This study presents the generation and accuracy assessment of predicted orbital ephemeris based on satellite laser ranging (SLR) for geostationary Earth orbit (GEO) satellites. Two GEO satellites are considered: GEO-Korea Multi-Purpose Satellite (KOMPSAT)-2B (GK-2B) for simulational validation and Compass-G1 for real-world quality assessment. SLR-based orbit determination (OD) is proactively performed to generate orbital ephemeris. The length and the gap of the predicted orbital ephemeris were set by considering the consolidated prediction format (CPF). The resultant predicted ephemeris of GK-2B is directly compared with a pre-specified true orbit to show 17.461 m and 23.978 m, in 3D root-mean-square (RMS) position error and maximum position error for one day, respectively. The predicted ephemeris of Compass-G1 is overlapped with the Global Navigation Satellite System (GNSS) final orbit from the GeoForschungsZentrum (GFZ) analysis center (AC) to yield 36.760 m in 3D RMS position differences. It is also compared with the CPF orbit from the International Laser Ranging Service (ILRS) to present 109.888 m in 3D RMS position differences. These results imply that SLR-based orbital ephemeris can be an alternative candidate for improving the accuracy of commonly used radar-based orbital ephemeris for GEO satellites.
An operational orbit determination (OD) and prediction system for the geostationary Communication, Ocean, and Meteorological Satellite (COMS) mission requires accurate satellite positioning knowledge to accomplish image navigation registration on the ground. Ranging and tracking data from a single ground station is used for COMS OD in normal operation. However, the orbital longitude of the COMS is so close to that of satellite tracking sites that geometric singularity affects observability. A method to solve the azimuth bias of a single station in singularity is to periodically apply an estimated azimuth bias using the ranging and tracking data of two stations. Velocity increments of a wheel off-loading maneuver which is performed twice a day are fixed by planned values without considering maneuver efficiency during OD. Using only single-station data with the correction of the azimuth bias, OD can achieve three-sigma position accuracy on the order of 1.5 km root-sum-square.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.327-333
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2017
This study presents the orbit determination (OD) of a candidate Korea Regional Navigation Satellite System (KRNSS) using both inter-satellite links (ISLs) and ground observations. The candidate constellation of KRNSS is first introduced. The OD algorithm based on both ISL and ground observation is developed, and consists of three main components: dynamic model for Korean navigation satellites, measurement model for ISLs and ground observations, and the batch least-square filter for estimating OD parameters. As numerical simulations are performed to analyze the OD performances, the present study focuses on investigating the effects of ISL measurements on the OD accuracy of KRNSS. Simulation results show that the use of ISLs can considerably enhance the OD accuracy to one meter (design preference) under certain distributions of ground stations.
A precise kinematic orbit determination (P-KOD) procedure for Low Earth Orbiter(LEO) using the GPS ion-free triple differenced carrier phases is presented. Because the triple differenced observables provide only relative information, the first epoch's positions of the orbit should be held fixed. Then, both forward and backward filtering was executed to mitigate the effect of biases of the first epoch's position. p-KOD utilizes the precise GPS orbits and ground stations data from International GPS Service (IGS) so that the only unknown parameters to be solved are positions of the satellite at each epoch. Currently, the 3-D accuracy off-KOD applied to CHAMP (CHAllenging Min-isatellite Payload) shows better than 35 cm compared to the published rapid scientific orbit (RSO) solution from GFZ (GeoForschungsZentrum Potsdam). The data screening for cycle slips is a particularly challenging procedure for LEO, which moves very fast in the middle of the ionospheric layer. It was found that data screening using SNR (signal to noise ratio) generates best results based on the residual analysis using RSO. It is expected that much better accuracy are achievable with refined prescreening procedure and optimized geometry of the satellites and ground stations.
Kim, Young-Rok;Song, Young-Joo;Park, Jae-ik;Lee, Donghun;Bae, Jonghee;Hong, SeungBum;Kim, Dae-Kwan;Lee, Sang-Ryool
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.37
no.4
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pp.237-247
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2020
The ground tracking support is a critical factor for the navigation performance of spacecraft orbiting around the Moon. Because of the tracking limit of antennas, only a small number of facilities can support lunar missions. Therefore, case studies for various ground tracking support conditions are needed for lunar missions on the stage of preliminary mission analysis. This study analyzes the ground supporting condition effect on orbit determination (OD) of Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) in the lunar orbit. For the assumption of ground support conditions, daily tracking frequency, cut-off angle for low elevation, tracking measurement accuracy, and tracking failure situations were considered. Two antennas of deep space network (DSN) and Korea Deep Space Antenna (KDSA) are utilized for various tracking conditions configuration. For the investigation of the daily tracking frequency effect, three cases (full support, DSN 4 pass/day and KDSA 4 pass/day, and DSN 2 pass/day and KDSA 2 pass/day) are prepared. For the elevation cut-off angle effect, two situations, which are 5 deg and 10 deg, are assumed. Three cases (0%, 30%, and 50% of degradation) were considered for the tracking measurement accuracy effect. Three cases such as no missing, 1-day KDSA missing, and 2-day KDSA missing are assumed for tracking failure effect. For OD, a sequential estimation algorithm was used, and for the OD performance evaluation, position uncertainty, position differences between true and estimated orbits, and orbit overlap precision according to various ground supporting conditions were investigated. Orbit prediction accuracy variations due to ground tracking conditions were also demonstrated. This study provides a guideline for selecting ground tracking support levels and preparing a backup plan for the KPLO lunar mission phase.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.1
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pp.337-342
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2006
The use of GPS receiver at outer space becomes common in low earth orbit. The KOrea Multi-Purpose SATellite-1 (KOMPSAT-1) which was launched in December 1999 has used GPS receiver's navigation solution to perform the Orbit Determination (OD) in the ground. At the circumstance of using only one ground station, the Orbit Determination using GPS receiver is good method. Because the accuracy of navigation solution acquiring directly from GPS receiver is not enough in satellite application such as map generation, post-processing concepts such as the Precise Orbit Determination (POD) are applied to satellite data processing to improve satellite position accuracy. The POD uses GPS receiver's raw measurement data instead of GPS receiver's navigation solution. The KOrea Multi- Purpose SATellite-2 (KOMPSAT-2) system newly uses the POD technique for large scale map generation. The satellite was launched in the end of July 2006. The satellite sends high resolution images in panchromatic band and multi-spectral bands to the ground. The satellite system uses GPS receivers as source of time synchronization and command reference in the satellite, provider of navigation solution for the OD, and provider of raw measurement data for the POD. In this paper, mechanical configuration and operations of the GPS receiver will be presented. The GPS data characteristics of the satellite such as time synchronization, command reference, the OD using GPS receiver's navigation solution, and the POD using GPS receiver's raw measurement data will be presented and analyzed. The enhancement of performance compared with it of the previous satellite will also be analyzed.
This paper describes the development of an autonomous system for the precise orbit determination (POD) using GPS raw data. Orbit processing requiring the orbit determination (OD) accuracy of 1m ($1{\sigma}$) or sub-meter is relatively complicated comparing to that of more than several meters. The architecture of the developed system for processing POD automatically and the test results of it were presented. The implemented system is able to be used to the flight dynamics system of the satellite mission control system and moreover can be applied to the multi-satellite POD system by means of incorporating with the automated operational orbit processing system (i.e., Kgs automated Operational Orbit Processing System, KOOPS), which was already developed by the authors.
Kim, Young-Rok;Song, Young-Joo;Bae, Jonghee;Choi, Seok-Weon
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.35
no.4
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pp.295-308
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2018
In this study, orbit determination (OD) simulation for the Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) was accomplished for investigation of the observational arc-length effect using a sequential estimation algorithm. A lunar polar orbit located at 100 km altitude and $90^{\circ}$ inclination was mainly considered for the KPLO mission operation phase. For measurement simulation and OD for KPLO, the Analytical Graphics Inc. Systems Tool Kit 11 and Orbit Determination Tool Kit 6 software were utilized. Three deep-space ground stations, including two deep space network (DSN) antennas and the Korea Deep Space Antenna, were configured for the OD simulation. To investigate the arc-length effect on OD, 60-hr, 48-hr, 24-hr, and 12-hr tracking data were prepared. Position uncertainty by error covariance and orbit overlap precision were used for OD performance evaluation. Additionally, orbit prediction (OP) accuracy was also assessed by the position difference between the estimated and true orbits. Finally, we concluded that the 48-hr-based OD strategy is suitable for effective flight dynamics operation of KPLO. This work suggests a useful guideline for the OD strategy of KPLO mission planning and operation during the nominal lunar orbits phase.
GPS Navigation Solutions are used for operational orbit determination for the KOMPSAT-1 spacecraft. GPS point position data are definitely affected by systematic errors as well as noise. Indeed, the systematic error effects tend to be longer term since the GPS spacecrafts have periods of 12 hours. And then, the overlap method of determining orbit accuracy is always optimistic because of the presence of systematic errors with longer term effects. In this paper, we investigated the measurement noise and the system error for the KOMPSAT-l GPS Navigation Solutions. To assess orbit accuracy with this type of data, we use longer data arcs such as 5-7 days instead of 30 hour data arc. For this assessment, we should require much more attention to drag and solar radiation drag parameters or even general acceleration parameters in order to assess orbit accuracy with longer data arcs. Thus, the effects of the consideration of the drag, solar radiation drag, and general acceleration parameters were also investigated.
Gauss and Laplace methods for initial orbit determination (IOD) are classical orbit determination tools and have been used very efficiently in optical satellite surveillance system. Several studies related to these two methods have been released until now. In this study, we found that the trends of IOD accuracy for different time interval between three pairs of measurement datas show unexpected results. Therefore, we checked the possible cause of these differences. In order to check various orbit types, we used most of satellite data which is able to obtain. To check the characteristics of methodology-only, we used simulated observation data. And we used real observation data for specific satellites to check the characteristics appeared when we applyed these methods to optical satellite surveillance system. As a result, we found that trends of IOD accuracy for time interval could be different because of satellite position observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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