[논문]지상국 추적 데이터를 이용한 저궤도 위성의 궤도결정 특성 분석

정옥철; 최수진; 정대원; 김은규; 김학정

지상국 추적 데이터를 이용한 저궤도 위성의 궤도결정 특성 분석
Orbit Determination of LEO Satellite using Ground Tracking Data 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.10 no.2, 2011년, pp.170 - 176

정옥철 (한국항공우주연구원 저궤도위성관제팀) , 최수진 (한국항공우주연구원 저궤도위성관제팀) , 정대원 (한국항공우주연구원 저궤도위성관제팀) , 김은규 (한국항공우주연구원 위성운영실) , 김학정 (한국항공우주연구원 위성정보연구센터)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 지상국에서 추적한 저궤도 위성의 방위각 및 고도각을 관측자료로 이용하여 궤도결정을 수행한 결과를 분석하였다. 지상국 추적 데이터는 발사 후 초기 궤도결정을 위한 관측자료로 유용하게 사용된다. 이를 위해 지상국 추적데이터에 대한 표준 인터페이스 포맷을 정리하였고, 특정 지상국에 대한 추적 데이터의 통계적인 특성을 살펴보았다. 최소자승법을 이용한 궤도결정을 위해 연속되는 교신패스를 통해 얻은 아리랑 2호의 방위 각/고도각을 축적하여 관측자료로 이용함으로써 다양한 조합에 따른 궤도결정 결과를 분석하였고, 궤도결정 성능 검증을 위해 GPS 항행해를 이용한 궤도결정 값과 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper analyzes the orbit determination results using azimuth and elevation angle from ground tracking data, which has the standard data interface format, GEOS-C. The ground tracking data is very useful for initial orbit determination after a satellite launch. In this paper, the quality of the measurement data has been investigated using a variety of real tracking passes, compared with the high precision orbit data of KOMPSAT-2. The accumulated tracking data from consecutive satellite-ground passes is processed for orbit determination using least square method. The accuracy of orbit determination result is also presented.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 북극 노르웨이의 스발바드 지상국에서 추적한 아리랑 2호의 방위각/고도각을 관측자료로 이용하여 궤도결정을 수행한 결과를 분석하였다. 이를 위해 지상국 추적데이터에 대한 표준 인터페이스 포맷을 정리하였고, 특정 지상국에 대한 추적 데이터의 통계적인 특성을 살펴보았다.
본 논문에서는 지상국에서 추적한 저궤도 위성의 각도 데이터를 이용하여 궤도결정을 수행한 결과를 분석하였다. 이를 위해 지상국 추적데이터에 대한 표준 인터페이스 포맷을 정리하였고, 북극 근처에 위치한 스발바드 지상국에 대한 관측자료의 통계적인 특성을 살펴보았다.

제안 방법

스발바드 지상국은 고위도에 위치하고 있어 매 궤도마다 관측자료를 확보할 수 있다는 장점이 있다. 궤도결정을 위해 연속되는 교신패스를 통해 얻은 아리랑 2호의 방위각/고도각을 이용하여 궤도결정을 수행함으로써 궤도결정 성능을 파악하였다. 또한, 관측자료 축적에 따른 궤도결정 결과를 분석하였고, 궤도결정 성능 검증을 위해 GPS 항행해를 이용한 궤도결정 값과 비교하였다.
본 논문에서는 연속되는 세 궤도에서 얻은 아리랑 2호에 대한 스발바드 지상국의 방위각/고도각을 이용하여 관측자료의 특성을 살펴보았고, 궤도결정 결과를 각각 분석하였다.
이를 위해 지상국 추적데이터에 대한 표준 인터페이스 포맷을 정리하였고, 특정 지상국에 대한 추적 데이터의 통계적인 특성을 살펴보았다. 아리랑 2호의 경우 GPS 수신기를 이용한 궤도결정을 통해 하루 수십 미터 수준의 궤도예측 정밀도를 확보하고 있으므로, 최신 궤도예측 데이터를 기준궤도로 설정하여 추적데이터의 품질(Quality)을 살펴보았다. 스발바드 지상국은 고위도에 위치하고 있어 매 궤도마다 관측자료를 확보할 수 있다는 장점이 있다.
본 논문에서는 지상국에서 추적한 저궤도 위성의 각도 데이터를 이용하여 궤도결정을 수행한 결과를 분석하였다. 이를 위해 지상국 추적데이터에 대한 표준 인터페이스 포맷을 정리하였고, 북극 근처에 위치한 스발바드 지상국에 대한 관측자료의 통계적인 특성을 살펴보았다. 또한, 연속되는 패스를 통해 얻은 아리랑 2호의 방위각 및 고도각을 축적하여 관측자료로 이용함으로써 궤도결정 결과를 분석하였고, 궤도결정 성능 검증을 위해 GPS 항행해를 이용한 궤도결정 값과 비교하였다.
본 논문에서는 북극 노르웨이의 스발바드 지상국에서 추적한 아리랑 2호의 방위각/고도각을 관측자료로 이용하여 궤도결정을 수행한 결과를 분석하였다. 이를 위해 지상국 추적데이터에 대한 표준 인터페이스 포맷을 정리하였고, 특정 지상국에 대한 추적 데이터의 통계적인 특성을 살펴보았다. 아리랑 2호의 경우 GPS 수신기를 이용한 궤도결정을 통해 하루 수십 미터 수준의 궤도예측 정밀도를 확보하고 있으므로, 최신 궤도예측 데이터를 기준궤도로 설정하여 추적데이터의 품질(Quality)을 살펴보았다.
지상국 추적 데이터를 이용한 궤도결정 정밀도를 확인하기 위하여, 동일한 초기조건을 적용하되 하루 분량의 GPS 항행해를 이용한 궤도결정 결과와 비교하였다. 하루치 GPS 항법해를 이용한 아리랑 2호의 궤도결정 정밀도는 수 미터 수준으로 알려져 있다[5].

대상 데이터

본 논문에서 고려한 스발바드 지상국의 좌표정보는 표 4와 같다. 궤도결정에 사용한 데이터는 총 9가지이며, 하루 중 연속 3패스에 대하여 총 3일치 관측자료를 이용하였다. 표 5에는 고도각 5도 기준으로 관측 데이터의 날짜 및 궤도번호, 시작 및 종료시간을 각각 나타내었다.
최소자승법을 이용한 궤도결정을 위해 연속되는 교신패스에서 얻은 관측자료(지상국 추적 데이터) 이용하였다. 그림 4에는 관측자료 및 궤도결정 범위를 나타낸 것으로, 각 날짜에 대하여 동일한 초기조건을 이용하여 1-패스에 대한 관측자료만을 이용할 경우(OD #1)와 2-패스에 대한 누적 관측자료를 이용할 경우(OD #2), 그리고 3-패스에 대한 누적 관측자료를 모두 이용할 경우(OD #3)에 대한 궤도결정을 수행하였다.

데이터처리

궤도결정을 위해 연속되는 교신패스를 통해 얻은 아리랑 2호의 방위각/고도각을 이용하여 궤도결정을 수행함으로써 궤도결정 성능을 파악하였다. 또한, 관측자료 축적에 따른 궤도결정 결과를 분석하였고, 궤도결정 성능 검증을 위해 GPS 항행해를 이용한 궤도결정 값과 비교하였다.
이를 위해 지상국 추적데이터에 대한 표준 인터페이스 포맷을 정리하였고, 북극 근처에 위치한 스발바드 지상국에 대한 관측자료의 통계적인 특성을 살펴보았다. 또한, 연속되는 패스를 통해 얻은 아리랑 2호의 방위각 및 고도각을 축적하여 관측자료로 이용함으로써 궤도결정 결과를 분석하였고, 궤도결정 성능 검증을 위해 GPS 항행해를 이용한 궤도결정 값과 비교하였다. 궤도결정에는 일괄처리 방식인 최소 자승법을 이용하였으며, 최소 2패스의 각도 추적데이터를 이용하면 정밀한 궤도결정이 가능함을 확인하였다.

성능/효과

또한, 연속되는 패스를 통해 얻은 아리랑 2호의 방위각 및 고도각을 축적하여 관측자료로 이용함으로써 궤도결정 결과를 분석하였고, 궤도결정 성능 검증을 위해 GPS 항행해를 이용한 궤도결정 값과 비교하였다. 궤도결정에는 일괄처리 방식인 최소 자승법을 이용하였으며, 최소 2패스의 각도 추적데이터를 이용하면 정밀한 궤도결정이 가능함을 확인하였다. 지상국 추적 데이터는 발사 후 초기 궤도결정에 유일한 관측자료임을 감안하여, 향후에는 초기조건 및 관측자료 불확실성에 따른 궤도결정 정밀도 특성을 상세히 분석할 계획이다.
또한, 관측자료가 상대적으로 적은, 즉 지상국과 위성간의 고도각이 낮은 패스에 해당하는 OD #1 - OD #3은 관측자료가 많은 패스를 이용할 경우에 비해 궤도결정 정밀도가 떨어진다. 궤도결정을 통해 방위각 평균오차가 0.1도 미만이고 고도각 평균오차가 0.2도 미만일 때, 최소 2-패스의 각도 데이터를 이용하면 정밀한 궤도결정이 가능함을 확인할 수 있다.
관측자료에 대한 통계 특성치는 표 6에 정리하였다. 높은 고도각을 갖는 경우 방위각의 최대 오차가 크게 발생하지만, 모든 패스에 대하여 방위각 평균 오차는 0.02도에서 0.06도로 0.1도 미만이며, 고도각 평균 오차는 0.06도에서 0.21도 사이에 형성됨을 확인할 수 있다.
본 논문에서 고려한 스발바드 지상국은 북극 근처에 위치하고 있어, 거의 매 궤도마다 지상추적이 가능하다는 장점이 있다. 본 논문에서 고려한 스발바드 지상국의 좌표정보는 표 4와 같다.

후속연구

궤도결정에는 일괄처리 방식인 최소 자승법을 이용하였으며, 최소 2패스의 각도 추적데이터를 이용하면 정밀한 궤도결정이 가능함을 확인하였다. 지상국 추적 데이터는 발사 후 초기 궤도결정에 유일한 관측자료임을 감안하여, 향후에는 초기조건 및 관측자료 불확실성에 따른 궤도결정 정밀도 특성을 상세히 분석할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인공위성의 궤도결정은 어떤 과정인가?	인공위성의 궤도결정(Orbit Determination)은 궤도 동역학 모델과 관측자료를 통해 위성의 위치 및 속도를 추정하는 과정이다. 지구 저궤도 위성의 궤도결정에 사용되는 관측자료에는 위성에 탑재된 GPS 수신기 데이터, 지상 추적 데이터 등이 있다.
	지상국에서는 안테나를 통해 획득한 관측자료들은 각각 어떻게 구해지는가?	대표적인 관측자료로는 방위각, 고도각, 그리고 시선거리를 들 수 있다. 방위각과 고도각은 지상국 안테나가 실제 구동한 각도를 의미하며, 시선거리는 지상국에서 송출한 전파가 위성체에 전달되어 다시 지상국으로 돌아오는 데까지 걸리는 시간으로 계산된다. 전 세계적으로 분포한 지상국과 서로 다른 위성들 간의 지상국 추적 데이터를 원활하게 주고받기 위해서는 표준 인터페이스 포맷이 필요하며, 이를 위해 GEOS-C 포맷이 정의되어 있다.
	저궤도 위성의 궤도결정에 사용되는 관측자료는 무엇이 있는가?	인공위성의 궤도결정(Orbit Determination)은 궤도 동역학 모델과 관측자료를 통해 위성의 위치 및 속도를 추정하는 과정이다. 지구 저궤도 위성의 궤도결정에 사용되는 관측자료에는 위성에 탑재된 GPS 수신기 데이터, 지상 추적 데이터 등이 있다. GPS 수신기 데이터에는 GPS 항해해(Navigation Solution)와 GPS 원시 데이터 (Pseudo Range, Carrier Phase)가 있고, 지상 추적 데이터에는 지상 관측소에서 위성을 추적하여 얻은 방위각(Azimuth), 고도각(Elevation), 시선거리(Range) 등이 포함된다.

참고문헌 (5)

김해동, 김은규, 최해진, "발사초기 제한된 지상추적 데이터를 이용한 궤도결정 및 궤도예측 성능분석", 한국항공우주학회 2003년도 추계학술대회 논문집, 2003.
김해동, 정옥철, 김은규, 방효충, "아리랑 2호 초기궤도결정 분석", 한국항공우주학회 2006년도 추계학술대회 논문집, 2006.
이병선, 황유라, "하나의 지구국으로부터 얻은 각 측정 데이터만을 이용한 저궤도위성의 궤도결정", 한국항공우주학회 2004년도 추계학술대회 논문집, 2004.
Battin, Richard H, An Introduction to the Mathematics and Methods of Astrodynamics, AIAA, 1987.
김해동, 정옥철, 김은규, "아리랑위성 2호 초기운용 및 임무기간 중 궤도분석", 한국항공우주학회지, 제 38권, 제 9호, pp. 914-924, 2010.

원문보기 상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증