국내 개발 인공위성을 위한 저비용 원격명령 처리 시스템 구현 및 분석

박상섭,이성진,전용기 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.6

인공위성의 원격명령 처리시스템은 상태감시, 제어 및 미션 실행을 위한 원격명령을 제공하는 유일한 통로이다. 국내의 인공위성은 과학 및 기술 위성, 다목적 위성 및 정지궤도 위성으로 나눌 수 있으며 CCSDS 표준 프로토콜을 사용하여 지상국과 통신을 수행한다. 그러나 기존의 국내개발 위성은 소프트웨어를 사용하여 원격명령어를 디코딩하여 소프트웨어 개발 및 검증 비용이 높고 하드웨어와 비교할 때 상대적으로 성능이 낮다. 본 연구에서는 원격명령 디코딩 ASIC을 이용한 원격명령 처리시스템을 제시한다. 이 시스템의 하드웨어는 telecommand RAM, protocol RAM/ROM, telecommand ASIC, interface FPGA 및 relay block으로 구성되었다. 이 시스템은 인공위성이 사용하는 일반 명령 및 펄스 명령을 처리한다. 시스템을 시험 및 검증하기 위해 점검 장비 및 시험환경을 구축하였다. 제안한 ASIC 기반의 telecommand 처리시스템은 소프트웨어 기반 디코딩 시스템에 비해 개발 비용을 1/5로 줄였을 뿐만 아니라 성능은 105배 향상되었다. The satellite telecommand processing system is the only way to provide telecommands for status monitoring, control, and mission execution. Domestic satellites can be divided into science, technology, and multi-purpose satellites, and geostationary satellites. These Satellites uses CCSDS standard protocol to communicate with ground stations. However, existing domestic satellites use only software to decode telecommands which increases cost of software development and verification of the developed software. Performance of software only approach is relatively low compared to hardware. In this paper, we present ASIC processing system specifically designed to decode telecommands. The system consists of a telecommand RAM, a protocol RAM/ROM, an ASIC, an interface unit of FPGA, and a relay block. The system handles general commands and pulse commands that are used in satellites. We established a ground station equipment and test environment to verify the system functionality, The result shows that our system reduces the development cost by 1/5 and improves the performance by 105 times compared to the previous systems that decode telecommands only by software.

업링크 원격명령/레인징 변조지수 및 전력에 의한 위성 다운링크 레인징 영향

김중표(Joong-Pyo Kim),이선익(Sun-Ik Lee),임원규(Won-Gyu Lim),김상구(Sang-Goo Kim),장진백(Jin-Baek Jang) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.11

위성 전장품간 접속을 위한 시리얼 버스의 설계

원주호,권동영,조영호,고형호 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

위성 전장품 사이에 통신을 위해서 가장 많이 사용되는 통신표준은 MIL-STD-1553B 표준이다. 하지만 1553B 표준은 설계의 안정적이지만, 복잡한 설계가 반영되어야 한다. 위성 전장품은 명령을 처리하기 위한 Telecommand 와 상태정보를 획득하기 위한 Telemetry 로 구성되는데, Telecommand 인 경우에는 데이터량이 많지 않기 때문에 Memory 가 필요없지만, Telemetry 인 경우에는 다양한 상태정보를 획득하기 위해서 Memory 가 필수적으로 사용된다. 본 논문에서는 통신 안정성과 함께, memory 가 사용되는 경우의 정보 안정성을 보장하는 시리얼 버스 프로토콜 설계를 설명하고자 한다. MIL-STD-1553B standard is generally used for the communication between satellite electronics. 1553B standard is reliable and used for versatile application, but the design for 1553B is difficult. Telecommand in Satellite is used for processing the command from the ground station or central computer, and the memory is not required for telecommand because the information for telecommand is not large. But telemetry in satellite is used for acquisition of the status, the memory is mandatory because the information for telemetry is large and it is not enough for FPGA register to support the telemetry. I described the design of protocol based on serial bus, UART, for reliable communication and stable information in memory.

통신위성 원격측정명령처리기 성능검증모델 원격명령 암호복호 검증

김중표(Joong-Pyo Kim),구철회(Cheol-Hea Koo) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.7

??본 연구는 통신위성 원격측정명령처리기 성능검증모델 CCSDS 원격명령 암호복호 검증 에 관한 것이다. 원격측정명령처리기 실험모델에 적용되었던 DES CFB 암호화 알고리즘의 보안성을 보다 강화하기 위해 3개의 키를 사용하는 3DES CFB 알고리즘을 원격측정명령처리기 성능검증모델에 구현하고 그것의 동작을 검증하였다. 3DES CFB 알고리즘에 따른 증가된 KEY와 Ⅳ를 위해 외부에 PROM을 두도록 하고 설정된 Index에 대한 키 및 Ⅳ를 가져와서 복호화 하도록 하였다. 설계된 3DES CFB 코어의 타이밍 시뮬레이션을 통해 동작 검증 후 Actel사의 A54S×32 FPGA에 구현하였다. 원격측정명령처리기 성능검증 모델의 원격명령 암호 복호화 기능 검증을 위한 시험환경을 구축하고 원격측정명령처리기 성능검증모델에 원격명령 전송, 암호 복호화 후 수행코드 모니터링 및 수행에 의한 LED On/Off 확인을 통해 3DES CFB 원격명령 복호화 기능을 검증하였다. In this paper, the decryption function of CCSDS telecommand of CTU EQM for the security of communications satellite was verified. In order to intensify the security level of DES CFB decryption algorithm applied to CTU EM, 3DES CFB decryption algorithm using three keys is implemented in the CTU EQM. As the decryption keys increased due to the 3DES algorithm, the keys and Ⅳ are stored in PROM memory, and used for the telecommand decryption by taking the keys and Ⅳs corresponding to the selected key and Ⅳ indexes from the memory. The operation of the 3DES CFB is validated through the timing simulation of 3DES CFB algorithm, and then the 3DES CFB core implemented on the A54S×32 FPGA. The test environment for the telecommand decryption verification of the CTU EQM was built up. Through sending and decrypting the encrypted command, monitoring the opcodes, and confirming LED on/off by executing the opcodes, the 3DES CFB telecommand decryption function of the CTU EQM is verified.

위성 데이터 관리 및 운영을 위한 데이터베이스 포맷 개발 동향

이나영(Lee, Nayoung),신현규(Shin, Hyun-Kyu),양승은(Yang, Seung-Eun),허윤구(Huh, Yun-Goo),천이진(Cheon, Yee-Jin),최재동(Choi, Jae-Dong) 한국항공우주연구원 2020 항공우주산업기술동향 Vol.18 No.2

본 문서는 위성의 원격명령어의 생성과 원격측정데이터의 가공을 위해 구축되어야 하는 위성데이터베이스의 포맷과 기능들을 기술한다. 특히 다양한 길이와 복잡한 구조의 원격명령어를 정확하고 편리하게 생성하여 업로드하기 위해 개발된 원격명령어용 데이터베이스 내용과 위성 본체 및 탑재체에서 대량으로 생성되는 원격측정데이터를 효율적으로 분석 및 시현하기 위해 개발되어 온 위성 원격측정데이터용 데이터베이스 포맷의 개발 동향을 기술한다. This document describes the formats and functionalities of the satellite database system for the processing of the satellite telecommand and telemetry data. In particular, the trends of the telecommand and telemetry database formats which have been developed to systematically manage the telecommand of the various length and complex structures and to effectively decode and display the massive telemetry data are described.

이동형 다목적실용위성 소형 관제국의 Playback 하향 링크 및 원격 명령 상향 링크 채널 설계

안상일(Sang-Il Ahn),박동철(Dong-Chul Park) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.4

본 논문은 이동 가능한 다목적실용위성의 소형 관제국 개발을 위한 playback 신호의 하향 링크 및 원격 명령신호의 상향 링크에 대해 수행한 채널 설계를 기술한다. 하향 링크 채널 설계로서 playback 신호의 수신 임계신호 대 잡음비로부터 요구 수신 성능을 도출하여 1.5 m 안테나 기반의 하향 링크 수신 성능인 6.5 ㏈/K의 G/T이내에서 만족함을 확인하였다. 상향 링크 채널 설계를 통하여 원격 명령 신호에 대한 위성에서의 수신 신호대 잡음비로부터 40 ㏈W의 송신 EIRP를 유도하였다. 구축된 소형 관제국을 이용하여 다목적실용위성 및 다목적실용위성 2호에 대해 양 방향 통신시험 및 운영 결과, 고각 10° 이상에서 상향 링크 및 playback 신호의 하향링크 채널의 요구 성능이 일관성 있게 만족함을 확인하였고, 장기간에 걸친 시험 결과로부터 시스템의 성능 열화가 거의 없음을 확인함으로써 설계상으로 추가적인 3 ㏈ 링크 마진을 고려하지 않은 소형 관제국의 채널 설계가 다목적실용위성에 대해 적절하였음을 검증하였다. This paper describes playback downlink and telecommand uplink channel design performed for a transportable small -sized KOMPSAT(Korea Multi-Purpose Satellite) ground station. As a result of downlink channel design, required receiving performance was calculated from the threshold signal-to-noise ratio of playback signal and it was revealed that this performance can be guaranteed in 1.5 m ground station with 6.5 ㏈/K of G/T. For the uplink channel design, 40 ㏈W of EIRP was derived from the threshold signal-to-noise ratio of telecommand signal received at on-board receiver. The implemented small-sized ground station based on design was evaluated to be fully acceptable for KOMPSAT TT&C(Telemetry, Tracking and Command) system and playback downlink design without taking account of additional 3 ㏈ system link margin was shown to be effective because it had provided constantly initial channel performance without any remarkable degradation over several years of tests with KOMPSAT and KOMPSAT-2, for both uplink and playback downlink in the elevation angle above 10°.

위성 탑재소프트웨어 검증을 위한 지상명령 생성 프로그램 설계

박수현(Su-Hyun Park) 한국항공우주학회 2017 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2017 No.11

정지궤도위성 운영을 위한 향상된 S-band 원격명령어 및 원격측정데이터 포맷에 대한 연구

이나영(Nayoung Lee),신현규(Hyun-Kyu Shin),천이진(Yee-Jin Cheon),최재동(Jae-Dong Choi) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.5

정지궤도위성의 원격데이터 통신 포맷은 제한된 통신 속도 대비 대량으로 생성되는 위성 데이터를 효율적으로 수신하고, 36,000km 고도에서 운영되는 정지궤도위성의 원격명령어 수신 결과를 정확하게 확인하기 위해 설계된다. 한국항공우주연구원에서 개발하여 2018년과 2020년에 각각 발사 및 운영 중인 천리안2A호와 2B호는 한국 최초의 정지궤도위성인 천리안1호의 임무를 연속하여 수행하도록 설계되었다. 따라서 정지궤도위성과 지상국의 안정적이고 효율적인 원격 통신을 위해 필요한 원격 통신 설계 요소들을 승계하였다. 한편, 원격 데이터의 처리 및 운영을 담당하는 천리안 2A호와 2B호의 탑재소프트웨어는 다목적위성시리즈를 통해 그 성능이 더욱 개선되어 왔으며 최신의 원격 데이터 처리 및 운영 알고리즘이 구축되어 있다. 본 논문에서는 정지궤도위성의 향상된 원격 데이터 송수신을 위한 원격명령어 및 원격측정데이터의 포맷 및 운영 개념 설계를 제안하고, 실제 천리안 2A호와 2B호의 탑재소프트웨어에 적용된 내용들을 상세하게 기술한다. The S-band telemetry and telecommand formats for geostationary orbit satellites should have sufficient reliability, since they transmit massive satellite health data and receive the mission commands in the 36,000km of the geostationary orbit. Also, they have to efficiently manage the large quantity of satellite health data under the limited data transmission rate. Cheollian-2A and 2B satellites were developed by Korea Aerospace Research Institute and launched at 2018 and 2020, respectively. Their missions are to conduct continuously the mission of Cheollian-1, which was the first geostationary orbit satellite of Korea. Therefore, the fundamental S-band data format design for Cheollian-2A and 2B should meet the requirements of Cheollian-1. Meanwhile the latest remote data processing techniques for these newest geostationary orbit satellites should be implemented. In this paper, the advanced S-band space data formats and management methods are proposed for more efficient data transmission, reception and operation with the limited data rate of the geostationary orbit satellites. The implemented results in the flight software of Cheollian-2A and 2B are described in detail.

과학기술위성 2호 원격검침-명령 유닛 시험모델 설계 및 구현

오대수(Dae-Soo Oh),유창완(Chang-Wan Ryu),남명룡(Myeong-Ryong Nam),황동환(Dong-Hwan Hwang) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.5

과학기술위성 2호 시스템 내의 각 전자 유닛(Unit)의 상태 정보를 원격검침(Telemetry) 하고 원격명령(Telecommand) 내릴 수 있는 원격검침-명령 유닛(Telemetry-Command Unit, TCU)의 시험모델(Engineering Model, EM)의 개발을 완료하고 동작시험 결과를 제시하였다. TCU는 과학기술위성 1호와는 다르게 CPU가 없이 FPGA 만으로 구현하여 소형화, 경량화 및 저 전력화를 실현하고 기술 집약화를 이루었다. 본 논문에서는 TCU의 개념 설계를 소개하고 구현결과를 제시한다. An Engineering Model(EM) of the Telemetry-Command Unit(TCU) for STSAT-2 was developed. The TCU of STSAT-2 has some improved features compared with that of STSAT-1. To reduce weight and size of TCU all logics are implemented in FPGA without CPU. EM I&T(Integration and Test) was successfully performed with no errors.

Genetic algorithm–based scheduling for ground support of multiple satellites and antennae considering operation modes

이정현,김해동,정현,고광희 한국항공우주학회 2016 International Journal of Aeronautical and Space Sc Vol.17 No.1

Given the unpredictability of the space environment, satellite communications are manually performed by exchanging telecommands and telemetry. Ground support for orbiting satellites is given only during limited periods of ground antenna visibility, which can result in conflicts when multiple satellites are present. This problem can be regarded as a scheduling problem of allocating antenna support (task) to limited visibility (resource). To mitigate unforeseen errors and costs associated with manual scheduling and mission planning, we propose a novel method based on a genetic algorithm to solve the ground support problem of multiple satellites and antennae with visibility conflicts. Numerous scheduling parameters, including user priority, emergency, profit, contact interval, support time, remaining resource, are considered to provide maximum benefit to users and real applications. The modeling and formulae are developed in accordance with the characteristics of satellite communication. To validate the proposed algorithm, 20 satellites and 3 ground antennae in the Korean peninsula are assumed and modeled using the satellite tool kit (STK). The proposed algorithm is applied to two operation modes: (i) telemetry, tracking, and command and (ii) payload. The results of the present study show near-optimal scheduling in both operation modes and demonstrate the applicability of the proposed algorithm to actual mission control systems.