KR20210075523A - 짐벌 구조를 이용한 해양용 위성방송 안테나 및 시스템 - Google Patents

짐벌 구조를 이용한 해양용 위성방송 안테나 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양용 위성방송 안테나 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 안테나는 제1 축과, 제1 축에 대해 수직한 2개의 제2 축과, 제2 축에 대해 수직한 2개의 제3 축을 각각 구비한 짐벌 구조체를 이용하는 해양용 위성방송 안테나로서 제1 축 또는 제1 축에 연결된 내부 판에 설치되며, 상기 짐벌 구조체는, 그 내부를 관통하는 제1 축과 연결되어 제1 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제1 짐벌과, 제1 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제2 축과 연결되고 제1 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제2 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제2 짐벌과, 제2 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제3 축과 연결되고 제2 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제3 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제3 짐벌을 각각 포함하는 것을 특징으로 한다

Description

짐벌 구조를 이용한 해양용 위성방송 안테나 및 시스템{Marine satellite broadcasting antenna and system using gimbal structure}
본 발명은 해양용 위성방송 안테나 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 짐벌(gimbal) 구조를 이용하여 해상에서 방송위성에 대한 자동 추적(auto tracking)이 가능한 해양용 위성방송 안테나 및 시스템에 관한 것이다.
오늘날, 산업화의 발전과 더불어 사람들의 여가 문화도 급속하게 발전하면서 위성방송 사용에 대한 요구 사항도 갈수록 높아지고 있다. 여기서, 위성 방송(satellite broadcasting)이란, 지상 36,000km 상공에 위치한 정지위성을 이용한 TV 방송 또는 라디오 방송을 지칭할 수 있다.
위성방송은 우주공간의 인공위성으로부터 직접 전파를 수신하므로 지형에 따른 전파 장애가 없어 화질이 선명하고 세계 각국의 정치, 경제, 스포츠, 영화, 음악과 관련된 다양한 채널을 시청할 수 있다. 예컨대, 위성방송에는 무궁화 3호 위성에서 송출되는 KBS 방송이 있으며, 무궁화 5호 위성에서 송출되는 SBS와 MBC 방송이 있다. 또한, 위성방송은 고화질의 HI-FI sound로 24시간 방송되는 다양한 프로그램을 CD와 동등한 스테레오로 시청할 수 있다. 이러한 위성방송은 중계기를 거치지 않고 가정으로 직접 방송한다는 뜻에서 직접위성방송이라고도 한다.
위성방송은 우주 상공에서 전파를 송신하기 때문에 전파도달 지역이 넓어 인접 국가에서도 타국의 위성방송을 수신하는 것이 가능하며, 난시청 지역에서도 깨끗한 영상을 제공할 수 있다. 또한, 위성을 중계매체로 하여 방송하기 때문에 자연재해 혹은 전쟁 등으로 인한 피해를 입지 않고 긴급 상황에서도 전국에 일제히 방송할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 대부분의 해양용 선박에는 유일한 방송수단인 위성방송시스템이 구비되어 있다. 이러한 위성방송시스템은 엔터테인먼트용과 비상상황에서 재난/재해용으로 사용된다. 하지만, 실제 해상에서는 너울이나 파도 등으로 인해 선박의 움직임에 따라 위성방송 안테나가 흔들리므로, 위성방송이 끊기는 현상이 자주 발생하게 된다.
따라서, 종래에는 주로 선박이 정박한 상태에서 위성방송을 시청해야 하는 불편한 문제점이 있었다. 또한, 종래의 해양용 선박에 구비된 위성방송 시스템은 위성방송 시청을 위해 방송위성에 대한 자동 추적(auto tracking) 기술을 사용해야 하나, 너울이나 파도 등에 의해 선박이 움직이는 상황에서는 해당 기술을 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 짐벌(gimbal) 구조를 이용함으로써, 시간과 장소의 구애를 받지 않고 해상 어디서든 선박에서 위성방송을 끊김 없이 시청할 수 있을 뿐 아니라, 해상의 너울이나 파도 등에 의해 선박이 움직이는 상황에서도 방송위성에 대한 자동 추적(auto tracking)의 적용이 가능한 해양용 위성방송 안테나 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 안테나는 제1 축과, 제1 축에 대해 수직한 2개의 제2 축과, 제2 축에 대해 수직한 2개의 제3 축을 각각 구비한 짐벌 구조체를 이용하되, 제1 축 또는 제1 축에 연결된 내부 판에 설치된다.
상기 짐벌 구조체는, 그 내부를 관통하는 제1 축과 연결되어 제1 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제1 짐벌과, 제1 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제2 축과 연결되고 제1 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제2 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제2 짐벌과, 제2 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제3 축과 연결되고 제2 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제3 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제3 짐벌을 각각 포함할 수 있다.
상기 제3 짐벌은 선박에 고정 설치될 수 있다.
상기 제3 짐벌은 선박의 움직임을 반영하는 바닥체 또는 벽체에 설치될 수 있다.
선박의 움직임에 따라, 상기 제2 및 제3 짐벌은 다양한 회전 방향으로 회전할 수 있고, 상기 제1 짐벌은 일정 회전 방향으로 회전할 수 있으며, 상기 제1 축은 고정 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템은 제1 축과, 제1 축에 대해 수직한 2개의 제2 축과, 제2 축에 대해 수직한 2개의 제3 축을 각각 구비한 짐벌 구조체를 이용하는 시스템으로서, (1) 그 내부를 관통하는 제1 축과 연결되어 제1 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제1 짐벌과, 제1 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제2 축과 연결되고 제1 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제2 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제2 짐벌과, 제2 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제3 축과 연결되고 제2 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제3 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제3 짐벌을 각각 포함하는 상기 짐벌 구조체, (2) 제1 축 또는 제1 축에 연결된 내부 판에 설치되는 해양용 위성방송 안테나를 포함한다.
상기 짐벌 구조체는 제3 짐벌의 외측이 선박에 고정 설치될 수 있다.
선박의 움직임에 따라, 상기 제2 및 제3 짐벌은 다양한 회전 방향으로 회전할 수 있고, 상기 제1 짐벌은 일정 회전 방향으로 회전할 수 있으며, 상기 제1 축은 고정 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템은 상기 해양용 위성방송 안테나를 통해 위성방송을 수신하도록 방송위성을 추적하는 추적부를 더 포함할 수 있다.
상기 추적부는 위성항법시스템(GNSS)용 안테나를 통해 수신되는 GNSS 신호를 이용하여 현재의 위치 좌표를 결정할 수 있고, 결정된 현재의 위치 좌표와 기 저장된 방송위성의 고정 위치 좌표를 이용하여 현재 위치를 기준으로 한 방송위성의 위치를 계산할 수 있으며, 계산된 방송위성의 위치에 따라 해양용 위성방송 안테나의 방향을 조절할 수 있다.
상기 추적부는 수신되는 방송위성의 신호 강도를 파악하면서 해양용 위성방송 안테나의 방향을 미세 조정할 수 있고, 가장 큰 세기의 위성방송 신호가 수신되는 방향의 위치를 최종 위치로 결정할 수 있으며, 최종 위치의 방향을 유지하도록 해양용 위성방송 안테나의 방향을 조절할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 짐벌(gimbal) 구조를 이용함으로써, 시간과 장소의 구애를 받지 않고 해상 어디서든 선박에서 위성방송을 끊김 없이 시청할 수 있을 뿐 아니라, 해상의 너울이나 파도 등에 의해 선박이 움직이는 상황에서도 방송위성에 대한 자동 추적(auto tracking)의 적용이 가능한 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템의 대략적인 블록 구성도를 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 짐벌 구조체(100)의 구성도로서, 제3 짐벌(107)의 움직임에 따른 짐벌 구조체(100)의 다양한 모습을 나타낸다.
도 5는 짐벌 구조체(100)의 제1 축(101) 또는 내부 판(104)에 고정 설치된 해양용 위성방송 안테나(200)의 모습을 나타낸다.
도 6은 짐벌 구조체(100)가 브라켓(S)을 통해 선박의 바닥체(F) 또는 벽체(B)에 설치된 모습을 나타낸다.
도 7은 짐벌 구조체(100)가 선박의 두 벽체(B1, B2)의 사이에 설치된 모습을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템에 의해 수행되는 방송위성 추적 방법의 순서도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템이 선박과 방송위성 간의 고도각 및 방위각을 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템의 대략적인 블록 구성도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템은 선박에 설치되어 선박 탑승자에게 위성방송을 제공한 시스템으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 짐벌 구조체(100), 해양용 위성방송 안테나(200) 및 추적부(300)를 포함한다.
도 2 내지 도 4는 짐벌 구조체(100)의 구성도로서, 제3 짐벌(107)의 움직임에 따른 짐벌 구조체(100)의 다양한 모습을 나타낸다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 짐벌 구조체(100)는 제1 축(101), 제1 축(101)에 대해 수직한 2개의 제2 축(102), 및 제2 축(102)에 대해 수직한 2개의 제3 축(103)을 각각 포함하며, 그 내부에 마련된 제1 축(101) 또는 그 제1 축(101)에 고정 연결된 내부 판(104)이 그 위치를 일정하게 유지되는 짐벌(gimbal)로 작용한다.
구체적으로, 짐벌 구조체(100)는 3개의 링 형상의 짐벌(105, 106, 107)을 포함한다. 이때, 제1 짐벌(105)은 가장 내측에 마련된 짐벌로서, 그 내부를 관통하는 제1 축(101)과 연결되어 제1 축(101)을 기준으로 회전 가능하다. 예를 들어, 도 2에서, 제1 짐벌(105)은 제1 축(101)을 기준 좌우방향으로 회전할 수 있다.
제2 짐벌(106)은 제1 짐벌(105)과 제3 짐벌(107)의 사이에 마련되는 짐벌로서, 제1 짐벌(105)의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제2 축(102)과 연결된다. 이때, 제2 짐벌(106)은 그 링 형상이 제1 짐벌(105) 보다 큰 직경을 가져 2개의 제2 축(102)을 기준으로 회전 가능하다. 예를 들어, 도 2에서, 제2 짐벌(106)은 제2 축(102)을 기준으로 상하방향으로 회전 가능하다.
제3 짐벌(107)은 가장 외측에 마련되는 짐벌로서, 제2 짐벌(106)의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제3 축(103)과 연결된다. 이때, 제3 짐벌(107)은 그 링 형상이 제2 짐벌(106) 보다 큰 직경을 가져 2개의 제3 축(103)을 기준으로 회전 가능하다. 예를 들어, 도 2에서, 제2 짐벌(106)은 제3 축(103)을 기준으로 좌우방향으로 회전 가능하다.
다만, 짐벌 구조체(100)에서, 제2 및 제3 짐벌(106, 107)은 그 회전 방향이 상술한 방향에 한정되는 것은 아니며, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 방향으로 회전 가능하다. 특히, 제3 짐벌(107)에 가해지는 힘에 따라 제3 짐벌(107)은 그 회전 방향이 다양하게 변경되면서 회전하며, 이에 따라 제3 짐벌(107)에 연결된 제2 짐벌(106)도 그 회전 방향이 다양하게 변경되면서 회전하다. 이는 2개의 제2 축(102)이 서로 떨어진 상태로 제2 짐벌(106)과 연결되고, 2개의 제3 축(103)이 서로 떨어진 상태로 제3 짐벌(107)과 연결되기 때문에 나타나는 현상이다.
반면, 제1 짐벌(105)는 제1 축(101)이 일체로 제1 짐벌(105)와 연결되므로, 그 회전 방향 일정하다. 즉, 외력에 의해, 제2 및 제3 짐벌(106, 107)는 그 회전 방향이 변하더라도, 제1 짐벌(105)는 그 회전 방향이 변하지 않는다. 따라서, 제1 축(101) 또는 그 제1 축(101)에 고정 연결된 내부 판(104)은 외력에도 불구하고 항상 그 위치를 일정하게 유지할 수 있다. 예를 들어, 내부 판(104)는 원형 형태의 판일 수 있으며, 그 평평한 면이 선박의 바닥면에 평행하게 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 짐벌 구조체(100)의 제1 축(101) 또는 내부 판(104)에 고정 설치된 해양용 위성방송 안테나(200)의 모습을 나타낸다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 일정 위치가 유지되는 제1 축(101) 또는 내부 판(104)에 해양용 위성방송 안테나(200)가 고정 설치되는 것이 바람직하다. 이는 종래에 선박에 설치되는 해양용 위성방송 안테나의 경우, 선박의 움직임에 따라 그 해양용 위성방송 안테나도 계속 흔들리게 되어 위성방송의 원활한 수신이 어려웠던 문제점을 해결하기 위함이다. 즉, 제1 축(101) 또는 내부 판(104)에 설치되는 경우, 해양용 위성방송 안테나(200)는 선박의 움직임에도 불구하고 흔들리지 않고 고정된 위치를 일정하게 유지할 수 있어, 원활한 위성방송의 수신이 가능하다.
예를 들어, 해양용 위성방송 안테나(200)는 파라볼라 안테나(parabolic antenna) 등일 수 있다.
도 6은 짐벌 구조체(100)가 브라켓(S)을 통해 선박의 바닥체(F) 또는 벽체(B)에 설치된 모습을 나타내며, 도 7은 짐벌 구조체(100)가 선박의 두 벽체(B1, B2)의 사이에 설치된 모습을 나타낸다.
특히, 선박의 움직임에 따라 제3 짐벌(107)이 다양한 회전 방향(복수의 방향)으로 회전하고 그에 따라 제2 짐벌(106)도 다양한 회전 방향(복수의 방향)으로 회전하도록 구현되어야, 제1 짐벌(105)이 일정 방향으로 회전하고 제1 축(101) 또는 내부 판(104)이 그 고정 위치를 계속 유지할 수 있다.
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 짐벌 구조체(100)의 제3 짐벌(107)이 브라켓(S)을 통해 선박의 바닥체(F) 또는 벽체(B)에 설치될 수 있다. 물론, 짐벌 구조체(100)의 제3 짐벌(107)이 선박의 바닥체(F)에 설치될 경우, 해당 브라켓(S)은 스탠드로서 작용한다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 짐벌 구조체(100)의 제3 짐벌(107)이 선박의 두 벽체(B1, B2)의 사이에 설치될 수 있다. 즉, 제3 짐벌(107)의 일측이 제1 벽체(B1)에 설치되고, 제3 짐벌(107)의 다른 측면이 제2 벽체(B2)에 설치될 수 있다. 물론, 도 7의 경우에도 도 6에 따른 브라켓(S) 2개를 이용하여 각 벽체(B1, B2)에 제3 짐벌(107)을 설치할 수도 있다. 다만, 도 6 및 도 7에서, 바닥체(F)와 벽체(B, B1, B2)는 선박 자체의 구조물이거나, 일정 무게 이상을 가져 선박의 움직임에 따라 움직이는 본 발명의 추가 구조물일 수 있다. 즉, 선박 자체의 구조물이거나 본 발명에 의해 추가된 구조물인 바닥체(F)과 벽체(B, B1, B2)에 제3 짐벌(107)이 고정 설치된 것을 '제3 짐벌(107)이 선박에 고정 설치'된 것으로 지칭할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템에 의해 수행되는 방송위성 추적 방법의 순서도를 나타낸다. 또한, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템이 선박과 방송위성 간의 고도각 및 방위각을 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양용 위성방송 시스템은 방송 위성에 대한 자동 추적(auto tracking)을 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 시스템이 설치된 선박의 현재 위치를 결정하는 단계(S100)와, 결정된 그 현재 위치를 기준으로 한 방송위성의 위치를 계산(S200)하는 단계와, 계산된 방송위성의 위치를 향해 해양용 위성방송 안테나(200)의 방향을 조절하는 단계(S300)를 각각 수행할 수 있다. 이러한 각 단계는 추적부(300)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 추적부(300)는 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System; GNSS)용 안테나와, 각종 연산을 수행하고 제어 명령을 내리는 프로세서(processor)와, 해당 프로세서의 명령에 따라 해양용 위성방송 안테나(200)의 방향을 제어하는 기계(모터 등)/전자적인 구성 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
S100에서, 추적부(300)는 GNSS용 안테나를 통해 수신되는 GNSS 신호를 이용하여 현재의 위치 좌표를 결정할 수 있다. 예를 들어, GNSS용 안테나는 GNSS 칩 형태 등으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 추적부(300)는 일정 주기마다 GPS 등과 같은 GNSS용 위성을 모니터링하며, 모니터링된 GNSS용 위성의 개수가 기설정된 소정 개수(예를 들어, 4개 등) 이상인지 확인한다. 즉, 추적부(300)는 GNSS용 안테나를 통해 GNSS용 위성으로부터 수신되는 GNSS 신호(위성항법 신호)를 확인하여, GNSS용 위성의 개수를 확인할 수 있다.
소정 개수 이상의 GNSS용 위성이 모니터링된 이후, 추적부(300)는 위성방송을 수신하고자 하는 본 시스템/선박의 위치를 결정한다. 이때, 추적부(300)는 GNSS용 안테나를 통해 GNSS용 위성으로부터 수신되는 GNSS 신호를 이용하여 본 시스템/선박의 현재 위치 좌표(X, Y, Z)를 결정할 수 있다.
예를 들어, 추적부(300)는 복수의 GNSS용 위성으로부터 수신되는 GNSS 신호에 포함된 시간 정보와 GNSS 신호를 수신한 시간 정보를 이용하여 복수의 GNSS용 위성과 본 시스템/선박 간의 거리들을 구할 수 있으며, 구해진 거리들 각각을 반지름으로 하는 가상의 구(sphere)들을 생성하여 그 현재 위치 좌표(X, Y, Z)를 결정할 수 있다. 이와 같이 GNSS를 이용하여 현재 위치 좌표를 구하는 기술을 널리 알려진 기술임에 따라, 이에 대한 구체적인 동작 설명은 생략하도록 한다.
이후, S200에서, 추적부(300)는 S100에서 결정된 현재 위치 좌표와, 기 저장된 방송위성의 위치 좌표를 이용하여 본 시스템/선박을 기준으로 한 방송위성의 방향과 위치를 추적한다. 이때, 방송위성은 본 선박에서 사용자가 시청하고자 하는 방송을 송출하는 위성을 지칭할 수 있다.
즉, 사용자에 의해 시청하고자 하는 방송 채널이 선택되면, 추적부(300)는 선택된 방송 채널의 위성방송 신호를 송출하는 방송위성의 정확한 방향과 위치를 추적한다. 이때, 방송위성은 적도선 상에 고정되어 있는 위성이므로 위치 좌표는 변하지 않는다. 이러한 특성을 이용하여, 복수의 방송위성별로 고정 위치 좌표(Pn(Xn, Yn, Zn))(여기서, n은 저장된 복수의 방송위성 개수이며, 1 이상의 자연수이다)가 데이터베이스화 되어 저장부(미도시)에 기 저장되어 있다.
본 시스템/선박을 기준으로 한 방송위성의 방향과 위치를 추적하기 위해, 추적부(300)는 사용자에 의해 선택된 채널의 위성방송 신호를 송출하는 방송위성의 고정 위치 좌표를 저장부로부터 획득한다. 이때, 추적부(300)는 본 시스템/선박의 소정 위치에 구비된 위성방송 수신기로부터 사용자가 선택한 채널 정보를 수신할 수 있다.
추적부(300)는 획득된 방송위성의 고정 위치 좌표와, S100에서 결정된 본 시스템/선박의 현재 위치 좌표를 이용하여, 본 시스템/선박, 즉 해양용 위성방송 안테나(200)에서 해당 방송위성까지의 시선벡터(Line-of-Sight)를 구한다.
예를 들어, 도 9를 참조하면, 본 시스템/선박의 현재 위치 좌표(O(X, Y, Z))에서 방송위성의 고정 위치 좌표(P(X, Y, Z))를 빼면 시선벡터를 구할 수 있다. 이때, 시선벡터를 시선벡터의 크기로 나누면 단위시선벡터(
Figure pat00001
)를 구할 수 있으며, 이에 대한 수식은 하기의 [식 1]과 같을 수 있다.
[식 1]
Figure pat00002
이때, rsat는 방송위성의 고정 위치 좌표 벡터이며, rrcv는 본 시스템/선박의 현재 위치 좌표 벡터이다.
추적부(300)는 본 시스템/선박의 현재 위치 좌표, 방송위성의 위치 좌표, 단위시선벡터(
Figure pat00003
)를 이용하여 본 시스템/선박을 기준으로 한 방송위성의 방위각(Elevation)과 고도각(Azimuth)을 구할 수 있다. 이때, 추적부(300)는 하기의 [식 2]와 [식 3]을 이용하여 방위각(A)과 고도각(E)를 구할 수 있다.
[식 2]
Figure pat00004
[식 3]
Figure pat00005
이때,
Figure pat00006
는 본 시스템/선박에서 방송위성까지 X축 상의 단위시선벡터이며,
Figure pat00007
는 본 시스템/선박에서 방송위성까지 Y축 상의 단위시선벡터이며,
Figure pat00008
는 본 시스템/선박에서 방송위성까지 Z축 상의 단위시선벡터이다.
즉, 추적부(300)는 본 시스템/선박의 현재 위치 좌표, 방송위성의 위치 좌표, 본 시스템/선박을 기준으로 방송위성의 방위각(A)과 고도각(E)을 이용하여 방송위성의 정확한 방향과 위치를 추적할 수 있다.
한편, S100에서, GNSS용 위성을 모니터링하는 동작이 기설정된 소정 반복 횟수 이상으로 반복되는 동안 GNSS용 위성이 소정 개수 미만으로 모니터링된 경우, 주변 환경이 열악한 환경으로 판단하고, 추적부(300)는 방송위성에 대한 블라인드 스캔 동작을 수행할 수 있다.
즉, 블라인드 스캔은 위성방송 수신기에 입력된 채널에 대한 위성 신호(주파수)를 검색하고, 검색 결과 원하는 방송위성인지 주파수로 확인한 후, 원하는 방송위성으로부터 위성방송 신호를 수신하는 기술이다. 위성방송 기술에 있어서 블라인드 스캔 기술을 널리 알려진 기술임에 따라, 이에 대한 구체적인 동작 설명은 생략한다.
아울러, 추적부(300)는 위성방송용 안테나를 통해 수신되는 위성방송 신호를 분석하여 본 시스템/선박에서 시청하고자 하는 즉, 사용자에 의해 선택된 채널의 방송을 송출하는 방송위성인지 확인한다. 추적부(300)는 본 시스템/선박에서 선택된 방송 채널 정보와 방송위성으로부터 수신되는 위성방송 신호에 포함된 채널 정보를 비교하여, 안테나가 본 시스템/선박에서 시청하고자 하는 방송위성을 지향하고 있는지 확인할 수 있다.
확인결과 선택된 방송 채널 정보와 수신되는 위성방송 신호의 채널 정보가 불일치하는 경우, 추적부(300)는 S100을 다시 수행하면서 본 시스템/선박의 위치를 재확인할 수 있다.
이후, S300에서, 추적부(300)는 S200에서 계산된 방송위성의 방향과 위치를 고려하여, 방송위성으로부터 위성방송 신호를 수신하는 위성방송용 안테나(200)가 원하는 방송위성을 지향하도록 안테나의 지향 방향을 조절한다. 예를 들어, 추적부(300)는 모터를 통해 해양용 위성방송 안테나(200)의 양각 및 방위각을 조절할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 추적부(300)는 해양용 위성방송 안테나(200)에 수신되는 위성방송 신호의 세기를 측정하면서 해양용 위성방송 안테나(200)의 방향을 미세 조정할 수 있다. 예를 들어, 추적부(300)는 S200에서 계산된 방위각 및 고도각을 기준으로 소정 각도 범위 내에서 해양용 위성방송 안테나(200)의 방향을 조절하여 위성방송 신호들을 수신할 수 있다. 이때, 소정 각도 범위는 사전에 설정 또는 변경될 수 있다. 또한, 방위각을 기준으로 소정 각도(제1 소정 각도)와 고도각을 기준으로 소정 각도(제2 소정 각도)는 같을 수도 있으며, 다를 수도 있다.
특히, 추적부(300)는 소정 각도 범위 내에서 수신되는 복수의 신호 중에서 가장 큰 세기의 신호가 수신되는 방향으로 해양용 위성방송 안테나(200)의 방향을 정밀하게 조절할 수 있다. 만약, 블라인드 스캔을 통해 방송위성이 추적된 경우도 마찬가지로, 추적부(300)는 방송위성으로부터 수신되는 위성방송 신호의 세기를 측정하면서 안테나의 방향을 조절할 수 있다.
즉, 추적부(300)는 가장 큰 세기의 위성방송 신호가 수신되는 방향의 위치를 최종 위치로 결정할 수 있으며, 최종 위치의 방향을 유지하도록 해양용 위성방송 안테나(200)의 방향을 조절할 수 있다.
최종적으로 사용자가 시청하고자 하는 채널의 방송위성을 지향하여 위성방송 신호가 수신되면, 수신된 위성방송 신호는 LNB(Low Noise Block downconverter)를 통해 위성방송 수신기로 전달될 수 있으며, 위성방송 수신기는 전달된 위성방송 신호를 모니터(미도시)를 통해 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 짐벌(gimbal) 구조를 이용함으로써, 시간과 장소의 구애를 받지 않고 해상 어디서든 선박에서 위성방송을 끊김 없이 시청할 수 있을 뿐 아니라, 해상의 너울이나 파도 등에 의해 선박이 움직이는 상황에서도 방송위성에 대한 자동 추적(auto tracking)의 적용이 가능한 이점이 있다.
특히, 본 발명은 본 시스템/선박의 현재 위치 좌표와 시청하고자 하는 채널에 대한 방송위성의 고유 위치 좌표를 이용하여 본 시스템/선박을 기준으로 방송위성의 방위각과 고도각을 계산하여, 계산된 방위각과 고도각으로 안테나가 지향하도록 구동함으로써, 본 시스템/선박이 고정되어 있거나 움직이는 상황에도 위성 방송을 자동으로 추적할 수 있으며, 운용이나 설치 및 신호 분석의 어려움도 없는 이점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 짐벌 구조체 101: 제1 축
102: 제2 축 103: 제3 축
104: 내부 판 105: 제1 짐벌
106: 제2 짐벌 107: 제3 짐벌
200: 해양용 위성방송 안테나 300: 추적부

Claims (10)

  1. 제1 축과, 제1 축에 대해 수직한 2개의 제2 축과, 제2 축에 대해 수직한 2개의 제3 축을 각각 구비한 짐벌 구조체를 이용하되, 제1 축 또는 제1 축에 연결된 내부 판에 설치되는 해양용 위성방송 안테나로서,
    상기 짐벌 구조체는, 그 내부를 관통하는 제1 축과 연결되어 제1 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제1 짐벌과, 제1 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제2 축과 연결되고 제1 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제2 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제2 짐벌과, 제2 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제3 축과 연결되고 제2 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제3 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제3 짐벌을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 짐벌은 선박에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 짐벌은 선박의 움직임을 반영하는 바닥체 또는 벽체에 설치되는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    선박의 움직임에 따라, 상기 제2 및 제3 짐벌은 다양한 회전 방향으로 회전하고, 상기 제1 짐벌은 일정 회전 방향으로 회전하며, 상기 제1 축은 고정 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 안테나.
  5. 제1 축과, 제1 축에 대해 수직한 2개의 제2 축과, 제2 축에 대해 수직한 2개의 제3 축을 각각 구비한 짐벌 구조체를 이용하는 해양용 위성방송 시스템으로서,
    그 내부를 관통하는 제1 축과 연결되어 제1 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제1 짐벌과, 제1 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제2 축과 연결되고 제1 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제2 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제2 짐벌과, 제2 짐벌의 외측에 서로 대향하게 연결된 2개의 제3 축과 연결되고 제2 짐벌 보다 큰 직경을 가져 2개의 제3 축을 기준으로 회전 가능한 링 형상의 제3 짐벌을 각각 포함하는 상기 짐벌 구조체; 및
    제1 축 또는 제1 축에 연결된 내부 판에 설치되는 해양용 위성방송 안테나;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 짐벌 구조체는 제3 짐벌의 외측이 선박에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    선박의 움직임에 따라, 상기 제2 및 제3 짐벌은 다양한 회전 방향으로 회전하고, 상기 제1 짐벌은 일정 회전 방향으로 회전하며, 상기 제1 축은 고정 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 해양용 위성방송 안테나를 통해 위성방송을 수신하도록 방송위성을 추적하는 추적부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 추적부는,
    위성항법시스템(GNSS)용 안테나를 통해 수신되는 GNSS 신호를 이용하여 현재의 위치 좌표를 결정하고, 결정된 현재의 위치 좌표와 기 저장된 방송위성의 고정 위치 좌표를 이용하여 현재 위치를 기준으로 한 방송위성의 위치를 계산하며, 계산된 방송위성의 위치에 따라 해양용 위성방송 안테나의 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 시스템.
  10. 제10항에 있어서,
    상기 추적부는,
    수신되는 방송위성의 신호 강도를 파악하면서 해양용 위성방송 안테나의 방향을 미세 조정하고, 가장 큰 세기의 위성방송 신호가 수신되는 방향의 위치를 최종 위치로 결정하며, 최종 위치의 방향을 유지하도록 해양용 위성방송 안테나의 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 해양용 위성방송 시스템.
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