Journal of the Korean Data and Information Science Society
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v.23
no.3
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pp.595-604
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2012
In this article, we consider chaotic behavior happened in nonsmooth dynamical systems. To quantify such a behavior, a computation of Lyapunov exponents for chaotic orbits of a given nonsmooth dynamical system is focused. The Lyapunov exponent is a very important concept in chaotic theory, because this quantity measures the sensitive dependence on initial conditions in dynamical systems. Therefore, Lyapunov exponents can decide whether an orbit is chaos or not. To measure the sensitive dependence on initial conditions for nonsmooth dynamical systems, the calculation of Lyapunov exponent plays a key role, but in a theoretical point of view or based on the definition of Lyapunov exponents, Lyapunov exponents of nonsmooth orbit could not be calculated easily, because the Jacobian derivative at some point in the orbit may not exists. We use an algorithmic calculation method for computing Lyapunov exponents using time series for a two dimensional piecewise smooth dynamic system.
We have calculated the astronomical almanac 1994 and simulated the trajectory of a satellite orbit considering all perturbative forces with various initial conditions. In this work, Gauss Jackson multistep integration method has been used to calculate our basic equation of motion with high numerical accuracy. It has beer. found that our results agree well with the Astronomical Almanac Data distributed by JPL of NASA and the orbit simulations have been carried out with fast speed, stability and excellent round-off error accumulation, comparing with other numerical methods. In order to be carried out our works on almanac and orbit calculations easily by anyone who uses a personal computer, we have made a computer program on graphical user interface to provide various menus for detail works selected by a mouse.
This paper investigates stereo 3D viewing for linear pushbroom satellite images using the Orbit-Attitude Model proposed by Kim (2006) and using OpenGL graphic library in Digital Photogrammetry Workstation. 3D viewing is tested with KOMPSAT-2 satellite stereo images, a large number of GCPs (Ground control points) collected by GPS surveying and orbit-attitude sensor model as a rigorous sensor model. Comparison is carried out by two accuracy measurements: the accuracy of orbit-attitude modeling with bundle adjustment and accuracy analysis of errors in x and y parallaxes. This research result will help to understand the nature of 3D objects for high resolution satellite images, and we will be able to measure accurate 3D object space coordinates in virtual or real 3D environment.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.10
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pp.881-891
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2017
In this paper, we described the new TLE(Two Line Elements) generation method based on the compansation technique by using past TLEs(Two Line Elements) released by JSpOC(Joint Space Operation Center) in USA to reduce the orbit prediction error for long duration of SGP4(Simplified General Perturbations 4) which is a simplifed and analytical orbit propagator. The orbital residuals the orbital difference between two ephemeris for the first TLE only and for the all TLEs updated by JSpOC for the past some period was applied for this algorithm instead of general orbit determination software. Actually, in these orbital residuals, the trend of orbit prediction error from SGP4 is included. Thus, it is possible to make a simple residual function from these orbital residulas by using the fitting process. By using these residual functions with SGP4 prediction data for the currnet TLE data, the compansated orbit prediction can be reconstructed and the orbit prediction error for long duration of SGP4 is also reduced. And it is possible to generate new TLE data from it. In this paper, we demonstraed this algorithm in simple simulation, and the orbital error is decreased dramatically from 4km for the SGP4 propagation to 2km for it during 7 days as a result.
As the remote sensing satellite technology grows, the acquisition of accurate attitude and position information of the satellite has become more and more important. Due to the data processing limitation of the on-board orbit propagator and attitude determination algorithm, it is required to develop much more accurate orbit and attitude determination, which are so called POD (precision orbit determination) and PAD (precision attitude determination) techniques. The sensor and attitude dynamics simulation takes a great part in developing a PAD algorithm for two reasons: 1. when a PAD algorithm is developed before the launch, realistic sensor data are not available, and 2. reference attitude data are necessary for the performance verification of a PAD algorithm. A realistic attitude dynamics and sensor (IRU and star tracker) outputs simulation considering their physical characteristics are presented in this paper, which is planned to be used for a PAD algorithm development, test and performance verification.
In this study, the observational arc-length effect on orbit determination (OD) for the Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) in the Earth-Moon Transfer phase was investigated. For the OD, we employed a sequential estimation using the extended Kalman filter and a fixed-point smoother. The mission periods, comprised between the perigee maneuvers (PM) and the lunar orbit insertion (LOI) maneuver in a 3.5 phasing loop of the KPLO, was the primary target. The total period was divided into three phases: launch-PM1, PM1-PM3, and PM3-LOI. The Doppler and range data obtained from three tracking stations [included in the deep space network (DSN) and Korea Deep Space Antenna (KDSA)] were utilized for the OD. Six arc-length cases (24 hrs, 48 hrs, 60 hrs, 3 days, 4 days, and 5 days) were considered for the arc-length effect investigation. In order to evaluate the OD accuracy, we analyzed the position uncertainties, the precision of orbit overlaps, and the position differences between true and estimated trajectories. The maximum performance of 3-day OD approach was observed in the case of stable flight dynamics operations and robust navigation capability. This study provides a guideline for the flight dynamics operations of the KPLO in the trans-lunar phase.
The Electric Power Subsystem (EPS) is one of the most critical systems on any satellite because nearly every subsystem requires power. This makes the choice of power systems the most important task facing satellite designers. The main purpose of the Satellite EPS is to provide continuous, regulated and conditioned power to all the satellite subsystems. It has to withstand radiation, thermal cycling and vacuums in hostile space environments, as well as subsystem degradation over time. The EPS power characteristics are determined by both the parameters of the system itself and by the satellite orbit. After satellite separation from the launch vehicle (LV) to its orbit, in almost all situations, the satellite subsystems (attitude determination and control, communication and onboard computer and data handling (OBC&DH)), take their needed power from a storage battery (SB) and solar arrays (SA) besides the consumed power in the EPS management device. At this point (separation point, detumbling mode), the satellite's angular motion is high and the orientation of the solar arrays, with respect to the Sun, will change in a non-uniform way, so the amount of power generated by the solar arrays will be affected. The objective of this research is to select satellite EPS component types, to estimate solar array illumination parameters and to determine the efficiency of solar arrays during both detumbling and normal operation modes.
Satellite laser ranging is a technique for precisely measuring the range between a laser station and a satellite that is equipped with retro-reflectors. SLR technique was first used for Beacon-B satellite in 1964 with the ranging accuracy of meter level. Now the single shot have centimeter level accuracy and the normal point have mm level in ranging. In this study we developed the algorithm for precise orbit determination using SLR data and performed the orbit determination of GPS-36 satellite using the algorithm. RMS of the estimated orbit was 74cm when compared with IGS precise orbit. It is known that RMS of SLR measurement residual is below 55mm. But we were able to achieve 44mm RMS of residual throughout this study.
In 1995 the VSOP satellite, which is called MUSES-B in Japan, will be launched under the VLBI Space Observatory Programme(VSOP) promoted by ISAS(Institute of Space and Astronautical Science) of Japan. We are now developing the GPS Receiver(GPSR) and On-board Orbit Determination System. This paper describes the GPS(Global Positioning System), VSOP, GPSR(GPS Receiver system) configuration and the results of the GPS system analysis. The GPSR consists of three GPS antennas and 5 channel receiver package. In the receiver package, there are two 16 bits microprocessing units. The power consumption is 25 Watts in average and the weight is 8.5 kg. Three GPS antennas on board enable GPSR to receive GPS signals from any NAVSTARs(GPS satellites) which are visible. NAVSATR's visibility is described as follows. The VSOP satellite flies from 1, 000 km to 20, 000 km in height on the elliptical orbit around the earth. On the other hand, the orbit of NAVSTARs are nearly circular and about 20, 000 km in height. GPSR can't receive the GPS signals near the apogee, because NAVSTARs transmit the GPS signals through the NAVSTAR's narrow beam antennas directed toward the earth. However near the perigee, GPSR can receive from 12 to 15 GPS signals. More than 4 GPS signals can be received for 40 minutes, which are related to GDOP(Geometric Dillusion Of Precision of selected NAVSTARs). Because there are a lot of visible NAVSTARs, GDOP is small near the perigee. This is a favorqble condition for GPSR. Orbit determination system onboard VSOP satellite consists of a Kalman filter and a precise orbit propagator. Near the perigee, the Kalman filter can eliminate the orbit propagation error using the observed data by GPSR. Except a perigee, precise onboard orbit propagator propagates the orbit, taking into account accelerations such as gravities of the earth, the sun, the moon, and other acceleration caused by the solar pressure. But there remain some amount of calculation and integration errors. When VSOP satellite returns to the perigee, the Kalman filter eliminates the error of the orbit determined by the propagator. After the error is eliminated, VSOP satellite flies out towards an apogee again. The analysis of the orbit determination is performed by the covariance analysis method. Number of the states of the onboard filter is 8. As for a true model, we assume that it is based on the actual error dynamics that include the Selective Availability of GPS called 'SA', having 17 states. Analytical results for position and velocity are tabulated and illustrated, in the sequel. These show that the position and the velocity error are about 40 m and 0.008 m/sec at the perigee, and are about 110 m and 0.012 m/sec at the apogee, respectively.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.9
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pp.914-924
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2010
In this paper, results on the orbit analysis for the KOMPSAT-2 satellite using a real orbit data during the LEOP and normal mission lifetime are presented. In particular, the preparation and performance of an orbit operations during the LEOP is emphasized and the effects of space environments (i.e., Solar activity) on orbit evolutions are investigated comparing to those of the KOMPSAT-1 satellite. The summarized results in this paper would be an important reference to improve the stability and effectiveness of satellite operations during the LEOP and normal mission lifetime in case of LEO satellites such as successors of KOMPSAT-2 (i.e., KOMPSAT-3, KOMPSAT-3A, KOMPSAT-5).
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