For satellite orbit determination, a satellite (K-3H) which is affected by the earth's gravitational field and the earth's atmospheric drag, the sun, and the moon is chosen as a dynamic model. The state vector include orbit parameters, uncertain parameters associated with perturbations and tracking stations. These perturbations include gravitational constant, atmospheric drag, and jonal harmonics due to the earth nonsphericity. Early orbit was obtained with given the predicted orbital parameter of the satellite. And orbit determination, which is applied to Extended Kalman Filter(EKF) for real time implementation , use the observation data which is given by satellite tracking radar system and then orbit estimation is accomplished. As a result, extended sequential estimation algorithm has a fast convergence and also indicate effectiveness for real time operation.
The electrical power system (EPS) of Korean satellites in low-earth-orbit is designed to achieve energy balance based on a one-orbit mission scenario. This means that the battery has to be fully charged at the end of a one-orbit mission. To provide the maximum solar array (SA) power generation, the peak power tracking (PPT) method has been developed for a spacecraft power system. The PPT is operated by a software algorithm, which tracks the peak power of the SA and ensures the battery is fully charged in one orbit. The EPS should be designed to avoid the stress of electronics in order to handle the main bus power from the SA power. This paper summarizes the results of energy balance to achieve optimal power sizing and the actual trend analysis of EPS performance in orbit. It describes the results of required power for the satellite operation in the worst power conditions at the end-of-life, the methods and input data used in the energy balance, and the case study of energy balance analyses for the normal operation in orbit. Both 10:35 AM and 10:50 AM crossing times are considered, so the power performance in each case is analyzed with the satellite roll maneuver according to the payload operation concept. In addition, the data transmission to the Korea Ground Station during eclipse is investigated at the local-time-ascending-node of 11:00 AM to assess the greatest battery depth-of-discharge in normal operation.
In this paper, a brief but essential development strategy for the lunar orbit determination system is discussed to prepare for the future Korea's lunar missions. Prior to the discussion of this preliminary development strategy, technical models of foreign agencies for the lunar orbit determination system, tracking networks to measure the orbit, and collaborative efforts to verify system performance are reviewed in detail with a short summary of their lunar mission history. Covered foreign agencies are European Space Agency, Japan Aerospace Exploration Agency, Indian Space Research Organization and China National Space Administration. Based on the lessons from their experiences, the preliminary development strategy for Korea's future lunar orbit determination system is discussed with regard to the core technical issues of dynamic modeling, numerical integration, measurement modeling, estimation method, measurement system as well as appropriate data formatting for the interoperability among foreign agencies. Although only the preliminary development strategy has been discussed through this work, the proposed strategy will aid the Korean astronautical society while on the development phase of the future Korea's own lunar orbit determination system. Also, it is expected that further detailed system requirements or technical development strategies could be designed or established based on the current discussions.
Nagarajan, Narayanaswamy;Bavkir, Burhan;John, Ong Chuan Fu
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.1
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pp.141-144
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2006
The deviations in the injection orbital parameters, resulting from launcher dispersions, need to be estimated and used for autonomous satellite operations. For the proposed small satellite mission of the university there will be two GPS receivers onboard the satellite to provide the instantaneous orbital state to the onboard data handling system. In order to meet the power requirements, the satellite will be sun-tracking whenever there is no imaging operation. For imaging activities, the satellite will be maneuvered to nadir-pointing mode. Due to such different modes of orientation the geometry for the GPS receivers will not be favorable at all times and there will be instances of poor geometry resulting in no output from the GPS receivers. Onboard the satellite, the orbital information should be continuously available for autonomous switching on/off of various subsystems. The paper presents the strategies to make use of small arcs of data from GPS receivers to compute the mean orbital parameters and use the updated orbital parameters to calculate the position and velocity whenever the same is not available from GPS receiver. Thus the navigation message from the GPS receiver, namely the position vector in Earth-Centered-Earth-Fixed (ECEF) frame, is used as measurements. As for estimation, two techniques - (1) batch least squares method, and (2) Kalman Filter method are used for orbit estimation (in real time). The performance of the onboard orbit estimation has been assessed based on hardware based multi-channel GPS Signal simulator. The results indicate good converge even with short arcs of data as the GPS navigation data are generally very accurate and the data rate is also fast (typically 1Hz).
Korea multi-purpose satellite-5 (KOMPSAT-5) is a low earth orbit (LEO) satellite scheduled to be launched in 2010. To satisfy the precision orbit determination (POD) requirement for a high resolution synthetic aperture radar image of KOMPSAT-5, KOMPSAT-5 has atmosphere occultation POD (AOPOD) system which consists of a space-borne dual frequency global positioning system (GPS) receiver and a laser retro reflector array. A space-borne dual frequency GPS receiver on a LEO satellite provides position data for the POD and radio occultation data for scientific applications. This paper describes an overview of AOPOD system and operation concepts of the radio occultation mission in KOMPSAT-5. We showed AOPOD system satisfies the requirements of KOMPSAT-5 in performance and stability.
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.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.7
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pp.629-635
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2012
This paper presents a performance analysis of the GPS(Global Positioning System) receiver on board in LEO satellites, based on the comparison of its in-orbit performances and corresponding ground test results. An extensive ground tests on the subject GPS receiver has been performed in diverse conditions under the right frame of ground test environments and the analysis of in-orbit performances has also been performed with the huge amount of accumulated GPS data which has been in operation for 6 years since its launch on 2006. For this analysis, we chose three sets of in-orbit data; the data during the early mission period, the data at the 3-year mission completion time, and the most recent in-orbit data. As the performance measures, we selected the position and time synchronization accuracy, and the comparative analysis shows the concurrency between the in-orbit performances and the ground test results with in these performance measures, verifying the validity of the ground test. It is expected that the test configuration and analysis method presented in this paper can be applied to developing and verifying the future Koreanized satellite GPS receivers.
SBAS(Satellite Based Augmentation System) provides GNSS satellite orbit and clock corrections for positioning accuracy improvement of GNSS users. In this paper, the accuracy of SBAS satellite orbit and clock corrections were analyzed by comparing with the IGS(International GNSS Service) precise ephemeris. The GPS antenna phase center offsets and the P1-C1 bias are considered for the analysis. The correction data of the US WAAS and the Japanese MSAS were analyzed. The analysis results showed that the SBAS satellite orbit and clock corrections are highly correlated. The correction data accuracy depends on the SBAS ground network size and orbit trajectories.
Since its launching on 21 December 1999, the Korea Multi-Purpose Satellite-I (KOMPSAT-I) has been successfully operated by the Mission Control Element (MCE), which was developed by the ETRI. Most of the major functions of the MCE have been successfully demonstrated and verified during the three years of the mission life of the satellite. This paper presents the operational performances of the various functions in MAPS. We show the performance and analysis of orbit determinations using ground-based tracking data and GPS navigation solutions. We present four instances of the orbit maneuvers that guided the spacecraft form injection orbit into the nominal on-orbit. We include the ground-based attitude determination using telemetry data and the attitude maneuvers for imaging mission. The event prediction, mission scheduling, and command planning functions in MAPS subsequently generate the spacecraft mission operations and command plan. The fuel accounting and the realtime ground track display also support the spacecraft mission operations.
NORAD Two Line Elements (TLE) are widely used for the increasing number of small satellite mission operations and analysis. However, due to the irregular periodicity of generation of the NORAD TLE, a new TLE that is independent of NORAD is required. A TLE type Orbit Determination (TLEOD) has been developed for the generation of a new TLE. Thus, the TLEOD system can provide an Antenna Control Unit (ACU) with the orbit determination result in the type of a TLE, which provides a simple interface for the commercialized ACU system. For the TLEOD system, NORAD SGP4 was used to make a new orbit determination system. In addition, a least squares method was implemented for the TLEOD system with the GPS navigation solutions of the KOMPSAT-1. Considering both the Orbit Propagation (OP) difference and the tendency of $B^{*}$ value, the preferable span of the day in the observation data was selected to be 3 days. Through the OD with 3 days observation data, the OP difference was derived and compared with that of Mission Analysis and Planning (MAPS) for the KOMPSAT-1. It has the extent from 2 km after sit days to 4 km after seven days. This is qualified enough for the efficiency of an ACU in image reception and processing center of the KOMPSAT-2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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