통신탑재체와 소프트웨어 위성버스체를 통합한 HITL 시뮬레이터의 설계 및 구현

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF HITL SIMULATOR COUPLEING COMMUNICATIONS PAYLOAD AND SOFTWARE SPACECRAFT BUS

국가우주개발 중장기 계획의 일환으로 "통신방송위성(CBS: Communications and Broadcasting Satellite) 탑재체 개발 사업"이 한국전자통신연구원을 중심으로 국내산업체와 공동으로 추진되었다. 통신탑재체는 Ku대역 및 Ka대역 통신중계기와 안테나로 구성되며, 2000년 5월부터 2003년 4월까지 3년 동안 기술검증모델 탑재체가 개발되었다. 본 사업에서 통신방송위성을 위한 위성버스체는 개발되지 않으므로 위성을 이루는 통신탑재체와 버스체의 구성이 완벽하지 않았다. 이러한 문제를 해결하기 위해 위성버스체를 대신할 소프트웨어 위성시뮬레이터의 개발이 요구되었다. 개발에 적용된 위성버스체는 무궁화위성 버스체를 그 대상 모델로 가정하였다. 독립적으로 존재하는 하드웨어 통신탑재체와 소프트웨어 위성시뮬레이터의 연동은 통신탑재체의 기능 시험 및 검증을 목적으로 개발된 전기적 지상시험장치(EGSE: Electrical Ground Support Equipment)의 전력, 원격명령 및 원격측정 시스템(PCTS: Power, Command and Telemetry System)을 통해 이루어지도록 설계되었다. 이러한 시스템 개발을 통해 하드웨어 통신탑재체와 실시간으로 연동되는 Hardware-in-the-loop(HITL) 통신방송위성 시뮬레이터(CBSSIM: CBS Simulator)를 구현하였다. CBSSIM의 위성버스체 모델은 모멘텀 바이어스 삼축 안정화 방식의 정지궤도 위성이고, CBSSIM은 PCTS와 TCP/IP로 연결되고, 통신탑재체는 DC하니스 및 MIL-STD-1553B로 PCTS와 연결된다. CBSSIM은 실시간 처리부을 통해 통신탑재체와 위성버스체 모델로 원격명령을 전송하며, 통신중계기로부터 실제 원격측정 자료와 위성버스체 모델로부터 생성된 원격측정 자료를 수집한다. CBSSIM은 다양한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI: Graphic User Interface)를 통해 위성의 상태를 감시할 수 있으며, 통신위성의 발사 전후 및 궤도 운용시의 상태를 모사할 수 있다. 본 논문에서는 객체지향 기법에 의해 위성버스체를 모사한 CBSSIM과 통신탑재체 및 통신탑재체와 CBSSIM을 연동시키는 PCTS를 포함한 HITL시뮬레이터의 설계 및 구현 내용에 관해 기술한다.에 관해 기술한다.

Engineering qualification model payload for a communications and broadcasting satellite(CBS) was developed by ETRI from May, 2000 to April, 2003. For. the purpose of functional test and verification of the payload, a real-time hardware-in-the-loop(HITL) CBS simulator(CBSSIM) was also developed. We assumed that the spacecraft platform for the CBSSIM is a geostationary communication satellite using momentum bias three-axis stabilization control technique based on Koreasat. The payload hardware is combined with CBSSIM via Power, Command and Telemetry System(PCTS) of Electrical Ground Support Equipment(EGSE). CBSSIM is connected with PCTS by TCP/IP and the payload is combined with PCTS by MIL-STD-1553B protocol and DC harness. This simulator runs under the PC-based simulation environment with Windows 2000 operating system. The satellite commands from the operators are transferred to the payload or bus subsystem models through the real-time process block in the simulator. Design requirements of the CBSSIM are to operate in real-time and generate telemetry. CBSSIM provides various graphic monitoring interfaces and control functions and supports both pre-launch and after-launch of a communication satellite system. In this paper, the HITL simulator system including CBSSIM, communications payload and PCTS as the medium of interface between CBSSIM and communications payload will be described in aspects of the system architecture, spacecraft models, and simulator operation environment.