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임정흠(Im, Jeong-Heum),이지만(Lee, Ji Marn),김성훈(Kim, Sung Hoon) 한국항공우주연구원 2017 항공우주산업기술동향 Vol.15 No.2
항공우주연구원은 공공분야의 위성영상 수요에 효과적으로 대응하고 국내 위성산업의 저변확대를 위해 차세대중형위성 1호를 개발하고 있다. 차세대중형위성 2호는 1호와 동일한 설계 규격으로 개발되어 1호와 군집위성 개념으로 운용될 예정이다. 이러한 군집위성 설계 및 운용은 미국, 프랑스, 이탈리아, 독일 등 위성 선진국에 의해 기 운용되고 있다. 본 논문에서는 해외 군집위성 운용사례를 조사하였으며 군집위성 개념을 고려한 차세대중형위성 2호기 궤도 설계 및 해석을 수행하였다. KARI is developing the CAS(Compact Advanced Satellite)500-1 satellite system to satisfy the satellite image demands in the public sector and to expand the basis of the domestic satellite industry. CAS500-2 will be developed with the same technical specifications as the CAS500-1 and it will be operated with the CASE500-1 in the concept of constellation. Constellation design and operation have been materialized by satellite advanced countries such as USA, France, Italy, UK and Germany. In this paper, overseas constellation design cases were investigated. And the CAS500-2 orbit was designed and analyzed considering the constellation concept.
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초소형 SAR 위성을 활용한 수체면적 추출: 대청댐 유역 대상
박종수 ( Jongsoo Park ),강기묵 ( Ki-mook Kang ),황의호 ( Eui-ho Hwang ) 한국지리정보학회 2021 한국지리정보학회지 Vol.24 No.4
수자원 관리와 수재해 피해 분석 및 예측 등을 위해 원격탐사를 활용한 수체면적을 추정하는 것은 매우 필수적이다. 위성을 활용한 수체탐지는 주로 광학 및 영상레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR) 센서를 탑재한 대형(무게 1,000kg 이상) 위성을 중심으로 수행되어왔다. 그러나 긴 재방문주기(repeat cycle)로 인해 재난/재해 시 적시 활용이 불가능한 한계가 존재한다. 최근 초소형위성(무게 100kg 미만) 개발이 활발히 이루어짐에 따라 기존 대형위성 중심의 시간해상도 한계를 극복할 수 있는 계기가 되었다. 현재 활발히 운용중인 초소형 SAR 위성은 핀란드의 ICEYE와 미국의 Capella 위성으로, 지구관측을 목적으로 군집(constellation) 형태로 운용되고 있다. 군집화 운용으로 인해 짧은 재방문주기(현재 0.8회/1일) 및 고해상도(Spot(0.5m))를 가지며, SAR 센서 탑재로 기상 및 주야 무관하게 관측이 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 초소형위성의 운영 현황 및 특징에 대해서 기술하였으며, 초소형 SAR 위성 영상에 최적화된 수체면적 추정기술을 한반도 대청댐 유역에 적용해 보았다. 또한 광학 위성인 Sentinel-2 위성으로부터 생성된 수체를 참조값(reference)으로 하여 초소형위성 2기와 대형위성인 Sentinel-1위성과의 면적, 상관성 분석을 수행하였다. Capella 위성의 경우 가장 적은 면적의 차를 보였으며, 세 영상 모두 높은 상관관계를 나타냄을 확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 초소형 SAR 위성의 낮은 NESZ(Noise Equivalent Sigma Zero)에도 불구하고 수체면적 추정이 가능함을 확인하였으며, 기존 대형 SAR 위성을 활용한 수자원/수재해 감시 활용의 한계를 극복할 수 있을 것으로 사료된다. It is very essential to estimate the water body area using remote exploration for water resource management, analysis and prediction of water disaster damage. Hydrophysical detection using satellites has been mainly performed on large satellites equipped with optical and SAR sensors. However, due to the long repeat cycle, there is a limitation that timely utilization is impossible in the event of a disaster/disaster. With the recent active development of Micro satellites, it has served as an opportunity to overcome the limitations of time resolution centered on existing large satellites. The Micro satellites currently in active operation are ICEYE in Finland and Capella satellites in the United States, and are operated in the form of clusters for earth observation purposes. Due to clustering operation, it has a short revisit cycle and high resolution and has the advantage of being able to observe regardless of weather or day and night with the SAR sensor mounted. In this study, the operation status and characteristics of micro satellites were described, and the water area estimation technology optimized for micro SAR satellite images was applied to the Daecheong Dam basin on the Korean Peninsula. In addition, accuracy verification was performed based on the reference value of the water generated from the optical satellite Sentinel-2 satellite as a reference. In the case of the Capella satellite, the smallest difference in area was shown, and it was confirmed that all three images showed high correlation. Through the results of this study, it was confirmed that despite the low NESZ of Micro satellites, it is possible to estimate the water area, and it is believed that the limitations of water resource/water disaster monitoring using existing large SAR satellites can be overcome.
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ISR 임무를 위한 SAR 군집위성의 성능지수 및 응답주기 분석 알고리즘 개발
채기병,김홍래,장영근 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11
통상 위성시스템의 개발과정에서 궤도 및 임무설계는 위성설계 초기단계에서 이루어지며, 임무효용성(MoE; Measures of Effectiveness)을 높이기 위한 구체적인 위성의 임무 요구조건과 임무계획이 요구된다. 특히, 지구관측위성의 경우 목적에 맞는 군집궤도의 설계와 운용 시나리오를 통해 특정 목표물을 탐지하기 위한 임무에 활용될 수 있다. 본 논문에서는 4기의 위성을 이용한 SAR(Synthetic Aperture Radar) 위성군집(Satellite Constellation) 궤도의 성능지수(FoM; Figure of Merits) 분석을 위해 상용툴인 MATLAB 및 STK(Systems Tool Kit)의 연동 인터페이스를 이용하여 알고리즘을 개발하였으며, 특정 목표물에 대한 고해상도의 영상획득이 가능하도록 군집위성의 운용시나리오를 제안하였다. 이러한 운용시나리오를 적용하기 위해 재방문주기 및 촬영모드 전환을 고려한 시스템 응답주기 분석 알고리즘을 개발하고 이를 검증하였다. 본 연구에서는 임무수행을 위한 4기 SAR 군집위성의 성능지수로서 재방문주기(Revisit Time) 및 응답주기(Response Time)를 정의하였으며, 이를 각 궤도면에 따라 분석한 결과를 통해 특정 궤도면에서 임무요구조건을 어느 정도 만족하는지 결과를 산출하였다. Mission design is usually performed in the early design stages during the development of a satellite system. The mission planning and mission requirements are required to increase Measures of Effectiveness (MoE). In particular, in the case of earth observation satellite, it can be used to detect specific targets through the constellation design and operational scenarios based on the mission purposes. In this study, implementing the interface of MATLAB and STK(Systems Tool Kit), FoM(Figure of Merit) analysis algorithm and operational scenario with 4 SAR satellite constellation were developed, and the methodology to acquire high-resolution images for a specific target was suggested. To apply this scenario, revisit time and system response time analysis algorithm considering SAR mode conversion were developed and verified. In this paper, average revisit time and system response time was defined as important FoMs. The analysis results that satisfy mission requirements in a particular orbit plane were suggested.
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ISR 임무를 위한 SAR 위성의 군집궤도 배치형상 설계
김홍래(Hongrae Kim),송수아(Sua Song),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.1
ISR(Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) 임무를 위한 관측위성의 경우 임무 운용개념이 요구되는 동시에 특정 관심영역을 주기적으로 탐지 가능한지에 대한 임무 효용성 분석이 필요하다. 이를 위해서는 군집궤도 형상에 대한 최적설계가 수행되어야 한다. 본 논문에서는 위성군집 형성방법으로 Walker-Delta 방식을 적용하여 특정 관심영역을 탐지하기 위한 군집형상에 대한 분석을 수행하였다. 임무수행의 효용성을 평가하기 위해 재방문주기 성능을 핵심 요구조건으로 선정하였다. 본 연구에서는 4기 SAR(Synthetic Aperture Radar) 위성군집을 적용한 임무분석 과정을 보여주고, 요구조건을 만족시키는 궤도배치 형상결과를 제시하였다. 군집궤도의 성능지수 분석은 개발된 분석 알고리즘을 기반으로 수행하였으며, ISR 임무를 위한 군집궤도 형상은 한 궤도면에 한 기의 위성이 배치되는 4개 궤도면의 형상이 적합한 것으로 분석되었다. For the Earth observation satellite for ISR mission, a satellite constellation can be utilized to observe a specific area periodically and ultimately increase the effectiveness of the mission. The Walker-Delta method was applied to design constellation orbits with four satellites, which could detect abnormal activities in AoI(Area of Interest). To evaluate the effectiveness of the mission, a revisiting time was selected as a key requirement. This paper presents the mission analysis process for four SAR satellites constellation as well as the result of constellation configuration design to meet the requirements. Figure of Merits analysis was performed based on algorithm developed. Finally, it was confirmed that the constellation orbit with four different orbital planes is likely to be appropriate for ISR mission.
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송수아(Sua Song),김홍래(Hongrae Kim),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.2
이동식미사일발사대(TEL)와 같은 시한성 긴급표적(TCT)에 대한 선제타격을 위해서는 관심지역(AoI)에서의 발사징후를 포착하는 탐지성능이 중요하다. 탐지성능의 극대화를 위해서는 재방문주기 및 시스템응답주기의 최소화를 위해 가능한 한 다수의 군집위성 전개가 필요하다. 본 연구에서는 6~48기의 소형 SAR 군집위성 전개 시 재방문주기와 응답주기의 특성을 분석하였다. 재방문주기는 북한의 전지역 및 특정지역에 대해 분석하였으며, 응답주기는 고정표적을 식별하는 [시나리오 1]과 이동표적을 탐지 및 식별하는 [시나리오 2]로 분류하여 분석을 수행하였다. 특히, [시나리오 2]의 TCT 탐지임무 운용에 대한 응답주기 분석은 특정 면적에 대한 관측 누적 커버리지의 최적화 분석을 통해 수행하였다. 그리고 탐지임무의 최적 성능을 위한 군집궤도 형상을 분석하였다. For a preemptive strike against a Time Critical Target(TCT), such as Transporter-Erector-Launcher(TEL), the detection capability of capturing launch signals in the Area of Interest(AoI) is important. In this study, the characteristics of the revisit time and the response time of 6~48 small SAR constellation satellites were analyzed. In particular, the revisit time was analyzed for all regions of North Korea and specific regions, and the response time was classified into [Scenario 1] to identify fixed targets and [Scenario 2] to detect and identify moving targets. In particular, the response time analysis for the TCT detection mission operation in [scenario 2] was performed through optimization analysis of observation cumulative coverage for a specific area. Finally, the configuration of constellation satellites for optimal performance of the detection mission was estimated.
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김홍래(Hongrae Kim),정성근(Seong-keun Jeong),오현웅(Hyun-Ung Oh) 항공우주시스템공학회 2024 항공우주시스템공학회지 Vol.18 No.1
In the recent era of NewSpace, unlike high-reliability satellites of the past, low-reliability satellites are being developedand mass-produced at a lower cost to launch constellations satellites. To achieve cost-effective cluster satellite development, satellite users and developers need to assess the feasibility of maintaining mission performance over the expected lifespan when cluster satellites are launched. Plans for replacements due to random failures should also be established to maintain performance. This study proposed a method for assessing system reliability and availability to maintain mission performance and establish replacement strategies for Earth observation constellation satellites. In this study, a constellation reliability and availability model considering mission performance required for a satellite constellation, situations of satellite backup, and additional ground backups was established. The reliability model was structured based on the concept of a k-out-of-n system and the availability model used a Markov chain model. Based on the proposed reliability model, the minimum number of satellites required to meet mission requirements was defined and satellites needed in orbit during the required mission period to satisfy mission reliability were calculated. This research also analyzed the number of spare satellites in orbit and on the ground required to meet the desired availability during required service period through availability analysis.
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