KR102042423B1 - 저궤도위성의 gps 동기화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주클럭 및 상기 주클럭을 N비트 하향계수하여 신호를 발생시켜 RTC(Real Time Clock)를 증가시키는 저궤도위성을 이용한 저궤도위성의 GPS 동기화 방법에 있어서, 기 설정된 N비트 하향계수기(N~0)를 통해, 상기 하향계수기의 값이 0이 되면 신호를 발생시켜 RTC를 증가시키는 A단계 및 GPS의 1PPL 신호가 수신되면, 상기 하향계수기의 값을 0으로 리셋하여 동기화하는 B단계를 포함하여 이루어지며, 상기 B단계는, 상기 GPS의 1PPL 신호가 수신된 시점 이후의 라이징엣지(Rising Edge) 또는 폴링엣지(Falling Edge) 중 가장 인접한 엣지(Edge)에서 리셋되도록 이루어져, 최대 오차 범위가 줄어들어 보다 정밀한 동기화가 이루어지도록 제공하는 저궤도위성의 GPS 동기화 방법에 관한 것이다.

Description

저궤도위성의 GPS 동기화 방법{GPS Synchronization Method of Low Earth Orbit Satellite Time}

본 발명은 저궤도위성의 GPS 동기화 방법에 관한 것으로, RTC(Real Time Clock)를 이용하여 고유시간을 실시간으로 갱신하는 저궤도위성이 GPS로부터 1PPS(Pulse Per Second) 신호를 수신 받는 경우, 상기 GPS의 PPS가 수신된 시점을 기준으로 동기화가 이루어지는 저궤도위성의 GPS 동기화 방법이다.

저궤도위성은 고도 수백~수천km의 궤도로 지구 주위를 선회하는 위성으로, 원격탐사와 기상관측 등의 기능을 수행하면서 지상의 센터와 통신이 이루어진다. 아울러 상기 저궤도위성은 지구를 촬영하여 생성된 이미지 데이터를 지상 센터로 전송하는 기능이 더 포함될 수 있다. 이때 지상으로 전송되는 데이터들은 저궤도위성의 RTC(Real Time Clock) 정보를 이용하여 촬영, 전송 또는 이벤트 발생 시간을 포함할 수 있다. 이를 통해 데이터를 수신 받은 센터에서는 보다 명확하게 데이터를 분석할 수 있다.

그리고, 저궤도위성은 자세 제어나 내부 시스템 고장 유무 판별 등이 정해진 시간 간격마다 운용되어야 하며, 위와 같은 저궤도위성의 운용을 위해서는 지상과의 시간 동기화가 이루어져야 한다. 이에 따라 종래에는 저궤도위성이 GPS로부터 수신받는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와의 동기화를 통해 보다 정밀하게 시간을 제어한다.

이와 관련된 기술들은 국내 논문인 "아리랑 위성 2호의 향상된 프로세서간의 동기화 설계"[2001 가을 학술발표논문집(III)(Proceedings of the 28th KISS Fall Comference), 한국정보과학회] 및 "저궤도 관측 위성의 고유 시간과 GPS 1PPS의 동기화 방안"[2011년 정보 및 제어 심포지움(ICS '11) 논문집, p.299-300]과, 한국등록특허공보 제10-1613594호("GPS 정보를 이용한 시간 동기화 방법 및 장치", 2016.04.19.) 및 한국공개특허공보 제10-2002-0032194호("위상오차 측정을 통한 디지털 위상 고정 루프, 2002.05.03.) 등에서 개시되어 있다.

다만, 위와 같은 종래의 기술들은 저궤도위성을 GPS의 1PPS 신호에 동기화하기 위해서, GPS의 1PPS 신호가 도달하는 시점과 가장 가까운 내부 클럭(Clock)의 라이징엣지(Rising Edge)에서 리셋(Reset)이 일어나도록 형성됨에 따라, GPS의 1PPS 신호가 라이징엣지에 근접한 타이밍에 수신될수록 정확할 수 밖에 없는 구조이다. 아울러 종래의 기술은 위를 보다 정밀하게 운용하기 위해 클럭의 속도(Hz)를 상승시키는 수단을 사용하였으나, 저궤도위성 용으로 사용할 수 있는 오실레이터(oscillator)는 매우 제한적이기 때문에 위의 수단을 통한 정밀도 향상은 한계가 있었다.

KR 10-1613594 B1("GPS 정보를 이용한 시간 동기화 방법 및 장치") 2016.04.19. KR 10-2002-0032194 A("위상오차 측정을 통한 디지털 위상 고정 루프") 2002.05.03.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 저궤도위성이 한정된 속도의 클럭을 이용하면서도 시간의 오차를 보다 줄일 수 있도록 라이징엣지와 폴링엣지를 모두 사용하여 GPS의 1PPS와 동기화하도록 제공하는 저궤도위성의 GPS 동기화 방법에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 주클럭 및 상기 주클럭을 N비트 하향계수하여 신호를 발생시켜 RTC(Real Time Clock)를 증가시키는 저궤도위성을 이용한 저궤도위성의 GPS 동기화 방법에 있어서, 기 설정된 N비트 하향계수기(N~0)를 통해, 상기 하향계수기의 값이 0이 되면 신호를 발생시켜 RTC를 증가시키는 A단계 및 B) GPS의 1PPL 신호가 수신되면, 상기 하향계수기의 값을 0으로 리셋하여 동기화하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 B단계는, 상기 GPS의 1PPL 신호가 수신된 시점 이후의 라이징엣지(Rising Edge) 또는 폴링엣지(Falling Edge) 중 가장 인접한 엣지(Edge)에서 리셋되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때 상기 A단계는, 상기 하향계수기의 값이 0이 되면, 다음 N비트의 라이징엣지부터 N-a비트의 라이징엣지까지 신호를 발생시켜, RTC의 값을 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다. (여기에서, N>a)

또한 상기 B단계는, 상기 하향계수기의 값이 0으로 리셋되면, 다음 N비트의 라이징엣지부터 N-b비트의 라이징엣지까지 신호를 발생시켜, RTC의 값을 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다. (여기에서, N>b)

아울러 본 발명은 상기 B단계 이후, 리셋되기 이전 하향계수기의 값과, 리셋이 발생된 엣지에 대한 정보를 데이터베이스에 저장하는 C단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의한 저궤도위성의 GPS 동기화 방법은, 최대 1클럭 단위인 1주기만큼의 오차가 발생하던 동기화 작업이 최대 0.5주기로 오차가 줄어들어 보다 정밀하게 저궤도위성과 GPS의 1PPS신호에 동기화될 수 있도록 제공된다.

아울러 본 발명은 동일한 출력의 오실레이터를 사용하면서도 오차는 반 이상 줄어드는 효과가 있으므로, 보다 경량화된 저궤도위성을 제작할 수 있는 환경을 조성하거나 지상 센터에 송신하는 데이터 내 시간 요소가 정밀해져, 저궤도위성의 운용환경을 보다 향상시키는 장점으로 이어진다.

도 1은 GPS 1PPS 신호가 수신되지 않는 환경에서의 RTC 시스템.
도 2는 종래 기술에 따른 GPS의 1PPS가 수신된 저궤도위성의 동기화 시스템을 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 GPS의 1PPS가 수신된 저궤도위성의 동기화 시스템을 도시한 도면.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 저궤도위성의 GPS 동기화 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 GPS의 1PPS 신호가 수신되지 않는 환경에서의 RTC 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 저궤도위성의 GPS 동기화 방법은 저궤도위성 상에 주클럭(Clock), N 비트 하향계수기(N bit Down Counter) 및 상기 N 비트 하향계수기가 0에 도달하면, 내부 제어장치를 통해 틱(TICK)과 같은 신호를 일정비트 동안 발생시켜 RTC(Real Time Clock)의 값을 증가시킨다. 이때 상기 주클럭에서는 클럭 신호가 발송될 수 있으며, 방형파 신호로 High와 Low가 주기적으로 반복되도록 나타날 수 있다. 그리고 라이징엣지(Rising Edge)는 Low에서 High로 가는 것을 의미하며, 폴링엣지(Falling Edge)는 High에서 Low로 가는 것을 의미할 수 있다.

그리고 상기 하향 계수기(Down Counter)는 숫자가 작아지는 쪽으로 계수가 되도록 이루어지는 것으로, 상기 클럭 신호가 주어졌을 때 수가 감소되도록 동작될 수 있다. 이때 상기 하향 계수기의 숫자를 감소시키는 클럭 신호는 High 또는 Low가 될 수 있으며, 숫자가 감소되는 시점은 라이징엣지 또는 폴링엣지가 발생되는 시점일 수 있다.

아울러 저궤도위성은 상기 하향 계수기가 일정한 비트 사이클이 완료되어 값이 0이 되면 내부 1PPS신호를 발생시켜 RTC 값을 증가시키도록 제공하여, 자체적으로 시간 보정기능을 포함한 상태로 제공된다.

이때 상기 저궤도위성에 형성된 GPS수신기에 GPS의 1PPS신호가 도달되면, 저궤도위성의 제어장치는 도 2에서 도시된 바와 같이, GPS의 1PPS신호에 따른 동기화작업이 수행될 수 있다. 이는 이전 서술한 바와 같이, GPS의 1PPS신호가 GPS수신기에 도달되면, 저궤도위성 내 제어장치는 가장 인접한 제1라이징엣지 시점에서 리셋이 이루어질 수 있으며, 리셋이 됨에 따라 하향 계수기의 값은 0으로 되돌아갈 수 있다. 또한 상기 제1라이징엣지 이후에 발생되는 제2라이징엣지에서 N비트 하향 계수기의 값이 N으로 나타나고, 제2라이징엣지부터 일정 시간 동안 틱 신호가 발생되어 RTC의 값을 상승시키도록 제공될 수 있다. 이때 틱 신호가 발생되는 간격은 시간 단위가 아닌, 수 회의 헤르츠(Hz) 또는 수 회의 주기를 기준으로 이루어질 수가 있으며, 도 2의 경우에는 하향 계수기의 값이 N인 경우의 라이징엣지부터 N-2인 경우의 라이징엣지까지 틱 신호가 발생되는 것을 도시하고 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, GPS의 1PPS 신호가 수신되지 않는 환경에서의 RTC 시스템을 나타낸다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 주클럭 및 상기 주클럭을 N비트 하향계수하여 신호를 발생시켜 RTC(Real Time Clock)를 증가시키는 저궤도위성을 이용한 저궤도위성의 GPS 동기화 방법에 있어서, 본 발명은 기 설정된 N비트 하향계수기(N~0)를 통해, 상기 하향계수기의 값이 0이 되면 신호를 발생시켜 RTC를 증가시키는 A단계 및 GPS의 1PPL 신호가 수신되면, 상기 하향계수기의 값을 0으로 리셋하여 동기화하는 B단계를 포함하여 이루어지며, 상기 B단계는, 상기 GPS의 1PPL 신호가 수신된 시점 이후의 라이징엣지(Rising Edge) 또는 폴링엣지(Falling Edge) 중 가장 인접한 엣지(Edge)에서 리셋되는 것을 특징으로 할 수 있다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 클럭 신호가 High 상태일 때, 저궤도위성의 GPS 수신기로부터 GPS의 1PPL 신호가 수신되면, 가장 인접한 엣지는 폴링엣지이므로, 본 발명의 제어장치는 GPS의 1PPL 신호 수신 이후 가장 먼저 나타나는 폴링엣지일 때 리셋이 수행할 수 있다. 아울러 본 발명은 리셋 이후에 가장 먼저 나타나는 라이징엣지일 때 틱 신호가 발생되어 RTC의 값을 증가시키도록 이루어질 수 있다.

아울러 도 4에서 도시된 바와 같이, 클럭 신호가 Low 상태일 때에는, 가장 인접한 엣지가 라이징엣지이므로, 본 발명의 제어장치는 GPS의 1PPL 신호 수신 이후 가장 먼저 나타나는 라이징엣지일 때 리셋이 수행할 수 있다. 그리고 1주기 이후인 다음 번 라이징엣지일 때 틱 신호가 발생되어 RTC의 값을 증가시키도록 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 저궤도위성의 GPS 동기화방법은, 상기 B단계 이후에 리셋되기 이전 하향계수기의 값과, 리셋이 발생된 엣지에 대한 정보를 데이터베이스에 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 도 3의 경우에는 리셋이 발생된 엣지가 폴링엣지이고 리셋이 발생되기 이전 하향계수기의 값을 7로 저장할 수 있으며, 도 4의 경우에는 리셋이 발생된 엣지가 라이징엣지이고 리셋이 발생되기 이전 하향계수기의 값을 7로 저장할 수 있다. 이에 따라 리셋이 이루어진 시점이 N 비트 하향 계수기의 값이 8에서 7로 넘어가는 라이징엣지 상태인가와, 하향 계수기의 값이 7인 상태에서의 폴링엣지인가를 판별할 수 있으므로, 이를 토대로 내부 하향 계수기와 GPS의 1PPS와의 오차 간격을 실시간으로 저장할 수 있는 장점이 있다. 또한 저장된 데이터를 센터에 보냄으로써, 리셋이 일정한 계수 값에서 반복적으로 이루어지는 경우에, 원격 제어를 토대로 저궤도위성의 보수가 이루어질 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 주클럭 및 상기 주클럭을 N비트 하향계수하여 신호를 발생시켜 RTC(Real Time Clock)를 증가시키는 저궤도위성을 이용한 저궤도위성의 GPS 동기화 방법에 있어서,
   A) 기 설정된 N비트 하향계수기(N~0)를 통해, 상기 하향계수기의 값이 0이 되면 신호를 발생시켜 RTC를 증가시키는 단계; 및
   B) GPS의 1PPS 신호가 수신되면, 상기 하향계수기의 값을 0으로 리셋하여 동기화하는 단계;
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 B단계는,
   상기 GPS의 1PPS 신호가 수신된 시점 이후의 라이징엣지(Rising Edge) 또는 폴링엣지(Falling Edge) 중 가장 인접한 엣지(Edge)에서 리셋되며,
   상기 A단계는,
   상기 하향계수기의 값이 0이 되면,
   다음 N비트의 라이징엣지부터 N-a비트의 라이징엣지까지 신호를 발생시켜, RTC의 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 저궤도위성의 GPS 동기화 방법.
   (여기에서, N>a)
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 B단계는,
   상기 하향계수기의 값이 0으로 리셋되면,
   다음 N비트의 라이징엣지부터 N-b비트의 라이징엣지까지 신호를 발생시켜, RTC의 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 저궤도위성의 GPS 동기화 방법.
   (여기에서, N>b)
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 B단계 이후,
   C) 리셋되기 이전 하향계수기의 값과, 리셋이 발생된 엣지에 대한 정보를 데이터베이스에 저장하는 단계;
   를 더 포함하는 저궤도위성의 GPS 동기화 방법.

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