 49도로 측정될 수 있으며, 안테나(102)의 앙각(106)은 이동체(104)의 위치에 따라 가변될 수 있다.
도 1의 (b)는 Roll 또는 Pitch가 발생할 때 이동체(104)의 형태를 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 오뚝이 원리를 이용하여 이동체(104)에 배치된 안테나(102)의 앙각을 유지할 수 있다. 여기서, 오뚝이 원리란: 이동체의 Pitch 및 Roll Tilt(West-East Tilt, North-South Tilt) 발생시 무게 중심이 하부에 있게 하여 항상 수평을 유지해주는 원리를 의미할 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 오뚝이 원리를 기반으로 동작하는 수평 유지 장치(101)를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 안테나(102)는 받침대(103) 위에 배치될 수 있다. 그리고, 안테나의 받침대(103)는 수평 유지 장치(101) 위에 배치될 수 있다. 받침대(103)는 이동체의 피치 및 롤의 변경에 따른 앙각(106)을 유지하고, 인공 위성(105)의 좌표로 계산된 방위각으로 조정될 수 있다. 즉, 본 발명은 안테나의 앙각이 유지된 상태에서 받침대(103)를 통해 정지위성이 위치한 방향으로 안테나의 방위각이 조정됨에 따라 인공 위성(105)으로부터 위성 신호를 정상적으로 수신할 수 있다. 인공 위성(105)은 적도 상공 약 36,000 km에서 지구 자전주기와 같은 주기로 공전하면서 지구를 관측하는 인공위성인 정지위성(Geostationary Satellite)를 의미할 수 있다.
그리고, 수평 유지 장치(101)는 오뚝이 원리를 기반으로 이동체(104)의 움직임에 따른 안테나의 받침대(103)가 수평을 이루도록 받침대(103)의 수평 상태를 유지시킬 수 있다. 다시 말해, 이동체(104)의 움직임에 따라 Roll 발생 경우, 이동체(104)가 기울었지만, 수평 유지 장치(101)는 오뚝이 원리에 따라 안테나(102)의 앙각을 사전에 측정한 값으로 유지시켜줄 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체의 움직임에 따른 앙각을 고정하고, 1축(방위각)을 제어하기 위한 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명은 위성 추적 장치(201)를 이용하여 이동체의 움직임에 따른 안테나(204)의 앙각을 유지하면서, 인공 위성을 추적하도록 안테나(204)의 방위각에 따른 안테나(204)의 받침대(203)를 제어할 수 있다. 여기서, 위성 추적 장치(201)는 ACU(Antenna Control Unit)로, 인공 위성을 추정할 수 있도록 안테나를 제어하는 장치일 수 있다.
구체적으로, 안테나(204)는 받침대(203) 위에 배치되고, 받침대(203)는 오뚝이 원리 기반의 수평 유지 장치(202) 위에 배치될 수 있다. 그리고, 안테나(204)는 제1 수신기(207)를 통해 인공 위성(205)의 위성 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 인공 위성의 위성 신호는 LNB(206: Low Noise Block Converter)를 통해 노이즈가 제거될 수 있다.
본 발명은 이동체(104)의 움직임에 따른 이동체의 피치 및 롤이 변경되었는지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 본 발명은 이동체의 피치 및 롤이 변경되었는지 여부에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다.
① 이동체의 피치 및 롤이 변경되지 않은 경우
본 발명은 안테나(104)에 탑재된 자이로 센서(208)를 이용하여 이동체의 방위 변화를 측정하고, 자이로 센서(208)는 측정된 이동체의 방위 변화에 따른 보정 데이터를 생성할 수 있다.
데이터 처리기(209)는 자이로 센서(208)로부터 얻어진 보정 데이터를 수신하고, 수신한 보정 데이터를 처리한 후, 처리된 결과를 위성 추적 장치(201)에 전달할 수 있다.
이후, 위성 추적 장치(201)는 제2 수신기(211)로부터 이동체의 위치 정보를 수신할 수 있다. 여기서, 위치 정보는 현재 이동체가 위치한 지점으로 위도 및 경도를 포함할 수 있다. 그리고, 위성 추적 장치(201)는 제2 수신기(211)로부터 위성 궤도 정보를 수신할 수 있다. 여기서, 위성 궤도 정보는 위성 추적 장치가 추적해야 하는 인공 위성의 경로를 나타내는 정보일 수 있다. 일례로, 위성 추적 장치(201)는 외부로부터 GPS 수신기를 통해 위치 정보를 수신하고, Two line Element에 대한 위성 궤도 정보를 수신할 수 있다.
그리고, 위성 추적 장치(201)는 데이터 처리기(209)로부터 수신한 결과를 기반으로 이동체의 위치 정보를 기준으로 상기 위성 궤도 정보에 따라 인공 위성을 추적하도록 상기 안테나의 방위각을 계산할 수 있다. 즉, 위성 추적 장치(201)는 인공 위성으로 지향해야 할 방위각을 계산할 수 있다.
위성 추적 장치(201)는 계산된 안테나(204)의 방위각에 대응하여 수평 유지 장치(202)의 위에 배치된 안테나(204)의 받침대(203)를 조정할 수 있다. 여기서, 위성 추적 장치(201)는 안테나(204)의 받침대(203)와 연동하는 방위각 모터(210)를 제어함으로써, 계산된 방위각에 따른 안테나(204)의 받침대(203)를 조정할 수 있다.
② 이동체의 피치 및 롤이 변경된 경우
본 발명은 이동체의 피치 및 롤이 변경됨에 따른 수평 유지 장치를 통해 안테나의 받침대가 수평을 이루도록 상태를 유지시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 위성 추적 장치(201)는 이동체의 Pitch, Roll 센서를 대신하여 수평 유지 장치가 동작하는 오뚝이 원리를 이용하여 이동체의 피치 및 롤이 변경되기 이전에 수평을 이룬 상태에서 측정된 이동체에 배치된 안테나의 앙각을 유지할 수 있다.
그리고, 위성 추적 장치(201)는 제2 수신기(211)로부터 현재 이동체가 위치한 지점으로 위도 및 경도를 포함하는 위치 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 위성 추적 장치(201)는 제2 수신기(211)로부터 위성 추적 장치가 추적해야 하는 인공 위성의 경로를 나타내는 정보인 위성 궤도 정보를 수신할 수 있다.
위성 추적 장치(201)는 이동체의 위치 정보를 기준으로 상기 위성 궤도 정보에 따라 인공 위성을 추적하도록 안테나의 방위각을 계산할 수 있다.
위성 추적 장치(201)는 안테나(204)의 받침대(203)와 연동하는 방위각 모터(210)를 제어함으로써, 계산된 방위각에 따른 안테나(204)의 받침대(203)를 조정할 수 있다. 여기서, 수평 유지 장치(202)는 이동체의 피치 및 롤이 변경됨에 따른 기 측정된 앙각에 따른 무게 중심으로 하부에 있도록 설정됨에 따라 안테나의 받침대를 수평으로 유지시킬 수 있다.
결국, 안테나(204)는 수평을 이룬 상태에서 측정된 이동체에 배치된 안테나의 앙각을 유지하고, 위성 궤도 정보에 따라 인공 위성을 추적하기 위한 방위각에 따라 받침대가 조정됨에 따라, 인공 위성으로부터 정상적인 위성 신호를 수신할 수 있다.
또한, 위성 추적 장치(201)는 제2 수신기로부터 이동체를 추적 대상위성의 좌표를 수신하고 위성 궤도 정보를 수신함으로써, 장 거리를 이동하는 이동체의 움직임에 따른 좌-우, 상-하, 직-후에 대한 보정 문제를 쉽게 해결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위성 수신 커버리지 내에 인공 위성의 위성 신호를 수신하는 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 오뚝이 원리를 이용한 수평 유지 장치를 이용하며, 제2 수신기로부터 이동체의 위치 정보(좌표) 및 위성 궤도 좌표를 수신함으로써, 위성 커버리지 내의 어디 지역에 위치하던 인공 위성의 위성 신호에 대한 수신이 쉽게 가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위성 추적 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(401)에서 위성 추적 장치는 위성 추적 장치의 수신기를 이용하여 상기 위치 추적 장치가 탑재된 이동체의 위치 정보 및 상기 위성 추적 장치가 추적해야 하는 인공 위성의 경로를 나타내는 위성 궤도 정보를 수신할 수 있다.
단계(402)에서 위성 추적 장치는 이동체의 움직임에 따른 이동체의 피치(pitch angle) 및 롤(roll angle)이 변경되었는지 여부를 확인할 수 있다.
단계(403)에서 위성 추적 장치는 이동체의 피치 및 롤이 변경된 경우, 상기 이동체의 피치 및 롤이 변경되기 이전에 수평을 이룬 상태에서 측정된 이동체에 배치된 안테나의 앙각을 유지하고, 상기 이동체의 위치 정보를 기준으로 상기 위성 궤도 정보에 따라 인공 위성을 추적하도록 상기 안테나의 방위각을 계산할 수 있다.
단계(404)에서 위성 추적 장치는 계산된 안테나의 방위각에 대응하여 수평 유지 장치의 위에 배치된 안테나의 받침대를 조정할 수 있다. 여기서, 수평 유지 장치는, 상기 조정된 안테나의 받침대에 대한 수평을 유지시킬 수 있다.
본 발명은 이동체가 수평을 이루고 있고, 이에 따른 이동체에 배치된 안테나도 수평을 이루고 있는 상태에서, 이동체의 움직임에 따른 피치 및 롤이 변경함에 따라 이동체의 변경과 무관하게 이동체에 배치된 안테나를 수평 상태로 유지시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101: 수평 유지 장치
102: 안테나
103: 안테나의 받침대
104: 이동체
105: 인공 위성

Claims (1)

  1. 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법에 있어서,
    상기 위성 추적 장치의 수신기를 이용하여 상기 위치 추적 장치가 탑재된 이동체의 위치 정보 및 상기 위성 추적 장치가 추적해야 하는 인공 위성의 경로를 나타내는 위성 궤도 정보를 수신하는 단계;
    상기 이동체의 움직임에 따른 이동체의 피치(pitch angle) 및 롤(roll angle)이 변경되었는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 이동체의 피치 및 롤이 변경된 경우, 상기 이동체의 피치 및 롤이 변경되기 이전에 수평을 이룬 상태에서 측정된 이동체에 배치된 안테나의 앙각을 유지하고, 상기 이동체의 위치 정보를 기준으로 상기 위성 궤도 정보에 따라 인공 위성을 추적하도록 상기 안테나의 방위각을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 안테나의 방위각에 대응하여 수평 유지 장치의 위에 배치된 안테나의 받침대를 조정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수평 유지 장치는,
    상기 조정된 안테나의 받침대에 대한 수평을 유지시키는 위성 추적 방법.
KR1020160135876A 2016-06-29 2016-10-19 수평 유지 장치를 이용한 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법 KR20180002472A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112649817A (zh) * 2020-12-04 2021-04-13 中国科学院国家空间科学中心 一种海上浮标卫星通信自动跟踪装置及跟踪方法

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