Mass Memory Unit Research Articles

Static corrective control with model matching indicator and its application to payload data managers

Having no internal states, static corrective controllers are advantageous over dynamic ones in terms of resource usage, albeit requiring stricter existence conditions. This study presents a novel static corrective control strategy that solves the model matching problem of input/state asynchronous sequential machines. Compared with the previous result, the proposed scheme provides a relaxed existence condition by utilising the model matching indicator that specifies the desirable state at hand. It is shown that the proposed static controller can be designed as long as a corresponding dynamic one exists. The improvement of resource usage in controller synthesis is validated by applying the proposed scheme to the payload data manager in the mass memory unit of satellite systems.

Applying Active Diagnosis to Space Systems by On-Board Control Procedures

The instrumentation of real systems is often designed for control purposes and control inputs are designed to achieve nominal control objectives. Hence, the available measurements may not be sufficient to isolate faults with certainty and diagnoses are ambiguous. Active diagnosis formulates a planning problem to generate a sequence of actions that, applied to the system, enforces diagnosability and allows to iteratively refine ambiguous diagnoses. This paper analyzes the requirements for applying active diagnosis to space systems and proposes ActHyDiag as an effective framework to solve this problem. It presents the results of applying ActHyDiag to a real-space case study and of implementing the generated plans in the form of on-board control procedures. The case study is a redundant SpaceWire network where up to six instruments, monitored and controlled by the on-board software hosted in the satellite management unit, are transferring science data to a mass memory unit through SpaceWire routers. Experiments have been conducted on a real physical benchmark developed by Thales Alenia Space and demonstrate the effectiveness of the plans proposed by ActHyDiag.

과학기술위성 3호 X-대역 송신기 비행모델 설계, 제작 및 시험

본 논문에서는 현재 KAIST 인공위성 연구센터(SaTReC)에서 개발 진행 중인 과학기술위성3호(STSAT-3) 위성체의 탑재체 데이터 전송을 위한 X대역 송신기 비행모델 개발 및 시험에 관하여 기술한다. 과학기술위성3호의 통신시스템은 크게 상태정보, 명령 송수신을 위한 통신채널과 임무데이터 전송을 위한 통신채널로 구성되며 상태 정보 및 명령 송수신을 위하여 S대역을 사용하며 임무데이터 전송용으로 X대역 주파수를 사용하고 있다. 과학기술위성 3호에서는 대용량 메모리 유닛(MMU; Mass Memory Unit)에 저장된 탑재체 관측정보가 X대역 송신기의 QPSK 변조기에서 변조를 하고, 변조된 신호는 스위치를 거친 이후에 안테나를 통해 송신된다. 본 논문에서는 과학기술위성 3호 X대역 송신기 내부의 변조방식, 저역통과 여파기, power amp, 스위치 등에 대해서 제작된 특성을 기술한다. X-band 송신기의 비행모델은 성능시험, 환경시험(진동시험, 열진공시험)을 성공적으로 마치고 위성체 조립 단계(Assembly Integration and Test, AIT)에 납품되었다. This paper describes the development and test result of X-band Transmitter flight model(FM) of STSAT-3 by satellite research center(SaTReC), KAIST. The communication sub-system of STSAT-3 is consist of two different frequency band channels. S-band frequency is used for Telemetry & Command, and X-band frequency is used for mission data. Payload observations data in Mass Memory Unit (MMU) is modulated by QPSK modulator in X-band Transmitter, and then QPSK modulation signal is transmitted to antenna through transfer switch. In this Paper, we described the results of modulation, low-pass filter design, power amp development, and switch test. The FM XTU is delivered Spacecraft Assembly, Integration and Test(AIT) level through the completion of functional Test and environmental(vibration, thermal vacuum) Test successfully.

과학기술위성 3호를 위한 스페이스와이어 링크 인터페이스 구현

SpaceWire is a standard for high-speed links and networks between spacecraft components, which was invented for better, cheaper, faster on-board data handling in spacecraft. SpaceWire is being widely used on many space missions by ESA, NASA and JAXA, and is expected to be used in future satellite development programs in Korea. For flexible and efficient application of SpaceWire, it is necessary to secure the related technologies. This paper describes the development, implementation and test of a SpaceWire link interface, which will be incorporated in MMU(Mass Memory Unit) of STSAT-3(Science & Technology Satellite-3).

고속 데이터 처리를 위한 과학기술위성 3호 대용량 메모리 유닛의 개념 설계

본 연구에서는 과학기술위성 2호와 비교 했을 때 고속의 데이터를 처리하고 대용량의 메모리를 관리해야하는 요구사항을 만족하기 위한 과학기술위성 3호 대용량 메모리 유닛의 설계 내용에 대해서 나타내었다. 이러한 요구사항을 만족하기 위해서, 두 개의 탑재체에서 각각 최대 100Mbps로 수신되는 데이터와 32Gb의 대용량 메모리를 처리하고 관리하는 역할을 FPGA가 직접 담당 하도록 설계하였다. 사용된 FPGA는 동작 속도가 빠르고 게이트 수가 많은 SRAM 기반의 Xilinx FPGA로써 우주 환경에서의 SEU를 극복하기 위해서 TMR 기법과 스크러빙 기법을 적용하고자 한다. This paper describes the conceptual design of mass memory unit for high speed data processing and mass memory management in the STSAT-3 compared to that of STSAT-2. The FPGA directly controls the data receiving from two payloads with the maximum 100Mbps speed and 32Gb mass memory management to satisfy these requirements. We used SRAM-based FPGA from XILINX having fast operating speed and large logic cells. Therefore, the Triple Modular Redundancy(TMR) and configuration memory scrubbing techniques will also be used to protect FPGA from Single Event Upset(SEU) in space.

과학기술위성3호의 X-대역 하향링크를 위한 RS(255,223) 코드 설계 및 성능 분석

과학기술위성3호에서는 탑재체 데이터를 지상으로 전송할 때 발생하는 데이터의 오류를 검출하고 정정하기 위해서 CCSDS에서 표준으로 채택하고 있는 RS(255,223) 코드를 사용 하였다. RS Encoder가 VHDL로 개발되어 대용량 메모리 유닛에 적용 되었으며 오류 정정을 위한 Decoder는 지상국의 데이터 수신 처리 시스템에 적용 되었다. 본 연구에서는 RS(255,223) 코드의 설계와 성능 분석 결과를 나타내었다. 16 Mbps의 하향링크 시험을 통해서 BER 성능을 측정 하였으며 X-대역 송신기를 이용하여 통신 선로상에 인위적으로 에러를 인가 하였을 때의 RS(255,223) 코드의 에러 복원 결과를 나타내었다. (255,223) RS(Reed-Solomon) code which is the CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems) standard was used in the STSAT-3 to correct errors during the downlink of payload data. The RS encoder developed by VHDL was implemented in MMU(Mass Memory Unit). Moreover, the RS decoder developed by C-language was implemented in the DRS(Data Receiving System) of ground station. In this paper, we reported the design and analysis results of RS(255,223) for STSAT-3. The BER(Bit Error Rate) performance from MMU to DRS was confirmed through the downlink test at 16 Mbps. Also, the error correction performance and capability of RS(255,223) was tested by the manual attenuation of the RF(Radio Frequency) signal in the X-band transmitter resulting in putting some errors in the communication line.

과학기술위성 3호 대용량 메모리 유닛의 인증모델 설계 및 구현

본 논문에서는 개발된 과학기술위성3호 대용량 메모리 유닛의 검증모델의 성능 및 환경시험 결과를 나타내었다. 과학기술위성3호 대용량 메모리 유닛은 적외선 영상시스템(MIRIS)과 초소형 영상 분광기(COMIS)에서 최대 100Mbps로 수신한 데이터를 32Gb의 메모리에 저장한 후 지상으로 10Mbps의 속도로 전송하는 임무를 수행한다. 탑재체 데이터 수신 시험과 데이터 수신 시스템으로의 데이터 전송 시험을 통해서 성능을 검증 하였다. 또한 발사체 환경과 우주 환경에서의 성능 확인을 위해서 진동 시험과 열진공 시험을 수행 하였다. This paper describes the design and test results of engineering qualification model(EQM) of mass memory unit(MMU) for STSAT-3. The MMU for STSAT-3 having 32Gb mass memory capacity is capable of receiving and transmitting the mission data from MIRIS(Multi-purpose IR Imaging System) and COMIS(Compact Imaging Spectrometer) at 100Mbps and 10Mbps. The performance of EQM MMU was verified by the tests of data receiving from two payloads and data transmission to the data receiving system. Moreover, the vibration and thermal vacuum test was performed to verify the launch vehicle and space environments.

과학기술위성 2호 대용량 메모리 유닛 준비행모델 설계 및 구현

This paper compares the performance of Mass Memory Unit(MMU) between Science and Technology Satellite 1(STSAT-1) and STSAT-2 from developed Proto Flight Model(PFM) for Miniaturization, lightweight and low power consumption. MMU receives the payload data at 200Kbps and transmits them to XTX at 10Mbps in the STSAT-2. The performance of PFM MMU in the Functional and space environments test satisfies the requirements of STSAT-2.

과학기술위성 2호 대용량 메모리 유닛 시험모델 설계 및 구현

본 논문에서는 과학기술위성 2호 대용량 메모리 유닛(Mass Memory Unit, MMU)의 시험모델(Engineering Model, EM)을 개발하고 기능 및 성능 시험한 결과를 제시하였다. 성능 구현에 필요한 로직들을 별도의 전용 칩들을 사용하지 않고 하나의 FPGA에 구현함으로써 대용량 메모리 유닛을 소형화, 경량화하고 저전력으로 사용할 수 있도록 하였다. 대용량 메모리는 2Gbits SDRAM 모듈을 사용하였으며 파일 시스템을 운용하여 지상국에서의 데이터 관리가 용이 하도록 하였다. 대용량 메모리에서 발생하는 SEU(Single Event Upset)를 극복하기 위해서 RS(207,187) 코드가 소프트웨어로 구현되어 있어서 187바이트당 10바이트의 에러를 복구할 수 있다. 또한 탑재체 데이터의 수신 성능을 검증하기 위해서 시뮬레이터를 제작 하였다. This paper describes the design and implementation of engineering model(EM) of Mass Memory Unit(MMU) for Science and Technology Satellite 2(STSAT-2) and the results of integration test. The use of Field-Programmable Gate Array(FPGA) instead of using private electric parts makes a miniaturization and lightweight of MMU possible. 2Gbits Synchronous Dynamic Random Access Memory(SDRAM) module for mass memory is used to store payload and satellite status data. Moreover, file system is applied to manage them easily in the ground station. RS(207,187) code improves the tolerance with respect to Single Event Upset(SEU) induced in SDRAM. The simulator is manufactured to verify receiving performance of payload data.