• 대한기계학회논문집A
• /
• 제33권12호
• /
• pp.1427-1432
• /
• 2009

The pitch motion of a generic gravity gradient satellite is investigated in terms of chaos. The Melnikov method is used for detecting the onset of chaotic behavior of the pitch motion of a gravity gradient satellite. The Melnikov method determines the distance between stable and unstable manifolds of a perturbed system. When stable and unstable manifolds transverse on the Poincare section, the resulting motion can be chaotic. The Melnikov analysis indicates that the pitch dynamics of a generic gravity gradient satellite can be chaotic when the orbit eccentricity is small.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제39권2호
• /
• pp.137-143
• /
• 2011

중력구배 인공위성의 pitch 운동이 관성 모멘트 비와 편심율에 따라 혼돈계가 될 수 있다. 혼돈계의 경우 운동의 정확한 예측을 위하여 비혼돈계로 전환하는 혼돈계 제어가 필요하다. 혼돈계 제어에는 feedback control system을 사용할 수 있다. 중력구배 인공위성의 pitch 운동의 혼돈계 제어를 위하여, 비선형 pitch 운동 방정식을 선형화를 하여 linear nonautonomous system을 구하고, 이를 근거로 pitch 운동의 혼돈계 제어와 안정화(stabilization)를 위한 제어법칙을 설계하고 원래의 비선형 혼돈계 pitch 운동에 적용하였다. 설계된 pitch 운동 제어계는 두 개의 parameter를 가지는데, 혼돈계 제어와 안정화에 만족할 만한 결과를 보여주었다.

• 항공우주기술
• /
• 제2권1호
• /
• pp.54-62
• /
• 2003

우주공간상의 위성체는 아주 미세한 크기에 불과하지만 여러 가지 원인에 의한 외부교란토크를 받는다. 외부교란토크는 위성체의 궤도 운동뿐만 아니라 위성체의 자세에도 큰 영향을 미친다. 저궤도위성의 자세동역학에 작용하는 외부교란토크는 다양하다. 이러한 것들 중 중요한 4가지 원인은 중력경도, 지구자기장, 태양복사압 및 대기저항 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 저궤도위성과 같은 저궤도위성에 작용하는 외부교란토크를 상세히 분석하고 저궤도위성 자세동역학에 미치는 외부교란토크의 영향을 상세히 기술한다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
• /
• 제8권1호
• /
• pp.85-98
• /
• 1991

지구의 남극과 북극 주위를 저고도로 돌고 있는 소형 과학위성의 자세 조정을 위해 지구자기장을 이용하였다. 이것을 위해 소형 과학위성의 Telemetry 자료를 분석하였다. 위성에 장치된 3축 magnetometer에서 자기장 성분의 크기와 변동량을 측정하여 위성의 회전상태를 알아내는 방법이 제시되었다. 위성이 회전축에 대하여 대칭형인 경우 특정한 위치에서의 자세판단이 가능하다. 현재 자세와 원하는 자세를 비교했을 때 나타나는 차이를 각 축에 대한 회전속도의 조절로 제거할 수 있는 방법을 연구하였다. 여기에서는 자세 측정으로부터 얻은 자료를 가지고 magnetorquer에 공급되어야 할 전류의 크기(혹은 유지시간)를 계산하는 기본 알고리즘을 연구하였고 직접 프로그램으로 작성해서 수행시켜 보았다. 이러한 자세제어 방법은 위성이 초기 tumbling 운동을 할 때와 Gravity gradient boom에 의한 수동제어가 이루어진 후에 적용할 수 있다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제31권7호
• /
• pp.100-111
• /
• 2003

극소형 피코위성 HAUSAT-1(Hankuk Aviation University SATellite-1)의 궤도는 고도 650km~800km, 경사각 65도 또는 98도에서 비행할 예정이다. 저궤도에서 운용되기 때문에 외란으로 작용하는 요소 중 지구중력과 지구 자기장에 의한 영향이 크다. HAUSAT-1은 자세제어를 하기 위해서 자기 토커를 사용하며, 부가적으로 탑재체인 태양전지셀 전개 매커니즘을 중력구배 붐으로 사용한다. 위성의 자세 안정화 성능을 판단하기 위해서 MATLAB을 이용해서 시뮬레이션 하였고, 시뮬레이션은 8차 자기장 모델, 비선형 외란 방정식, 그리고 비선형 위성 자세방정식을 사용해서 수행되었다. 시뮬레이션을 통해서 HAUSAT-1의 중력구배붐 전개 전과 후 그리고 외란에 의한 자세 변화를 확인하고 결과를 비교했다. 자기 토커를 이용한 효율적인 HAUSAT-1의 자세제어 시스템 개발을 위한 자세 안정화 방법에 대해서도 분석하였다.

• 한국측량학회지
• /
• 제32권1호
• /
• pp.63-73
• /
• 2014

최근 의도적인 간섭 또는 전파교란으로 인한 위성기반항법시스템(GNSS)의 정확도 저하 문제가 대두되면서 GNSS를 사용할 수 없는 환경에 대응할 수 있는 항법 기술 중 하나로 데이터베이스(DB)를 기반으로 한 항법 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 지구물리 DB 중 중력구배를 선정하여 우리나라 중력구배 DB를 구축하고, 확장형칼만필터(EKF)를 적용하여 중력구배기반 항법을 구현하였다. 항법 성능은 시뮬레이션을 통해 분석하였으며, 우리나라 전역에 14개의 비행궤적을 생성한 후 다양한 DB와 센서 오차, 그리고 고도에 따른 영향을 고려하였다. 비행성능을 분석한 결과 DB와 센서 오차가 작을수록, 고도가 낮을수록 정밀한 항법이 가능함을 확인하였다. 또한, DB 기반의 항법시스템 중 가장 널리 알려진 지형참조 항법과 상대적인 성능 분석을 수행한 결과, 고도가 낮은 경우는 DB 및 센서 오차와 무관하게 대체로 중력구배기반 항법이 우수한 성능을 나타내었다. 그러나 고도가 높아지면 높은 정밀도의 중력구배계와 중력구배 DB를 탑재한 경우에만 지형참조 항법의 결과와 유사한 수준의 항법이 가능하였다. 본 연구에서 고려한 DB와 센서 오차, 고도 외에도 DB 해상도, 비행속도 및 갱신 주기 등 중력구배기반 항법에 영향을 미치는 다양한 요인이 있으므로 이를 고려한 분석이 추가로 수행되어야 할 것이다.

• 지구물리
• /
• 제2권1호
• /
• pp.27-38
• /
• 1999

최근 공개된 위성중력을 이용하는 오차 최소화 기법을 적용하여 선상중력내 존재하는 구간 측선간 오차나 교차점 오차를 성공적으로 보정하였으며, 보정된 선상중력을 위성중력과 결합하여 고해상 중력분포를 도출하였다. 오차 최소화 과정에서 울릉분지의 선상중력은 위성중력보다 장주기 성분에서 상대적으로 크게 보정되었으나 단주기 성분은 그대로 보존되었다. 이것은 선상중력이 갖는 단주기의 중력 성분이 훼손되지 않은 채 안정되고 연속성을 갖는 장주기의 인공위성 중력분포에 잘 접합될 수 있다는 것을 보여 준다. 통합된 후리에어이상도는 위성중력의 장주기 성분과 선상중력의 단주기 성분을 모두 표현하므로 해저지형 및 지질분포의 해석에서 보다 상세하고 신뢰성 있는 정보를 제공한다. 후리에어이상은 수심이 깊은 분지 중앙 지역이 해저산이나 대지 등 높은 지형으로 이루어진 분지 주변부 보다 상대적으로 낮게 분포하는 등 전반적으로 해저지형의 분포 경향에 부합되어 변화한다. 그러나 대륙사면을 이루고 있는 분지의 서쪽 및 동쪽 주변부를 따라서는 지역적으로 함몰된 퇴적기반과 두꺼운 퇴적층 및 대륙 주변부에서 특징적인 가장자리 효과로 인한 저이상대가 발달하고 있다. 울릉도 북동부에 위치한 한국대지 및 울릉대지에서 북동-남서방향의 선형분포를 갖는 중력이상은 동해가 열개되는 동안 균열된 지각 사이를 따라 일어난 화산활동의 결과로 형성된 해산이나 관입암체가 선형으로 배열함으로서 기인한 것으로 해석된다. 선형으로 배열된 고중력분포는 울릉대지 서쪽 경계부에서 급구배를 보이는 북북서-남남동 방향의 직선적인 중력분포에 의해 절단되고 있는 데 이 급구배의 중력이상은 울릉대지 서부 경계를 이루는 단층선애에 기인한다. 울릉대지가 서쪽으로 뚜렷한 단층 접촉을 나타내고 있으나 지형적인 형태에 있어서 대비되지 않는 것은 울릉대지가 단층을 경계로 분리되어 이동되어 왔을 가능성을 시사한다. 분지의 중앙 북동부에서는 수심이 깊어지는 데 비해 중력치는 오히려 높아지는 경향을 나타내고 있는 것은 맨틀이 주변부에 비해서 상대적으로 천부에 존재하고 있는 것이 가장 큰 요인이며, 해저지각의 두께가 얇은 대신 지각의 밀도가 주변 대륙보다 높은 데도 기인한다.

• 한국측량학회지
• /
• 제32권3호
• /
• pp.271-279
• /
• 2014

As an alternative way to overcome the weakness of the global navigation satellite system (GNSS) in hostile situation, a gravity gradient referenced navigation (GGRN) has been developed. This paper analyzed the performance of GGRN with respect to the initial errors, DB resolution as well as update rates. On the basis of simulations, it was found that the performance of GGRN is getting worse when initial errors exist but the navigation results are rapidly converged. Also, GGRN generates better results when DB resolution is higher and update rates are shorter than 20 seconds. However, it is difficult to deduce the optimal parameters for the navigation because some trajectories show better performance in case low-resolution DB is applied or long update rate is supposed. Therefore, further analysis to derive specific update conditions to improve the performance has been performed. Those update conditions would not be generalized for all cases although maximum improvement rate is over 200% in certain case. In the future, some more developments and tests on the combination of various geophysical data and/or algorithms are necessary to construct more stable and reliable navigation system.

• 한국측량학회지
• /
• 제37권5호
• /
• pp.367-377
• /
• 2019

As an alternative navigation system for the non-GNSS (Global Navigation Satellite System) environment, a new type of DBRN (DataBase Referenced Navigation) which applies both gravity gradient and terrain, and combines filter-based algorithm with profile matching was suggested. To improve the stability of the performance compared to the previous study, both centralized and decentralized EKF (Extended Kalman Filter) were constructed based on gravity gradient and terrain data, and one of filters was selected in a timely manner. Then, the final position of a moving vehicle was determined by combining a position from the filter with the one from a profile matching. In the simulation test, it was found that the overall performance was improved to the 19.957m by combining centralized and decentralized EKF compared to the centralized EKF that of 20.779m. Especially, the divergence of centralized EKF in two trajectories located in the plain area disappeared. In addition, the average horizontal error decreased to the 16.704m by re-determining the final position using both filter-based and profile matching solutions. Of course, not all trajectories generated improved performance but there is not a large difference in terms of their horizontal errors. Among nine trajectories, eights show smaller than 20m and only one has 21.654m error. Thus, it would be concluded that the endemic problem of performance inconsistency in the single geophysical DB or algorithm-based DBRN was resolved because the combination of geophysical data and algorithms determined the position with a consistent level of error.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
• /
• 제어로봇시스템학회 2005년도 ICCAS
• /
• pp.1641-1644
• /
• 2005

Magnetic actuation utilizes the mechanic torque that is the result of interaction of the current in a coil with an external magnetic field. A main obstacle is, however, that torques can only be produced perpendicular to the magnetic field. In addition, there is uncertainty in the Earth magnetic field models due to the complicated dynamic nature of the field. Also, the magnetic hardware and the spacecraft can interact, causing both to behave in undesirable ways. This actuation principle has been a topic of research since earliest satellites were launched. Earlier magnetic control has been applied for nutation damping for gravity gradient stabilized satellites, and for velocity decrease for satellites without appendages. The three axes of a micro-satellite can be stabilized by using an electromagnetic actuator which is rigidly mounted on the structure of the satellite. The actuator consists of three mutually-orthogonal air-cored coils on the skin of the satellite. The coils are excited so that the orbital frame magnetic field and body frame magnetic field coincides i.e. to make the Euler angles to zero. This can be done using a Neural Network controller trained by PD controller data and driven by the difference between the orbital and body frame magnetic fields.