Journal of Astronomy and Space Sciences

The Korean Space Science Society (한국우주과학회)
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Validation of GPS Based Precise Orbits Using SLR Observations

레이저 거리측정(SLR) 데이터를 사용한 GPS 기반 정밀궤도결정 시스템 결과의 검증

  • Kim, Young-Rok (Astrodynamics & Control Lab, Dept. of Astronomy, Yonsei University) ;
  • Park, Eun-Seo (Astrodynamics & Control Lab, Dept. of Astronomy, Yonsei University) ;
  • Park, Sang-Young (Astrodynamics & Control Lab, Dept. of Astronomy, Yonsei University) ;
  • Choi, Kyu-Hong (Astrodynamics & Control Lab, Dept. of Astronomy, Yonsei University) ;
  • Hwang, Yoo-La (Electronics and Telecommunications Research Institute) ;
  • Kim, Hae-Yeon (Electronics and Telecommunications Research Institute) ;
  • Lee, Byoung-Sun (Electronics and Telecommunications Research Institute) ;
  • Kim, Jae-Hoon (Electronics and Telecommunications Research Institute)
  • 김영록 (연세대학교 천문우주학과 우주비행제어 연구실) ;
  • 박은서 (연세대학교 천문우주학과 우주비행제어 연구실) ;
  • 박상영 (연세대학교 천문우주학과 우주비행제어 연구실) ;
  • 최규홍 (연세대학교 천문우주학과 우주비행제어 연구실) ;
  • 황유라 (한국전자통신연구원 위성관제.항법연구팀) ;
  • 김해연 (한국전자통신연구원 위성관제.항법연구팀) ;
  • 이병선 (한국전자통신연구원 위성관제.항법연구팀) ;
  • 김재훈 (한국전자통신연구원 위성관제.항법연구팀)
  • Published : 2009.03.15
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Abstract

In this study, the YLPODS (Yonsei Laser-ranging Precision Orbit Determination System) is developed for POD using SLR (Satellite Laser Ranging) NP (Normal Point) observations. The performance of YLPODS is tested using SLR NP observations of TOPEX/POSEIDON and CHAMP satellite. JPL's POE (Precision Orbit Ephemeris) is assumed to be true orbit, the measurement residual RMS (Root Mean Square) and the orbit accuracy (radial, along-track, cross-track) are investigated. The validation of POD using GPS (Global Positioning System) raw data is achieved by YLPODS performance and highly accurate SLR NP observations. YGPODS (Yonsei GPS-based Precision Orbit Determination System) is used for generating GPS based precise orbits for TOPEX/POSEIDON. The initial orbit for YLPODS is derived from the YGPODS results. To validate the YGPODS results the range residual of the first adjustment of YLPODS is investigated. The YLPODS results using SLR NP observations of TOPEX/POSEIDON and CHAMP satellite show that the range residual is less than 10 cm and the orbit accuracy is about 1 m level. The validation results of the YGPODS orbits using SLR NP observations of the TOPEX/POSEIDON satellite show that the range residual is less than 10 cm. This result predicts that the accuracy of this GPS based orbits is about 1m level and it is compared with JPL's POE. Thus this result presents that the YLPODS can be used for POD validation using SLR NP observations such as STSAT-2 and KOMPSAT-5.

이 연구에서는 SLR(Satellite Laser Ranging) NP (Normal Point) 데이터를 이용하는 인공위성 정밀궤도 결정 시스템 YLPODS(Yonsei Laser-ranging Precision Orbit Determination System)를 개발하였다. 먼저, 개발된 YLPODS의 성능 검증을 위해서 저궤도 위성인 TOPEX/POSEIDON과 CHAMP의 SLR NP 데이터를 사용한 궤도결정 시험을 수행하였다. JPL에서 배포하는 정밀궤도력을 참값으로 가정하고, 거리측정잔차(range residual)의 RMS(Root Mean Square) 및 결정된 궤도의 반경(radial), 진행(along-track), 교차(cross-track) 방향 오차를 확인하였다. 그리고 거리측정잔차 확인을 통해 검증된 YLPODS의 거리계산 정밀도와 SLR NP 데이터의 높은 거리측정 정밀도를 이용하여, 관측된 값(O)과 계산된 값(C)을 비교하는 방법으로 GPS(Global Positioning System) 데이터를 이용하는 GPS 기반 POD 시스템 결과의 정밀도 검증을 수행하였다. 검증을 위한 GPS 기반 POD 시스템 결과는 YGPODS(Yonsei GPS-based Precision Orbit Determination System)의 TOPEX/POSEIDON위성 POD 결과가 사용되었다. 관측된 값과 계산된 값의 비교(O-C)를 위해서 GPS 기반 POD 시스템 결과로부터 획득된 궤도 정보를 YLPODS의 초기 궤도로 사용하고, 첫 번째 반복 후 얻어진 거리측정잔차를 확인해 보았다. YLPODS의 궤도결정 수행 결과 TOPEX/POSE)DON과 CHAMP 위성 모두 거리측정잔차가 10cm 미만, 각 방향 오차가 1m 수준의 정밀도를 가지는 것을 확인하였다. GPS 기반 POD 시스템 결과에 대한 정밀도 검증 결과 TOPEX/POSEIDON위성의 경우 거리측정잔차가 10cm 미만으로 나오는 것을 확인하였다. YLPODS의 궤도결정 수행 결과에 비추어볼 때 GPS 기반 POD시스템 결과의 각 방향 궤도 정밀도가 1m 수준이 될 것을 예상해볼 수 있고, 실제로 JPL 정밀궤도력과 비교했을 때 1m 수준의 궤도 정밀도를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 이 연구를 통해서 개발된 YLPODS는 향후 수행될 과학기술위성 2호와 다목적 실용위성 5호와 같은 SLR 데이터 획득이 가능한 위성의 SLR 기반 POD 및 GPS 기반 POD 결과 검증에 활용될 수 있을 것이다.

Keywords

References

  1. 배금숙 2006, 석사학위논문, 연세대학교
  2. 윤재철 2002, 박사학위논문, 연세대학교
  3. 윤재철, 신재민, 문홍열, 이진호, 천용식, 최해진 2005, 항공우주산업기술동향, 3(1), 58
  4. 임형철, 박관동, 박필호, 박종욱, 조정호 2002, 한국우주과학회지, 19, 385
  5. Andersen, P. H., Aksnes, K., & Skonnord, H. 1998, Journal of Geodesy, 72, 421 https://doi.org/10.1007/s001900050181
  6. Barlier, F., Berger, C., Bonnefond, P., Exertier, P., Laurain, O., Mangin, J. F., & Torre, J. M. 2001, Journal of Geodesy, 75, 600 https://doi.org/10.1007/s001900100179
  7. Choi, K. -R. 2003, PhD Thesis, University of Texas at Austin
  8. Colombo, O. L. 1984, NASA Technical Memorandum / Altimetry, Orbits and Tides, NASA-TM-86180
  9. Colombo, O. L. 1989, JGR, 94, 9167 https://doi.org/10.1029/JB094iB07p09167
  10. Hedin, A. E. 1991, JGR, 96, 1159 https://doi.org/10.1029/90JA02125
  11. Huang, C., Ries, J. C., Tapley, B. D., & Watkins, M. M. 1990, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 48, 167
  12. Kang, Z., Nagel, P., & Pastor, R. 2003, Advances in Space Research, 31, 1875 https://doi.org/10.1016/S0273-1177(03)00159-5
  13. Kang, Z., Tapley, B., Bettadpur, S., Ries, J., Nagel, P., & Pastor, R. 2006, Journal of Geodesy, 80, 322 https://doi.org/10.1007/s00190-006-0073-5
  14. Knocke, P. C. & Ries, J. C. 1987, Center for Space Research Technical Memorandum / Earth Radiation Pressure Effects on Satellites, CSR-Tm-87-01
  15. Lee, J. H., Kim, S. B., Kim, K. H., Lee, S. H., Tm, Y. J., Fumin, Y., & Wanshen, C. 2005, Acta Astronautica, 56, 547 https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2004.09.048
  16. Marshall, J. A. & Luthcke, S. B. 1994, Journal of Spacecraft and Rockets, 31, 99 https://doi.org/10.2514/3.26408
  17. Mendes, V. B., Prates, G., Pavlis, E. C., Pavlis, D. E., & Langley, R. B. 2002, Geophysical Research Letters, 29, 1414 https://doi.org/10.1029/2001GL014394
  18. Montenbruck, O. & Gill, E. 2001, Satellite Orbits, 2nd Ed. (New York: Springer), pp.202-203
  19. Nerem, R. S., Lerch, F. J., Marshall, J. A., Pavlis, E. C., Putney, B. H., Tapley, B. D., Eanes, R. J., Ries, J. C., Schutz, B. E., Shum, C. K., Watkins, M. M., Klosko, S. M., Chan, J. C., Luthcke, S. B., Patel, G. B., Pavlis, N. K., Williamson, R. G., Rapp, R. H., Biancale, R., & Nouel, F. 1994, JGR, 99, 24421 https://doi.org/10.1029/94JC01376
  20. Noomen, R. 2001, Suveys in Geophysics, 22, 473 https://doi.org/10.1023/A:1015668100892
  21. Pearlman, M., Noll, C., McGarry, J., Gurtner, W., & Pavlis, E. 2007, Advances in Geosciences, submitted
  22. Pearlman, M. R., Degnan, J. J., & Bosworth, J. M. 2002, Advances in Space Research, 30, 135 https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00277-6
  23. Schumacher, P. W., Jr., Fillbreath, G. C., Davis, M. A., & Lydick, E. D. 2001, JGCD, 24, 925 https://doi.org/10.2514/2.4829
  24. Seeber, G. 2003, Satellite Geodesy, 2nd Ed. (NewYork: Walter de Gruyter), pp.404-406
  25. Standish, E. M. 1998, JPL Planetary and Lunar Ephemerides, DE405/LE405 (California: JPL), pp.1-6
  26. Tapley, B. D., Ries, J. C., Davis, G. W., Eanes, R. J., Schutz, B. E., Shum, C. K., Watkins, M. M., Marshall, J. A., Nerem, R. S., Putney, B. H., Klosko, S. M., Luthke, S. B., Pavlis, D., Williamson, R. G., & Zelensky, N. P. 1994, JGR, 99, 24383 https://doi.org/10.1029/94JC01645
  27. Tapley, B. D., Schutz, B. E., & Born, G. H. 2004, Statistical Orbit Determination (Burlington: Academic Press), pp.103-107, pp.173-178
  28. Tapley, B. D., Schutz, B. E., & Eanes, R. J. 1985, Celestial Mechanics, 37, 247 https://doi.org/10.1007/BF02285050
  29. Urschl, C., Beutler, G., Gurtner, W., Hugentobler, U., & Schaer, S. 2007, Advances in Space Research, 39, 1515 https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.01.038
  30. Urschl, C., Grutner, W., Hugentobler, U., Schaer, S., & Beutler, G. 2005, Advances in Space Research, 36, 412 https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.03.021
  31. Zhu, S. Y., Reigber, C., & Kang, Z. 1997, Journal of Geodesy, 71, 423 https://doi.org/10.1007/s001900050110