Unscented 칼만필터를 이용한 정지궤도 위성의 궤도 결정 = Real time orbit determination of geostationary satellite using the Unscented Kalman Filter

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 지금까지 널리 사용되고 있는 확장칼만필터와 최근 개발되어 주목받기 시작한 Unscented 칼만필터의 알고리즘을 정지궤도 위성의 실시간 궤도 결정에 적용하여 그 성능을 비교 분석 하는데 목적이 있다. 이러한 결과는 정지궤도 위성의 궤도결정을 실시간으로 수행하는데 있어서 지상관제시스템의 중요한 기능인 비행역학시스템을 구성하는데 이용될 수 있다. 상태 벡터는 직교 좌표계(J2000)에서의 위치와 속도로 구성되었다. 정지궤도 위성의 동역학 모델 중 섭동력은 태양과 달의 중력(JPL-DE405), 비대칭 지구 중력장(GEM10), 태양의 복사압, 그리고 대류층 지연오차를 고려하였다. 관측 모델은 지상에 3개의 지상국을 두고 방위각, 고도각, 거리, 거리 변화율 중 하나를 사용하였다. 본 연구의 결과를 통해 궤도 결정에서 Unscented 칼만필터의 성능과 특징을 분석할 수 있었다. 확장칼만필터에서는 초기 궤도 추정치의 오차가 클 때 실제 궤도로의 수렴이 늦게 이루어졌으나, Unscented 칼만필터에서는 초기 오차에 민감하게 반응하지 않고 매우 빠르고 안정적으로 수렴하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The main purpose of this research is to determine a suitable filtering method in orbit determination of geostationary satellite. Extended Kalman Filter(EKF) is used widely so far and Unscented Kalman Filter(UKF) is begun to observe being developed recently and comparing results, The result of research can be used to compose important technicians ground control system of flight dynamics system while achieving orbit determination of geostationary satellite by real time. State vector is composed position and velocity at rectangular coordinates(J2000). The perturbation of dynamic models of satellite considered ephemeris(JPL-DE2000), geopotential model(GEM10), solar radiation pressure, and troposphere delay. Observation model puts 3 stations on ground and used one of azimuth angle, elevation angle, range and range rate. We could analyze UKF''s performance and general feature in orbit determination through result of this research. When estimated initial errors of orbit are big, EKF''s result values converged lately. But UKF does not react sensitively in error of early estimated value, and the error was converged well.