Free-space optical communication gets attention as a next-generation technology to overcome the limitations of the radio communication developed so far. The main challenge of optical communication is the problem of pointing. For this reason, the pointing control system consists of two stages: attitude pointing and fine pointing. In this study, the pointing error was derived by solving each pointing system analytically. The single-axis rotation model was used for the attitude control system analysis. The pointing error was expressed by calculating the power spectral density, which was the controller output from the sensor noise input. The fine pointing system design and the performance analysis of the core components are introduced. For the fine pointing controller, the controller output's PSD from the input of the attitude pointing error and the sensor noise was calculated. Every theoretical result was compared with the simulation. The structure of the fine pointing system was verified by conducting optical experiments. The attitude pointing control error was generated by satellite simulation, which acts as the disturbance environment for the experiment. The experiment results were interpreted to the power spectral density and compared with the computer simulation in the same conditions. The comparison shows that the design of the fine pointing controller and the theoretical analysis are valid.
자유공간 광통신 기술은 현재까지 개발되고 있는 전파 통신이 가진 한계를 뛰어넘기 위한 차세대 기술로 각광받고 있다. 광통신 기술이 가진 가장 큰 어려움은 신호 지향의 문제이다. 그러므로 정밀한 조향을 위해 광통신 위성은 자세 제어, 정밀 지향 제어의 두 단계의 제어 시스템으로 이루어진다. 본 연구에선 지향 제어 시스템을 분석하여 위성의 지향 오차를 해석적으로 도출하였다. 자세 제어기를 해석하기 위해 실제 위성 자세 제어 시스템에 대해 제어 환경을 유지하는 단축 회전 운동 모델이 이용되었다. 잡음 요인은 센서 잡음만을 잡음 요인으로 포함되었고, 센서 잡음에 대한 지향 오차의 파워 스펙트럼 밀도를 분석하였다. 정밀 제어 시스템은 제어기를 설계하고 핵심 소자들의 동작과 성능을 면밀하게 분석하였다. 제어기 해석을 위해 자세 제어로 발생한 지향 오차와 광센서 오차를 잡음 요인으로 포함하여 최종 지향 오차의 파워 스펙트럼 밀도를 분석하였다. 해석적으로 도출된 지향 오차는 모두 동일 조건의 제어 시뮬레이션으로 도출된 PSD와 비교 검증되었다. 정밀 지향 제어기의 설계와 구조는 실험을 통해서 타당성을 확인하였다. 제어 광학계를 구축하여, 자세 지향 오차가 구현된 환경 하의 정밀 지향 제어 실험을 실시하였다. 실험의 지향 결과에 대한 PSD를 계산하였고, 정밀 지향 제어 시뮬레이션과 비교하여 이론적인 설계 내용을 검증하였다.
