원격측정 시스템은 무인기, 위성 발사체 등의 비행체 개발과정에서 비행 데이터 수집과 모니터링을 위해 비행체 내 다양한 신호를 계측하여 지상으로 전송하는 통신시스템이다. 최근 무선통신 기술의 발전으로 비행 데이터의 전송 과정에서 일어날 수 있는 보안 위협에 대응하기 위해 원격측정 시스템의 암호화 기술 적용은 중요해지고 있다. 따라서 본 논문에서는 원격측정 시스템의 암호화 적용을 위해 국가 표준 암호 알고리즘인 ARIA-256의 적용 방법을 제안하고 구현하였다. 블록 오류 확산과 원격측정 프레임의 특성을 고려하여 CTR (counter) 모드를 응용하고, 위성통신 표준화 기구(CCSDS)에서 권장하는 리드솔로몬 코드를 적용할 수 있도록 프레임을 구성하여 암호화하였다. ARIA-256 알고리즘과 암호 프레임은 FPGA(filed programmable gate array)로 구현하였고 시뮬레이션과 하드웨어 검증 시스템을 통해 연속성 있는 프레임의 암호화를 확인하였다.
한반도 상공의 오존층 및 대기층 참사를 임무로 하는 과학관측로케트(KSR-420s)는 비행중에 갖게되는 온도, 응력, 가속도, 압력, 자세, Ranging 등의 비행상태 정보와 오존층, 전리층, X-선등의 관측데이타를 지상으로 전송한다. 본 연구에서는 KSR-420s의 비행궤도를 추적하면서 전송되어 오는 신호를 수신 처리하기위한 텔레메트리 지상시스템을 설계하였다.
우리별 1,2호의 원격명령부는 지상의 지구국, 또는 위성내 부 컴퓨터로부터 위성의 각부분을 제어하는 명령을 수신하여 적절한 전기적인 신호로 해당 부분에 전달하는 역할을 한다. 원격검침부는 위성의 건강 상태나 운영 상태를 나타내는 각종 정보를 취합하여 지상으로 전달하는 역할을 한다. 원격 검침 및 명령부를 이용하여 위성내의 나머지 부분들을 제어할 수 있으며, 또한 동작 상태를 측정할 수 있으므로 위성내의 어느 시스템보다도 높은 신뢰도가 요구되는 시스템이다. 특히, 저궤도 소형위성이라는 특수한 상황을 고려하여 설계되었으며, 위성 시스템의 전체 구성이 효율적으로 이루어질 수 있도록 개발되었다. 우리별 1, 2호는 1992년 8월과 1993년 9월에 각각 발사되어 지금까지 성공적으로 운용되고 있으며, 탑재된 원격검침 및 명령부도 정상적인 동작을 하고 있다.
지상에서 위성체 총조립 및 시험(AIT; Assembly, Integration & Test) 단계와 발사 후 위성 운용 단계에서 저궤도 관측위성에 대한 다양한 상태 정보들은 위성으로부터 수신한 원격 측정 (Telemetry) 데이터를 통해서 알 수 있다. 하지만 매초 단위로 위성으로부터 수신되는 수많은 원격 측정 데이터들을 모두 일일이 실시간으로 모니터링 하여 위성의 이상 유무를 판별하기는 거의 불가능하다. 특히 저궤도 관측위성은 발사 후 주기적으로 지상국과 교신하는 짧은 시간 내에 위성으로부터 수신한 원격 측정 데이터로부터 위성의 상태를 빠르게 판단해야 하고, 경우에 따라서는 위성의 긴급한 상황을 극복할 수 있는 조치를 위성과의 짧은 교신 시간 내에 완료해야 한다. 따라서 위성으로부터 수신한 원격 측정 데이터들을 선별하고 필요에 따라서 가공하여, 신속하고 요약된 정보를 시각화된 그림이나 도표 등으로 모니터 화면상에 시연해주는 MIMIC은 위성 시험 단계에서 뿐만이 아니라 위성 운용 단계에서도 필수적이다. 본 문서에서는 저궤도 관측위성인 다목적 실용위성에서 현재 개발 완료되어 사용되고 MIMIC에 대한 설계 및 구현 사항에 대해서 자세히 기술한다. 또한 MIMIC의 개발환경과 향후 추가적으로 보완 개발될 MIMIC에 대한 개선 사항들에 대해서도 설명한다.
인공위성 발사체의 파이로 충격 데이터는 환경시험 조건의 기준을 마련하고 또한 구조적인 강인성을 확인하기 위해 원격측정 데이터로 지상으로 송신되어야 한다. 본 논문은 발사체 탑재를 위한 충격기록장치의 초기 개발모델 설계, 개발 그리고 성능시험 결과에 대하여 기술하고 있다. 충격기록장치는 원격측정 데이터 전송률의 제한적 요소로 인해 고속으로 샘플된 데이터를 저장하였다가 저속으로 KSLV-I 원격측정 시스템으로 전송하도록 설계하였다. 충격기록장치의 회로 부분에서는 필터설계와 신호 대 잡음비를 최대화하기 위한 신호 조절부등이 설계되었다.
발사체 추진기관은 추진제 및 각종 고압가스류를 엔진으로 공급하는 기능, 지상에서 추진제를 발사체로 충전/배출하는 기능, 저온 산화제를 냉각하기 위한 순환 기능, 추진제 탱크를 가압하는 기능, 지상에서 온보드 밸브를 구동하는 기능, 내부 공간 및 라인 퍼지 기능 등을 수행한다. 이와 같은 기능을 수행하기 위해 발사체에는 타 시스템과는 별도로 추진기관 원격제어 시스템을 구성한다. 제어 시스템은 크게 온보드 시퀀스 및 추진제 탱크 압력 제어, 추진제 및 고압가스 충전/배출 제어, 발사체 기능 확인, 내부 기밀 확인 및 발사 직전까지의 상태 모니터링을 위해 구성한 지상측정시스템(GMS), 비행 중 추진기관 상태를 모니터링하기 위한 텔레메트리시스템(TMS)으로 분류한다. 본 논문에서는 일반적인 발사체 추진기관 운용 및 제어 개념을 제어 기능, 시스템 구성, 작동 원리의 단계로 사례와 함께 제시하였다.
복합임무를 갖는 정지궤도 위성인 통신해양기상위성은 항공우주연구원, 전자통신연구원, 해양연구원, 기상청과 국내외 기업이 공동으로 개발을 수행하고 있다. 통신해양기상위성의 주 계약자는 EADS Astrium이며 전자통신연구원은 정보통신부의 재원으로 Ka 대역 통신탑재체와 지상 관제시스템을 개발하고 있다. 통신해양기상위성의 관제시스템은 궤도상의 위성을 감시하고 제어할 수 있는 유일한 시스템이다. 통신해양기상위성에 탑재되어 있는 세개의 탑재체와 위성체 버스에 대한 임무운용을 위해서 지상 관제시스템은 원격측정 신호의 수신과 처리, 위성의 추적과 거리측정, 원격명력의 생성 및 송출, 위성의 임무계획, 비행역학데이터 처리, 그리고 위성 시뮬레이션을 수행한다. 이와 같은 기능을 적절히 할당해서 통신해양기상위성의 관제시스템은 TTC, 실시간운영, 임무계획, 비행역학, 그리고 위성시뮬레이터와 같은 5개의 서브시스템으로 구성되었다. 본 논문에서는 통신해양기상위성 관제시스템을 구성하는 5 개의 서브시스템에 대한 기능 설계와 인터페이스를 기술한다.
바다의 색을 관측하여 해양환경을 관측하는 천리안 해양위성 2호(Geostationary Ocean Color Imager-II, GOCI-II)의 자료는 지상국 시스템에서 다양한 보정과정을 거쳐 Raw~Level 2 (L2)로 생산되는데, 각 처리 단계에서 발생하는 품질 정확도는 단계별로 누적되어 위성자료의 오차가 점차 증폭된다. 이에 GOCI-II의 Level-1A/B (L1A/B) 자료에서 발생할 수 있는 광학적 품질 및 위치보정 성능 오차를 측정할 수 있도록 GOCI-II 지상국 시스템을 개선하였다. 신규로 구축된 광학적 품질 및 위치보정 성능 평가 모듈(Radiometric and Geometric Performance Assessment Module, RGPAM)은 시험 운영을 통해 성능 측정, 측정 결과의 표출 및 저장 등 기능들이 정상 운영됨을 확인하였다. RGPAM을 통해 측정된 성능들은 향후 GOCI-II 검출기의 감도 저하에 따른 실시간 복사보정 모델 개선, 위성 L1A/B 자료의 품질 일관성 확인 및 이슈사항에 대한 재보정 방안 마련을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
본 논문에서는 X-band GB-SAR 시스템을 이용하여 지상을 모니터링 하였으며, 대기 중의 습도와 거리의 영향을 받는 대기보정 상수를 산출하였다. 시스템에서 X-band 안테나는 중심주파수 9.65 GHz, 밴드 폭 600 MHz이며, 신호의 증폭과 다편파 측정 및 분석을 위해 각각 마이크로파 앰프와 마이크로파 스위치를 이용하였다. Azimuth step과 length는 5 cm와 5 m로 최대 관측 거리는 약 200 m 이다. phase 분석에 쓰인 산란체는 총 5개의 trihedral corner reflector로서, 시스템으로부터의 거리를 각각 다르게 설정하였다. 실험은 3일간 연속적으로 수행되었으며, 실험간 상대습도는 최소 50 %에서 최대 90 %까지로 약 40 %의 변화를 보였다. 고정된 상태의 reflector는 마치 이동한 것과 같은 현상을 보였는데 이는 마이크로화의 전파과정에서 발생하는 거리와 습도에 따른 지연효과라고 판단하였으며, 이를 배제하기 위하여 대기보정식을 산출하였다. 산출과정에서 temporal coherence가 0.98 이하인 reflector의 신호는 제외하였는데 이 경우 시스템 및 reflector의 안정성에 문제가 있다고 판단하였기 때문이다. 산출된 대기보정식은 C-band 안테나를 사용한 실험과 비교하여 보았다.
위성을 이용한 통신 및 방송은 양방향 서비스 시대를 맞이하고 있으며, 위성 인프라는 통신망 back-up 개념을 벗어나 이동 휴대 그리고 지상 인프라 구축 및 운영이 어려운 지역 및 시설을 중심으로 광역통신 및 방송의 근간 망 구성으로 나아가고 있고, 재난 방재 및 긴급 복구, 산업 시설 감시 및 측정데이터 모니터링 등 지상 인프라와 상호 보완적인 이중망 또는 기간망으로 활용되고 있다. 한국수자원공사에도 1998년부터 수문관측망 및 감시제어를 포함한 원격 데이터 취득 및 정보제공 등 많은 부분에 위성통신망을 이용하고 있다. 위성통신망의 사용이 10여년이 지난 시점에서 위성통신장비의 내용년수 도래에 따른 시스템 개선과 대체방안이 필요하게 되었으며, 기존의 수위, 우량과 같은 저용량, 저속인 현재의 위성망에 비하여 기술발전 및 데이터의 다양화에 따른 화상, 동영상과 같은 멀티미디어 데이터 등을 전송할 수 있는 대용량, 고속인 위성망 Pilot 시스템을 구축하였으며, 구축된 시스템에 대하여 성능시험을 한 결과를 분석하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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