중 소형위성은 적은 비용으로 단기간에 개발 및 운용할 수 있어야 한다. 하지만 개발 초기 단계에서 임무를 설계하고 분석하는 과정과 위성시스템의 개념설계를 수행하는 과정을 반복 수행하면서 사용자의 요구사항을 맞추고, 개발방향을 정립하는 과정에서 많은 시간과 비용이 소요하게 된다. 본 연구에서는 이러한 초기 단계에서 소요되는 시간과 비용을 줄이기 위해 GUI(Graphical User Interface) 기반의 소프트웨어인 SCDT(Spacecraft Cenceptual Design Tool)를 개발하였다. GUI 기반의 소프트웨어는 입력된 값들의 수정이 용이하고 다양한 방법으로 사용자에게 결과를 보여줄 수 있다. 본 논문에서는 MATLAB GUI 기반의 SCDT를 개발한 과정 및 개발된 SCDT GUI를 소개한다.
중 소형위성은 적은 비용으로 단기간에 개발 및 운용할 수 있어야 한다. 하지만 개발 초기 단계에서 임무를 설계하고 분석하는 과정과 위성시스템의 개념설계를 수행하는 과정을 반복 수행하면서 사용자의 요구사항을 맞추고, 개발방향을 정립하는 과정에서 많은 시간과 비용이 소요하게 된다. 본 연구에서는 이러한 초기 단계에서 소요되는 시간과 비용을 줄이기 위해 GUI(Graphical User Interface) 기반의 소프트웨어인 SCDT(Spacecraft Cenceptual Design Tool)를 개발하였다. GUI 기반의 소프트웨어는 입력된 값들의 수정이 용이하고 다양한 방법으로 사용자에게 결과를 보여줄 수 있다. 본 논문에서는 MATLAB GUI 기반의 SCDT를 개발한 과정 및 개발된 SCDT GUI를 소개한다.
The emergence of mid-to-small satellites has created a need for rapid development with a relatively low cost. However, the development of mid-to-small satellites requires considerable time and cost in early phase, in particular, during the development of mission and system requirements through itera...
The emergence of mid-to-small satellites has created a need for rapid development with a relatively low cost. However, the development of mid-to-small satellites requires considerable time and cost in early phase, in particular, during the development of mission and system requirements through iterations of conceptual design and mission design. In this research, Spacecraft Conceptual Design Tool(SCDT) which is based on Graphical User Interface(GUI) was developed to reduce the time and cost for early phase development. Furthermore, GUI-based software can make the input values to be editable easily and show users design results in various way. In this paper, the development results of MATLAB GUI-based SCDT are introduced.
The emergence of mid-to-small satellites has created a need for rapid development with a relatively low cost. However, the development of mid-to-small satellites requires considerable time and cost in early phase, in particular, during the development of mission and system requirements through iterations of conceptual design and mission design. In this research, Spacecraft Conceptual Design Tool(SCDT) which is based on Graphical User Interface(GUI) was developed to reduce the time and cost for early phase development. Furthermore, GUI-based software can make the input values to be editable easily and show users design results in various way. In this paper, the development results of MATLAB GUI-based SCDT are introduced.
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문제 정의
본 연구는 중·소형위성에 적용될 수 있는 위성 개념설계 도구(SCDT)의 GUI를 개발하는데 목적이 있다. 본 논문에서는 GUI의 개발 방법과 개발된 GUI를 소개한다.
본 논문에서는 중·소형위성의 임무설계, 시스템 설계, 서브시스템 설계를 위해 개발된 소프트웨어 SCDT의 사용성 및 효율성을 증진하기 위한 GUI를 개발하였다.
본 연구는 중·소형위성에 적용될 수 있는 위성 개념설계 도구(SCDT)의 GUI를 개발하는데 목적이 있다.
제안 방법
SCDT의 MDO 수행을 위한 분석도구는 CO(Collaborative Optimization)[5] 아키텍처를 이용 하여 시스템(상위 수준)과 서브시스템(하위 수준) 으로 나누었고, 서브시스템들끼리 자율성을 최대한 보장하면서 상위 수준에서 최적해를 찾도록 개발되었다. 최적해 산출을 위해 시스템 수준에 서는 GA(Genetic Algorithm)[6]을 이용하고 서브시스템 수준에서는 SQP(Sequential Quadratic Programming)[7] 알고리즘을 이용한다.
기동성 분석은 사용자가 요구하는 영상촬영 횟수를 촬영하기 위해 필요한 기동성을 분석하는 것이다. 기동성 분석에서는 SAR 위성과 EO/IR 위성의 기동성 분석을 수행할 수 있으며, 기계적 조향을 하는 SAR 위성의 Spotlight 모드에서의 자세제어 및 분석이 가능하도록 하였다.
궤도생성은 TLE(Two-Line Element) 데이터를 이용하는 방법과 궤도요소(장반경(Semi-major Axis), 이심률(Eccentricity), 궤도경사각(Inclination), 근일점 이각(Argument of Perigee), 승교점 이각(Right Ascension of the Ascending Node), 진근점 이각(True Anomaly))을 이용하는 방법이 있다. 두 가지 방법 중 하나를 선택해 계산에 필요한 데이터를 입력받고, SGP4(Simplified General Perturbations) 궤도 전파기를 이용하여 궤도생성을 위한 계산을 수행한다. 궤도요소 입력을 사용할 경우 태양동기궤도 또는 그 외에 다른 궤도를 생성할 수 있다.
11과 같이 파이 그래프를 사용하였다. 또한, 계산된 궤도정보를 이용하여 3D 그래프와 2D 그래프를 이용하여 생성된 궤도와 지적선을 표시한다.
분석도구는 많은 GUI 구성품들로 구성되어 있고 이러한 도구들을 그룹화하여 화면 구성을 수정 하는 것이 용이하다. 또한, 궤도생성 도구와 전력 생산 해석 도구에서는 하나의 궤도정보 입력화면을 사용함으로써 중복되는 GUI 구성품들을 최소화하였다. 효과적인 분석을 위해 하나의 입력 값을 이용하는 것이 아닌 범위 입력을 통해 한 번에 여러 조건들을 계산하여 출력 값들을 비교할 수 있다.
매개변수 분석을 위한 도구는 이론적 해석을 통한 플랫폼의 서브시스템 분석과 임무분석을 수행한다. 매개변수 분석을 위한 도구에서는 재방 문주기, 커버리지 분석, 궤도생성, 통신 해석, 전력생산 해석, 기동성 해석 등에 대해 분석이 수행된다.
자바, MFC(Microsoft Foundation Class), Xcode, MATLAB과 같은 많은 GUI 개발 도구가 개발되었고 사용자는 개발하고자 하는 소프트웨어의 특성을 파악하여 적절한 GUI 개발도구를 선택할 수 있다. 본 논문에서 소개하는 SCDT는 MathWorks에서 개발한 MATLAB GUIDE(Graphical User Interface Design Environment) 도구를 이용하여 개발되었다. GUIDE 도구는 다른 GUI 개발도구보다 많은 내부 함수가 존재하며, 행렬계산에 사용이 편리한 장점을 가지고 있다.
이론/모형
소프트웨어 개발 방법은 폭포수 모델, 프로토타이핑 모델, 점증적 모델, V 모델, 일정 중심 설계 모델, 진화적 출시 모델과 같은 방법이 있다. 그 중에서 SCDT 개발에는 Fig. 5와 같은 점증적 모델중 하나인 나선형 모델(Spiral Model)[8]을 사용하였다. 나선형 모델의 특징은 높은 안정성의 개발능력과 시스템 확장이 용이하다.
이 방법은 MDO 알고리즘이 각 분야별 분석기(Analyzer)에 사용되어 최적의 개념설계 결과를 도출하도록 한다. 반면 매개변수 분석을 위한 분석도구는 이론적 성능분석 모델만을 이용하여 결과를 도출한다.
SCDT의 MDO 수행을 위한 분석도구는 CO(Collaborative Optimization)[5] 아키텍처를 이용 하여 시스템(상위 수준)과 서브시스템(하위 수준) 으로 나누었고, 서브시스템들끼리 자율성을 최대한 보장하면서 상위 수준에서 최적해를 찾도록 개발되었다. 최적해 산출을 위해 시스템 수준에 서는 GA(Genetic Algorithm)[6]을 이용하고 서브시스템 수준에서는 SQP(Sequential Quadratic Programming)[7] 알고리즘을 이용한다.
성능/효과
또한, 이러한 기능들과 GUI는 몇 가지 예시를 통해 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 GUI를 이용하여 사용자의 편의성을 높이고 계산된 결과를 효율 적으로 사용자에게 보여줄 수 있었으며, 이러한 도구를 이용하여 복잡한 설계 및 분석을 좀 더 빠르고 효율적으로 할 수 있었다.
GUIDE 도구는 다른 GUI 개발도구보다 많은 내부 함수가 존재하며, 행렬계산에 사용이 편리한 장점을 가지고 있다. 또한, 필요한 객체를 생성하고, Callback, Create, Delete 등의 Subfunction으로 구성되어 GUI 화면 구성과 코드 작성을 효과적으로 할 수 있다.
후속연구
매개변수 분석을 위한 도구에서는 재방 문주기, 커버리지 분석, 궤도생성, 통신 해석, 전력생산 해석, 기동성 해석 등에 대해 분석이 수행된다. 제시된 분석도구는 임무성능에 영향을 주기 때문에 보다 세밀한 분석이 요구되며 설계 변수의 변화에 따른 경향을 파악해야 한다. 또한 MDO가 진행될 때 사용되는 분석은 표면적으로 나타나지 않기 때문에 별도의 분석도구를 이용한 매개변수 분석이 필요하다.
향후 레이아웃 최적화를 이용한 3D 시각화 모듈도 추가할 예정이며 군 위성의 개념설계에 활용될 예정이다.
참고문헌 (13)
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