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문제 정의
- 실시간 궤적추정이란 운동하고 있는 물체의 위치와 속도를 정밀하게 실시 간으로 얻는 것을 말한다. 운동하는 물체의 관측오차와 수학적 모델의 불완전성은 항상 존재하므로 이를 제거하여 보다 실제에 가까운 해를 얻는 것을 목표로 한다(최규홍 1997). 이 실시간 궤적추정의 결과는 현재 비행중인 우주발사체의 궤적과 발사 이전에 계획했던 기준궤적(nominal trajectory)을 비교하여 이상 유무를 판단하는데 사용되고 비행순간낙하점을 예측하는데 사용되는 등, 비행안전 과 임무성공에 관련된 비행정보를 파악하는데 필수적이다.
- 발사체의 발사시점부터 목표궤도 진 입시 점까 지 궤적을 추정하고 기존의 확장칼만필터를 이용한 결과와 비교하여 Unscented 칼만필터 기법의 특 성을 살펴보았다. 이러한 연구를 통해 우주발사체 궤적추정을 위한 새로운 필터링 기법의 장단점을 제시하여 우리나라우주발사체의 실시간 궤적추정 기법의 발전에 기여하고자 한다.
가설 설정
- 그림 3. 가상 KSLV-I의 시간에 따른 비행궤적. (a) 속도(km/s), (b) 고도(km)
- 표 2. 가상 KSLV-I의 시간에 따른 비행설계.
- KSLV-I을 추적하는 관측기는 거리(R)와 고도경사각(E), 방위 각(4)을 측정할 수 있는 레 이더로 설정하였다. 각 관측 값에 대한 오차의 분산 값에 대해서는 g은 10m, aE = aA = 0.1 milli-rad으로 가정하고, 다음과 같이 영(제로)-평균 가우시안 분포를 갖고 비편향된 것으로 가정하였다.
- 레이더와 발사체간 거리가 멀어질수록 관측오차는 급격히 증가한다. 그러므로 본 논문에서는 안정적 인 관측을 위해 그림 4와 같이 3기의 레이더를 가정하였다. 그림 4는 단일 레이더를 통한 관측값의 오차와 3기의 레이더를 통해 관측한 값의 오차를 비교한 그림이다.
- 발사체의 초기위치오차는 지구중심거리 1km, 위도와 경도는 각각 1 X 10-8rad으로 가정하였으며 속도성분의 초기오차는 초기오차가 작은 경우 속력 10m/s, 비행경로각과 방위각을 1 X lO^rad으 로 설정하였다.
- 성능비교를 위하여 위하여 관측주기가 긴 경우(10Hz)와 짧은 경우(20Hz), 초기오차가 작은 경우 와 큰 경우의 4가지 초기조건에 대해 각각 시뮬레 이션을 수행하였으며 초기오차가 작은 경우는 다음 과가정하였다.
- 현재 개발 중인 KSLV-I은 100kg급 소형위성을 근지점고도 300km, 원지점고도 1500km인 타원 궤도에 진입시키는 것을 목표로 하며, 발사체의 엔진은 1단 액체추진엔진과 2단 고체추진엔진을 사 용할 계획이다(최규성 등 2004). 세부 사양에 대해 아직 알려진 바가 없으므로 본 논문에서는 러시 아의 Kosmos-3M 발사체를 1단, 미국 Pegasus 발사체를 2단으로 가정하여 표 1과 같이 가상 KSLV-I 의 제원을 결정하였다(Isakowitz 1995).
- 038km/s; 근지점 고도 300km에서의 타 원궤도의 속도)이다. 여기서 가정한 KSLV■[의 제원과 임무를 통해 표2와 같은 비행설계但ight se- quence)를 구성하였다.
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