궤도 주기 차이를 이용한 위성 정렬 비행에서의 연료 소비 감소화

목성훈,최윤혁,탁민제,방효충 한국항공우주학회 2009 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2009 No.11

최소제곱법을 이용한 지형참조항법의 지형 경사면 추정

목성훈,방효충,유명종 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

지형참조항법은 지표면 변화를 이용하여 항체의 상태치를 추정하는 기술이다. 본 논문에서는 지형참조항법 알고리듬으로 확장칼만필터를 적용하고, 필터 업데이트 시 지형 경사면 추정에 최소제곱법을 사용한다. 최소제곱법의 오차항에 사용되는 가중치에 따라 필터 성능이 바뀌는데, 본 연구는 가우시안 확률밀도함수 형태의 가중치를 적용했을 때의 경사면 추정 방법을 다룬다. 기존에 연구된 유니폼 형태의 가중치는 가우시안 형태의 실제 위치 확률 분포를 제대로 반영할 수 없는 단점이 있다. 반면, 가우시안 가중치는 항체가 존재할 확률에 따라 가중치를 달리 쓴다. 다수 지역에서 시뮬레이션 한 결과, 가우시안 가중치를 사용할 때 필터 수렴 속도가 빠른 것을 확인할 수 있었다. 한편, 필터 수렴 속도와 안정성을 모두 고려할 때는 두 가중치 간에 장단점이 있는데 미션 목적에 따라 가중치를 선택하여 사용할 수 있을 것으로 판단된다. Terrain referenced navigation uses a terrain database to estimate aircraft status. In this paper, extended Kalman filter is adopted as a filter method, and local terrain slope is estimated by least square method at filter update. Filter performance depends on weighting parameters used in the squared-error term of least square. This proceeding deals with the slope estimation with Gaussian distribution. Weighting with Uniform distribution simplifies the actual p.d.f. of estimated aircraft position, which is Gaussian p.d.f. On the other hand, weighting with Gaussian distribution uses different weighting values over estimated region. Multiple simulations show that filter convergence speed with Gaussian weighting is faster than Uniform weighting. However, there is a trade-off between convergence speed and robustness. Appropriate weighting distribution should be selected in slope estimation by considering mission goals.

김발 장치를 이용한 무인항공기의 컬러기반 물체 추적

목성훈,백광열,강태화,윤효상,방효충 한국항공우주학회 2008 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.- No.-

온보드 컴퓨터를 이용한 실시간 달 탐사 시뮬레이션

목성훈,박봉균,방효충,탁민제 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

본 논문에서는 온보드 컴퓨터를 탑재 컴퓨터로 활용하여 실시간 달 탐사 시뮬레이션을 수행한다. PC 와 DSP 를 이용해 시뮬레이션 환경을 구성한다. PC 는 우주 환경, 센서 및 구동기 등을 구현하고 DSP 는 비행소프트웨어를 탑재한 탑재 컴퓨터를 모사한다. PC 와 DSP 는 RS232 방식으로 통신한다. 달 탐사 시나리오는 크게 지구 주차단계, 천이단계, 달 착륙단계로 구분한다. 이 중, 지구 주차단계와 달착 륙단계에서 유도항법제어 알고리듬을 이용해 실시간 시뮬레이션을 수행한다. 탑재 컴퓨터에 포팅된 소프트웨어가 150MHz 를 갖는 온보드 컴퓨터에서 실시간으로 구현됨을 확인하였다. This paper performs a real-time lunar exploration simulation using an on-board computer. PC(Personal Computer) and DSP(Digital Signal Processor) are used for constructing the simulation environment. PC embodies spacecraft sensors, actuators and space environment and DSP represents the on-board computer with the flight software. PC and DSP communicate signals like control and sensor inputs with RS-232 communication. The lunar exploration scenario is divided into Earth-parking orbit, transfer orbit and Moon landing orbit. Among them Earth parking and lunar landing stages are selected for accomplishing the real-time simulation with GNC algorithm. It is verified that the on-board GNC software is executed in real-time in the DSP which operates in 150MHz.

달 탐사 임무의 유도항법제어 시뮬레이션

목성훈,박봉균,이동헌,전병주,방효충,탁민제 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

본 논문에서는 지구 주차궤도에서 달 착륙궤도까지의 달 탐사 미션에 대한 시뮬레이터를 설계한다. 가상의 달 탐사 임무를 가정하고 임무 수행에 필요한 유도ㆍ항법ㆍ제어 알고리듬을 연구하는데 주력한다. 각 알고리듬이 시뮬레이터 내에서 서로 독립적으로 수행되지 않고 유기적으로 연결되어 동시에 수행되도록 설계한다. 미션 시나리오는 크게 지구 주차궤도, 지구-달 천이궤도, 달 착륙궤도로 나뉜다. 시뮬레이터는 MATLAB 환경에서 개발되었다. 본 시뮬레이터는 이미 개발된 유도. 항법. 제어 알고리듬의 전체적인 성능을 검증하거나 향후 알고리듬의 개선이 있을 때 그 효과를 확인할 수 있는 툴로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. This paper designs a lunar exploration simulator which includes a trajectory from Earth parking orbit to lunar landing orbit. Artificial lunar mission is assumed and the paper focuses on developing guidance, navigation, and control (GNC) algorithms. In the simulator, each method is running simultaneously not independently to consider interference between them. The mission scenario is divided into Earth parking orbit, Earth-Moon transfer orbit, and Moon landing orbit. The simulator is developed in MATLAB program. This simulator could be used as a tool to confirm the overall performance of the developed GNC algorithm or to verify the effectiveness from possible algorithm improvement.

Unscented Kalman Filter 기반의 지형참조항법 성능 분석

목성훈,방효충 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

본 논문(proceeding)은 관성항법을 보조하는 지형참조항법에 대한 연구 내용을 다룬다. 지형참조항법은 지형고도 데이터베이스와 고도 측정치를 사용하여 항체의 상태 변수를 추정하는 기술이다. 확장 칼만 필터, 칼만 필터 무리, 파티클 필터 등 다양한 필터를 기반으로 설계될 수 있으며 각각의 필터는 계산시간과 추정 성능에서 차이를 보인다. 본 연구에서는 파티클 필터에 비해 계산 시간은 훨씬 적게 걸리면서 확장 칼만 필터의 추정 오차 발산 가능성을 낮출 수 있는 UKF(Unscented Kalman Filter)를 기반으로 지형참조항법 알고리듬을 설계하고 시뮬레이션을 수행하였다. 항체에 대한 초기 위치 추정오차가 클 때, 확장 칼만 필터 기반 항법에서는 위치 오차가 발산하고 UKF 기반 항법에서는 추정궤적이 실제 궤적으로 수렴함을 확인하였다. This proceeding deals with a terrain referenced navigation which aids an inertial navigation system. Terrain referenced navigation estimates a status of system by using a terrain elevation data and radar sensor measurements. Various filters, like Extended Kalman filter(EKF), bank of Kalman filters and particle filter, can be used for designing an estimation algorithm. This paper develops a terrain referenced navigation algorithm based on Unscented Kalman filter which has a faster evaluation time than particle filter and consistent estimation performance than EKF. In two steps of UKF process, which are state propagation and update, only update part is carried with UKF. Remaining propagation part is processed by EKF because of moderate non-linearity in propagation step. Simulation result shows that UKF has a superior estimation performance than EKF, especially when initial position-error-covariance is large.

연료 균형을 고려한 단일 임펄스 위성 정렬비행 제어

목성훈,최윤혁,방효충,오충석 한국항공우주학회 2009 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2009 No.4

Heuristic-Based Mission Planning for an Agile Earth Observation Satellite

목성훈,조수장,방효충,이현재 한국항공우주학회 2019 International Journal of Aeronautical and Space Sc Vol.20 No.3

In this paper, mission planning for an earth observation satellite is studied. Generally, the mission planning problem is known as a highly combinational problem. While exact methods can provide optimal scheduling solutions, they require large computation time so the exact methods may not be adequate for timely operations. In this paper, a simple yet effective heuristic method for mission planning is proposed. An additional degree of freedom in pitch axis is taken into account, which can significantly increase the number of images compared to the roll-only observations. Also, possibility of reverse order observation is considered with a simple objective function. The proposed method is applied to short-horizon mission planning in low earth orbit. The exact brute-force search is utilized as a counterpart to analyze optimality and time-effectiveness of the proposed method. Numerical results show that the proposed method offers a slightly degraded solution but runs very fast due to its simplicity.

비선형 방정식의 수치해법을 이용한 위성 정렬 비행 제어

목성훈,최윤혁,방효충 한국항공우주학회 2010 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2010 No.11

Terrain Slope Estimation Methods Using the Least Squares Approach for Terrain Referenced Navigation

목성훈,방효충 한국항공우주학회 2013 International Journal of Aeronautical and Space Sc Vol.14 No.1

This paper presents a study on terrain referenced navigation (TRN). The extended Kalman filter (EKF) is adopted as a filter method. A Jacobian matrix of measurement equations in the EKF consists of terrain slope terms, and accurate slope estimation is essential to keep filter stability. Two slope estimation methods are proposed in this study. Both methods are based on the least-squares approach. One is planar regression searching the best plane, in the least-squares sense, representing the terrain map over the region, determined by position error covariance. It is shown that the method could provide a more accurate solution than the previously developed linear regression approach, which uses lines rather than a plane in the least-squares measure. The other proposed method is weighted planar regression. Additional weights formed by Gaussian pdf are multiplied in the planar regression, to reflect the actual pdf of the position estimate of EKF. Monte Carlo simulations are conducted, to compare the performance between the previous and two proposed methods, by analyzing the filter properties of divergence probability and convergence speed. It is expected that one of the slope estimation methods could be implemented, after determining which of the filter properties is more significant at each mission.