본 논문에서는 6년째 운용되고 있는 아리랑 1호에 탑재된 GPS 수신기의 실제 궤도 상 성능을 분석하였다. 수신기의 환경변수 설정에 따라 지상에서 수행하는 궤도결정 정밀도 변화, GPS 위성 가시성들을 분석하였으며, 실제 궤도에서 운영 중 관측되는 문제점에 대해서 기술하였다. 분석 결과, 항행해를 구하는 Position Fix Algorithm을 ‘Best-of-4’ 로 설정한 상태에서 획득한 항행해를 이용한 지상 궤도결정 정밀도가 ‘N-in-View’ 설정 상태의 결과 보다 약간 높았으며, 이때 ‘Mask Angle'은 0도로 설정하는 것이 유리함을 알 수 있었다. 반면, ‘N-in-View’ 방식하에서는 GPS 위성에 대한 가시성이 조금 높았으며, 일시적인 3D Fix Loss 발생 빈도 수도 상대적으로 적은 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 6년째 운용되고 있는 아리랑 1호에 탑재된 GPS 수신기의 실제 궤도 상 성능을 분석하였다. 수신기의 환경변수 설정에 따라 지상에서 수행하는 궤도결정 정밀도 변화, GPS 위성 가시성들을 분석하였으며, 실제 궤도에서 운영 중 관측되는 문제점에 대해서 기술하였다. 분석 결과, 항행해를 구하는 Position Fix Algorithm을 ‘Best-of-4’ 로 설정한 상태에서 획득한 항행해를 이용한 지상 궤도결정 정밀도가 ‘N-in-View’ 설정 상태의 결과 보다 약간 높았으며, 이때 ‘Mask Angle'은 0도로 설정하는 것이 유리함을 알 수 있었다. 반면, ‘N-in-View’ 방식하에서는 GPS 위성에 대한 가시성이 조금 높았으며, 일시적인 3D Fix Loss 발생 빈도 수도 상대적으로 적은 것을 알 수 있었다.
In this paper, the performance of the KOMPSAT-1 GPS receiver on orbit was analyzed. OD (Orbit Determination) accuracy using GPS navigation solutions and GPS visibility were investigated with respect to the configuration of the GPS receiver. Indeed, the problem such as ‘3D Fix Loss’ observed during t...
In this paper, the performance of the KOMPSAT-1 GPS receiver on orbit was analyzed. OD (Orbit Determination) accuracy using GPS navigation solutions and GPS visibility were investigated with respect to the configuration of the GPS receiver. Indeed, the problem such as ‘3D Fix Loss’ observed during the mission was presented. As a result, the OD accuracy of ‘Best-of-4’ Position Fix Algorithm with 0 degree of mask angle was slightly better than that of ‘N-in-View’ Position Fix Algorithm. On the other hand, the GPS visibility under ‘N-in-View’ Algorithm is better than that of ‘Best-of-4’ Algorithm. The occurrence of temporal 3D Fix Loss is reduced when the ‘N-in-View’ Position Fix Algorithm was selected.
In this paper, the performance of the KOMPSAT-1 GPS receiver on orbit was analyzed. OD (Orbit Determination) accuracy using GPS navigation solutions and GPS visibility were investigated with respect to the configuration of the GPS receiver. Indeed, the problem such as ‘3D Fix Loss’ observed during the mission was presented. As a result, the OD accuracy of ‘Best-of-4’ Position Fix Algorithm with 0 degree of mask angle was slightly better than that of ‘N-in-View’ Position Fix Algorithm. On the other hand, the GPS visibility under ‘N-in-View’ Algorithm is better than that of ‘Best-of-4’ Algorithm. The occurrence of temporal 3D Fix Loss is reduced when the ‘N-in-View’ Position Fix Algorithm was selected.
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문제 정의
본 논문에서는 실제 궤도상에서 운영 중인 아리랑 1호에 탑재된 GPS 수신기의 환경변수 설정에 따른 지상 궤도결정 정밀도 변화, GPS 위성 가시성 변화에 대해 기술하였다. 또한, 지난 5년간 궤도상에서 운영하면서 관측되어진 문제점에 대해서도 기술하였다.
본 논문에서는 DOP Hysteresis와 2D DOP Threshold의 값은 최대치로 고정시킨 후 Mask Angle과 Position Fix Algorithm의 변경에 따른 지상 궤도결정 정밀도의 변화를 살펴보았다. 변수들의 조건들은 다음 표 2와 같으며, 2004년 8월 21일부터 2004년 10월 15일까지 지상 명령을 통해 Position Fix Algorithm에 따라 각각 Mask Angle을 0, 5, 10, 15도로 변경하여 각 경우별로 최소 5일 이상 운영을 하면서 분석에 필요한데 이터들을 획득하였다.
본 논문에서는 실제 궤도상에서 운영 중인 아리랑 1호에 탑재된 GPS 수신기의 환경변수 설정에 따른 지상 궤도결정 정밀도 변화, GPS 위성 가시성 변화에 대해 기술하였다. 또한, 지난 5년간 궤도상에서 운영하면서 관측되어진 문제점에 대해서도 기술하였다.
본 논문에서는 아리랑 1호에 탑재된 GPS 수신기의 실제 궤도상 성능 및 운영상 관측된 문제점에 대해 기술하였다.
제안 방법
수신기의 환경변수 설정에 따른 성능 특징 분석은 참고문헌에서 수행한 바 있으나, 이들 조건 변경에 따른 지상에서의 궤도결정 정밀도 변화는 수행하지 않았다. 반면, 앞서 언급한 바와 같이 생성된 항행해를 이용하여 지상에서 수행한 궤도결정 결과에 대한 분석은 참고문헌에서 수행 하였으나, 수신기의 환경 변수는 기본값으로 고정한 상태에서 분석하였다.
본 논문에서는 DOP Hysteresis와 2D DOP Threshold의 값은 최대치로 고정시킨 후 Mask Angle과 Position Fix Algorithm의 변경에 따른 지상 궤도결정 정밀도의 변화를 살펴보았다. 변수들의 조건들은 다음 표 2와 같으며, 2004년 8월 21일부터 2004년 10월 15일까지 지상 명령을 통해 Position Fix Algorithm에 따라 각각 Mask Angle을 0, 5, 10, 15도로 변경하여 각 경우별로 최소 5일 이상 운영을 하면서 분석에 필요한데 이터들을 획득하였다.
Position Fix Algorithm과 Mask Angle을 변경하면서 획득한 GPS 항행해(위치 데이터)를 전송받아 지상에서 궤도결정을 수행한 결과는 다음 표 3에 정리하였다. 실제 궤도를 알 수 없으므로 간접적인 방법인 중첩법(Overlap Method)> 통해 정밀도를 평가하였으몌5], 연속되는 30시간 데이터를 이용하여 궤도결정을 수행한 후 중첩되는 6시간 중 양끝 효과 (End Effect)를 고려하여 각 결정궤도의 끝 1시간을 제외한 중복되는 4시간 동안의 상호간의 위치 차이를 구하였다. 각 결과들은 각 환경변수를 변경한 후 5일 간 획득한 데이터를 이용한 결과들의 평균값이다.
성능/효과
GPS 항행해를 관측데이터로 하여 지상에서 궤도결정을 수행할 경우 중첩법을 이용한 궤도정밀 도 측면에서는 'Best-of-4' 방식에서 Mask Angle 을 0도로 설정하는 것이 유리함을 알 수 있었다. 반면에, 일시적으로 발생하는 3D Fix Loss 발생 빈도는 'N-in-View, 방식인 경우 횟수가 상대적으로 감소함을 알 수 있었다.
반면에, 두 방식에 대해 각각 Mask Angle 이 15도, 10도인 경우 정밀도가 가장 낮은 것을 알 수 있었다. 결과적으로 항행해를 이용한 지상 궤도결정 정밀도 측면에서는 'Best-of-4' 방식하에서 Mask Angle 은 0도로 설정하는 것이 가장 유리하였다.
그림에서 보는 바와 같이 'N-in-View' 방식을 채택하였을 경우 1일 동안 순간적으로 발생하는 3D Fix Loss 횟수가 'Best-of-4' 방식을 채택했을 경우보다 대체적으로 적음을 알 수 있다. 'Best-of-4'의 경우 Mask Angle 이 15도인 경우나。도, 즉 지상 결정궤도 정밀도 측면에서 좋은 경우와 나쁜 경우 대체적으로 유사한 빈도수를 보여주고 있으나, 'N-in-View' 인 경우 Mask Angle이 높아짐에 따라 빈도수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 위성체에서 직접 GPS 항행해를 이용할 경우 강건성 측면에서는 'N-in-View' 방식하에서 낮은 Mask Angle을 설정하는 것이 유리하였다.
따라서, 위성체에서 항행해를 직접 이용하는 경우에는 강건성 측면에서 'N-in-View, 방식이 유리하다. 아리랑 1호의 경우 평균적으로 약 35일마다 3D Fix Loss가 발생한 후 이를 극복하지 못하고 항행해를 지속적으로 계산하지 못하는 문제점이 발생함을 관찰하였으며, 주로 극 지역을 선회할 때 상대적으로 많이 발생함을 알 수 있었다. 이 문제점은 극 지역의 우주방사 환경 변화 혹은 이와 관련된 수신기 내부의 알고리즘 자체의 문제점에 기인하는 것으로 사료된다.
169 m 정도 줄어든 것을 알 수 있었다. 즉, GPS 항행해를 이용한 지상 궤도결정 정밀도 측면에서 보면 'Best-of-4' 방식이 유리하다는 것을 알 수 있었다.
참고문헌 (6)
김해동, 최해진, 김은규, 'GPS 항행해를 이용한 아리랑 1호의 궤도결정 성능분석 연구', 한국항공우주학회지, 제 32권, 제 4호, 2004, pp.43-52
Kim, H. D., Kim, E. K, Choi, H. J., 'Orbit Determination for the KOMPSAT-l Spacecraft during the period of the solar maximum', Presented at 35th CaSPAR, Paris, 2004
Vicero $^{TM}$ GPS Spaceborne Receiver, 2002, General Dynamics Decision Systems, Scottsdale, AZ, pp.1-2
Lee, J. H., Baek, M. J., Koo, J. C., Yong, K. L., Chang, Y. K., 'KOMPSAT-1 Satellite Orbit Control using CPS Data', KSAS International Journal, Vol. 1, No. 2, Nov. 2000, pp.43-49
Bertiger, W., Bar-Server, Yoaz., Haines, B., Ibanez-Meier, R., et al, 'The First Low Earth Orbiter with Precise GPS Positioning Topex/Poseidon', Proc. ION GPS 93, Utah, 1993, pp.269-277
Martin, T., MicroCosm Software Manuals, Ver. 2003, Vol. 3, Van Martin Systems, Inc., Rockville, 2004
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