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문제 정의
- 본 논문은 이동체용 직접위성방송 시스템의 위성 지향알고리즘, 이동체의 위치와 자세정보를 이용한 제어기설계를 제안한다. 모의실험과 실제 차량 실험을 통해 기존 시스템과 제안 시스템의 결과를 비교분석하여 유효성을 입증한다.
- 본 논문에서 저[안된 이동체 위성 지향 알고리즘의 유효성과 정확성을 입증하기 위해 모의실험을 수행한다. 모의실험의 적용 대상 지역으로 무주와 전국 5대 도시인 서울, 대전, 대구, 부산 그리고 광주를 선택한다.
- 본 논문은 무궁화 위성에 의한 통신방송 서비스의 한 부분인 이동체용 직접위성방송 시스템에 대하여 연구하였다. 이동체는 항상 정지궤도 위성인 무궁화 위성을 지향해야 한다.
제안 방법
- 이러한 단독적인 폐 루프 방식은 감지장치의 측정오차, 제어기의 연산오차, 전체 시스템의 누적오차가 발생할 수 았고 방송산호의 차단 상태에 대한 대책 및 빠른 응답성에 대한 문제점을 발생시킬 수 있다[8][9]. 그러므로 본 논문에서는 이러한 두 가지 방법을 적절히 혼용하여 이동체용 위성방송서보 시스템의 제어기를 설계한다.
- 알고리즘이 중요한 요소를 차지한다. 제어 시스템 작동 초기에 위성을 빠르게 추적하기 위해서 고정된 정지궤도 위성의 위치범위를 설정하고 해당 범위에서 추적을 실시한다. 이후 가장 강한 방송신호 부근에서 다시 추적을 실행하여 빠른 응답성을 가지도록 한다.
- 방송신호궤환 제어는 이동체의 좌우 자세 변화 및 위치 변화에 따라 각 단계별로 방송신호 이득의 증가와 감소 방향을 제시한다. 그리고 초기화 과정에서 결정된 기준 방송 신호 이득과의 비교를 통해 현재 단계의 방송신호 출력 여부, 안테나 구동 등의 여부를 결정한다. 이러한 이 동체의 위치와 자세 궤환제어와 방송신호 궤환제어를 혼용한 이중 궤환제어기는 단독적인 폐루프 방식의 문제점인 측정오차와 연산오차를 보정할 수 있다.
- 초기의 정지된 이동체의 기준 위성 지향방위각과 앙각을 결정할 수 있는 기준 위성 지향 알고리즘을 유도하였다. 이를 바탕으로 이동체의 이동 자세 및 위치를 고려한 실제 위성 지향 알고리즘으로 확장하였다. 제안된 제어시스템은 이동체의 위치와 위성 방송 신호를 이용한 이 중 궤환 알고리즘을 제시하였다.
- 이를 바탕으로 이동체의 이동 자세 및 위치를 고려한 실제 위성 지향 알고리즘으로 확장하였다. 제안된 제어시스템은 이동체의 위치와 위성 방송 신호를 이용한 이 중 궤환 알고리즘을 제시하였다. 이동체의 위치자세 궤환 제어기는 측정장치의 연산오차와 누적 오차를 보정할 수 없었고 방송 신호 궤환 제어기는 신호 의 차단 상태나 이동체의 급격한 자세 변화에 대한 대책 이 미흡하였다.
- 제시된 모의실험 결과에서 제안된 이동체의 위성 지향 알고리즘이 정확하고 효율적이며 폭넓게 적용될 수 있음을 알 수 있었다. 실제 차량 실험에서는 제한된 6가지 경로에 대한 방송신 호 이득 결과들을 타사의 제품과 비교하였다. 초기의 추 적 시간과 위성 신호 차단 상태에서 복귀시간 등을 비교 해 볼 때 제안된 이동체용 직접위성방송 시스템의 우수한 추적성 및 유효성을 입증할 수 있었다.
- 최근에는 보잉사에서는 위상 배열 안테나를 개발하여 자가용 제트 757기에 장착하였다. 테이트론사는 레저용 자가용이나 버스에 장착할 목적으로 DBS-3000, DBS-4000을 개발였다.
대상 데이터
- 수행한다. 모의실험의 적용 대상 지역으로 무주와 전국 5대 도시인 서울, 대전, 대구, 부산 그리고 광주를 선택한다. 무주는 무궁화 위성 안테나의 빔 중심 지역이다.
- 무주는 무궁화 위성 안테나의 빔 중심 지역이다. 그리고 선정된 5대 도시는 전국에 고루 분포되어 있고 통합 위성 서비스의 이용률이 상승되고 있는 인구 밀집 지역이다. 기존 위성 지구국에서의 위성 지향 알고리즘은 수평 정지상태에서 안테나가 위성을 지향해야할 방위각과 앙각을 계산한다.
- 그림 3에 나타내었다. 이러한 시스템을 구동하기 위한 제안 제어 시스템은 연산처리부와, 모터제어부, 아날로그/디지털 변환부로 구성되어 있다. 연산처리부에 사용된 마이 크로프로세서는 AMD(Advanced Micro Device)사의 AM188ES이다.
- 이러한 시스템을 구동하기 위한 제안 제어 시스템은 연산처리부와, 모터제어부, 아날로그/디지털 변환부로 구성되어 있다. 연산처리부에 사용된 마이 크로프로세서는 AMD(Advanced Micro Device)사의 AM188ES이다. 모터제어부는 바이폴라 (bipolar) 2상 또는 유니폴라(unipolar) 4상 방식의 L8도 스텝각을 가진 스텝모터를 제어한다.
- 모터제어부는 바이폴라 (bipolar) 2상 또는 유니폴라(unipolar) 4상 방식의 L8도 스텝각을 가진 스텝모터를 제어한다. 모터 제어기 로는 Allegro 사의 SLA7026M 을 사용한다. SLA7026Me 최대 3.
- 첫 번째 아날로그 신호는 위성 방송신호의 이득이고, 두 번째 아날로그 신호는 차량의 회전변화를 감지하는 가속도 센서의 출력전압이다. 사용한 아날로그/디지털 변환기는 MAXIM사의 Maxl58이며 이 소자는 8개의 아날로그 입력을 1마다 순차적으로 변환할 수 있으며 변환데이터는 8bit이다.
- 제안된 위성추적 알고리즘 및 제어 시스템의 유효성을 입증하기 위해 6개의 실험 환경을 선정하여 실제 차량실험을 수행하였다. 선정된 6개의 실험 환경은 사각형, 원형, 원형 2개, 최소원형, 본관 주변 그리고 공과 대학 주변 도로이다.
- 수행하였다. 선정된 6개의 실험 환경은 사각형, 원형, 원형 2개, 최소원형, 본관 주변 그리고 공과 대학 주변 도로이다. 주행실험은 기존 시스템과 제안 시스템을 교대로 장착하여 실시하였으며 기존 시스템의 실험 결과 데이터와 제안된 시스템의 결과 데이터를 비교분석하여나타내었다.
- 연산처리부에 사용된 마이 크로프로세서는 AMD(Advanced Micro Device)사의 AM188ES이다. 모터제어부는 바이폴라 (bipolar) 2상 또는 유니폴라(unipolar) 4상 방식의 L8도 스텝각을 가진 스텝모터를 제어한다. 모터 제어기 로는 Allegro 사의 SLA7026M 을 사용한다.
데이터처리
- 제안한다. 모의실험과 실제 차량 실험을 통해 기존 시스템과 제안 시스템의 결과를 비교분석하여 유효성을 입증한다.
- 선정된 6개의 실험 환경은 사각형, 원형, 원형 2개, 최소원형, 본관 주변 그리고 공과 대학 주변 도로이다. 주행실험은 기존 시스템과 제안 시스템을 교대로 장착하여 실시하였으며 기존 시스템의 실험 결과 데이터와 제안된 시스템의 결과 데이터를 비교분석하여나타내었다. 제안 제어 시스템의 샘플링 시간은 모터의 최대 주파수 20KHz에 적합하게 동작하도록 50로 설정하였다.
성능/효과
- 제안 제어기는 방송신호 궤환제어의 문제점인 응답속도의 저하, 안테나 구동방향의 우선 순위 결정 등에도 효율성이 있다. 안테나 구동방향의 우선 순위는 방송 신호 이득과 이동체의 자세변화를 모두 고려하여 정확하게 결정할 수 있다.
- 그러나 고정되지 않은 이동체에 적용할 경우 이러한 오차는 시간이 경과함에 따라 누적되므로 전체 시스템에 많은 영향을 미치게 된다. 이러한 모의실험의 결과 그림들을 고찰해 보면 본 논문에서 제안된 이동체의 위성 지향 알고리즘 이 기존 알고리즘보다 정확하게 위성을 추적하고 있음을 알 수 있다. 적용 범위의 관점에서도 제안 알고리즘이 기존 알고리즘보다 폭넓게 적용될 수 있음을 알 수 있다.
- 이러한 모의실험의 결과 그림들을 고찰해 보면 본 논문에서 제안된 이동체의 위성 지향 알고리즘 이 기존 알고리즘보다 정확하게 위성을 추적하고 있음을 알 수 있다. 적용 범위의 관점에서도 제안 알고리즘이 기존 알고리즘보다 폭넓게 적용될 수 있음을 알 수 있다.
- 제안 제어 시스템의 샘플링 시간은 모터의 최대 주파수 20KHz에 적합하게 동작하도록 50로 설정하였다. 결과 데이터의 추출시간은 제어기의 샘플링 시간의 20배 주기인 0.0이초 간격으로 방송신호 수신이득을 추출하였다.
- 나타내었다. 기존 시스템과 제안 시스템의 초기 방송 산호 수신시간은 평균 23초 정도 단축되었고 방송수신율도 510% 향상되었음을 알 수 있다. 제안 시스템의 실험 결과에서 미세한 이득 진동현상이 발생하지만 방송 신호의 정상상태 이상이므로 시스템에 영향을 미치지 않는 정상상태 범위에 존재한다.
- 이동체의 위치자세 궤환 제어기는 측정장치의 연산오차와 누적 오차를 보정할 수 없었고 방송 신호 궤환 제어기는 신호 의 차단 상태나 이동체의 급격한 자세 변화에 대한 대책 이 미흡하였다. 그러므로 제안된 이 중 궤환 제어 알고리 즘은 위성 지향 방위각과 무궁화 위성으로부터의 방송신 호 이득을 동시에 처리함으로써 전체적으로 자세 연산에 대한 기준을 제시하고 누적오차를 제거할 수 있는 효과적인 제어 시스템을 구성할 수 있었다. 제시된 모의실험 결과에서 제안된 이동체의 위성 지향 알고리즘이 정확하고 효율적이며 폭넓게 적용될 수 있음을 알 수 있었다.
- 그러므로 제안된 이 중 궤환 제어 알고리 즘은 위성 지향 방위각과 무궁화 위성으로부터의 방송신 호 이득을 동시에 처리함으로써 전체적으로 자세 연산에 대한 기준을 제시하고 누적오차를 제거할 수 있는 효과적인 제어 시스템을 구성할 수 있었다. 제시된 모의실험 결과에서 제안된 이동체의 위성 지향 알고리즘이 정확하고 효율적이며 폭넓게 적용될 수 있음을 알 수 있었다. 실제 차량 실험에서는 제한된 6가지 경로에 대한 방송신 호 이득 결과들을 타사의 제품과 비교하였다.
- 실제 차량 실험에서는 제한된 6가지 경로에 대한 방송신 호 이득 결과들을 타사의 제품과 비교하였다. 초기의 추 적 시간과 위성 신호 차단 상태에서 복귀시간 등을 비교 해 볼 때 제안된 이동체용 직접위성방송 시스템의 우수한 추적성 및 유효성을 입증할 수 있었다.
후속연구
- 특히 위성 지향 알고리즘과 4단계의 보완 알고리즘과 이 중 궤환 제어 알고리즘의 구성요소가 복합적으로 얽혀 있는 시스템에서 각각 구성요소의 간략화가 요구되어 진다. 또한 시스템의 효율성을 고려한 기구학 개념에 대한 연구 검토가 있어야 할 것이다.
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