초록 ▼

□ 연구개발 목표
본 연구과제는 소형위성용 SAR (Synthetic Aperture Radar)에서 획득한 데이터를 지상국으로 고속 전송하기 위한 변복조 알고리즘 연구를 목표로 한다. 최근 위성의 개발 추세는 크기가 작고 단일 시스템만을 탑재하는 소형 위성이 주를 이루고 있다. 소형 위성은 무게 100 kg 이하로, 버스 시스템 및 탑재체의 무게 규정에 엄격하다. 하지만 기존의 정지궤도 위성과는 달리 그 규모나 탑재 가능한 장비들이 적기 때문에 전력 및 대역폭의 제약이 있다. 이로 인해 SAR를 운용하기 위한 데이터 패킷들을

□ 연구개발 목표
본 연구과제는 소형위성용 SAR (Synthetic Aperture Radar)에서 획득한 데이터를 지상국으로 고속 전송하기 위한 변복조 알고리즘 연구를 목표로 한다. 최근 위성의 개발 추세는 크기가 작고 단일 시스템만을 탑재하는 소형 위성이 주를 이루고 있다. 소형 위성은 무게 100 kg 이하로, 버스 시스템 및 탑재체의 무게 규정에 엄격하다. 하지만 기존의 정지궤도 위성과는 달리 그 규모나 탑재 가능한 장비들이 적기 때문에 전력 및 대역폭의 제약이 있다. 이로 인해 SAR를 운용하기 위한 데이터 패킷들을 활용하기가 어렵다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 연구과제에서는 우선적으로 SAR 데이터 패킷 포맷 및 운용 데이터에 대한 시스템 요구조건을 분석하고, 기존의 여러 변복조 기법을 비교하여 위성 고속 다운링크에 적합한 기법을 확인한다. 이 후 가장 성능이 우수한 4D-8PSK-TCM (Trellis Coded Modulation)을 바탕으로 송·수신부를 시뮬레이터로 구현하고, 채널모델을 포함하여 성능 분석을 실시한다.

□ 연구개발 내용
본 연구과제의 개발 목표인 SAR 획득 데이터 고속 다운링크 변복조 알고리즘 연구를 위해 1차년도에는 무선통신 시스템에서 활용중인 변복조 기법을 조사와 소형 위성용 SAR 시스템의 요구조건을 분석하는 것으로 세부 연구목표를 수립하였다. 이를 위해 우주 데이터 및 시스템 자문위원회인 CCSDS의 권고를 바탕으로 PSK (Phase Shift Keying), APSK (Amplitutde Phase Shift Keying)를 고려하였으며, 추가적으로 4FSK (Frequency Shift Keying), MSK (Minimum Shift Keying), GMSK (Gaussian-Minimum Shift Keying)를 고려하였다. 이와 더불어 SAR 요구조건 타당성 분석을 위해 세계 각국의 SAR 위성 제원 조사 및 데이터 패킷 포맷 분석 수행을 실시하였다.
2차년도에는 앞선 1차년도에서 조사한 여러 변복조 방식을 바탕으로 위성환경에 알맞은 변복조 알고리즘 설계 및 관측 데이터 전송을 위한 송수신 시스템 연구를 수행하였다. 이를 위해 앞서 언급된 변복조 방식과 CCSDS에서 소개된 TCM 변복조 기법을 추가하여 위성 변복조 시뮬레이션을 구현한 후 BER vs. SNR 그래프를 통해 부호화 이득을 확인하였다. 이를 통해 TCM의 성능이 상대적으로 다른 변조방식들에 비해 부호화 이득이 높은 것을 확인하였으며, Riverbed Modeler 시뮬레이터를 통해 TCM이 위성환경에서의 적합성을 확인하였다. 또한 SAR 패킷과 CCSDS의 규정을 포함하여 요구되는 SAR 데이터 패킷을 정리하였다.
3차년도에는 SAR 시스템 관측 데이터를 이용한 데이터 변복조 및 전송 알고리즘 개발 및 최적화를 수행하였으며, 시뮬레이터를 활용한 고속 변복조 데이터 전송 및 성능 검증을 수행하였다. 이를 위해서는 TCM에서 차원 개념이 포함된 4D-8PSK-TCM을 MATLAB Simulink 툴을 활용하여 송신부를 설계하였고, MATLAB Script를 통해 2 Symbol/bit 시나리오의 수신부를 구현하였다. 또한 설계된 송수신부에 Gaussian Channel Model을 포함하여 BER vs. SNR 그래프를 확인하였으며, 해당 내역을 바탕으로 Riverbed Modeler 시뮬레이터에서 데이터의 송수신 능력을 확인하였다.

□ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
< 활용계획 >
본 연구과제 수행결과를 통해 차후 소형 위성 개발 시 데이터 전송을 위한 시스템의 요구조건과 무선 통신 관점에서의 고속전송 검증을 위한 성능지표를 제시할 수 있다. 그리고 개발된 데이터 다운링크 고속 전송을 위한 변복조 알고리즘은 소형 위성 개발 장비 국산화 기술에 대한 기초 기술을 확보할 뿐만 아니라, 향후 위성 SAR 시스템에 적용 가능하다. 또한 제작된 시뮬레이터를 통해 실제 위성을 띄우지 않고 성능 분석이 가능하기 때문에, 향후 위성 환경에서 개량된 고속 변복조 알고리즘에 대한 성능검증이 용이하다.

< 기대효과 >
차세대소형위성2호의 설계 단계에서 관측 데이터의 다운링크 통신을 위한 요구조건 분석 시에 기초 자료로써 활용될 수 있으며 본 연구의 결과인 변복조 알고리즘을 차세대소형위성2호의 다운링크 변복조 시스템에 적용할 것으로 기대한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발 목표 및 평가주안점별 성과 ... 4
• 1-1. 연구개발 목표 ... 4
• 1-2. 평가주안점별 성과 ... 4
• 1-3. (해당 시) 연구개발 목표 및 주요내용 변경사항 ... 6
• 1-4. 선정/단계/연차점검의견 ... 6
• 2. 추진내용 및 연구개발결과 ... 7
• 2-1. 추진내용 및 연구개발결과 ... 7
• 2-2. 추진 일정 실적 ... 26
• 3. 연구 개발 결과의 활용 방안 ... 27
• 3-1. 개발 결과의 활용방안 ... 27
• 3-2. 개발 결과의 기대효과 ... 28
• 4. 당초 연구계획 대비 주요 변경사항 ... 29
• 첨부 ... 30
• 첨부1. 연구개발 목표의 달성도 증빙 ... 31
• 첨부4. [해당 시] 연구개발성과 공개제한 요청사유서 ... 35
• 첨부5. (해당 시) 청년 의무채용 관련 실적 ... 36
• 끝페이지 ... 36