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아리랑위성 2호, 5호의 우주파편 충돌회피기동 주기 분석
김은혁(Eun-Hyouek Kim),김해동(Hae-Dong Kim),김은규(Eun-Kyou Kim),김학정(Hak-Jung Kim) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.11
본 논문에서는 현재 운용 중인 아리랑위성 2호와 발사예정인 아리랑위성 5호의 우주파편 충돌 회피기동 주기를 분석하였다. 이때, 각 위성들의 임무궤도 특성, 충돌 회피 여유시간, 허용 충돌확률, 위치 불확실성 등의 인자들의 변화에 따라 분석을 수행하였다. 또한, 결과의 타당성을 검증하기 위해 실제 1년 동안 생성된 NORAD TLE 카탈로그(catalog) 상의 우주 물체들과 아리랑위성 2호와의 충돌 회피기동 주기를 계산하였다. 분석 결과, 두 위성 모두 연중 약 1회 충돌 회피기동이 요구됨을 확인할 수 있었으며, 계산 인자들의 변화에 따른 결과 분석을 통해 추후 발사 예정인 저궤도 위성들의 충돌 회피기동 주기 예측 정밀도를 향상시키기 위한 방안들을 제시하였다. In this paper, a collision avoidance maneuver frequency for the KOMPSAT-2 and the KOMPSAT-5 is analyzed. For the statistical prediction of the avoidance maneuver frequency, mission orbits, responsive time, accepted collision probabilities, and positional uncertainties of primary and secondary objects are considered. In addition, the collision avoidance maneuver frequency of the KOMPSAT-2 is compared to the case that NORAD catalog during one year is used to calculate that of the KOMPSAT-2. As a result, the collision avoidance maneuver frequency is one per year on average and effective factors on the statistical prediction of the avoidance maneuver frequency are investigated. Efforts to improve its prediction accuracy are also discussed.
고정밀 섭동모델을 이용한 실시간 On-board 궤도 결정 성능 향상
김은혁(Eun-Hyouek Kim),이병훈(Byung-Hoon Lee),박성백(Sung-Baek Park),진현필(Hyeun-Pil Jin),이현우(Hyun-Woo Lee),정연황(Yun-Hwang Jeong) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.9
본 논문에서는 실시간 On-board 궤도 결정 성능을 향상시키기 위해 고정밀 우주 섭동모델을 구현하였고, 구현된 우주 섭동모델을 GNSS 수신기의 궤도 결정 로직에 적용하여 그 결과를 분석하였다. 궤도 결정 로직은 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter)로 구현되었고, 의사거리로 계산한 궤도(Standard Position Service)를 관측정보로 이용하였다. 궤도 결정 로직 성능 검증은 GPS 인공위성의 신호를 모사하는 GNSS 시뮬레이터를 이용하여 수행하였다. 고정밀 섭동모델의 궤도 결정 성능을 J<SUB>2 </SUB>항만 고려한 섭동모델의 궤도결정 성능과 비교하여 분석한 결과, GPS 항행해의 위치 정밀도는 43.61 m(3 σ)에서 23.86 m(3 σ)로 46 % 개선되었으며 속도 정밀도는 0.159 m/s(3 σ)에서 0.044 m/s(3 σ)로 72 % 개선되어 정밀도가 향상된 것을 확인할 수 있었다. In this paper, a real-time on-board orbit determination algorithm using the high precise orbit propagator is suggested and its performance is analyzed. Orbit determination algorithm is designed with the Extended Kalman Filter. And it utilizes the orbit calculated from the Pseudo-range as observed data. The performance of the on-board orbit determination method implemented in the GPS-12 receiver is demonstrated using the GNSS simulator. Orbit determination performance using high precise orbit propagator was analyzed in comparison to the orbit determination result using J<SUB>2</SUB> orbit propagator. The analysis result showed that position and velocity error are improved from 43.61 m(3 σ) to 23.86 m(3 σ) and from 0.159 m/s(3 σ) to 0.044 m/s(3 σ) respectively.
김은혁(Eun-Hyouek Kim),김연호(Youn-Ho Kim),박종수(Jong-Soo Park),고동욱(Dong-Wook Koh),정연황(Yun-Hwang Jeong),이현우(Hyun-Woo Lee) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.4
본 논문에서는 국내에서 개발된 인공위성 중 최초로 홀 추력기(Hall-effect Thruster)를 탑재한 두바이셋-2(DubiaSat-2)호의 궤도를 분석하여 홀 추력기의 성능을 검증하였다. 두바이셋-2호가 발사된 2013년 11월 21일(UTC) 이후 8개월간의 초기 궤도 운용을 위한 준비 및 수행 결과들에 대해 중점을 두었으며, 임무 수행 기간 중 태양활동이 궤도 변화에 미치는 영향력을 함께 분석하였다. 특히, 증가한 추력에 따른 실제 궤도 변화와 예측된 궤도를 비교하여 분석한 결과 홀 추력기는 지상 실험 결과와 유사한 11 mN 추력을 발생하고 있는 것을 확인하였다. 본 논문에서 정리된 내용은 추후 홀 추력기를 탑재한 인공위성의 초기 및 정상 임무기간 동안 궤도 운용 시 안정성과 효율성을 높이는데 주요 참고자료가 될 것으로 판단된다. DubaiSat-2 is the first satellite developed in Korea equipped with a hall-effect thruster. In this paper, the performance of the DubaiSat-2 hall-effect thruster is verified by analyzing the orbit information of DubaiSat-2. The preparation and performance of orbit operations during 8 months after launch (2013.11.21., UTC) is emphasized and the effects of solar activity on orbit evolution is analyzed. In particular, the hall-effect thruster’s thrust is estimated by analyzing difference between observed orbit evolution and predicted orbit. As a result, the estimated thrust is similar to the ground experiment result of 11 mN. The summarized result in this paper would be important reference to improve the stability and effectiveness of satellite operation during the early operation and normal mission lifetime in case of low Earth orbit satellites.
저궤도 위성의 실시간 On-board 궤도 결정 성능 분석
김은혁(Eun-Hyouek Kim),고동욱(Dong-Wook Koh),정영석(Young-Suk Chung),박성백(Sung-Baek Park),진현필(Hyeun-Pil Jin),이현우(Hyun-Woo Lee) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.1
본 논문에서는 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter)를 이용하여 On-board상에 적용 가능한 궤도 결정 방안을 제시하고 GPS 수신기에 적용하여 그 결과를 분석하였다. 이때, On-board 상의 제한된 자원을 감안하여 본 연구에서는 J₂ 궤도 전파 모델과 GPS 항행해를 이용하여 궤도 결정을 수행하였으며 현재 운용 중인 두바이셋-2(DubaiSat-2) 인공위성에 적용한 결과를 분석하였다. 분석 결과 GPS 항행해에서 불규칙하게 발생하는 수 km의 큰 오차가 제거되었고 위치 오차는 70.26 m에서 26.25 m로 65% 감소하였으며 속도 오차는 3.6 m/s에서 0.044 m/s로 96% 감소하여 정밀도가 향상된 것을 확인할 수 있었다. In this paper, a real time on-board orbit determination method using the extended kalman filter is suggested and its performance is analyzed in the environment of the orbit. Considering the limited on-board resources, the J2 orbit propagate model and the GPS navigation solution are used for on-board orbit determination. The analysis result of the on-board orbit determination method implemented in DubaiSat-2 showed that position and velocity error are improved from 70.26 m to 26.25 m and from 3.6 m/s to 0.044 m/s, respectively when abnormal excursion errors is removed in the GPS navigation solution.
우주용 GPS 수신기를 위한 신호 처리부 구현과 성능 분석
진현필(Hyeun-Pil Jin),박성백(Seong-Baek Park),김은혁(Eun-Hyouek Kim),윤지호(Ji-Ho Yun),이현우(Hyun-Woo Lee) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.12
우주용 GPS 수신기에 널리 사용되었으나 단종된 GP2021 소자를 대체하기 위해, GPS 디지털 신호 처리부인 SIGP-1001을 개발하였다. GP2021 소자와 동일한 운용조건에서 수행한 각종 실험을 통해 SIGP-1001의 성능이 GP2021 소자의 성능과 유사함을 확인하였고, 그 결과 SIGP-1001으로 GP2021 소자를 충분히 대체 가능한 것으로 판단하였다. FPGA IP(Field Programmable Gate Array Intellectual Property) 형태로 개발한 SIGP-1001을 우주급 FPGA에 적용하면 GP2021 소자를 사용하였을 경우에 비해 신뢰성 향상이 가능하며, 위성 추적 채널 수 추가 등의 기능 확장을 통한 성능 개선이 가능하다. We developed a GPS digital signal processing FPGA IP, SIGP-1001 to replace the obsolete GP2021 device, which has been used for many space-borne GPS receivers. From a series of tests, we verified that SIGP-1001 has equivalent performance to the GP2021 device under the same operating condition and concluded that SIGP-1001 can replace the GP2021 device. The reliability of a GPS receiver can be improved by using a space-grade FPGA with SIGP-1001 instead of the GP2021 device and its performance is expected to be improved by increasing the number of search channels.