KR20200083030A - 위성시간과 지상시간 동기화 시스템 및 이의 운용 방법 - Google Patents

위성시간과 지상시간 동기화 시스템 및 이의 운용 방법 Download PDF

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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 위성시간과 지상시간 동기화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 GPS 신호가 가용하지 않은 정지궤도 위성, 달탐사 궤도선 및 행성 탐사선 등과 같은 위성체의 위성시간과 지상시간 간의 동기화를 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
위성과 위성을 지상에서 운용하는 지상국을 포함하는 위성 시스템은 위성에 포함된 클럭을 기준으로 하는 카운터 값을 포함하는 위성시간 정보를 생성하고, 위성시간 정보를 생성하는 시점과 동일한 시점에 텔레메트리를 동기화하여 지상국으로 동기화된 텔레메트리를 전송하는 위성 및 텔레메트리 수신을 시작하는 시점의 지상시간을 기록하여 지상시간과 위성시간의 오차를 계산하고, 오차를 보정하기 위한 위성 명령 신호를 위성으로 전송하는 지상국을 포함한다.

Description

위성시간과 지상시간 동기화 시스템 및 이의 운용 방법{SYSTEM FOR SYNCRONIZING SATELLITE TIME AND GROUND TIME AND THE OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 위성시간과 지상시간 동기화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 GPS 신호가 가용하지 않은 정지궤도 위성, 달탐사 궤도선 및 행성 탐사선 등과 같은 위성체의 위성시간과 지상시간 간의 동기화를 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 위성에 장착된 GPS 수신기는 GPS 위성으로부터 항법 신호를 받아서 위성의 위치,　시간　및 속도 정보를 제공하는 것을 주요 목적으로 하고 있으며 이러한 정보를 근거로 위성의 현재 위치정보 및 임무 수행을 위한 정보를 유도하게 되는 것으로 인공위성의 기준시간　생성을 위해서는 GPS 수신기에서 나오는 1PPS신호를 사용하게 되며 이때의 1PPS 신호는 위성체 각 프로세서의 기준시간으로 사용하기 위하여 UTC(Co-ordinated Universal Time)에　시간 동기를 하게 되고 이를 위하여 디지털 위상고정루프(DPLL: Digital Phase Lock Loop)를 사용하고 있다.
저궤도위성의 경우, 지상 600km 정도에 위치하며 이 위치에서는 GPS를 이용하여 위성 내부 시각을 협정 세계시(Coordinated Universal Time, 이하 UTC)에 맞출 수 있다. 그 방법으로 GPS 수신기의 1 PPS (Pulse Per Second) 신호가 들어올 때 위성 내부 시계 (Real Time Clock, 이하 RTC) 입력 회로에서 이 신호 입력 시점을 감지하여, 그 시점을 위성 내부 시각 (On-Board Time, 이하 OBT)으로 맞추는 방식을 사용한다.　
다만, 상술한 종래기술은 위성이 GPS를 이용할 수 있는 위치에 있을 경우에만 적용이 가능하다. 즉, 정지궤도 위성이나 달 궤도 탐사선 및 행성 탐사선 등의 위성은 그 궤도에서 GPS 신호를 정상적으로 수신할 수 없기 때문에 종래기술을 적용할 수 없다.
다만, 위성의 위치, 속도, 자세 정보와 관련된 센서 데이터의 수집 시점, 그리고 위성의 액츄에이터의 동작 시점, 그리고 위성의 미션 수행 시점은 지상국이 인지하고 있는 정확한 시각에 수집 또는 동작이 되어야 위성 동작 및 미션을 정상적으로 수행할 수 있다. 이를 위해, GPS 신호를 정상적으로 수신하지 못하는 위성에서 RTC 시각과 UTC 시각을 일치시키기 위한 방법의 필요성이 제고된다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, GPS 신호를 정상적으로 수신하지 못하는 위성에서 발생한 OBT 정보를 모니터링하고 계산된 오차만큼 RTC의 시각을 보정함으로써, OBT를 UTC의 시각에 일치시키기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위성과 상기 위성을 지상에서 운용하는 지상국을 포함하는 위성 시스템은 상기 위성에 포함된 클럭을 기준으로 하는 카운터 값을 포함하는 위성시간 정보를 생성하고, 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 동일한 시점에 텔레메트리를 동기화하여 상기 지상국으로 상기 동기화된 텔레메트리를 전송하는 위성 및 상기 텔레메트리 수신을 시작하는 시점의 지상시간을 기록하여 상기 지상시간과 상기 위성시간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 지상국을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지상국은 상기 위성에서 상기 지상국까지의 거리에 따른 제1 시간지연 및 상기 지상국에 포함된 장비에서의 제2 시간지연을 계산하고, 상기 제1 및 제2 시간지연을 바탕으로 상기 오차를 계산할 수 있다.
또한, 상기 텔레메트리는 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 상기 텔레메트리의 전송을 시작하는 시점 간의 시간 차이 정보를 포함하고, 상기 지상국은 상기 시간 차이 정보를 바탕으로 상기 오차를 계산할 수 있다.
또한, 상기 지상국은 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 카운터 값을 증가시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하고, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 후행하는 경우 상기 카운터 값을 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송할 수 있다.
또한, 상기 지상국은 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 위성 명령은 상기 클럭을 기준으로 하는 카운터를 기설정된 한도 안에서 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하고, 상기 기설정된 한도는 상기 카운터에 포함된 서브 마이너 틱의 개수와 상기 서브 마이너 틱 간의 간격에 의해 결정되는 것일 수 있다.
한편, 위성과 상기 위성을 지상에서 운용하는 지상국을 포함하는 위성 시스템의 운용 방법은 상기 위성에 의해, 상기 위성에 포함된 클럭을 기준으로 하는 카운터 값을 포함하는 위성시간 정보를 생성하는 단계; 상기 위성에 의해, 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 동일한 시점에 텔레메트리를 동기화하여 상기 지상국으로 상기 동기화된 텔레메트리를 전송하는 단계; 상기 지상국에 의해, 상기 텔레메트리 수신을 시작하는 시점의 지상시간을 기록하여 상기 지상시간과 상기 위성시간의 오차를 계산하는 단계; 및 상기 지상국에 의해, 상기 오차를 보정하기 위한 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 오차를 계산하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 위성에서 상기 지상국까지의 거리에 따른 제1 시간지연 및 상기 지상국에 포함된 장비에서의 제2 시간지연을 계산하고, 상기 제1 및 제2 시간지연을 바탕으로 상기 오차를 계산하는 포함할 수 있다.
또한, 상기 텔레메트리는 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 상기 텔레메트리의 전송을 시작하는 시점 간의 시간 차이 정보를 포함하고, 상기 오차를 계산하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 시간 차이 정보를 바탕으로 상기 오차를 계산할 수 있다.
또한, 상기 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 카운터 값을 증가시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하고, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 후행하는 경우 상기 카운터 값을 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하는 것일 수 있다.
또한, 상기 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 위성 명령은 상기 클럭을 기준으로 하는 카운터를 기설정된 한도 안에서 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하는 것이고, 상기 기설정된 한도는 상기 카운터에 포함된 서브 마이너 틱의 개수와 상기 서브 마이너 틱 간의 간격에 의해 결정되는 것일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 위성과 상기 위성을 지상에서 운용하는 지상국을 포함하는 위성 시스템의 운용 방법을 실행 키기 위한 프로그램을 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, GPS 수신기를 적용하기 어려운 정지궤도 위성이나 저궤도 위성에 대해서 위성시간(OBT)과 지상시간(UTC)의 동기화를 용이하게 수행할 수 있다.
마찬가지로, GPS 수신기를 탑재하는 위성에 대해서도, GPS 수신기 고장이 발생할 경우 백업(또는 대체) 시스템으로 사용할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성시간(OBT)과 지상시간(UTC)을 동기화하는 방법을 설명하기 위한 시스템도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성시간을 지상시간과 동기화 시키기 위해 위성과 지상국 사이 정보를 송수신하는 것을 설명하기 위한 시퀀스도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 시스템의 위성과 지상국을 구성하는 구성요소를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텔레메트리 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터럽트를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "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.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성시간(OBT)과 지상시간(UTC)을 동기화하는 방법을 설명하기 위한 시스템도이다.
도 1을 참조하면, 위성(100)은 지상국(200)과 데이터 신호를 송수신할 수 있다. 이때, 위성(100)은 지상국(200)으로 위성(100)의 상태 등을 포함하는 텔레메트리(Telemetry, 원격전파신호)를 송신할 수 있다.
위성(100)은 위성(100) 내부의 위성 내부 시계(RTC)에 포함된 클럭(clock)을 기준으로 카운터(Counter)를 설정함으로써 OBT의 1초를 조절할 수 있다. 예를 들면, 80MHz 클럭(Clock)을 사용하는 경우, 1Hz 생성용 카운터(Counter)에 80,000,000를입력하여 1초 위성시간(OBT)을 생성할 수 있다.
한편, 위성(100)은 위성(100)의 위성시간(0BT) 정보가 발생된 시점을 텔레메트리 송신 시점에 동기화시켜 동일하게 설정할 수 있다. 구체적으로, 위성(100)은 지상국(200)으로 텔레메트리 전송 시점을 OBT 발생을 위한 RTC 1Hz 시작 시점과 동기화시켜 동일하게 설정할 수 있다. 즉, 위성(100)은 1Hz RTC 신호에 동기를 맞춰서 CADU(Channel Acess Data Unit)가 시작하도록 텔레메트리를 설계할 수 있다.
지상국(200)은 위성(100)에서의 CADU의 시작 시점을 기록하기 위한 장비를 포함하고 있을 수 있다. 예를 들면, Cortex와 같은 장비는 위성(100)에서의 CADU 시작 시점을 UTC 시각 시준으로 기록할 수 있으나, 이에 한정하지 않고 다양한 장비를 포함하고 있을 수 있다.
따라서 지상국(200)은 위성(100)으로부터 수신한 텔레메트리의 CADU 시작 시점의 UTC와 위성(100)에서 텔레메트리에 동기화된 OBT를 비교할 수 있고, 이에 따라 OBT와 UTC의 오차를 계산할 수 있다.
지상국(200)은 계산된 오차를 보정하기 위한 위성 명령 신호를 위성(100)으로 전송할 수 있다. 이때, 위성 명령 신호는 OBT를 UTC에 동기화시키기 위하여 1Hz 생성용 카운터(Counter) 값을 조절하기 위한 신호일 수 있다. 예를 들면, 위성 명령 신호는 OBT보다 UTC가 선행하는 경우, 1Hz 생성용 카운터 값을 감소시켜서 UTC의 시작시점에 맞게 이동시키는 것일 수 있고, 이후 동일한 시점이 된 경우, 카운터 값을 다시 증가시킬 수 있다. 반대로 위성 명령 신호는 OBT보다 UTC가 후행하는 경우는 1Hz 생성용 카운터 값을 잠시 증가시켜서 UTC의 시작시점으로 이동시키는 것일 수 있다.
위성(100)은 지상국(200)으로부터의 위성 명령 신호에 대응되도록 OBT 생성을 위한 카운터 값을 조절함으로써, OBT와 UTC를 동기화 시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성시간을 지상시간과 동기화 시키기 위해 위성과 지상국 사이 정보를 송수신하는 것을 설명하기 위한 시퀀스도이다.
도 2를 참조하면, 위성(100)은 RTC의 클럭(Clock) 카운터 값을 이용하여 카운터 값을 포함하는 1초 위성시간(OBT) 정보를 생성할 수 있다(S210). 위성(100)은 OBT 정보가 생성되는 시점과 텔레메트리 전송을 시작하는 시점을 동기화하여 지상국(200)으로 전송할 수 있다(S220).
지상국(200)은 수신한 텔레메트리에 포함된 OBT 정보 생성 시점을 확인할 수 있고, 지상국(200) 내의 텔레메트리 전송 시작 시점(지상시간 기준)을 비교할 수 있다. 이를 통해 지상국(200)은 위성시간(OBT)과 지상시간(UTC) 간의 오차를 계산할 수 있다(S230). 지상국(200)은 계산된 오차를 보정하기 위한 위성 명령 신호를 위성(100)으로 전송할 수 있다(S240). 이때, 위성 명령 신호는 OBT보다 UTC가 선행하는 경우, 1Hz 생성용 카운터 값을 감소시켜서 UTC의 시작시점에 맞게 이동시키는 것일 수 있고, 이후 동일한 시점이 된 경우, 카운터 값을 다시 증가시킬 수 있다. 반대로 위성 명령 신호는 OBT보다 UTC가 후행하는 경우는 1Hz 생성용 카운터 값을 잠시 증가시켜서 UTC의 시작시점으로 이동시키는 것일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
위성(100)은 지상국(200)으로부터 위성 명령 신호를 수신하면, 명령 신호에 응답하여 RTC 내 OBT 생성을 위한 카운터 값을 조절하여 OBT와 UTC 간의 오차를 보정할 수 있다. 이때, 위성(100)은 오차를 보정하는 방법으로 PD(Prpportional-Derivative) 제어와 같은 제어 폐루프 제어(Closed Loop Control)를 통해 특정 오차가 유지되도록 카운터 값을 제어할 수 있다. 또는 위성(100)은 한 번에 오차를 모두 보상하고, 그 후 1초 간격을 오차가 발생하지 않도록 OBT 간격을 정확히 추정하여 보정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 시스템의 위성과 지상국을 구성하는 구성요소를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 위성 시스템은 위성(100)과 지상국(200)을 포함할 수 있다. 위성(100)은 위성시간 정보 생성부(110), 텔레메트리 동기화부(120), 인터럽트 생성부(130) 및 클럭 카운터 조절부(140)를 포함할 수 있다. 지상국(200)은 시간기록부(210), 오차계산부(220) 및 위성 명령 생성부(230)를 포함할 수 있다.
위성시간 정보 생성부(110)는 위성(100)에 포함된 RTC를 바탕으로 위성시간 OBT 1초에 대한 정보를 생성할 수 있다. 구체적으로 RTC의 1Hz를 조절하는 기능을 통해 클럭 카운터 값을 조절하여 OBT의 1초 길이에 대한 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 80MHz 클럭을 사용하는 경우, 위성시간 정보 생성부(110)는 클럭이 이상적으로 정확하다면 1Hz 생성용 카운터에 80,000,000를 입력하여 1초 OBT를 생성할 수 있다. 반면, 이 클럭이 빠르게 동작하는 경우, 위성시간 정보 생성부(110)는 카운터 값을 79,999,999 이하의 값으로 입력하여 정확한 1초 OBT를 생성할 수 있다.
텔레메트리 동기화부(120)는 위성(100)에서 지상국(200)으로 전송하는 텔레메트리의 전송 시작 시점을 위성시간 정보 생성 시점과 동기화시킬 수 있다.
구체적으로 텔레메트리 동기화부(120)는 1Hz RTC 신호 발생 시점에 동기를 맞춰서 CADU가 시작하도록 텔레메트리를 설계할 수 있다. 즉, OBT 발생시점에 텔레메트리의 ASM(Attached Sync. Mark)를 전송하기 시작한다.
만약 설계 조건에 의하여 OBT 시작시점에 CADU 전송을 시작하지 못하는 경우에, 텔레메트리 동기화부(120)는 OBT 시작시점과 ASM 시작 시점 간의 시간 차이 정보를 텔레메트리에 포함시킬 수 있다. 이 경우, 지상국(200)은 상술한 시간 차이 정보를 이용해서 추가적으로 UTC와 OBT 시간차이를 계산할 수 있다.
인터럽트 생성부(130)는 지상국(200)에서 오차 계산한 결과를 반영하여 위성 명령 신호를 생성할 때, 1Hz 생성용 카운터를 과도하게 감소시킬 수 없도록 하는 인터럽트(interrupt)를 삽입할 수 있다. 이에 대하여는 도 5를 통하여 상세히 설명하기도 한다. 도 3에서는 인터럽트 생성부(130)가 위성(100)에 포함된 것으로 도시하였으나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 인터럽트 생성부(130)는 위성(100)의 소프트웨어 설계 정보를 포함하는 지상국(200)에 포함될 수 있다.
한편, 텔레메트리 동기화부(120)는 인터럽트 생성부(130)에서 생성된 인터럽트 정보를 텔레메트리에 포함하여 전송할 수 있다. 이 경우, 지상국(200)은 인터럽트를 고려하여 OBT와 UTC의 오차 보정을 위한 위성 명령을 생성할 수 있다.
클럭 카운터 조절부(140)는 RTC 기준의 클럭을 조절하여 OBT 생성을 제어할 수 있다. 또한, 클럭 카운터 조절부(140)는 지상국(200)으로부터 수신한 위성 명령 신호에 응답하여 OBT를 조절하기 위한 구성이다. 구체적으로, 클럭 카운터 조절부(140)는 OBT보다 UTC가 선행하는 경우 이에 대응하는 위성 명령 신호에 응답하여 1Hz 생성용 카운터 값을 감소시켜서 UTC의 시작시점에 맞게 이동시키는 것일 수 있고, 이후 동일한 시점이 된 경우, 카운터 값을 다시 증가시킬 수 있다. 클럭 카운터 조절부(140)는 OBT보다 UTC가 후행하는 경우 이에 대응하는 위성 명령 신호에 응답하여 1Hz 생성용 카운터 값을 잠시 증가시켜서 UTC의 시작시점으로 이동시킬 수 있다.
시간기록부(210)는 위성(100)으로부터 텔레메트리를 수신하기 시작하는 시점을 UTC 기준으로 기록할 수 있다.
오차 계산부(220)는 시간기록부(210)로부터 전달받은 시간 정보와 위성(100)으로부터 수신한 텔레메트리에 포함된 시간 정보를 비교하여 OBT와 UTC의 시간 차이를 계산할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지상국(200)은 위성(100)에서 지상국(200)까지의 거리에 따른 제1 시간지연 및 지상국에 포함된 장비에서의 내재된 제2 시간지연을 계산하고, 제1 및 제2 시간지연을 바탕으로 오차를 계산할 수 있다. 구체적으로, 제1 시간지연은 #
위성 명령 생성부(230)는 오차 계산부(220)로부터 수신한 시간 차이 정보를 바탕으로 OBT 시간을 조절하기 위한 적절한 위성 명령을 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 위성 명령 생성부(230)는 OBT보다 UTC가 선행하는 경우 1Hz 생성용 카운터 값을 감소시키기 위한 위성 명령을 생성할 수 있고, OBT보다 UTC가 후행하는 경우 1Hz 생성용 카운터 값을 잠시 증가시키기 위한 위성 명령을 생성할 수 있다.
이후, 지상국(200)은 위성 명령 생성부(230)에서 생성된 위성 명령을 위성(100)으로 전송할 수 있고, 클럭 카운터 조절부(140)는 위성 명령에 응답하는 동작을 수행할 수 있다.
한편, 위성(100)의 위성시간 정보 생성부(110), 텔레메트리 동기화부(120), 인터럽트 생성부(130), 클럭 카운터 조절부(140) 및 지상국(200)의 시간기록부(210), 오차계산부(220), 위성 명령 생성부(230) 등의 구성은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상술한 구성들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텔레메트리 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 위성(100)은 도 4와 같이 OBT 생성 시점(410)과 텔레메트리 전송 시작 비트(420)의 시작 시점을 동기화한 텔레메트리를 생성할 수 있다. 이때, OBT 생성 시점은 1PPS(Pulse Per Second)로 구현될 수 있다. 1초당 펄스 (PPS 또는 1PPS)는 폭이 1초 미만이고 급격히 상승하거나 갑자기 떨어지는 가장자리가 1초에 한 번 정확하게 반복되는 전기 신호이다. PPS 신호는 해상도와 정확도에 따라 초당 12 피코 초에서 수 마이크로 초 또는 하루에 2.0 나노 초에서 수 밀리 초의 정확도를 가질 수 있다.
또한, 텔레메트리 전송 시작 비트(420)는 구체적으로 ASM(Attached Sync. Mark)일 수 있으며, 이는 [0x1A CF 1D]의 첫 비트 텔레메트리를 내릴 때 시작하는 시점 (CADU의 Attached Sync. Mark 지점 [0x1ACFFC1D]의 첫 비트 시작 지점)을 OBT 시점과 동일하게 한다.
도 4와 같이 텔레메트리를 설계하는 경우, 지상국(200)은 UTC 시각을 기준으로 기록된 CADU(Channel Access Data Unit) 수신 시작 시점과 위성(100)의 OBT 간의 오차를 확인할 수 있다. 특히 지상국(200)에 포함된 Cortex와 같은 장비에는 CADU 시작 시점을 GPS UTC 기준으로 기록하는 기능을 이미 보유하고 있어서, 지상국(200)장비의 변경 없이 바로 적용을 할 수 잇다.
한편, 텔레메트리 설계조건에 의하여 OBT 시작시점(도 4에서의 1 pps)에 CADU를 시작하지 못하는 경우, 위성(100)은 1 PPS 발생시점(410)과 ASM 시작 시점 간의 시간차이 정보를 텔레메트리에 포함시켜 지상국(200)에 전송할 수 있다. 이 경우, 지상국(200)은 시간 차이 정보를 이용해서 추가적으로 UTC와 OBT 시간 차이를 보정하는 프로세스를 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터럽트를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위성(100)은 OBT가 UTC와 오차가 있다는 것에 따른 위성 명령 신호를 지상국(200)으로부터 수신하는 경우, 1Hz 생성용 카운터의 크기를 조절함으로써 OBT를 UTC에 맞출 수 있다.
다만, 이때, 1Hz 생성용 카운터의 크기가 과도하게 감소되는 경우, RTC 신호의 시간간격이 줄어들게 되며 이는 태스크(Task) 수행시간에 영향을 줄 수 있다. 즉, 위성(100)에 포함된 RTC는 비행 소프트웨어의 설계를 고려하여 줄일 수 있는 시간의 한도 값을 결정해야 하며, 결정된 한도 값에 따라 서브 마이너 틱(520, Sub-minor tick)의 개수 및 서브 마이너 틱(520)의 간격(530)을 설정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 위성(100)은 RTC 클럭의 1Hz 틱(510) 사이마다 서브 마이너 틱(520)이라는 인터럽트를 생성하여 삽입할 수 있다. 구체적으로 위성(100)에 포함된 RTC는 가변 설정에 따른 서브 마이너 틱(520, Sub-minor tick)의 개수를 생성할 수 있다. 마찬가지로, 위성(100)에 포함된 RTC는 서브 마이너 틱(520)의 간격(530)을 가변 설정에 따라 생성할 수 있다.
예를 들어 도 5에서는 서브 마이너 틱(520)의 개수는 16으로 설정된 것을 도시하며, 그 간격(530) 역시 설정에 따라 가변될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 위성(100)은 지상국(200)으로부터의 명령 신호에 응답하여 OBT를 줄일 경우, 마지막 1초 안에서 서브 마이너 틱(520)의 시간 간격(530)을 감소시킬 수 있다. 다만, 도 5와 같은 경우 15개의 서브 마이너 틱(520) 들의 간격(530)들만 좁아질 수 있으며, 서브 마이너 틱(520)이 생성되지 않은 시간 영역의 시간은 감소될 수 없다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위성(100)은 1Hz 생성용 카운터의 크기가 과도하게 감소되어 태스크(Task) 수행시간에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위성시간 동기화 시스템은 OBT를 UTC와 동기화하기 위한 자동화 시스템을 통해 구현될 수 있다. 1Hz RTC 신호를 생성하는 클럭 신호가 1ppm만 다르더라도 11.5일 후에는 1초의 오차가 발생하게 되기 때문이다.
정밀한 TCXO를 사용하더라도 온도, 변화 및 환경에 따라 2ppm 이상 차이가 날 수 있다. 이에 따라, UTC와 1Hz RTC 신호 간의 오차가 10msec를 유지하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지상국(200)은 약 5000초 이내에 지속적으로 오차 보정을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법들은, 기존 전자 장치에 설치 가능한 어플리케이션 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법들은, 기존 전자 장치에 대한 소프트웨어 업그레이드, 또는 하드웨어 업그레이드 만으로도 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시예들은 전자 장치에 구비된 임베디드 서버, 또는 전자장치의 외부 서버를 통해 수행되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체(computer readable recording medium)에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.
한편, 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시 예들에 따른 장치를 포함할 수 있다. 상기 명령이 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 상기 프로세서의 제어 하에 다른 구성요소들을 이용하여 상기 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다.
기기로 읽을 수 있는 기록매체는, 비일시적 기록매체(non-transitory computer readable recording medium)의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장 됨을 구분하지 않는다. 이때 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 위성
110: 위성시간 정보 생성부
120: 텔레메트리 동기화부
130: 인터럽트 생성부
140: 클럭 카운터 조절부
200: 지상국
210: 시간기록부
220: 오차계산부
230: 위성명령 생성부

Claims (11)

  1. 위성과 상기 위성을 지상에서 운용하는 지상국을 포함하는 위성 시스템에 있어서,
    상기 위성은 상기 위성에 포함된 클럭을 기준으로 하는 카운터 값을 포함하는 위성시간 정보를 생성하고, 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 동일한 시점에 텔레메트리를 동기화하여 상기 지상국으로 상기 동기화된 텔레메트리를 전송하고,
    상기 지상국은 상기 텔레메트리 수신을 시작하는 시점의 지상시간을 기록하여 상기 지상시간과 상기 위성시간의 오차를 계산하고, 상기 오차를 보정하기 위한 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 위성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지상국은 상기 위성에서 상기 지상국까지의 거리에 따른 제1 시간지연 및 상기 지상국에 포함된 장비에서의 제2 시간지연을 계산하고, 상기 제1 및 제2 시간지연을 바탕으로 상기 오차를 계산하는 위성 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 텔레메트리는 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 상기 텔레메트리의 전송을 시작하는 시점 간의 시간 차이 정보를 포함하고,
    상기 지상국은 상기 시간 차이 정보를 바탕으로 상기 오차를 계산하는 위성 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지상국은 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 카운터 값을 증가시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하고, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 후행하는 경우 상기 카운터 값을 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하는 위성 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지상국은 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 위성 명령은 상기 클럭을 기준으로 하는 카운터를 기설정된 한도 안에서 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하고,
    상기 기설정된 한도는 상기 카운터에 포함된 서브 마이너 틱의 개수와 상기 서브 마이너 틱 간의 간격에 의해 결정되는 위성 시스템.
  6. 위성과 상기 위성을 지상에서 운용하는 지상국을 포함하는 위성 시스템의 운용 방법에 있어서,
    상기 위성에 의해, 상기 위성에 포함된 클럭을 기준으로 하는 카운터 값을 포함하는 위성시간 정보를 생성하는 단계;
    상기 위성에 의해, 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 동일한 시점에 텔레메트리를 동기화하여 상기 지상국으로 상기 동기화된 텔레메트리를 전송하는 단계;
    상기 지상국에 의해, 상기 텔레메트리 수신을 시작하는 시점의 지상시간을 기록하여 상기 지상시간과 상기 위성시간의 오차를 계산하는 단계; 및
    상기 지상국에 의해, 상기 오차를 보정하기 위한 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 단계;를 포함하는 위성 시스템의 운용 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오차를 계산하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 위성에서 상기 지상국까지의 거리에 따른 제1 시간지연 및 상기 지상국에 포함된 장비에서의 제2 시간지연을 계산하고, 상기 제1 및 제2 시간지연을 바탕으로 상기 오차를 계산하는 포함하는 위성 시스템의 운용 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 텔레메트리는 상기 위성시간 정보를 생성하는 시점과 상기 텔레메트리의 전송을 시작하는 시점 간의 시간 차이 정보를 포함하고,
    상기 오차를 계산하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 시간 차이 정보를 바탕으로 상기 오차를 계산하는 위성 시스템의 운용 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 카운터 값을 증가시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하고, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 후행하는 경우 상기 카운터 값을 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하는 것인 위성 시스템의 운용 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 위성 명령 신호를 상기 위성으로 전송하는 단계는 상기 지상국에 의해, 상기 위성시간이 상기 지상시간보다 선행하는 경우 상기 위성 명령은 상기 클럭을 기준으로 하는 카운터를 기설정된 한도 안에서 감소시키기 위한 상기 위성 명령 신호를 전송하는 것이고,
    상기 기설정된 한도는 상기 카운터에 포함된 서브 마이너 틱의 개수와 상기 서브 마이너 틱 간의 간격에 의해 결정되는 위성 시스템의 운용 방법.
  11. 제6항 내지 제10항의 위성과 상기 위성을 지상에서 운용하는 지상국을 포함하는 위성 시스템의 운용 방법을 실행 키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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