This paper presents relative navigation using intermittent laser-based measurement data for spacecraft flying formation that consist of two spacecrafts; namely, chief and deputy spacecrafts. The measurement data consists of the relative distance measured by a femtosecond laser, and the relative angles between the two spacecrafts. The filtering algorithms used for the relative navigation are the extended Kalman filter (EKF), unscented Kalman filter (UKF), and least squares recursive filter (LSRF). Numerical simulations reveal that the relative navigation performances of the EKF- and UKF-based relative navigation algorithms decrease in accuracy as the measurement outage period increases. However, the relative navigation performance of the UKF-based algorithm is 95 % more accurate than that of the EKF-based algorithm when the measurement outage period is 80 sec. Although the relative navigation performance of the LSRF-based relative navigation algorithm is 94 % and 370 % less accurate than those of the EKF- and UKF-based navigation algorithms, respectively, when the measurement outage period is 5 sec; the navigation error varies within a range of 4 %, even though the measurement outage period is increased. The results of this study can be applied to the design of a relative navigation strategy using the developed algorithms with laser-based measurements for spacecraft formation flying.
The attitude information of spacecraft can be obtained by the sensors attached to it using a star tracker, three-axis magnetometer, three-axis gyroscope, and a global positioning signal receiver. By using these sensors, the spacecraft can be maneuvered by actuators that generate torques. In particular, electromagnetic-torque bars can be used for attitude control and as a momentum-canceling instrument. The spacecraft momentum can be created by the current through the electrical circuits and coils. Thus, the current around the electromagnetic-torque bars is a critical factor for precisely controlling the spacecraft. In connection with these concerns, a solar-cell array can be considered to prevent generation of a magnetic dipole moment because the solar-cell array can introduce a large amount of current through the electrical wires. The maximum value of a magnetic dipole moment that cannot affect precise control is $0.25A{\cdot}m^2$, which takes into account the current that flows through the reaction-wheel assembly and the magnetic-torque current. In this study, we designed a 300-W solar cell array and presented an optimal wire-routing method to minimize the magnetic dipole moment for space applications. We verified our proposed method by simulation.
Based on the idea that nonlinear PWM controller design can be directly applied to the attitude tracking problem of thruster-controlled spacecraft because it constitutes a sub-class of nonlinear PWM controlled system, nonlinear and output error feedback PWM controlled system is considered to describe the behavior of thruster-controlled spacecraft, and to determine actual thruster on-time which guarantees system stability. A differential geometric approach is utilized to show an asymptotical stability of average PWM system, which finally guarantees the stability of closed loop PWM controlled system. Simulation results show that the motions of PWM controlled system occurs very closely around those of the average model of PWM controlled system.
The current paper presents application of a new analytic solution in general relative motion to spacecraft formation flying in an elliptic orbit. The calculus of variations is used to analytically find optimal trajectories and controls for the given problem. The inverse of the fundamental matrix associated with the dynamic equations is not required for the solution in the current study. It is verified that the optimal thrust vector is a function of the fundamental matrix of the given state equations. The cost function and the state vector during the reconfiguration can be analytically obtained as well. The results predict the form of optimal solutions in advance without having to solve the problem. Numerical simulation shows the brevity and the accuracy of the general analytic solutions developed in the current paper.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.1
no.2
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pp.30-42
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2000
On-orbit thermal environment test of KOMPSAT was performed in early 1999. An analysis of the test data are addressed in this paper. For the thermal-environmental simulation of spacecraft bus, an artificial heating through the radiator zones and onto some critical heat-dissipating electronic boxes was made by Absorbed-heat Flux Method. Test data obtained in terms of temperature history were reduced into flight heater duty cycles and converted into the total electrical power required for spacecraft thermal control. Verification result of flight heaters dedicated to the bus thermal control is presented. Additionally, an exhaustive heating-control process for maintaining the spacecraft thermally safe and for realistic simulation of the orbital-thermal environment during the test are graphically shown. Qualitative suggestions to post-test model correlation are given in consequency of the analysis.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.10a
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pp.182-186
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1996
Control of flexible spacecraft is investigated. GA(Genetic Algorithm) based Fuzzy Logic Controller is designed to implement for the attitude control of flexible satellite. The results obtained by employing GA based FLC are compared with those by FLC. It shows much shorter settling time and smaller tip mass oscillation.
In this article, we propose a criterion for ensuring the asymptotic stability of large multiple delays, based on the direct Lyapunov method. Based on this criterion and distributed control scheme, the controllers are synthesized by the PDC to stabilize these large-scale systems with multiple delays. And we focus on the results which shows the high effective by the proposed theory utilized for damage propagation for aircraft structural analysis of composite materials. Finally, the numerical simulations confirmed the effectiveness of the method.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.1
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pp.57-69
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2016
There are three kinds of algorithms(2-ARE, mu-synthesis, LMI) for controller design using closed-loop shaping method. This paper provides the summary of background theory of three algorithms and $H_{\infty}$ controller design results for spacecraft attitude control using the three controller design tools of Matlab$^{TM}$ Toolbox for comparison. As a result, it reveals that LMI design method is more reliable as well as easier than others for spacecraft attitude control design. Comparison results are as follow: 2-ARE method and LMI method provide almost same results in robust stability, robust performance and control authority level. But 2-ARE method is more sensitive than LMI method with respect to proper design of weighting functions: 2-ARE method is more difficult than LMI method in weighting function design. The design result of mu-synthesis method shows worse performance and requires bigger control authority than others.
The attitude stability of a satellite in spin-stabilized injection mode which contains a liquid pool is investigated. The satellite model for investigation is a two-body system consisting of a the main body, which is symmetric and rigid, representing the spacecraft, and a spherical pendulum, representing the liquid pool. Assuming that both spacecraft and pendulum are in states of steady spin about the symmetry axis of the spacecraft, the coupled nonlinear equations of motion for the system are simplified. In this paper, by using the multiple scales method, the possible resonance conditions in terms of the system parameters are determined and the corresponding near-resonant solutions are derived.
In this work, attitude determination with Inertial Reference Unit as attitude sensor is considered. Usually, the attitude error from IRU increases because of gyro rate bias and noise. Therefore, other attitude sensors(sun sensor, horizon sensor, star tracker) are needed to compensate for error from IRU. In this paper, we use the extended Kalman filter for attitude estimation of spacecraft with IRU and star tracker.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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