고층대기 방전현상 관측을 위한 VisionCube의 탑재체 개발 및 검증 :Development and Validation of VisionCube's Payload for Observing Transient Luminous Events

김세호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김세호 (한국항공대학교, 한국항공대학교 대학원)

지도교수: 정동원

발행연도: 2018

저작권: 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

고층대기 방전현상 관측을 위한 VisionCube의 탑재체 개발 및 검증

김세호 항공전자정보공학과 2018.01 학위논문

2016

메가번개 관측 알고리즘 검증을 위한 큐브위성 VisionCube의 탑재체 지상시험장비 개발 및 검증

김세호 , 백정훈 , 김창준 외 1명 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2016.11 학술대회자료

메가번개 관측을 위한 초소형 위성 VisionCube 시스템 예비설계 연구

김세호 , 백정훈 , 박준현 외 8명 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2016.04 학술대회자료

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고층대기 방전현상(TLE, Transient Luminous Event)은 고도 20~100km에서 발생하여 매우 짧은 시간 지속되는 대규모 방전현상으로, 정확한 발생 원리와 관련 효과는 아직까지 규명되지 않았다. 이러한 TLE의 연구에 중요한 과학적 데이터를 제공하기 위하여, 최근 다지점(Multipoint) 및 다시점(Multiview) 관측이 가능한 다수의 인공위성 시스템이 주목받고 있다. 따라서 본 연구에서는 다수 운용이 용이한 큐브위성 플랫폼을 채택하여, TLE를 관측하기 위한 2U 크기의 큐브위성 VisionCube를 제작하였다. 본 논문에서는 TLE의 발생을 감지하기 위한 광자검출기와 TLE에 대한 연속적인 이미지 획득을 위한 탑재카메라를 포함한 VisionCube 탑재체의 설계 및 제작, 검증결과를 기술하였다.
큐브위성의 제한적인 크기와 전력을 고려하여 System-on-chip 아키텍처를 기반으로 탑재체보드 및 기구부를 설계 및 제작하였다. 또한 탑재체의 시스템 운용 방안 및 임무수행절차를 기술하고, 탑재체의 명령 및 데이터통신에 대해 기술하였다. 입사되는 빛의 세기의 변화량을 측정하여 TLE의 발생여부를 판별하는 펄스판별기와 TLE의 예상위치를 추정하는 위치판별기를 이용한 TLE 관측 알고리즘을 제안하였다. 제작된 탑재체를 검증하기 위해 임무환경을 모사하는 지상시험장비를 구축하여 탑재체의 기능 및 성능을 검증하였다.
VisionCube는 2018년 상반기 발사를 앞두고 있으며, VisionCube의 탑재체 연구는 TLE에 대한 과학적 데이터를 제공할 뿐만 아니라, TLE를 포함한 우주방전현상 관측 및 관련 데이터 획득을 위한 큐브위성의 기술개발에 기여할 것이다.

#CubeSat #Transient Luminous Events(TLEs) #Onboard Camera #Multi-anode Photomultiplier Tube(MaPMT) #Field Programmable Gate Array(FPGA) #System-on-Chip(SoC) #Ground Simulation Facility

제 1 장 서 론 1
제 2 장 탑재체 임무 및 요구사항 5
제 3 장 탑재체 하드웨어 5
3.1 배경 8
3.2 보드 부품 8
3.2.1 System-on-Chip 8
3.2.2 MaPMT 9
3.2.3 ADC 11
3.2.4 CMOS 이미지센서 12
3.2.5 기타 부품 12
3.3 보드 설계 13
3.4 기구부 설계 16
제 4 장 탑재체 소프트웨어 17
4.1 시스템 운용 17
4.1.1 임무운용모드 17
4.1.2 임무수행절차 19
4.2 TLE 관측 알고리즘 20
4.3 메인프로세서 IP설계 22
4.4 명령 및 데이터 25
4.4.1 탑재체 명령어 25
4.4.2 임무데이터 26
제 5 장 탑재체 기능검증 28
5.1 하드웨어 논리회로 검증 28
5.2 지상시험장비 29
5.2.1 TLE에 의해 생성되는 전하량 30
5.2.2 모의광원 설계 31
5.2.3 지상시험장비 구성 33
5.3 시험 및 결과 35
제 6 장 결론 38

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