• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제38권4호
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• pp.217-227
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• 2021

In this study, we describe an analytical process for designing a low Earth orbit constellation for discontinuous regional coverage, to be used for a surveillance and reconnaissance space mission. The objective of this study was to configure a satellite constellation that targeted multiple areas near the Korean Peninsula. The constellation design forms part of a discontinuous regional coverage problem with a minimum revisit time. We first introduced an optimal inclination search algorithm to calculate the orbital inclination that maximizes the geometrical coverage of single or multiple ground targets. The common ground track (CGT) constellation pattern with a repeating period of one nodal day was then used to construct the rest of the orbital elements of the constellation. Combining these results, we present an analytical design process that users can directly apply to their own situation. For Seoul, for example, 39.0° was determined as the optimal orbital inclination, and the maximum and average revisit times were 58.1 min and 27.9 min for a 20-satellite constellation, and 42.5 min and 19.7 min for a 30-satellite CGT constellation, respectively. This study also compares the revisit times of the proposed method with those of a traditional Walker-Delta constellation under three inclination conditions: optimal inclination, restricted inclination by launch trajectories from the Korean Peninsula, and inclination for the sun-synchronous orbit. A comparison showed that the CGT constellation had the shortest revisit times with a non-optimal inclination condition. The results of this analysis can serve as a reference for determining the appropriate constellation pattern for a given inclination condition.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제13권3호
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• pp.1260-1283
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• 2019

Low earth orbit (LEO) satellite broadband network is a crucial part of the space information network. LEO satellite constellation design is a top-level design, which plays a decisive role in the overall performance of the LEO satellite network. However, the existing works on constellation design mainly focus on the coverage criterion and rarely take network performance into the design process. In this article, we develop a unified framework for constellation optimization design in LEO satellite broadband networks. Several design criteria including network performance and coverage capability are combined into the design process. Firstly, the quality of service (QoS) metrics is presented to evaluate the performance of the LEO satellite broadband network. Also, we propose a network stability model for the rapid change of the satellite network topology. Besides, a mathematical model of constellation optimization design is formulated by considering the network cost-efficiency and stability. Then, an optimization algorithm based on non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II) is provided for the problem of constellation design. Finally, the proposed method is further evaluated through numerical simulations. Simulation results validate the proposed method and show that it is an efficient and effective approach for solving the problem of constellation design in LEO satellite broadband networks.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제23권2호
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• pp.125-138
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• 2020

One of the most important steps to consider in utilizing micro-satellites for surveillance or reconnaissance operations is the design of the satellite constellation. The Walker-Delta constellation which is commonly used in designing satellite constellations is not ideal for this operation in which military satellites are required to monitor specific regions continuously in a stable manner. This study aims to discuss the methodology for designing a satellite constellation that is capable of monitoring the fixed region at the fixed time each day by using the Sun synchronous Orbit. The BB(Beach Ball) constellation that we propose outperforms the Walker-Delta constellation in terms of robustness and it holds the merit of being simple in its design, thereby making future expansions more convenient. We expect the BB constellation will have a high applicability as the operational concept of military surveillance satellites is established in the near future.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권2호
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• pp.334-343
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• 2017

The optimum design of an SAR (Synthetic Aperture Radar) satellite constellation is developed herein using a genetic algorithm. The performance of Earth observations using a satellite constellation can be improved by minimizing the maximum revisit time. Classical orbit design using analytic methods has limitations when addressing orbit dynamics due to various disturbances. To overcome this issue, an optimization technique based on a genetic algorithm is used. STK (Systems Tool Kit) is utilized to propagate the satellite orbit when considering external disturbances, and the maximum revisit time on the earth observation area is calculated. By minimizing the performance index using a genetic algorithm, the optimum orbit of the satellite constellation is designed. Numerical results are provided to demonstrate the performance of the proposed method.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권6호
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• pp.401-412
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• 2022

본 연구에서는 한반도에 대해 준 실시간 감시정찰을 수행하기 위한 여러 종류의 위성군 설계 기법들의 장단점을 조사하였다. 또한 지상 궤적 반복궤도 위성군과 워커 위성군을 이용하여 가용한 위성의 수, 궤도면 수 및 위상차에 대해 조합 가능한 모든 경우에서 위성군을 설계하고, 광학 위성과 합성개구레이더(SAR) 위성의 탑재체 제한조건을 반영하여 성능을 분석하였다. 평균 재방문 주기가 30분 이내로 준 실시간 한반도 감시정찰에 적합한 위성군의 특성을 제시하였다. 본 연구는 한반도 지역을 감시·정찰하기 위한 위성군 설계에 대한 전략을 수립하는 데 중요한 자료를 제공할 수 있으며, 나아가 초소형 위성군 운용을 위한 우주전력 구축에 대한 가이드라인을 제시하는 데 기여할 것이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권1호
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• pp.54-62
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• 2017

ISR(Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) 임무를 위한 관측위성의 경우 임무운용개념이 요구되는 동시에 특정 관심영역을 주기적으로 탐지 가능한지에 대한 임무 효용성 분석이 필요하다. 이를 위해서는 군집궤도 형상에 대한 최적설계가 수행되어야 한다. 본 논문에서는 위성군집 형성방법으로 Walker-Delta 방식을 적용하여 특정 관심영역을 탐지하기 위한 군집형상에 대한 분석을 수행하였다. 임무수행의 효용성을 평가하기 위해 재방문주기 성능을 핵심 요구조건으로 선정하였다. 본 연구에서는 4기 SAR(Synthetic Aperture Radar) 위성군집을 적용한 임무분석 과정을 보여주고, 요구조건을 만족시키는 궤도배치 형상결과를 제시하였다. 군집궤도의 성능지수 분석은 개발된 분석 알고리즘을 기반으로 수행하였으며, ISR 임무를 위한 군집궤도 형상은 한 궤도면에 한 기의 위성이 배치되는 4개 궤도면의 형상이 적합한 것으로 분석되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제24권3호
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• pp.398-404
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• 2020

본 논문에서는 변형 경사하강검색법을 이용한 새로운 나선 직교진폭변조 신호성상도와 이를 위한 이진사상규칙을 제시한다. 기존 방법과는 달리 새로운 검색법은 반복설계를 위한 파라미터로 최대 반복 횟수와 함께 성상도 최적화 알고리즘을 사용하여 위상잡음에 더욱 강인한 나선 직교진폭변조 성상도를 생성한다. 또한, 제시된 이진사상기법은 신호성상도에서 동일한 경계를 공유하는 필드 수를 조정함으로써 성상도의 평균 해밍거리를 크게 감소시키는 것으로 나타났다. 그 결과, 제안된 나선 직교진폭변조는 매우 심한 수준의 위상잡음 환경에서도 기존 성상도에 비하여 훨씬 향상된 심볼오류성능을 가지는 것으로 확인되었다. 따라서 제안된 나선 직교진폭변조는 위상잡음의 영향이 크게 나타나는 코히어런트 광통신시스템과 직교 주파수분할다중화 시스템에 유용한 변조방법인 것으로 판단된다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제49권8호
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• pp.65-69
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• 2012

회전 변환된 정사각 QAM 신호 성좌를 클리핑하여 좌표 축 인터리브 된 직교 설계(Coordinate Interleaved Orthogonal Design; CIOD)에 적용되는 낮은 최대 전력 대비 평균 전력 비(Peak-to-Average-Power Ratio; PAPR)을 가지는 신호 성좌를 설계한다. 본 논문에서 제안하는 신호 성좌는 기존의 회전 변환된 정사각 QAM 신호 성좌에 비해 매우 낮은 PAPR을 가질 뿐 아니라, 기존의 신호 성좌와 거의 동일한 비트 오율(Bit Error Rate; BER) 성능을 가진다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권10호
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• pp.2149-2156
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• 2011

본 논문에서는 디지털통신을 위한 새로운 3차원 16진 신호성상도의 설계방법을 제시하고 그 성능을 분석한다. 기존의 성상도와는 달리 새로운 성상도는 모든 신호점들이 구의 표면에 균일하게 분포하므로 상진폭과 대칭적 구조 특성을 동시에 만족한다. 신호성상도의 평균전력을 정규화시킨 경우 제시된 16진 신호성상도는 기존의 비상진폭(non-constant envelope) 성상도들에 비하여 최대 11.4% 가량 증가된 최소 유클리드 거리를 가지는 것으로 나타났다. 이로 인하여 가산성 백색 가우시안잡음 환경에서 제안된 신호성상도가 적용된 디지털 통신시스템의 심볼오율은 기존 성상도를 이용하는 시스템에 비하여 1.2dB 가량 향상됨을 확인할 수 있다. 유클리드 거리 측면에서 최적화된 기존 상진폭 신호성상도에서는 신호점들이 구의 표면에 균일하게 분포하지 않는 반면 새로운 성상도는 3차원 신호공간에서 완전 대칭인 신호점 분포를 가진다. 이와 함께 기존의 성상도에 비하여 제안된 성상도에서는 설계에 요구되는 연산복잡도가 거의 없는 장점도 있다. 따라서 제안된 3차원 16진 신호성상도는 편광편이키잉과 같이 상진폭 특성이 요구되는 디지털 통신시스템에 적합한 것으로 판단된다.

• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제10권2호
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• pp.91-102
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• 2021

In this paper, a fully reconfigurable Software Defined Radio (SDR) for multi-constellation and multi-frequency Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers is presented. The reconfigurability with respect to the data structure, variability of signal and receiver parameters, and receiver's internal functionality is presented. The configuration file, that is modified to lead to an entirely different operation of the SDR in response to specific target signal scenarios, directly determines the operating characteristics of the SDR. In this manner, receiver designers can effectively reduce the effort to develop many different combinations of multi-constellation and/or multi-frequency GNSS receivers. Finally, the implementation of the presented fully reconfigurable SDR is included with the experimental processing results such as acquisition, tracking, navigation for the received signals in the realistic fields.