SIGMA (KHUSAT-03) 지상국소프트웨어설명서 (Ver. P0.1) 경희대학교우주탐사학과 1/13
Revision history Revision Description Author Date 1 Original Document Hyojeong Lee 2018.01.10 2 3 4 List of abbreviations and acronyms SIGMA Scientific cubesat with Instruments for Global Magnetic field and radiation KHUSAT Kyung Hee University SATellite SSR/KHU School of Space Research / Kyung Hee University GS Ground Station TNC Transport Network Control SDR Software Defined Radio UHF Ultra High Frequency USB Upper Side-Band BPSK Binary Phase Shift Keying TMP Telemetry Monitoring Program HK HouseKeeping TEPC Tissue Equivalent Proportional Counter MAG MAGnetometer IIB Instrument Interface Board OBC On Board Computer 2/13
목차 1. SIGMA 위성데이터수신..4 2. SIGMA 위성데이터.. 6 3. 지상국소프트웨어.....8 SIGMA 위성의정보를수신하신경우 khusat@khu.ac.kr 으로수신정보를보내주시기바랍니다. 이메일로정보를보내주실때 우편물주소를알려주시면 SIGMA 위성관련스티커등의기념품을 보내드리도록하겠습니다. 3/13
1. SIGMA 위성데이터수신 초소형인공위성 SIGMA는경희대학교천문대내에구축한지상국에서운용하며, 경희대학교내지상국이아닌다른지역에서도 SIGMA의데이터를수신할수있도록하기위해관련소프트웨어를배포한다. SIGMA 운용시아마추어주파수대역을사용하기때문에, 아마추어무선통신장비만있으며배포하는프로그램과연동하여데이터를수신할수있다. SIGMA 수신시스템은그림 1과같이안테나와수신기, 컴퓨터로구성할수있고, 표 1의사양에따라수신기의주파수와모드등의설정을변경해주어야한다. 일반적인아마추어무선장비와 PC 만으로위성정보수신가능 그림 1. SIGMA 통신시스템 (Downlink) 표 1. SIGMA 수신시스템사양 Specification Value Frequency Satellite Power 435.780 MHz (UHF) 500 mw (27 dbm) Modulation USB / BPSK (Scrambling polynomial: XX 17 + XX 12 + 1) Transfer rate Protocol Antenna polarization 9600 bps AX.25 Linear 4/13
그림 2. 데이터수신장비 (1) Transceiver TS-790A, (2) Funcube dongle pro+ 그림 2와같은수신기는컴퓨터와물리적으로연결되어야하며, 수신기로아마추어무선장비 (Transceiver: 그림2의 (1)) 를사용하는경우기기출력단자 (Speaker) 와컴퓨터마이크단자를연결하여사용할수있다. USB 인터페이스의 SDR 수신기 ( 그림2의 (2)) 를사용할경우바로컴퓨터에연결하여사용할수있고, 주파수나모드등의설정도연동프로그램을통해간편하게조작할수있다. 최종적으로컴퓨터에입력되는소리신호는소프트웨어로복조등의변환을거쳐특정데이터값으로확인할수있다. 5/13
2. SIGMA 위성데이터 SIGMA는 비콘 (Beacon) 과 HK (Housekeeping: 위성의상태정보 ), 과학데이터 총세종류의데이터를지상에전송한다. 각데이터는운용시나리오에따라전송되며, 운용시위성상태에따라전송시간과순서등의변동이발생할수있다. SIGMA는발사후처음 2주동안의초기운용에서지상국의명령이없더라도비콘을전송하며, 지상국의명령을수신한경우에한해 HK 데이터를전송한다. 이후정상운용상태에서는지상국의명령으로만 HK 데이터와과학데이터를전송한다. 그림 3. 운용기간동안전송되는데이터 비콘 (Beacon) - 위성식별을위해초기운용에서만사용 - SIGMA KHUSAT03 SIGMA 라는메시지를포함 - 주기 90초 (30초동안 1초간격으로비콘을전송한후최근 HK 전송, 이후 60초동안대기 ) 그림 4. SIGMA 비콘신호간격 6/13
HK: - 위성상태정보를나타내며, 비콘에포함된 HK를제외하고는지상의명령으로만전송 - 프레임단위의데이터가약 100 ms 간격으로전송 - TMP를통해위성상태값확인가능 과학데이터 : - 위성에탑재된자기장측정기 (MAG) 와 TEPC 가수집한데이터로지상의명령으로만전송 - 프레임단위의데이터가약 100 ms 간격으로전송 - TMP 를통해저장된텍스트파일내용으로수신확인가능 7/13
3. 지상국소프트웨어 SIGMA 데이터수신을위해서지상국에서사용하는소프트웨어로는 SDR# (Software Defined Radio), Sound modem, TMP (Telemetry Monitoring Program) 가있다. SDR# 은 SDR 수신기를사용하는경우, 수신기설정을제어하고수신신호를확인하는데사용한다. Sound modem은수신한아날로그신호를디지털신호로변환하는역할을한다. Sound modem을통해변환된 Binary 데이터는 TMP를통해저장되고, 사용자가보기쉽게변환하여 GUI에나타낸다. 별도로, 움직이는위성의데이터를수신하기위해서는안테나가위성을계속해서추적하면서지향하고있어야한다. 이때사용할수있는프로그램으로 HRD (Ham Radio Deluxe) 와 Orbitron 이있으며, 웹사이트에서무료버전을다운받아사용할수있다. 두프로그램을통해위성의궤적을미리또는실시간으로확인할수있고, 연동되는로테이터가있다면자동으로안테나를제어할수있다. 표 2. 지상국소프트웨어정보 Software Price OS Download website SDR# Freeware Window http://airspy.com/download/ Sound modem Freeware Window SIGMA version: http://khusat.khu.ac.kr/ TMP Freeware Window http://khusat.khu.ac.kr/ HRD $99.95 (30 day free trial) Window (No run XP) http://ham-radio-deluxe.com/downloads.html Oritron Freeware Window http://www.stoff.pl/ 모든프로그램은 Window 운영체제에서동작하며, 표 2에나타낸바와같이대부분온라인에서무료로배포하고있는프로그램으로해당웹사이트에서바로다운받아사용가능하다. 본문서에서는 SIGMA의데이터를수신하고저장하기위해사용되는 SDR#, Sound modem, 그리고 TMP 세프로그램의사용방법에대해기술하였으며, 수신한데이터확인을위해데이터구조를함께첨부하였다. 8/13
SDR# SDR 수신기를사용하는경우 SDR# 을통해주파수및변조방식등을제어할수있다. 사용하는수신기를설정하고실행버튼을누르면동작을시작한다. SIGMA 위성의데이터를수신하기위해서중심주파수는 435.780 MHz, 변조방식은 USB로설정한다. 위성이계속움직이기때문에도플러효과에의해주파수가점차이동하게되는데, 이를확인하면서수신하는주파수도계속해서변경시켜주어야한다. 그림 5. SDR# 프로그램 Sound modem Sound Modem은컴퓨터의사운드카드로들어온아날로그신호를디지털값으로변환해주는역할 ( 하드웨어의 TNC) 을하는프로그램이다. 별도의설치과정없이배포된응용프로그램파일을실행함으로써바로사용할수있다. 프로그램을실행하면아래그림과같은화면이나타나며, 프로그램자체에기본설정이되어있어서 Device 연결외의설정변경은필요하지않다. 9/13
그림 6. Sound modem: Supported by Andy (UZ7HO - http://uz7.ho.ua/) * 기존의 Sound modem 은개발자의홈페이지에서무료로배포되고있지만 SIGMA 위성데이터를수신하는 데에는사용할수없다. 본문서와함께배포하는버전은 Sound modem 개발자가 SIGMA 데이터수신을위 해기존의프로그램을수정한것이며, KHUSAT 홈페이지에서다운받을수있다. 1 메뉴모음 : Settings > Devices > Input device 의선택사항을장치에따라변경해준다. 아 마추어무선수신기를사용하는경우수신기와컴퓨터를연결한마이크항목을선택하고, Funcube dongle 을사용하는경우그림과같이해당장치항목을선택한다. * Funcube dongle 항목은장치가컴퓨터와연결되어있는경우에만나타난다. 2 모니터창 : 데이터를수신하게되면실시간으로모니터창에업데이트되며, 수신한시간 정보를확인할수있다. 3 Waterfall: 수신되고있는데이터의스펙트럼을확인할수있다. * Waterfall에서수신신호는확인되지만모니터창에데이터가들어오지않는경우, 흰색가로막대를좌우로움직여서데이터가들어오는것을확인한다. * 프로그램을한번이라도실행하고종료하면프로그램이있는위치에설정파일이생성된다. 이후에프로그램을다시실행하면이전의설정이저장되어있다가자동으로적용되어실행된다. 간혹프로그램실행시오류가발생하면프로그램이종료되었는지확인하고실행파일을지우고다시실행하면정상적으로동작한다. 10/13
TMP (Telemetry monitoring program) TMP는 Sound modem으로부터실시간으로수신한 SIGMA 위성데이터를 GUI 화면에나타내고저장하는프로그램이다. TMP도 Sound modem과같이프로그램자체는설치과정이필요없지만, Java 언어를기반으로개발되었기때문에최소 JRE (Java Runtime Environment) 가설치되어있는환경에서만실행이가능하다. 만약자바가설치되지않은경우아래와같이 TMP가실행되지않고자바설치를안내하는메시지창이뜬다. 확인버튼을누르면프로그램설치할수있는웹사이트가실행되며해당 PC의설치프로그램을다운받아설치하면된다. 그림 7. TMP 프로그램 1 Sound modem과연결하는버튼으로반드시 Sound modem을먼저실행한후에버튼을눌러야오류없이동작한다. Sound modem과연결되면버튼의 Connection 단어가 Disconnection 으로변경되며, TMP가있는위치에수신한데이터가저장되는텍스트파일이생성된다. 생성된파일명은 Sound modem과연결된시각이며 ( 예 : 20160519_1730_Raw.txt), 위성교신시간이지난후에 Disconnection 버튼을누르고프로그램을종료해야수신했던데이터들이온전히저장된다. 2 위성의데이터중비콘을수신하면프로그램좌측창에수신시각과비콘데이터 ( SIGMA KHUSAT03 SIGMA ) 가출력된다. 비콘데이터는저장되지않으며, 비콘메시지마지막에수신한 HK 데이터만저장된다. 3 HK 데이터를수신하는경우프로그램의우측각항목에정보가나타난다. 이를통해위성의배터리상태나온도등의정보를알수있다. 11/13
4. 부록 그림 8. SIGMA 위성 표 3. SIGMA 위성제원 List Mission orbit Life time Weight Power consumption Primary payload Secondary payload Communication Detail Sun-Synchronous Altitude: 500 km, Inclination: 98 degree 3 month 3.6 kg 4.0 W TEPC (Tissue Equivalent Proportional Counter) Range: 0.2 ~ 300 kev/um LET Resolution: 23.5% @5.4 MeV MAG (A miniaturized fluxgate MAGnetometer) Range: ±65536 nt Resolution: ~ 0.1 nt VHF (Uplink), UHF (Downlink) 12/13
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