우주 지상국 성능검증 시험의 자동화 시스템 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

According to Korea's mid-and long-term plan, launch vehicle technology is rapidly developing for the launch space powers starting with NARO in 2009 through Nuri in 2020. and LEO satellite technology is rapidly developing for the space powers starting with KITSAT-1 in 1992 and starting with Arirang 1 through Arirang 3 A.
  As Korea's science and technology develops, it has been utilized in various fields, such as satellite launches and payloads for performing imaging missions. Telemetry Ground station performance verification is very important. To this end, it is necessary to automate equipment for monitoring, control, and performance verification tests.
  Therefore, in this study, remote data receiving equipment is monitored and controlled in real time, and information on the ground station is managed. It analyzes the equipment status and outputs it to the screen when a problem occurs, and implements the performance verification test function for measuring the bit error rate, link budget, servo test, and antenna gain. Using satellite orbit information, a low-orbit satellite tracking function and an automated function for performing projectile missions were implemented, and a system was constructed to enable comparative analysis by recording surveillance control information.
  In this study, a system was constructed to manage a total of five ground stations, the Goheung Naro Space Center, two Jeju tracking stations and two Palau Republics. At this time, remote monitoring and control functions, authority functions, and key parameter functions were implemented to enable operators to use multiple ground stations.
  In this study, the implementation items and equipment communication interfaces were analyzed to develop an automated system for the performance verification test of the space station, and based on this, the system was designed with design modeling definition, use case modeling, and component modeling. After the implementation of the function with the design details, the development was completed by performing equipment monitoring control test, performance verification test, remote authority setting and monitoring control test, and ground station interlocking test for each local ground station.
  The system of this study will be used to carry out the mission of the Korean projectile and the projectile project of the National Space Research Center in France. When evaluating performance verification for communication between a space-ground station system and a projectile or low-orbit satellite, it can be applied in consideration of the operating concept and is expected to be applicable to various fields.

국문 초록 (Abstract)

우리나라는 “국가우주개발 중장기 계획”에 따라 발사체 부분에서 2009년 나로호 발사를 시작으로 누리호 시험 발사와 2022년 본 발사를 준비하며 위성 영상 부분에서 우리별 1호를 시작으로 아리랑 3A호까지 우주 강국을 위해 우주기술이 급속도로 발전하는 추세이다.
우리나라의 과학 기술이 발전해 갈수록 인공위성 발사, 영상 촬영 임무 수행을 위한 탑재체 등은 다양한 분야에서 활용되어오고 있다. 원격자료수신(telemetry) 지상국 성능검증이 매우 중요한데 이를 위하여 장비를 감시제어 및 성능검증 시험을 자동화 하는 것이 필요하다.
따라서 본 연구에서는 원격자료 수신 장비를 실시간 감시제어 하며 지상국 정보를 관리해야 한다. 이를 위해 장비 상태를 분석하여 문제 발생 시 화면에 출력하며 비트 오류 율, 링크 버짓, 서보 테스트, 안테나 이득 측정의 성능검증 시험 기능을 구현해야 한다. 위성 궤도 정보를 사용하여 저궤도 위성 추적 기능과 발사체 임무 수행을 위한 자동화 기능을 구현 하고 감시제어 정보를 기록하여 비교 분석 가능하도록 시스템을 구성한다.
본 연구에서는 고흥 나로 우주센터, 제주 추적소 2기, 팔라우 공화국 2기의 총 5개의 지상국을 관리하도록 시스템을 구성하였다. 이때 원격지 감시제어 기능, 권한 기능, 주요 파라미터 기능을 구현 하여 운용자가 여러 개의 지상국을 사용 가능 하도록 구현 하였다.
또한 본 연구에서 우주 지상국 성능검증 시험의 자동화 시스템 개발을 위해 구현 항목과 장비 통신 인터페이스를 분석하였으며 이를 토대로 설계 모델링 정의, 유스케이스 모델링, 컴포넌트 모델링으로 시스템을 설계 하였다. 설계 내용으로 기능 구현 후 로컬 지상국 단위 장비 감시제어 시험, 성능검증 시험, 원격지 권한 설정 및 감시제어 시험, 지상국 연동 시험을 수행 하여 개발을 완료 했다.
본 연구 시스템은 한국형발사체와 프랑스 국립우주연구센터 발사체 임무 수행 성공을 기대한다. 또한, 우주 지상국 시스템과 발사체 또는 저궤도 위성간의 통신을 위한 성능검증 평가 시 운영개념을 고려하여 응용 할 수 있으며 다양한 분야에 적용 가능할 것으로 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 3
• 1.3 연구내용 및 방법 5
• 제2장 우주 지상국 성능검증 이론적 고찰 7
• 2.1 우주 지상국 7
• 2.1.1 나로우주센터 원격자료수신 시스템 7
• 2.1.2 송ㆍ수신 안테나 9
• 2.1.3 수신기 12
• 2.1.4 한국형발사체 원격자료 수신장비 감시제어 시스템 15
• 2.2 지상국 요구사항 17
• 2.3 우주 지상국 성능검증 시험 방법 23
• 2.3.1 비트 오류 율 측정 23
• 2.3.2 링크 버짓 26
• 2.3.3 서보 테스트 27
• 2.3.4 안테나 이득 측정 28
• 2.3.5 저궤도 위성 추적 29
• 제3장 우주 지상국 성능검증 32
• 3.1 원격자료 수신 장비 감시제어 시스템 설계 32
• 3.1.1 감시제어 시스템 주요 기능 32
• 3.1.2 감시제어 시스템 설계 34
• 3.2 우주 지상국 성능검증 요소 60
• 3.2.1 비트 오류 율 측정 60
• 3.2.2 링크 버짓 시험 63
• 3.2.3 서보 테스트 65
• 3.2.4 안테나 이득 측정 66
• 3.2.5 저궤도 위성 추적 69
• 제4장 시스템 개발 결과 및 분석 72
• 4.1 시스템 기능 검증 시험 72
• 4.2 비트 오류 율 수행 결과 분석 80
• 4.3 링크 버짓 수행 결과 분석 85
• 4.4 서보 테스트 수행 결과 분석 89
• 4.5 안테나 이득 측정 수행 결과 분석 94
• 4.6 저 궤도 위성 자동 추적 수행 결과 분석 101
• 4.7 개선 방향 106
• 제5장 결론 108
• 참고문헌 110
• ABSTRACT 113