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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 황재혁
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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초기의 지구관측 위성은 군사적 목적 상 매우 높은 해상도를 갖는 영상을 필요로 하였고, 이를 위하여 광학카메라의 크기가 매우 큰 형태로 발전하였다. 그러나 이와 같은 대형 위성은 제작, 시험 등에 천문학적인 비용이 요구된다. 저궤도 관측 위성의 수명이 5년 정도임을 감안한다면 대형 위성의 개발 및 운용유지 비용이 소형위성에 비하여 비효율적이다. 이러한 천문학적 비용을 필요로 하는 시스템은 효율성의 문제에 직면하게 되는데, 이로 인하여 미국에서는 1990년대부터 소형 위성을 이용한 고해상도 위성의 개발 방안을 모색하는 계기가 되었다.
그러나 위성이 소형화됨으로써 외부 영향에 대하여 중대형 위성에 비하여 구조적으로 약해진다는 단점이 발생한다. 발사 환경에서 진동과 충격이 가해지며, 우주 환경에서는 극한의 열 변화와 진공 상태에서 구조물에 탈기와 탈습이 발생하는 등 위성체에 영향을 미치게 된다. 이러한 영향은 구조물 간의 상대거리와 광부품의 변형을 초래하여 영상 품질의 저하를 유발하게 된다. 따라서 궤도상에서 광학 부품 간 상대거리를 재정렬하는 리포커싱 과정이 필요하다.
위성 광학카메라에서 리포커싱을 담당하는 메커니즘을 포커스 메커니즘이라 하며, 본 논문에서 제안하는 포커스 메커니즘은 3개의 압전 작동기를 이용한 포커스 메커니즘을 제시하였다. 본 포커스 메커니즘은 디스페이스 뿐만 아니라 틸트에 대하여 3축 운동을 구현할 수 있기 때문에, 기존 포커스 메커니즘에 비하여 보다 정밀한 리포커싱을 구현할 수 있다.
본 논문에서는 제안된 포커스 메커니즘의 설계와 성능검증을 수행하였다. DAQ장비를 통하여 서보성능실험이 수행되었고, 광학계 제작을 통한 실제 성능 실험을 수행하였으며, 그 결과 요구 조건을 충분히 만족함을 확인할 수 있었다.
그러나 위성이 소형화됨으로써 외부 영향에 대하여 중대형 위성에 비하여 구조적으로 약해진다는 단점이 발생한다. 발사 환경에서 진동과 충격이 가해지며, 우주 환경에서는 극한의 열 변화와 진공 상태에서 구조물에 탈기와 탈습이 발생하는 등 위성체에 영향을 미치게 된다. 이러한 영향은 구조물 간의 상대거리와 광부품의 변형을 초래하여 영상 품질의 저하를 유발하게 된다. 따라서 궤도상에서 광학 부품 간 상대거리를 재정렬하는 리포커싱 과정이 필요하다.
위성 광학카메라에서 리포커싱을 담당하는 메커니즘을 포커스 메커니즘이라 하며, 본 논문에서 제안하는 포커스 메커니즘은 3개의 압전 작동기를 이용한 포커스 메커니즘을 제시하였다. 본 포커스 메커니즘은 디스페이스 뿐만 아니라 틸트에 대하여 3축 운동을 구현할 수 있기 때문에, 기존 포커스 메커니즘에 비하여 보다 정밀한 리포커싱을 구현할 수 있다.
본 논문에서는 제안된 포커스 메커니즘의 설계와 성능검증을 수행하였다. DAQ장비를 통하여 서보성능실험이 수행되었고, 광학계 제작을 통한 실제 성능 실험을 수행하였으며, 그 결과 요구 조건을 충분히 만족함을 확인할 수 있었다.
목차
제 1 장 서 론 11.1. 연구배경 11.2. 연구동향 21.2.1. 서보 구동형 포커스 메커니즘 21.2.2. 열 제어형 포커스 메커니즘 31.3. 연구목적 5제 2 장 포커스 메커니즘 탑재를 위한 목표광학계 설계 72.1. 목표광학계 요구도 도출 72.1.1. 기존 소형 지구 관측위성 제원 분석 72.1.2. 광학계 형상 선정 82.1.3. 초점면부(Detector) 선정 92.1.4. 목표광학계 요구조건 도출 102.2. 목표광학계 광학 설계 11제 3 장 포커스 메커니즘 설계 133.1. 포커스 메커니즘 설계 133.1.1. 포커스 메커니즘 요구조건 도출 133.1.2. 포커스 메커니즘 개념설계 143.1.3. 구동기 선정 143.1.4. 포커스 메커니즘 기구학적 설계 163.1.5. 포커스 메커니즘 광기계적 설계 183.1.6. 포커스 메커니즘 실험용 목업 제작 및 조립 절차 253.2. 압전 작동기를 적용한포커스 메커니즘 성능 검증 273.2.1. 압전 작동기의 수학적 모델링 273.2.2. 메커니즘 제어 기법 283.2.3. 설계된 제어기를 적용한 Closed-Loop 서보 성능 시험 303.3. 압전 작동기를 적용한포커스 메커니즘 성능 검증 313.3.1. 피코모터의 수학적 모델링 313.3.2. 피코모터를 적용한 포커스 메커니즘 실험 장치 구성 333.3.3. 피코모터를 적용한 포커스 메커니즘 Closed-Loop 서보 성능 시험 35제 4 장 포커스 메커니즘이 탑재된 목표광학계 제작 364.1. 기구부 설계 및 제작 364.2. 광학계 부품 제작 414.3. 목표광학계 조립 절차 50제 5 장 포커스 메커니즘이 탑재된 목표광학계 포커싱 실험 565.1. 실물 사진 촬영 실험 565.2. MTF 측정 실험 59제 6 장 결 론 64참 고 문 헌 64SUMMARY 64
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