Earticle

기존 위성 탑재소프트웨어 개발은 제한된 하드웨어 기반의 Software Test Bed(STB)에서 개발 및 검증이 이루어졌다. 하지만 탑재소프트웨어 개발 시 하드웨어의 개발 진행에 따라 소프트웨어 개발 일정이 심각한 영향을 받았으며 다수의 소프트웨어 엔지니어가 제한된 STB를 동시에 사용할 수 없는 문제가 지속적으로 제기 되었다. 또한 최종 비행 하드웨어 모델과 상이한 형상으로 인하여 실제 운영을 고려한 부분의 경우 소프트웨어 개발 및 검증에 많은 어려움이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 위성 개발 초기부터 소프트웨어 기반의 위성 시뮬레이터 개발이 시작되었으며, 위성 시뮬레이터는 탑재 컴퓨터 및 이와 관련된 모든 하드웨어를 모사해주며 비행 하드웨어 모델과 동일한 형상을 갖추고 있다. 또한 소프트웨어 개발자를 위한 디버깅 채널과 테스트 환경을 제공하며, 별도의 수정 없이 탑재소프트웨어를 로딩 할 수 있으며 유사 실시간 시스템 실행을 지원한다. 본 논문에서는 소프트웨어 기반의 시뮬레이터의 구조와 개발방안을 제시하고 시뮬레이터 기반에서 탑재소프트웨어 개발 및 검증 결과를 소개한다.

For many years the development and verification of on-board flight software have been essentially performed on STB (Software Test Bed) environments which consist of real hardware in KARI. During development of on-board flight software on STB, we experienced many difficulties such as the late delivery of target hardware and limitation to access STB simultaneously by multiple developers. And it takes too much time and cost to build up multiple STBs. In order to successfully resolve this kind of problems, the software-based spacecraft simulator has been developed. The simulator emulates the on-board computer, I/O modules and power controller units and it supports the debugging and test facilities to software engineers for developing flight software. Also the flight software can be loaded without any modification and can be executed as pseudo real-time. This paper presents the architecture and design of software-based spacecraft simulator, and flight software development and verification under this environment.

기존 하드웨어 기반의 소프트웨어 검증 플랫폼이 가지는 제한 조건을 해결하는 방안으로 위성 개발 초기부터 소프트웨어 기반의 위성 시뮬레이터 개발이 함께 시작되며, 위성 시뮬레이터를 활용할 경우 탑재소프트웨어 개발이 지속적으로 이루어 질 수 있는 큰 장점을 가지게 된다. 위성 시뮬레이터는 탑재컴퓨터, 위성의 전자장비 그리고 탑재체까지 모두 모사해주며 소프트웨어 개발자들이 사용할 수 있도록 쉽게 복제, 배포가 가능하며 위성 하드웨어 형상이 변경되더라도 적용 및 변경이 용이하다. 그리고 실제 하드웨어 에서 동작하는 탑재소프트웨어를 별도의 수정 없이 로딩할 수 있으며, 개발자를 위한 디버깅 채널과 테스트 환경을 제공하며 실제 수행시간 보다 빠르게 가속화 할 수 있는 기능을 제공한다. 본 논문에서는 현재 개발 중인 정지궤도복합위성의 특징인 Hot-Standby 잉여구조를 지원하기 위한 위성 시뮬레이터의 구조와 개발방안을 제시하고, 시뮬레이터 기반에서 탑재소프트웨어 개발 및 테스트 방안을 제시한다.

The software-based satellite simulator has been developed from the start of the project to resolve the restriction and limitation of using hardware-based software development platform. It enables the development of flight software to be performed continuously since initial phase. The satellite simulator emulates the on-board computer, I/O modules, electronics and payloads, and it can be easily adapted and changed on hardware configuration change. It supports the debugging and test facilities for software engineers to develop flight software. Also the flight software can be loaded without any modification and can be executed as faster than real-time. This paper presents the architecture and design of software-based GEO satellite simulator which has hot-standby redundancy mechanism, and flight software development and test under this environment.

위성탑재컴퓨터(OBC, On-Board Computer)는 인공위성의 자세제어, 임무수행, 지상명령 송수신 및 처리 등 다양한 기능을 수행한 다. 위성탑재컴퓨터는 다양한 모듈로 구성되어 있으며, 각 모듈은 매우 중요한 기능을 수행하기 때문에 이중화로 설계되어 있다. 이중화된 모듈은 그 특성에 따라 Hot/Cold Redundancy 정책을 적용하여 운영한다. 각 모듈을 이중화로 설계함으로써 위성의 신뢰성 을 높이고, 특정 모듈에 문제가 발생하였을 때 정상적인 모듈로 위성탑재컴퓨터를 재구성을 함으로써 위성의 정상적인 동작을 보장 한다. 본 논문에서는 저궤도 위성에서 위성탑재컴퓨터의 재구성 처리방법에 대해 기술하고 해당 기능을 ETB(Electrical Test Bed) 시험환경에서 검증한 내용에 대해 기술한다.

The Satellite OBC(On Board Computer) manages critical functionality such as satellite attitude control, fault management, payload management, command/telemetry processing etc. The OBC consist of various modules. Each module perform mission critical operation. So all modules designed as hot or cold redundancy architecture. The redundancy design gives a guarantee high reliability and it allows normal operation of satellite using reconfiguration capability. In this paper, introduces reconfiguration unit operation and describe the results of testing in the ETB.

지금까지 저궤도 위성의 자세제어 SW는 자세제어 연산을 위해서 CPU Resource로 있는 FPU를 사용하였으며, 이 결과 SW Throughput의 상당 부분이 행렬 곱셈 연산에 사용 되었다. 향후 위성에서 제어 주기가 더 짧아지고, 연산 량이 증가하면, 심각한 영향을 받을 수 있기 때문에 곱셈 전용 HW구현이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 부동소수점 행렬 곱셈을 전용으로 수행하는 HW를 구현 및 성능 측정을 수행한 결과를 제시하며 추가적인 성능 향상을 위한 방법들과 향후 과제를 언급한다.

Until now, AOCS SW has used FPU which is one of CPU resources for satellite attitude control. And most of the SW Throughput was consumed to calculate Matrix Multiply. As SW throughput margin is decreasing seriously with shorter control period and more computational burden at next satellite programs, a dedicated HW matrix multiplier is absolutely required. This paper represents results of HW implementation & performance measurement and mentions several techniques for performance improvement, further works.

위성의 임무 수행 도중에 발생하는 소프트웨어 버그는 치명적인 문제점을 야기하여 위성 전체의 임무 실패를 초래할 수도 있다. 이를 막기 위해 개발단계부터 수많은 테스트와 검증을 수행하여 비행소프트웨어가 높은 신뢰도를 지니도록 만들어 준다 [1]. 하지만 위성이 발사 후 궤도에 올라갔을 때 하드웨어 측면에서의 문제, 혹은 미 발견 버그 등의 예상치 못한 문제들이 발견될 수도 있다. 이 경우 비행소프트웨어를 궤도 상에서 수정해야만 위성이 지속적으로 임무를 수행할 수 있다. 본 논문에서는 저궤도 위성의 reprogramming capability를 확인하고 reprogramming 절차에 대해 알아보고 검증한다.

In satellites, even a small error in flight software could cause a failure of missions. Therefore, there are strict development and verification processes for a high reliability of flight software. However, satellites on orbits could meet unexpected situations including hardware malfunction. In this case, it is necessary for flight software to be updated to cope with the unexpected situations and to continue their missions. This paper reviews reprogramming capability of next generation LEO satellites.

This paper presents the flight software of KoDSat (KSLV-l Demonstration Satellite) which performs demonstrating the KSLV-l (Korea Space Launch Vehicle-l)'s satellite launch capability. The KoDSat Flight Software executes in a single-processor, multi-function flight computer on the spacecraft, the OBC (On Board Computer). The flight software running on the single processor is responsible for all real-time processing associated with: processor startup and hardware initialization, task scheduling, RS422 handling function, command and data handling including uplink command and down-link telemetry, attitude determination and control, battery state of charge monitoring and control, thermal control processing.

In this paper, we describe the MI2U ORB function which is a part of the flight software executed on SCU and controls MI2U/MI which is one of three payloads on COMS. The MI2U ORB function manages MI2U/MI redundancy and reconfiguration, monitors MI2U/MI equipment, performs FDIR, and provides the routing service of commands from Ground/IP (Interpreted Program) through the current used 1553 channel. The MI2U hardware achieves the interface between the SCU and the MI. The MI2U is connected to SCU through MIL-STD-1553B system bus. The MI2U has the internal redundancy but is used in cold redundancy. The MI2U ORB function considers that they are not expected to be simultaneously switched on. The connection combination between MI2U and MI is electrically cross-strapped. However the MI2U ORB function considers only two combinations (MI2U A + MI 1, MI2U B + MI 2). Other combinations can be manually achieved by ground in case of the emergency case.

The design feature of KOMPSAT-2 simulator based on object oriented design methodology in terms of unified modeling language (UML) has been discussed in this paper. Also, we present how to embed flight software into the simulator. Flight software em-bedding for KOMPSAT-2 simulator is compared to that of the KOMPSAT-1 simulator.

다목적실용위성 2호에 탑재 되어 있는 탑재소프트웨어는 위성의 자세, 전력, 열 제어 및 지상 명령 수신, 측정 데이터 수집 등 여러 개의 소프트웨어 모듈로 구성되어 있으며, 각 소프트웨어 모듈은 실시간 운용체제인 VRTX에 의해서 제어된다. 다목적실용위성 2호에서 사용하는 탑재소프트웨어는 일반적인 소프트웨어와 달리 고도의 신뢰성과 안정성을 보장해야 하며 지상과의 통신이 없는 상태에서도 위성을 정상적으로 운용할 수 있어야 하며, 위성 시스템의 장애가 발생시 위성을 안전 모드로 전환 할 수 있어야한다. 본 논문에서는 다중프로세서 구조를 갖는 다목적실용위성 2호의 탑재소프트웨어 초기화 및 태스크를 관리하며 위성의 Health 관리를 담당하는 Executive CSC(Computer Software Component)의 설계와 구현에 대하여 설명한다.

최근 우주산업의 급속한 발달로 다양한 목적의 인공위성들이 개발되고 있다. 이러한 인공위성들은 그 사용목적에 따라 다르지만 매우 많은 양의 데이터들을 다루게 된다. 이러한 데이터에는 각각의 주어진 임무에 사용되는 정보들이 대부분을 차지하지만 위성자체의 상태 데이터도 일정시간마다 점검하여 위성의 상태를 지상에서 파악할 수 있어야 한다. 위성의 상태데이터는 위성 각 부분의 이상유무나 자세, 궤도 등 위성이 정상적으로 그 역할을 수행하는데 필요한 정보들이다. 위성의 탑재소프트웨어는 하드웨어 데이터 및 위성의 상태데이터를 획득, 저장하는 기능을 수행한다. 다목적실용위성 2호에서는 테이블 참조 방식을 사용함으로서 위성의 데이터 흐름이 효율적으로 이루어지도록 하였다. 또한, 테이블을 헤더파일로 자동적으로 생성되도록 함으로서 탑재소프트웨어에의 영향을 최소화하였다. 현재 다목적실용위성 2호의 탑재소프트웨어는 개발이 완료되어 검증시험 및 통합 시험을 수행하고 있다.

Recently, many kinds of satellites are developed in many countries. The satellite contains various data, such as hardware status data attitude date an information, etc. And the ground station must check these data for successful operation These data is called as telemetry. Flight software is responsible for the telemetry processing. In KOMPSAT(Korea Multi-Purpose Satellite)-2, the telemetry processing logic takes the table-driven method to make satellite data flow efficient In this paper, the telemetry processing in KOMPSAT-2 is described Verification test and integration test are being carried out for the FSW of KOMPSAT-2.

다목적실용위성 2호 FSW(Flight Software)의 개발단계에서 통합 및 시험, 검증시험을 위해 실제 위성시스템과 유사한 인터페이스를 제공하는 개발도구인 STB(Software Test Bed)가 제작되었으며, 제작된 STB를 통한 FSW의 검증시험 및 분석을 지원하기 위한 프로그램으로서 구문분석 프로그램을 이용한 VTSP(Verification Test Script Parser)의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 구문분석 도구인 FLEX와 BISON을 이용하여 FSW가 실제시스템 상에서 요구조건에 따라 수행되고 있는지를 자동적으로 검증하기 위해 C 언어와 유사한 사용법을 가지며, 다양한 검증시험 환경에 적합한 VTSP를 개발하기 위한 전체적 개발환경 및 VTSP의 기능에 대해 소개한다.

The COMS flight software is implemented by ADA language and the high level application program language (APL). The APL is used to implement the Interpreted Program (IP) functions which are running on the processor. The IP functions have been developed for the payload management and monitoring with the automatic on-board operational procedure. The IP allows an easier re-programming if necessary. The ground can load or unload IP separately from ADA code in the RAM flight software. The uploaded IP is interpreted and executed by the Interpreted Program Environment (IPE) which is one of the functions implemented in the RAM flight software. In this paper, we introduce the IP and IPE function.

본 연구의 목적은 의사결정트리를 생성하는 생물정보학 프로그램을 개발하고, 이를 갑상선유두암 혈청의 질량분석자료로 시험해 보는 것이다. 대상 및 방법: C4.5를 커스터마이징하여 의사결정트리 분석을 수행할 수 있는 'Protein analysis'라는 프로그램을 개발하였다 61개의 혈청시료(갑상선유두암 27, 자가면역성 갑상선염 17, 대조군 17)를 일정 기간 동안 순차적으로 냉동한 후 실온에서 일시에 해동하여 분석에 사용하였다. 모든 시료는 탈지질화 과정을 거쳐 준비한 후, 2종류의 단백질칩(CM10, IMAC3)에 각각 60개, 50개 시료를 적용하였다. 갑상선유두암의 특징적인 단백질 패턴을 찾기 위해 질량분석기를 이용하여 단백질칩을 분석했다. 'Protein analysis' 프로그램을 이용하여 단백질분포 자료로부터 의사결정트리를 작성하고, 생체표지자 후보물질을 검출하였다. CM10칩에서 발견된 생체표지자 후보물질을 무작위 표본추출 방법을 이용하여 검증하였다. 결과: 단백질분포 자료의 훈련과 검증이 가능한 의사결정트리 프로그램이 개발되었으며, 이 프로그램은 트리 구조와 노드 정보, 트리 구성 과정을 표시하는 3개의 창으로 구성되었다. CM10칩을 이용한 분석에서 총 113개의 단백질 피크 중 23개가 3그룹 간에 유의한 차이가 있었으며, IMAC3는 41개의 단백질 피크 중 8개가 3그룹 간에 유의한 차이가 있었다. 3그룹 분석에서 의사결정트리는 CM10칩과 IMAE3의 단백질분포 자료로부터 각각 60개와 50개의 시료를 높은 정확도로 분류하였으며(오차율 = 각각 3.3%, 2.0%), 각각 4개와 7개의 생체표지자 후보물질을 검출하였다. 암시료와 비암시료를 구분하는 2그룹 분석 에서, 의사결정트리는 모든 암시료를 정확히 구분하였으며(모두 오차율 = 0%), CM10칩을 이용한 분석에서는 단일 노드를 사용하고, IMAC3칩을 이용한 분석에서는 여러 개의 노드를 사용하였다. CM10칩의 단백질 분포자료를 5번의 무작위 추출에 의해 시행한 검증에서 암시료와 비암시료를 구분하는데 높은 정확도를 보였으나(정확도 = 98%, 54/55), 3그룹을 구분할 때는 중등도의 정확도를 보였다(정확도 = 65%, 36/55). 결론: 우리가 개발한 프로그램은 질량분석 자료로부터 성공적으로 의사결정트리를 생성하고, 생체표지자 후보물질을 검출할 수 있었다. 따라서 이 프로그램은 혈청 시료를 이용한 생체표지자 발굴 및 갑상선유두암의 추적관찰에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

Purpose: The aim of this study was to develop a bioinformatics software and to test it in serum samples of papillary thyroid cancer using mass spectrometry (SELDI-TOF-MS). Materials and Methods: Development of 'Protein analysis' software performing decision tree analysis was done by customizing C4.5. Sixty-one serum samples from 27 papillary thyroid cancer, 17 autoimmune thyroiditis, 17 controls were applied to 2 types of protein chips, CM10 (weak cation exchange) and IMAC3 (metal binding - Cu). Mass spectrometry was performed to reveal the protein expression profiles. Decision trees were generated using 'Protein analysis' software, and automatically detected biomarker candidates. Validation analysis was performed for CM10 chip by random sampling. Results: Decision tree software, which can perform training and validation from profiling data, was developed. For CM10 and IMAC3 chips, 23 of 113 and 8 of 41 protein peaks were significantly different among 3 groups (p<0.05), respectively. Decision tree correctly classified 3 groups with an error rate of 3.3% for CM10 and 2.0% for IMAC3, and 4 and 7 biomarker candidates were detected respectively. In 2 group comparisons, all cancer samples were correctly discriminated from non-cancer samples (error rate = 0%) for CM10 by single node and for IMAC3 by multiple nodes. Validation results from 5 test sets revealed SELDI-TOF-MS and decision tree correctly differentiated cancers from non-cancers (54/55, 98%), while predictability was moderate in 3 group classification (36/55, 65%). Conclusion: Our in-house software was able to successfully build decision trees and detect biomarker candidates, therefore it could be useful for biomarker discovery and clinical follow up of papillary thyroid cancer.

HAUSAT-2 비행소프트웨어 개발은 HAUSAT-2의 요구 조건을 분석하였고, 분석 결과에 따라서 HAUSAT-2 비행소프트웨어를 설계하였다. 설계 완료 후 소프트웨어 코딩 및 컴파일을 수행하고, 개별 시험과 통합 시험을 거쳐 비행소프트웨어의 알고리즘을 검증한다. 현재 HAUSAT-2의 개발 상황은 시험 모델에 대한 통합 시험을 마쳤고, 시험 결과를 분석하여 비행소프트웨어의 수정 및 운영 체제 추가 개발을 진행 중에 있다. 본 논문에서는 HAUSAT-2 비행소프트웨어(flight software)의 아키텍처와 전반적인 개발 과정 그리고 개발 환경에 대하여 설명한다.

HAUSAT-2 flight software was developed by first analyzing the satellite requirements, and incorporating the results into the software. Coding and compiling is done after the software is completed, then individual and integrated tests are performed in order to verify the flight software algorithm. Currently, HAUSAT-2 flight software integrated test has been performed and the test result is serving as a basis for code modification nd additional developments. This paper describes the architecture, development process, and development environment of HAUSAT-2 flight software.

저궤도 위성인 다목적실용위성 2호의 컴퓨터 시스템은 3개 프로세서로 구성된 분산처리 구조이며 프로세서와 프로세서, 프로세서와 주변 장치들과의 통신은 MIL-STD-1553B 버스를 통해 이루어진다. 이들 3개 프로세서들 상에서 실행되는 탑재소프트웨어는 위성의 하드웨어 및 주변 입출력 장치들을 제어 및 관리한다. 그리고 위성의 결함을 관리하는 기능과 비상시에는 지상과의 연결 없이 위성을 자동제어 하는 기능들 또한 탑재소프트웨어에 구현되어져있다. 본 논문에서는 저궤도 위성인 다목적실용위성-2호의 임무를 수행하기 위한 탑재소프트웨어의 구성 및 기능, 개발과정과 개발환경을 소개한다.

본 논문에서는 2004년 12월 발사 예정인 다목적실용위성 2호의 탑재소프트웨어의 구성과 전반적인 개발 과정 및 개발 환경에 관련된 내용을 서술한다. 다목적실용위성 2호 탑재소프트웨어 개발은 다목적실용 위성 1호 탑재소프트웨어를 근간으로 2호기 요구사양에 따라 요구사양 분석, 설계. 코딩 및 단위 테스트, 통합 테스트와 검증 시험 등을 거쳐 진행되었으며 일련의 모든 개발과정은 국내 연구진에 의해 수행되었다.