위성항법보강시스템 (Satellite Based Augmentation System; SBAS)은 정지궤도(GEO) 위성들을 이용하여 GPS, GLONASS 등의 위성항법시스템 (Global Navigation Satellite System; GNSS) 사용자들에게 무결성 데이터 및 정정 데이터를 방송하는 데 목적이 있다. 국제민간항공기구 (International Civilian Aeronautical Organization; ICAO)의 2025년까지 SBAS 도입 권고에 따라, 국토교통부 사업으로 한국형 SBAS 시스템 개발/구축 사업이 진행 중에 있다. 한국형 위성항법보강시스템인 KASS(Korea AugmentationSatellite System)는 초정밀 GPS 오차보정시스템으로, 기준국(KASS Reference Station; KRS), 중앙처리국(KASS Processing Station; KPS), 위성통신국(KASS Uplink Station; KUS) 및 통합운영국(KASS Control Station; KCS)으로 구성된 지상시스템과 GEO 위성으로 이루어져 있다. 본 논문에서는 KASS 지상 부문과 GEO 위성간의 연동 역할을 하며 신호생성부(Signal Generator Section; SGS)와 RF부(Radio-Frequency Section; RFS)로 구성된 KASS 위성통신국에 대해 개념적 설계를 하였다.
위성항법보강시스템 (Satellite Based Augmentation System; SBAS)은 정지궤도(GEO) 위성들을 이용하여 GPS, GLONASS 등의 위성항법시스템 (Global Navigation Satellite System; GNSS) 사용자들에게 무결성 데이터 및 정정 데이터를 방송하는 데 목적이 있다. 국제민간항공기구 (International Civilian Aeronautical Organization; ICAO)의 2025년까지 SBAS 도입 권고에 따라, 국토교통부 사업으로 한국형 SBAS 시스템 개발/구축 사업이 진행 중에 있다. 한국형 위성항법보강시스템인 KASS(Korea Augmentation Satellite System)는 초정밀 GPS 오차보정시스템으로, 기준국(KASS Reference Station; KRS), 중앙처리국(KASS Processing Station; KPS), 위성통신국(KASS Uplink Station; KUS) 및 통합운영국(KASS Control Station; KCS)으로 구성된 지상시스템과 GEO 위성으로 이루어져 있다. 본 논문에서는 KASS 지상 부문과 GEO 위성간의 연동 역할을 하며 신호생성부(Signal Generator Section; SGS)와 RF부(Radio-Frequency Section; RFS)로 구성된 KASS 위성통신국에 대해 개념적 설계를 하였다.
The Satellite Based Augmentation System (SBAS) broadcasts to users integrity and correction information for Global Navigation Satellite System (GNSS) such as GPS and GLONASS using geostationary orbit (GEO) satellites. In accordance with the recommendation of the International Civilian Aeronautical O...
The Satellite Based Augmentation System (SBAS) broadcasts to users integrity and correction information for Global Navigation Satellite System (GNSS) such as GPS and GLONASS using geostationary orbit (GEO) satellites. In accordance with the recommendation of the International Civilian Aeronautical Organization (ICAO) to introduce SBAS until 2025, a Korean SBAS system development / construction project is underway with the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. Korea Augmentation Satellite System (KASS) is a high precision GPS correction system which is composed of KASS Reference Station (KRS), KASS Processing Station (KPS), KASS Uplink Station (KUS), KASS Control Station (KCS) and GEO satellites. In this paper, we provided the conceptual design of the KASS uplink station, which is composed of the Signal Generator Section (SGS) and the Radio-Frequency Section (RFS), and interface between the KASS ground sector and the GEO satellite.
The Satellite Based Augmentation System (SBAS) broadcasts to users integrity and correction information for Global Navigation Satellite System (GNSS) such as GPS and GLONASS using geostationary orbit (GEO) satellites. In accordance with the recommendation of the International Civilian Aeronautical Organization (ICAO) to introduce SBAS until 2025, a Korean SBAS system development / construction project is underway with the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. Korea Augmentation Satellite System (KASS) is a high precision GPS correction system which is composed of KASS Reference Station (KRS), KASS Processing Station (KPS), KASS Uplink Station (KUS), KASS Control Station (KCS) and GEO satellites. In this paper, we provided the conceptual design of the KASS uplink station, which is composed of the Signal Generator Section (SGS) and the Radio-Frequency Section (RFS), and interface between the KASS ground sector and the GEO satellite.
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문제 정의
그리고 KASS 메시지의신호 생성을 담당하는 SGS 서브시스템의 신호 처리와 동작모드 및 내/외부 인터페이스에 대해 정의하였다. 그리고SGS 핵심컴퓨터의 중요 기능인 Long Loop 알고리즘의 개념과 KUS가 KPS를 선택하는 방법에 대해 설명하였다. SGS와 GEO 위성간의 인터페이스를 담당하는 RF부의 구성과 기능 및 RF 링크 버짓으로 시스템이 요구하는 성능을 만족할 RF 부품들의 주요 사양을 제시하였다.
본 논문에서는 KASS의 구성 시스템들 중에서 KASS 신호를 생성하여 GEO 위성으로 송출하는 KASS 위성통신국에 대한 개념적 설계를 제시한다.
KUS SGS는 국외공동개발업체인 TAS (Tales Alenia Space)에서 EGNOS NLES-G2 기반으로 개발 중에 있고, KUS RF부는 국내 개발로서 현재 예비설계 단계이다. 본 논문에서는 각 구성의개념적 설계를 보인다.
본 논문에서는 한국형 위성항법 보강시스템인 KASS의위성통신국 구현을 위한 개념 설계를 기술하였다. 우선 KUS의 주요 요구 기능과 구성을 보였다.
가설 설정
1. 유효한 KPS를 모두 선택함.
3. 실행 KPS 대신 운용 KPS를 우선함.
제안 방법
KASS는 그림 1과 같이 기준국(KRS), 중앙처리국(KPS), 위성통신국(KKUS) 및 통합운영국(KCS)으로 구성된 지상시스템과 GEO 위성으로 이루어져 있다. KRS는 여러 위치에서 GPS 및 GEO 위성 데이터를수집하여 KPS에 제공하고, KPS는 GPS 위성 및 가능한GEO 위성의 거리 측정에 대한 보정값과 이와 관련한 무결성 범위를 계산한다. KUS는 KPS가 제공한 보정 데이터 및무결성 데이터를 C 대역 KASS 신호로 변환하여 GEO 위성에 송출하고, GEO 위성은 KNT(KASS Network Time)와시각 동기된 1575.
또한 SGS는 SIS를 수신하여 KPS와 KCS에 원시 측정치를 제공하고, 무결성 검사에도 사용한다. SGS는 무결성 박스에서 독립적인 무결성 평가 기능을 소유해야 하므로, SBAS 메시지에 포함된 CRC-24를 사용하여 메시지를 검사한다.
그리고SGS 핵심컴퓨터의 중요 기능인 Long Loop 알고리즘의 개념과 KUS가 KPS를 선택하는 방법에 대해 설명하였다. SGS와 GEO 위성간의 인터페이스를 담당하는 RF부의 구성과 기능 및 RF 링크 버짓으로 시스템이 요구하는 성능을 만족할 RF 부품들의 주요 사양을 제시하였다.
우선 KUS의 주요 요구 기능과 구성을 보였다. 그리고 KASS 메시지의신호 생성을 담당하는 SGS 서브시스템의 신호 처리와 동작모드 및 내/외부 인터페이스에 대해 정의하였다. 그리고SGS 핵심컴퓨터의 중요 기능인 Long Loop 알고리즘의 개념과 KUS가 KPS를 선택하는 방법에 대해 설명하였다.
SGS 핵심컴퓨터의 역할은 KUS SGS의 채널을 감시하고제어하고, KASS WAN 망과 연동되며, KPS 채널을 선택하며, KUS/SGS 스위치를 관리하고, 신호 조정 파라미터를 계산하는 것이다. 또한 KPS에서 받은 250비트의 L1 및 L5 KASS 메시지 각각을 부호율 1/2, 구속장 7인 길쌈부호로 채널부호화하여 500 심볼의 KASS 메시지로 만든다. SGS Long Loop 신호생성기는 500 심볼의 KASS 메시지에 1023비트의 C/A 부호로 대역확산 후 시각 기준과 동기화된70MHz IF의 KASS 신호를 생성한다.
제시된 링크버짓에서는 KUS RF부의 C 대역 안테나 직경은 13 m로, L 대역 안테나 직경을 2.4 m로 정하고, 각 전송신호의 HPA 출력 전력을 20 dBW로 정하였다. 이로써 RF부의 최소 수신 G/T는 L1, L5 각각 1.
SGS 내부 인터페이스로서, Long loop와 RFS간 인터페이스는 상향링크 IF 신호 및 요구되는 모든 교정 신호를 정의하고, RF 어댑터와 RFS간 인터페이스로 RF 신호 및 GEO신호를 정의한다. 핵심컴퓨터와 무결성박스 간의 인터페이스를 통해 항법메시지를 제공하며, 핵심컴퓨터와 Long Loop간의 인터페이스를 통해 상향링크로 보낼 메시지를 제공한다. 무결성박스와 RF 어댑터 간의 인터페이스는 RF 전송 해제 여부 결정을 위해 필요하며, 무결성박스와 수신기 간에는 실제 수신된 메시지 제공을 위한 연동이 이루어진다.
RF부 성능 결정에는 대응되는 GEO 위성의 성능이 크게영향을 미친다. 현재 KASS 시스템의 제 1 위성으로Inmarsat 4F1 항법 탑재체가 유력하기 때문에 이를 기준으로 RF부를 설계한다. 다음은 관련된 KUS RF부 신호전력성능 요구사항이다.
이론/모형
GEO 송신 안테나 레벨에서의 L1, L5 신호가 KNT에 동기되어 송출되도록 SGS는 Long Loop 알고리즘을 사용하여모든 상향링크 전송 지연과 위상 불일치를 보상한다. Long Loop 알고리즘을 구현하기 위해, SGS 핵심컴퓨터 내에서는칼만 필터와 PID (Proportional, Integral and Derivative) 제어기가 장착된다.
성능/효과
2. KPS가 제공한 '선택' 상태가 KUS SGS가 아는 선택된 상태와 일치하지 않는 KPS는 거부됨.
4. 모든 선택 가능한 KPS 중에서 누적 QoS가 가장 좋은 KPS를 유지함.
후속연구
본 논문의 KASS 위성통신국 개념 설계를 통하여 TAS개발의 SGS 서브시스템에 대한 이해를 높이고, 국내 개발의RF부 상세 설계에 활용할 예정이다.
참고문헌 (9)
C.S. Sin et al, "Technical Development Trends of Satellite Based Augmentation System", Electronics and Telecommunications Trends, vol. 29, No.3, pp. 74-85, 2014.
ICAO, .Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation, Volume I - Radio Navigation Aids, International Standards and Recommended Practices, Amendment 89, November 2014.
RTCA, Minimum Operational Performance Standards (MOPS) for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment, DO-229D (Change 1), February 1, 2013.
C.S. Sin et al, "Conceptual Design Analysis of Satellite Communication System for KASS", Journal of Advanced Navigation Technology, Vol.20, No.1, pp. 8-14, 2016
FAA, System Specification for the Wide Area Augmentation System, FAA-E-2892d, March 28, 2012.
Chris Neville, "EGNOS Implementation Status", PBN TF/ RAiSG meeting, Brussels 12th-14th March 2014.
Damien KUBRAK et al, "Performance Assessment of EGNOS 2nd Generation Navigation Land Earth Station", Proceedings of the 45th Annual Precise Time and Time Interval Systems and Applications Meeting, ION, 2013.
유문희, 신천식, "KASS 위성통신시스템 RF 성능 분석", 2017 년 항법시스템학회 정기학술대회, P.530-533, 2017.
Claudio Soddu, "Space Capacity for SBAS", SBAS 2015 Workshop, 24-25 March 2015.
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