별첨2. TLE 기반 국내 지상국 통신가능 시각 계산 방법

기준일: 2026-03-08

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별첨2. TLE 기반 국내 지상국 통신가능 시각 계산 방법

기준일: 2026-03-08

목적

이 문서는 대한민국이 직접 수행하는 위성촬영영상 위성 가운데, 특히 저궤도(LEO) 위성의 국내 지상국 통신 가능 시각을 어떻게 계산해야 하는지 정리한 실무 가이드다.

앞선 조사 문서 국내 위성 통신가능 시각 조사 종합보고서 별첨1_대한민국 직접 수행 위성촬영영상 위성의 공전주기 및 국내 지상국 통신 가능 시각 조사에서는 위성군별 운영 패턴을 정리했다. 이 문서는 그 다음 단계로, 특정 날짜에 대전추적소/제주추적소 기준으로 몇 시부터 몇 시까지 통신 가능한가를 계산하는 방법론을 설명한다.

결론 요약

저궤도 영상위성의 국내 지상국 통신 가능 시각은 아래 순서로 계산한다.

1. 위성의 최신 TLE 또는 정밀궤도력을 확보한다
2. SGP4 등 표준 궤도 전파기로 위성 위치를 시간축으로 계산한다
3. 지상국 좌표 기준으로 위성의 azimuth/elevation/range를 계산한다
4. 최소 elevation, 지형 마스크, 안테나 운용 규칙, uplink/downlink 링크 제약을 적용한다
5. 그 결과로 AOS(획득 시작), TCA(최대고도 시각), LOS(가시 종료)를 구한다

즉, 대한민국 지상국과 언제 통신 가능한가라는 질문의 계산 핵심은 사실상 아래 두 문장으로 요약된다.

1. 위성이 지상국 기준 수평선 위로 언제 올라오는가
2. 그 시간대가 실제 링크 성립 조건을 만족하는가

1. 왜 TLE만으로 바로 답이 안 나오나

TLE는 위성 궤도를 표현하는 표준 요약 궤도요소다. 하지만 TLE 자체는 곧바로 오전 06:13 ~ 06:24 통신 가능 같은 답을 주지 않는다.

중간 계산이 필요하다.

1. TLE → 시간별 위성 위치(ECI/TEME 등)
2. 위성 위치 + 지상국 위치 → topocentric azimuth/elevation/range
3. elevation/time profile → 통신 가능 구간 추출

즉, TLE는 입력 데이터이고, 패스 계산(pass prediction)이 실제 목표다.

2. 기본 용어

3. 계산에 필요한 입력값

정확한 패스 계산에는 아래 입력이 필요하다.

3.1 위성 입력

1. 최신 TLE 또는 OMM/정밀 궤도력
2. 위성 식별자(NORAD CAT ID 등)
3. 저궤도 여부, 궤도유형(SSO, dawn orbit 등)

3.2 지상국 입력

1. 위도
2. 경도
3. 안테나 고도
4. 최소 운용 elevation
5. azimuth별 지형/구조물 마스크가 있으면 그 마스크 테이블

3.3 링크/운용 입력

1. uplink와 payload downlink를 같은 패스에서 수행하는지
2. S-band, X-band 등 링크별 최소 elevation이 다른지
3. 안테나 slewing 속도와 pointing 제약
4. 한 지상국이 같은 시각에 다른 위성도 추적 중인지

4. 수학적/기술적 계산 절차

4.1 TLE 전파

TLE는 일반적으로 SGP4로 전파한다. 실무에서는 아래 도구 중 하나를 많이 쓴다.

1. sgp4 라이브러리
2. Skyfield
3. Orekit
4. GMAT
5. STK

표준 흐름은 다음과 같다.

1. TLE epoch를 읽는다
2. 관심 시간 구간을 일정 간격으로 샘플링한다
3. 각 시각의 위성 위치/속도를 계산한다

4.2 지상국 기준 좌표 변환

전파된 위성 위치를 지상국 기준으로 변환하면 다음 세 값이 나온다.

1. azimuth
2. elevation
3. range

이 중 통신 가능성의 1차 기준은 elevation이다.

통상적으로는 다음 조건을 적용한다.

마스크가 단순 상수면:

지형/구조물 마스크가 있으면 azimuth별 최소 고도각이 달라질 수 있다.

4.3 AOS / LOS 계산

시간축으로 계산된 elevation 곡선에서 다음을 찾는다.

1. AOS

• elevation이 임계값을 처음 넘는 시각

1. TCA

• elevation이 최대가 되는 시각

1. LOS

• elevation이 다시 임계값 아래로 내려가는 시각

패스 지속시간은 보통 아래로 계산한다.

4.4 링크 성립 판단

가시 패스가 있다고 해서 항상 실제 통신 가능 상태는 아니다.

추가로 아래를 봐야 한다.

1. 해당 밴드 링크 장비가 사용 가능한가
2. 기존 예약/다른 위성 충돌이 없는가
3. 안테나 전환 시간 안에 추적이 가능한가
4. downlink volume을 다 내리기 충분한 시간이 있는가

따라서 실무 판정식은 대략 다음 구조가 된다.

5. 정지궤도와 저궤도의 차이

5.1 정지궤도(GEO)

천리안 2A/2B 같은 정지궤도 위성은 한국에서 볼 때 거의 고정 위치에 있다.

따라서 실무적으로는:

1. 패스 예측보다는 상시 링크 상태 관리가 핵심
2. 일별 AOS/LOS를 계산하는 개념이 사실상 없다
3. 오히려 장비 상태, 기상, 링크 품질, 지상시스템 장애가 중요하다

5.2 저궤도(LEO)

아리랑, 국토위성, 군 정찰위성은 전형적인 패스형 운용이다.

따라서 핵심은:

1. 오늘 몇 번 보이는가
2. 각 패스가 몇 분 지속되는가
3. 어느 패스에서 uplink/downlink를 할 것인가

6. 대한민국 위성군에 적용하는 방법

6.1 KOMPSAT-3 / 3A

이 위성들은 공개 자료에서 13:30 MLTAN 계열 태양동기궤도다.

실무 해석:

1. 낮 패스와 새벽 패스 패턴이 반복된다
2. 광학 임무라면 낮 패스가 촬영계획과 더 자주 연결된다
3. 지상국 통신은 촬영 가능 시각과 동일하지 않고, 촬영 직전 uplink 패스와 촬영 후 downlink 패스를 따로 봐야 한다

6.2 KOMPSAT-5

공개 자료상 dawn orbit이므로 아침/저녁 계열 패스가 중요하다.

실무 해석:

1. 촬영 자체는 SAR이라 낮/밤 제약이 약하다
2. 오히려 촬영 후 첫 국내 downlink 패스가 운영상 중요하다

6.3 CAS500-1

SSO 저궤도이므로 방법론은 KOMPSAT과 동일하다.

다만 공개 자료에 MLTAN이 명확하지 않으므로:

1. 실제 TLE를 받아 패스 예측을 해야 한다
2. 일반론만으로 오전형/오후형을 단정하지 않는다

6.4 군 정찰위성 1~5호

공개 자료가 부족하므로:

1. 공개 TLE가 있으면 같은 방법으로 계산 가능
2. 공개 TLE가 없으면 민간 공개자료만으로는 정확한 통신 가능 시각 산출이 어렵다
3. 실제 운용에서는 비공개 궤도력과 군 전용 지상체계를 사용한다고 보는 것이 합리적이다

7. 실제 계산 알고리즘 예시

8. downlink 용량까지 함께 계산하는 방법

통신 가능 시각을 운영 가능 시각으로 바꾸려면, 패스 길이에 링크율과 효율을 곱해야 한다.

예시 식:

예를 들어:

1. X-band 링크율 320 Mbps
2. 유효 패스시간 420초
3. 효율 0.8

이면 대략:

즉 약 107.5 Gbit 정도를 내려받을 수 있다.

이 계산은 현재 프로젝트의 feasibility 설계에서 station_contact_window, existing_downlink_booking, candidate_downlink_check 같은 엔터티와 직접 연결된다.

9. 구현 관점에서 현재 시스템과의 연결

현재 프로젝트 구조에 맞춰 보면, TLE 기반 계산은 장기적으로 아래처럼 들어가는 것이 자연스럽다.

1. orbit_snapshot

• TLE 또는 정밀 궤도력 버전 저장

1. satellite_pass

• 전파 결과 생성

1. access_opportunity

• AOI 기준 촬영 가능 패스 생성

1. station_contact_window

• 지상국 기준 통신 가능 패스 생성

1. existing_downlink_booking

• 이미 예약된 패스 용량 차감

1. candidate_downlink_check

• 실제 후보별 downlink 가능 여부 판정

즉 국내 지상국 통신 가능 시각 계산은 별도 부가 기능이 아니라, feasibility 엔진의 핵심 전처리 단계다.

10. 실무에서 가장 흔한 오해

오해 1. 공전주기가 95분이면 95분마다 한국 지상국과 통신 가능하다

아니다. 위성은 95분마다 지구를 한 바퀴 돌지만, 특정 한국 지상국이 그때마다 가시권에 들어오는 것은 아니다.

오해 2. 한국 상공 통과 시각이 곧 통신 시각이다

아니다. 지상국 가시권은 한국 전역이 아니라 특정 지상국 위치 기준으로 계산해야 한다.

오해 3. 촬영 시각과 downlink 시각은 같다

아니다. 촬영은 AOI 상공에서, downlink는 그 뒤 지상국 가시 패스에서 수행하는 것이 일반적이다.

오해 4. 정지궤도와 저궤도를 같은 방식으로 패스 계산하면 된다

아니다. GEO는 상시 가시형이고, LEO는 패스형이다.

11. 이 문서만으로 부족한 부분

이 문서는 계산 방법론 문서다. 실제로 오늘/내일의 시각표를 만들려면 추가 자료가 필요하다.

1. 최신 TLE 또는 정밀 궤도력
2. 대전추적소/제주추적소의 정확한 좌표
3. 최소 elevation 및 마스크각
4. uplink/downlink 링크별 운용 기준

이 네 가지가 있으면 위성별 국내 지상국 통신가능 시각표를 실제 표로 생성할 수 있다.

12. 참고자료

1. CelesTrak, SGP4 관련 자료 및 소프트웨어

• https://celestrak.org/software/
• https://celestrak.org/software/tskelso-sw.php

1. ESA EO CFI 문서, Ground Station Visibility 개념

• https://eop-cfi.esa.int/REPO/PUBLIC/DOCUMENTATION/CFI/EOCFI/BRANCH_4X/releases/4.12/C-Docs/MCD_conventions_v4_12.pdf

1. CelesTrak, TLE/GP 데이터 활용 관련 안내

• https://celestrak.org/spacetrack/TLERetriever3Help.php

1. 기존 조사 문서

• 한국 직접 수행 위성촬영영상 위성 조사
• 국내 위성 통신가능 시각 조사 종합보고서 별첨1_대한민국 직접 수행 위성촬영영상 위성의 공전주기 및 국내 지상국 통신 가능 시각 조사