위성간 레이저 거리측정을 이용한 실시간 상대위치 결정

국문 초록 (Abstract)

이 논문에서는 위성간 레이저 거리측정을 이용하여 먼 거리에 적용 가능한 실시간 상대위치 결정 방법을 다룬다. 비선형 섭동을 포함한 상대운동방정식, 위성간 레이저에 기반한 정밀한 관측 값을 사용하여 확장 칼만 필터(EKF) 알고리즘을 따라 수치적인 상대위치 결정 과정과 방법을 보여준다. 구면변수 중 상대거리 관측은 펨토초 레이저의 합성파 간섭계를 통해 이루어지고 이러한 관측 기기를 모사한 시뮬레이터를 통해 관측 값을 얻었다. 방위각과 고도각은 주위성의 자세결정을 통해 얻는다고 가정하지만, 자세결정을 수행하는 대신 알려진 절대자세결정 오차의 크기를 갖는 가우시안(Gaussian) 오차를 관측 값으로 하였다. 동역학 방정식과 관측 값으로 구면변수를 사용하기 때문에 상대거리가 멀어질수록 상대위치 결정 정밀도가 낮아지는 경향이 있다. 이러한 경향을 분석하기 위하여 상대거리에 따른 상대위치 결정 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과 1 km의 거리에서는 준 밀리미터, 10 km의 거리에서는 준 센티미터 수준의 오차를 수반하는 실시간 상대위치 결정이 가능함을 보였다. 또한 이 시스템에서 주위성의 궤도결정이 상대위치 결정에 미치는 영향을 확인하기 위하여 GPS데이터를 장시간 입력 받지 못할 때를 가정한 상대위치 결정을 수행하였다. 주위성의 궤도 정보의 오차가 수십 km정도 누적되는 경우에도 위성간 상대위치 결정은 큰 영향을 받지 않음을 확인하였다. 이 연구에서 이루어진 먼 거리에서의 정밀한 상대위치결정은 위성편대비행을 이용한 과학임무에 활용할 수 있다.