본 논문에서는 SPRIONE 큐브위성의 기술적 임무인 Low Earth Orbit (LEO) 항법신호생성기의 연구 및 개발에 대해 기술한다. 기존 Middle Earth Orbit (MEO) 기반의 위성 항법 시스템은 Radio-Frequency Interference (RFI)에 취약한 한계가 있어, LEO 위성을 이용한 측위에 대한 관심이 증가되고 있다. MEO 환경과 비교하여 LEO 환경에서의 항법신호 방송은 가까운 거리로 인한 강한 신호세기로 Spoofing, Jamming 등의 RFI에 강 건하다. 또한 위성의 빠른 이동속도를 통해 정밀측위의 수렴 시간을 단축시킬 수 있다. 개발중인 LEO 항법신호생성기는 크게 세 모듈로 나누어진다. 먼저 Clock 모듈에서는 GPS 시스템 시간과 동기화하고 기준 클 럭을 제공한다. 디지털 모듈에서는 항법신호생성기 전반에 대한 제어와 위성 Onboard-Computer와의 인터페이스를 수행하며, C/A 코드를 생성한다. 마지막 아날로그(RF) 모듈에서는 반송파 신호를 생성하고 C/A 코드와 합성, 출력 조절 후 안테나를 통해 방송한다. 개발된 LEO 항법신호생성기는 누리호 4차 발사에 예정된 SPRIONE 큐브위성에 탑재되어 한반도 상공에서 신호를 방송할 계획이다. 반송파의 중심주파수는 2.4 GHz의 S-band 주파수를 사용해 기존 GNSS와의 신호 간섭을 최소화한다. 기술적 임무의 검증은 LEO 항법신호생성기에서 방송된 신호와 기존 Global Navigation Satellite System (GNSS) 신호를 지상국에서 같이 수 신하고 분석하면서 수행될 계획이다.

Study and Development of LEO Navigation Signal Generator for SPIRONE CubeSat

Pilkyo Jeong, Hye Won Park, Ki Hyun Kim, Sunhwan Gwon, O-Jong Kim

This paper describes the study and development of a low Earth orbit (LEO) navigation signal generator, a technical mission payload of the SPRIONE cubesat. Existing middle Earth orbit (MEO) based satellite navigation systems have limitations that are vulnerable to radio-frequency interference (RFI). Therefore, interest in positioning using LEO satellites has recently increased. Compared to MEO environment, broadcasting navigation signals in the LEO environment is robust to RFI such as spoofing and jamming due to relatively strong signal strength. And fast movement of satellites can reduce convergence time during precise positioning. The under-development LEO navigation signal generator is largely divided into three modules: Clock, Digital, and Analog (RF). The clock module provides a reference clock to the system, which is synchronized with the GPS system time. The digital module controls the overall signal generator, interfaces with the satellite’s onboard-computer and generates C/A code. The analog module synthesizes a carrier signal, mixes it with the code, adjusts the output signal, and broadcasts it through the antenna. The LEO navigation signal generator will be mounted on the SPRIONE cubesat, which is scheduled to be launched for the fourth launch of the Nuri rocket, and broadcast navigation signals over Korea. The carrier signal uses 2.4 GHz S-band frequency to minimize RFI with the existing GNSS. Finally, verification of the technical mission will be conducted on ground station by receiving and analyzing the signals from the LEO navigation signal generator and the existing Global Navigation Satellite System (GNSS) signals.

Keywords: LEO, navigation signal generator, cubesat

Speaker 정필교 세종대학교