본 논문은 한국형 위성기반보정시스템인 KASS (Korea augmentationsatellite system)을 구성하는 위성통신국과 임차해 구축 예정인 2기의 정지궤도 위성이 포함된 위성통신시스템에 대한 상위개념의 설계분석 결과를 제시하였다. 위성통신국의 주요 기능인 중앙처리국으로부터의 보정정보 및 무결성 정보를 수신하여 해당 메시지에 대한 부호화, 변조 후 주파수변환 및 신호증폭에 대한 내용과 그 기능을 만족하는 설계를 위한 분석내용을 각 과정에 대한 개념, GEO 위성을 추가적인 기능인 GPS 위성 레인징 신호, GEO 레인징 신호를 사용하기 위한 GEO 위성에 대한 정밀 궤도결정기술, 그리고 GPS 위성과 GEO 위성간 시각 동기를 위한 클럭 조정에 대하여 기술하였다. 추가적으로 중계기대역폭에 따른 GEO 위성 레인징 성능 분석결과로 SBAS 보강 서비스를 위해서는 최소한 2.2 MHz 의 GPS와 같은 레인징 서비스를 위해서는 18.5 MHz의 대역폭이 필요함을 제시하였다. 이러한 분석내용은 GEO 위성과 위성통신국의 설치장소가 최종 확정되면 최종 분석을 수행하여 KASS 위성통신시스템 설계에 반영할 예정이다.
본 논문은 한국형 위성기반보정시스템인 KASS (Korea augmentation satellite system)을 구성하는 위성통신국과 임차해 구축 예정인 2기의 정지궤도 위성이 포함된 위성통신시스템에 대한 상위개념의 설계분석 결과를 제시하였다. 위성통신국의 주요 기능인 중앙처리국으로부터의 보정정보 및 무결성 정보를 수신하여 해당 메시지에 대한 부호화, 변조 후 주파수변환 및 신호증폭에 대한 내용과 그 기능을 만족하는 설계를 위한 분석내용을 각 과정에 대한 개념, GEO 위성을 추가적인 기능인 GPS 위성 레인징 신호, GEO 레인징 신호를 사용하기 위한 GEO 위성에 대한 정밀 궤도결정기술, 그리고 GPS 위성과 GEO 위성간 시각 동기를 위한 클럭 조정에 대하여 기술하였다. 추가적으로 중계기 대역폭에 따른 GEO 위성 레인징 성능 분석결과로 SBAS 보강 서비스를 위해서는 최소한 2.2 MHz 의 GPS와 같은 레인징 서비스를 위해서는 18.5 MHz의 대역폭이 필요함을 제시하였다. 이러한 분석내용은 GEO 위성과 위성통신국의 설치장소가 최종 확정되면 최종 분석을 수행하여 KASS 위성통신시스템 설계에 반영할 예정이다.
High-level conceptual design analysis results of satellite communication system for Korea augmentation satellite system (KASS) satellite communication system, which is a part of KASS and consisted of KASS uplink Stations and two leased GEO is presented in this paper. We present major functions such ...
High-level conceptual design analysis results of satellite communication system for Korea augmentation satellite system (KASS) satellite communication system, which is a part of KASS and consisted of KASS uplink Stations and two leased GEO is presented in this paper. We present major functions such as receiving correction and integrity message from central processing system, taking forward error correction for the message, modulating and up converting signal and conceptual design analysis for concepts for design process, GEO precise orbit determination for GEO ranging that is additional function, and clock steering for synchronization of clocks between GEO and GPS satellites. In addition to these, KASS requires 2.2 MHz for SBAS Augmentation service and 18.5 MHz for Geo-ranging service as minimum bandwidths as a results of service performance analysis of GEO ranging with respect to navigation payload(transponder) RF bandwidth is presented. These analysis results will be fed into KASS communication system design by carrying out final analysis after determining two GEOs and sites of KASS uplink stations.
High-level conceptual design analysis results of satellite communication system for Korea augmentation satellite system (KASS) satellite communication system, which is a part of KASS and consisted of KASS uplink Stations and two leased GEO is presented in this paper. We present major functions such as receiving correction and integrity message from central processing system, taking forward error correction for the message, modulating and up converting signal and conceptual design analysis for concepts for design process, GEO precise orbit determination for GEO ranging that is additional function, and clock steering for synchronization of clocks between GEO and GPS satellites. In addition to these, KASS requires 2.2 MHz for SBAS Augmentation service and 18.5 MHz for Geo-ranging service as minimum bandwidths as a results of service performance analysis of GEO ranging with respect to navigation payload(transponder) RF bandwidth is presented. These analysis results will be fed into KASS communication system design by carrying out final analysis after determining two GEOs and sites of KASS uplink stations.
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문제 정의
SBAS 시스템을 구성하는 지상국 시스템에는 GPS 및 GEO (geostationary Earth Orbit) 위성이 제공하는 신호를 수집해 분석하는 기준국, 각종 오차 성분을 분석 제거함은 물론 보정메시지를 생성하는 중앙처리국, 중앙처리국이 생성한 보정메시지 부호화 및 변조는 물론 GEO 레인징 신호 생성 및 GEO 위성에 대한 식별코드(PRN; pseudo random noise)을 생성, 생성된 신호에 대한 주파수 변환 및 신호증폭해 GEO 위성으로 송출하는 위성통신국, 모든 지상국에 대한 운영 및 통제기능을 수행하는 통합 운영국으로 구성된다. 본 논문에서는 위성통신국과 GEO 위성에 관한 개념설계 결과를 제시하고자 한다.
본 논문은 KASS 구축에 필요한 위성통신국과 임차해 구축 예정인 정지궤도 위성을 포함된 위성통신시스템에 대한 상위 개념의 연구결과를 제시하였다. 위성통신국 구성도, 안테나 반사판 개념설계는 물론 GEO 위성 중계기 대역폭에 따른 GEO 레인징 바이어스에 대한 개념 설계 결과를 제시하였다.
제안 방법
KASS 위성통신시스템 요구사항 분석은 위성통신국에 대한 요구사항과 GEO 위성에 대한 요구사항으로 구분해 관련 분석 결과를 제시하였다.
위성통신국 개념설계는 신호생성부와 RF부간의 인터페이스 개념 설계, 신호생성부와 RF부 간의 신호처리를 위한 동작 개념설계, RF부 구성에 대한 개념설계 및 안테나 반사판 형상에 관한 개념설계를 제시한다.
위성통신시스템 개념설계는 위성통신국 개념설계와 GEO 위성에 대한 개념설계로 구분하여 제시하였다.
대상 데이터
임차 대상 후보로는 현재 가용위성인 인마셋 4 시리즈 위성[4] 및 GSAT-15 위성과 향후 개발예정인 위성들이 포함된다. GEO 위성에 대한 개념도는 인마셋 4 시리즈와 GSAT-15 위성 중계기 형상이 유사하다는 점을 고려해 SBAS 탑재체 구성 형상도를 그림 8에 도시하였다.
데이터처리
GEO 위성 대역폭에 따른 GEO 레인징 상관 분석을 위한 시뮬레이션을 수행하였다[5]. SBAS 위성의 대역폭에 대한 요구사항은 RTCA DO-229D MOPS[6]에서 정의하고 있으며 최소 2.
이론/모형
⑥ GEO 위성의 보정탑재체에 대한 기술적 규격은 FAA기술문서 No. E2892D를 준용하도록 한다.
후속연구
민간용 GPS 신호는 누구나 무료로 활용할 수 있는 반면에 시스템에서 제공하는 정보에 대한 정확성 및 신뢰성에 대해서는 보장하지는 않는다. GPS 신호에는 GPS 위성에 대한 궤도오차, 위성에 탑재된 원자시계의 시계오차, 위성에서 지구에 도달하기까지의 전파 경로상에서 발생되는 이온층 및 전리층오차 등으로 인해 높은 신뢰성과 정밀한 정확도가 필요한 응용분야에서는 추가적인 기술 개발 및 시스템 구축이 요구하게 된다. GPS 신호를 이용해 항공기의 안전 운항은 물론 정밀접근등의 활용을 위해 추가적인 성능개선 사항이 요구되는데 이러한 개선사항을 구현한 시스템이 SBAS (satellite based satellite system)시스템이라 할 수 있다[1].
위성통신국 구성도, 안테나 반사판 개념설계는 물론 GEO 위성 중계기 대역폭에 따른 GEO 레인징 바이어스에 대한 개념 설계 결과를 제시하였다. 향후에는 본 논문에서 제시된 개념설계 결과에 대한 예비설계 및 상세 설계를 수행할 계획이다. 본 논문에서는 분석결과, GEO 레인징 바이어스 값이 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
민간용 신호 활용 분야는 어떻게 구분될 수 있는가?
GPS위성이 방송하는 정보의 이용분야는 민간분야는 물론 국방분야에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되고 있고 활용 분야는 꾸준히 증가 추세이다. GPS 위성이 제공하는 신호는 민간용 신호와 국방용 신호로 구분할 수 있으며 민간용 신호 활용 분야로는 차량 내비, 측지/측량, 물류, 항공 및 선박에서의 항해 등의 위치정보 활용분야, 2G망 등 이동통신분야, 방송분야, 주식거래분야, 스마트그리드 분야 등이 포함되는 시각정보 활용 분야로 크게 구분할 수 있다. 그림 1은 GPS 위성 신호의 이용 분야를 나타낸 것이다.
GEO 위성에 관한 일반 요구사항, 기능요구사항 및 인터페이스 요구사항을 분석하여 KASS에 적용한 결과는?
① 정지궤도 위성은 KASS 시스템 구축을 위해 총 2기가 사용될 수 있어야 한다.
② 정지궤도 위성은 GPS L1 및 L5 항법중계기와 호환되는 중계기를 탑재하고 있어야 한다.
③ 2기의 GEO 위성은 이온층으로 인한 신호의 신틸레이션 (scintillation)을 완화할 수 있도록 적절히 이격된 궤도를 사용하는 위성으로 선정할 수 있어야 한다.
④ GEO 위성은 공개서비스 제공이전에 공개서비스를 위한 시험 서비스를 제공할 수 있어야 한다.
⑤ GEO 위성은 KASS 시스템 운용일로부터 사업종료 시점 까지 서비스를 제공할 수 있어야 한다.
⑥ GEO 위성의 보정탑재체에 대한 기술적 규격은 FAA기술 문서 No. E2892D를 준용하도록 한다.
미국의 전지구 위성항법시스템 GPS의 역할은 무엇인가?
미국의 전지구 위성항법시스템 GPS (global positioning system)는 중궤도 (2만 km 내외)에 배치된 30여기 위성을 이용 하여 항법메시지 정보와 레인징(ranging) 신호를 방송하고 있다. GPS위성이 방송하는 정보의 이용분야는 민간분야는 물론 국방분야에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되고 있고 활용 분야는 꾸준히 증가 추세이다.
참고문헌 (6)
Universal avionics systems corporation, operating in satellite-based augmentation system (SBAS) airspace, White Paper Oct., 2013.
[Internet]. Available: www.infrasture.gov.au, "Satellite based augmentation system review," May, 2011.
A.-L, V.-E, Avia, Satellite based augmentation system-SBAS principle and concept, Rabat 17, Oct. 2011.
A. J. Van Dierendonck, and B. D. Elrod, "Ranging signal control and ephemeris/time determination for geostationary satellite navigation payloads," in Institute of Navigation 94, pp.393-402, Washington DC: USA, Jan. 1994.
M. H. You and C. S. Sin, "Performance of SBAS system for different GEO transponder bandwidths," in 2015 Korean GNSS Society Conference, Jeju: Korea, p.206, 2015.
RTCA, Minimum Operational Performance Standards (MOPS) for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment, DO-229D (Change 1), February 1, 2013.
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