보통 저궤도를 선회하는 위성은 자기장으로 연결된 반알렌대를 통과하며, 이 안에 갇혀 주기적인 운동으로 남극과 북극을 이동하는 하전입자에 의해 부품이 손상되고 수명이 단축되는 악 영향을 받고 있다. 그중 방사선에 의한 SEU (Single Event Upset) 등은 우주선에 탑재된 반도체 소자의 오동작 유발의 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 우주환경 방사선에서 고려해야 할 점들 중에서 특히 과학기술위성 1호 탑재 컴퓨터(On-board Computer, OBC)에서의 싱글이벤트업셋(Single Event Upset, SEU)의 영향을 고찰해 보고 거기에서 극복할 수 있는 알고리즘을 제시하고 있다. SEU 누적을 방지하기 위하여 매 일정한 시간마다 전체 메모리를 읽고/쓰는 과정(memory wash)이 필요하며 워쉬 주기 선정에 대해서도 고찰했다. 이러한 실험은 과학기술위성 시리즈 및 저궤도 위성용 탑재 컴퓨터의 성능 저하를 이해하는데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 다목적 실용위성 시리즈의 각 모듈 개발에도 적극 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.
보통 저궤도를 선회하는 위성은 자기장으로 연결된 반알렌대를 통과하며, 이 안에 갇혀 주기적인 운동으로 남극과 북극을 이동하는 하전입자에 의해 부품이 손상되고 수명이 단축되는 악 영향을 받고 있다. 그중 방사선에 의한 SEU (Single Event Upset) 등은 우주선에 탑재된 반도체 소자의 오동작 유발의 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 우주환경 방사선에서 고려해야 할 점들 중에서 특히 과학기술위성 1호 탑재 컴퓨터(On-board Computer, OBC)에서의 싱글이벤트업셋(Single Event Upset, SEU)의 영향을 고찰해 보고 거기에서 극복할 수 있는 알고리즘을 제시하고 있다. SEU 누적을 방지하기 위하여 매 일정한 시간마다 전체 메모리를 읽고/쓰는 과정(memory wash)이 필요하며 워쉬 주기 선정에 대해서도 고찰했다. 이러한 실험은 과학기술위성 시리즈 및 저궤도 위성용 탑재 컴퓨터의 성능 저하를 이해하는데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 다목적 실용위성 시리즈의 각 모듈 개발에도 적극 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.
Generally, the satellite circling round in a low orbit goes through Van Allen belt connecting with the magnetic fold, in which electronic components are easily damaged and shortened by charged particles moving in a cycle between the South Pole and the North Pole. In particular, Single Event Upset(SE...
Generally, the satellite circling round in a low orbit goes through Van Allen belt connecting with the magnetic fold, in which electronic components are easily damaged and shortened by charged particles moving in a cycle between the South Pole and the North Pole. In particular, Single Event Upset(SEU) by radiation could cause electronic device on satellite to malfunction. Based on the idea mentioned above, this study considersabout SEU effect on the On-board Computer(OBC) of STSAT-1 in the space environment radiation, and shows algorithm to cope with SEUs. In this experiment, it also is shown that the repetitive memory read/write operation called memory wash is needed to prevent the accumulation of SEUs and the choice for the period of memory wash is examined. In conclusion, it is expected that this research not only contributes to understand low capacity of On-board Computer(OBC) on Low Earth Orbit satellite(LEOS) and SaTReC Technology satellite(STSAT) series, but also makes good use of each module development of Korea Multi-Purpose Satellite(COMPSAT) series.
Generally, the satellite circling round in a low orbit goes through Van Allen belt connecting with the magnetic fold, in which electronic components are easily damaged and shortened by charged particles moving in a cycle between the South Pole and the North Pole. In particular, Single Event Upset(SEU) by radiation could cause electronic device on satellite to malfunction. Based on the idea mentioned above, this study considersabout SEU effect on the On-board Computer(OBC) of STSAT-1 in the space environment radiation, and shows algorithm to cope with SEUs. In this experiment, it also is shown that the repetitive memory read/write operation called memory wash is needed to prevent the accumulation of SEUs and the choice for the period of memory wash is examined. In conclusion, it is expected that this research not only contributes to understand low capacity of On-board Computer(OBC) on Low Earth Orbit satellite(LEOS) and SaTReC Technology satellite(STSAT) series, but also makes good use of each module development of Korea Multi-Purpose Satellite(COMPSAT) series.
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문제 정의
수 있는 알고리즘을 제시하고자 한다. SEU 누적을 방지하기 위하여 매 일정한 시간마다 전체 메모리를 읽고/쓰는 과정 (memory wash)이 필요하며 워쉬 주기선정에 대해서도 고찰했다. 이러한 실험은 과학기술 위성 시리즈 및 저궤도 위성용 탑재 컴퓨터의 성능 저하를 이해하는데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 다목적실용위성 시리즈의 각 모듈 개발에도 적극 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 과학기술위성 1 호 탑재 컴퓨터 (Onboard Computer, OBC)에서의 싱글이벤트업셋(Single Event Upset, SEU)를 극복할 수 있는 알고리즘을 연구했으며, 그 증 특히 EDAC(Error Detection and Correction) 알고리즘에 대해 주로 고찰함으로써 SEU 의 영향에 대한 극복할 수 있는 알고리즘을 제안했다.
본 연구에서는 우주환경 방사선에서 고려해야 할 점들 중에서 특히 과학기술위성 1호 탑재 컴퓨터 (On- board Computer, OBC)에서의 싱글이벤트업셋(Single Event Upset, SEU)의 영향을 고찰해 보고 거기에서 극복할 수 있는 알고리즘을 제시하고자 한다. SEU 누적을 방지하기 위하여 매 일정한 시간마다 전체 메모리를 읽고/쓰는 과정 (memory wash)이 필요하며 워쉬 주기선정에 대해서도 고찰했다.
제안 방법
다음으로 메모리 워쉬가 CPU에 주는 부담을 계산하기 위하여 탑재 컴퓨터의 CPU가 메모리를 엑세스하는데 필요한 클럭 사이클을 계산한다. 탑재 컴퓨터의 CPU는 PowerPC603로 32비트 데이터 버스를 가지고 있다.
또한 과학기술위성 1호에서의 SEU 발생률를 바탕으로 개발된 보드의 워쉬 주기에 대한 분석도 고찰하였다. 과학기술위성 1호가 가지는 약 30분의 워쉬 주기는 좀 더 빠른 CPU를 사용하고 헤밍코드(Hamming code) 대신 TMR의 기능을 사용하면 값싼 메모리를 가지 고저궤도 위성과 같은 곳에서 사용할 수 있다는 것을 의미하며 테스트를 통하여 위성 개발 비용을 줄일 수 있는 결과를 가져오게 된다.
에러가 발생한 비트를 반전 시킨다. 또한 에러 복구는 여분 비트들에서 발생한 에러에 대해서는 하지 않고, 정보 비트들에서 에러가 발생하였을 때만 하여 EDAC 알고리즘을 FPGA로 구현했을 때 사용되는 로직 수를 최대한 줄일 수 있도록 하였다.
후속연구
위에서 추정한 SEU 발생율은 상한 값을 상당히 보수적으로 계산한 값이므로 근사적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
SEU 누적을 방지하기 위하여 매 일정한 시간마다 전체 메모리를 읽고/쓰는 과정 (memory wash)이 필요하며 워쉬 주기선정에 대해서도 고찰했다. 이러한 실험은 과학기술 위성 시리즈 및 저궤도 위성용 탑재 컴퓨터의 성능 저하를 이해하는데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 다목적실용위성 시리즈의 각 모듈 개발에도 적극 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (6)
정성인, 이재진, 이흥호, "고에너지 전자빔을 이용하여 저궤도 인공위성의 실리콘 태양센서의 내방사선 특성 연구" 대한전자공학회 제45권 SD편 제3호, 2008
박홍영, 오대수, 정성인 외, "FPGA를 이용한 우주용 On-board Computer의 소형화/경량화 기술 개발", 과학기술부, 우주기술개발사업, 2004.
곽성우, 류상문, 박홍영 외, "과학기술위성1호 탑재 컴퓨터의 설계 및 구현", 한국항공우주학회지, vol.31 (4), pp. 105-111, 2003
곽성우, 박홍영, "과학기술위성 1호 탑재 컴퓨터(On-board Computer)에서의 SEUs(Single Event Upsets) 극복을 위한 메모리 운용 및 해석", 한국항공우주학회지, 제32권 1호, 2003
H.S. Kim, H.K. Lee, and S.D. Choi, "On-board Computer System for KITSAT-1 and KITSAT-2", J. of The Astr. and Space Sci., Vl.13(2), pp. 41-51, 1996
H.K. Lee, and H.S. Kim, J.H. Park, K.H. Park, and S.D. Choi, "Design and Implementation of the small Satellite On-board Computer System:KASCOM", J. of The Astr. and Space Sci., Vl.13(2), pp. 52-66, 1996
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