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우주용 GPS 수신기를 위한 신호 처리부 구현과 성능 분석
진현필(Hyeun-Pil Jin),박성백(Seong-Baek Park),김은혁(Eun-Hyouek Kim),윤지호(Ji-Ho Yun),이현우(Hyun-Woo Lee) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.12
우주용 GPS 수신기에 널리 사용되었으나 단종된 GP2021 소자를 대체하기 위해, GPS 디지털 신호 처리부인 SIGP-1001을 개발하였다. GP2021 소자와 동일한 운용조건에서 수행한 각종 실험을 통해 SIGP-1001의 성능이 GP2021 소자의 성능과 유사함을 확인하였고, 그 결과 SIGP-1001으로 GP2021 소자를 충분히 대체 가능한 것으로 판단하였다. FPGA IP(Field Programmable Gate Array Intellectual Property) 형태로 개발한 SIGP-1001을 우주급 FPGA에 적용하면 GP2021 소자를 사용하였을 경우에 비해 신뢰성 향상이 가능하며, 위성 추적 채널 수 추가 등의 기능 확장을 통한 성능 개선이 가능하다. We developed a GPS digital signal processing FPGA IP, SIGP-1001 to replace the obsolete GP2021 device, which has been used for many space-borne GPS receivers. From a series of tests, we verified that SIGP-1001 has equivalent performance to the GP2021 device under the same operating condition and concluded that SIGP-1001 can replace the GP2021 device. The reliability of a GPS receiver can be improved by using a space-grade FPGA with SIGP-1001 instead of the GP2021 device and its performance is expected to be improved by increasing the number of search channels.
김은혁,진현필,박성백,이현우 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11
본 논문에서는 저궤도 상에서 운용되는 GPS 수신기의 신호 추적 성능을 향상시키기 위해 신호 추적 영역의 일부만 검색하는 지역 검색 기법(Local Search Method)을 기술하였다. 이때, GPS 인공위성과 GPS 수신기 사이의 상대 속도를 분석 후 GPS 인공위성의 RF 신호 도플러(Doppler) 주파수를 추정하여 지역 검색을 수행하였으며 2013년 11월 발사되어 현재 운용중인 두바이셋-2(DubaiSat-2)인공위성에 적용한 결과를 분석하였다. 분석 결과 신호 영역 전체를 검색하는 전역 검색(Global Search)을 수행할 시 GPS 인공위성 RF 신호를 추적하기 위해 약 5분이 소요되는 반면 지역 검색을 수행할 시 반송파 위상 검색 영역(Carrier Phase Search Range)을 90%이상 감소시켜 약 24초 소요되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 자세 제어 기동 시 3D Fix를 유지하지 못하는 현상이 제거되었으며 평균 추적 수는 전역 검색 수행 결과와 비교하면 7.6개에서 10.2개로 약 40% 크게 향상된 것을 확인할 수 있었다. In this paper, local search method that search limited signal tracking area is suggested to enhance the GPS satellite’s RF signal tracking performance of low earth orbit satellites. Considering the doppler frequency between GPS satellites and GPS receiver, signal tracking area is limited and signal tracking performance of DubaiSat-2 is analyzed. The analysis result of local search method show that acquisition time and mean tracking number are improved from 300 sec to 24 sec and from 7.6 to 10.2 respectively. Also 3D Fix fail case is removed at DS-2 attitude maneuver.
박인용(In-Yong Park),진현필(Hyun-Peel Jin),이순천(Soon-Cheon Lee),설영욱(Young-wook Sirl) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.3
저궤도 위성용 S대역 수신기 EM 모델을 개발 하였다. 복조기는 복조 방식의 확장성을 고려하여 복조 기능을 FPGA를 사용하여 구현하였으며 제작된 수신기는 RF 단과 디지털복조기 그리고 전원부로 구성되고 운용상 발생되는 주파수 편이 보상을 위한 도플러 추적기능을 가진다. 측정결과 수신기의 BER은 -110dBm의 RF입력전력에서 1.0 X 10<SUP>-6</SUP>로 측정 되었으며, 중심 주파수를 기준으로 ±100KHz의 주파수 추적기능을 가진다. 요구된 환경 온도테스트를 완료하였으며, TID 테스트 결과 기준치인 10Krad를 만족한다. The S-band receiver for Low Earth Orbit satellite is designed and fabricated as engineering model. Demodulator is implemented by using FPGA for extension of demodulator method. The receiver consists of RF Block, Digital demodulator and Power stage and has a Doppler tracking function to compensate a frequency shift that occur on the operation. The measured results of fabricated receiver show BER of less than 1.0 X 10<SUP>-6</SUP> at -110dBm RF input power and equipped a frequency tracking of ±100kHz relative to the center frequency. TID test was satisfied with the results of the test criterion is 10krad.
고정밀 섭동모델을 이용한 실시간 On-board 궤도 결정 성능 향상
김은혁(Eun-Hyouek Kim),이병훈(Byung-Hoon Lee),박성백(Sung-Baek Park),진현필(Hyeun-Pil Jin),이현우(Hyun-Woo Lee),정연황(Yun-Hwang Jeong) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.9
본 논문에서는 실시간 On-board 궤도 결정 성능을 향상시키기 위해 고정밀 우주 섭동모델을 구현하였고, 구현된 우주 섭동모델을 GNSS 수신기의 궤도 결정 로직에 적용하여 그 결과를 분석하였다. 궤도 결정 로직은 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter)로 구현되었고, 의사거리로 계산한 궤도(Standard Position Service)를 관측정보로 이용하였다. 궤도 결정 로직 성능 검증은 GPS 인공위성의 신호를 모사하는 GNSS 시뮬레이터를 이용하여 수행하였다. 고정밀 섭동모델의 궤도 결정 성능을 J<SUB>2 </SUB>항만 고려한 섭동모델의 궤도결정 성능과 비교하여 분석한 결과, GPS 항행해의 위치 정밀도는 43.61 m(3 σ)에서 23.86 m(3 σ)로 46 % 개선되었으며 속도 정밀도는 0.159 m/s(3 σ)에서 0.044 m/s(3 σ)로 72 % 개선되어 정밀도가 향상된 것을 확인할 수 있었다. In this paper, a real-time on-board orbit determination algorithm using the high precise orbit propagator is suggested and its performance is analyzed. Orbit determination algorithm is designed with the Extended Kalman Filter. And it utilizes the orbit calculated from the Pseudo-range as observed data. The performance of the on-board orbit determination method implemented in the GPS-12 receiver is demonstrated using the GNSS simulator. Orbit determination performance using high precise orbit propagator was analyzed in comparison to the orbit determination result using J<SUB>2</SUB> orbit propagator. The analysis result showed that position and velocity error are improved from 43.61 m(3 σ) to 23.86 m(3 σ) and from 0.159 m/s(3 σ) to 0.044 m/s(3 σ) respectively.
저궤도 위성의 실시간 On-board 궤도 결정 성능 분석
김은혁(Eun-Hyouek Kim),고동욱(Dong-Wook Koh),정영석(Young-Suk Chung),박성백(Sung-Baek Park),진현필(Hyeun-Pil Jin),이현우(Hyun-Woo Lee) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.1
본 논문에서는 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter)를 이용하여 On-board상에 적용 가능한 궤도 결정 방안을 제시하고 GPS 수신기에 적용하여 그 결과를 분석하였다. 이때, On-board 상의 제한된 자원을 감안하여 본 연구에서는 J₂ 궤도 전파 모델과 GPS 항행해를 이용하여 궤도 결정을 수행하였으며 현재 운용 중인 두바이셋-2(DubaiSat-2) 인공위성에 적용한 결과를 분석하였다. 분석 결과 GPS 항행해에서 불규칙하게 발생하는 수 km의 큰 오차가 제거되었고 위치 오차는 70.26 m에서 26.25 m로 65% 감소하였으며 속도 오차는 3.6 m/s에서 0.044 m/s로 96% 감소하여 정밀도가 향상된 것을 확인할 수 있었다. In this paper, a real time on-board orbit determination method using the extended kalman filter is suggested and its performance is analyzed in the environment of the orbit. Considering the limited on-board resources, the J2 orbit propagate model and the GPS navigation solution are used for on-board orbit determination. The analysis result of the on-board orbit determination method implemented in DubaiSat-2 showed that position and velocity error are improved from 70.26 m to 26.25 m and from 3.6 m/s to 0.044 m/s, respectively when abnormal excursion errors is removed in the GPS navigation solution.