미지 우주물체 궤도 정보 획득을 위한 스트릭 추정 방법 검토

Streak Estimation Method for Obtaining Orbital Information of Unknown Space Objects

Abstract

광학관측 시스템에서, 미지의 우주물체의 궤도 정보를 얻을 수 있는 궤도 결정 방법에는, 균등한 시간 간격의 세쌍의 관측 값이 필요하다. 본 논문에서는 하나의 스트릭 영상의 정보를 이용하여, 세 쌍의 관측 값을 획득하기 위한 스트릭 추정 방법에 대하여 살펴본다. 우주 물체의 궤도에 따른 특성을 확인하고, 추정 성능을 평가하기 위하여, STK 프로그램을 이용하여 총 9가지 경우에 대한 위성 궤적 모의 관측 자료를 생성하였다. 하나의 스트릭 영상 정보로부터 수 초 후의 다음 스트릭 위치를 추정할 수 있는 세 가지 접근 방법을 적용하여 시뮬레이션을 수행하고, 추정 성능을 평가해 보았다. 선형 가정을 기본으로 하는 선형 벡터 방법과 Kalman Filter 방법은 비선형성이 커지는 부분에서 추정 오차도 함께 증가하는 경향을 보였으나, 최소자승 기법을 기반으로 한 다항식 커브 피팅을 통한 추정 방법은, 앞선 방법들 보다 오차 값이 작고 균일한 결과를 보였다.

In an optical observing system, three pairs of observations at equal time intervals are required for the orbit determination method to obtain orbital information of an unknown space objects. In this paper, we propose a method of estimating a streak for acquiring three pairs of observations using one streak image information. Satellite trajectory simulation data were generated for nine cases using the STK program in order to verify the characteristics of the orbit of space object and estimation performance. Simulation was performed by applying three approaches that can estimate the next streak position after a few seconds from one streak image information, and the estimation performance was evaluated. Linear vector method and Kalman Filter method based on the linear assumption tend to increase the estimation error in the region where the nonlinearity is large. However estimation method using the polynomial curve fitting based on the least square method showed smaller and uniform error result than the previous methods.

Fig. 1 Angles only preliminary orbit determination

Fig. 2 Matlab and STK connection for Satellite orbit

Fig. 3 Azimuth Plot

Fig. 4 Elevation Plot

Fig. 5 Streak Image

Fig. 6 STK Measurement Data & Streak

Fig. 7 Simulated Streak Data

Fig. 8 Simulation Results(1 Case) - Azimuth

Fig. 9 Simulation Results(1 Case) - Elevation

Fig. 10 Simulation Results(All Cases) - Azimuth

Fig. 11 Simulation Results(All Case) - Elevation