REAL - TIME ORBIT DETERMINATION OF LOW EARTH ORBIT SATELLITES USING RADAR SYSTEM AND SGP4 MODEL

In case that we independently obtain orbital informations about the low earth satellites of foreign countries using radar systems, we develop the orbit determination algorithm for this purpose using a SGP4 model with an analytical orbit model and the extended Kalman filter with a real-time processing method. When the state vector is Keplerian orbital elements, singularity problems happen to compute partial derivative with respect to inclination and eccentricity orbit elements. To cope with this problem, we set state vector osculating to mean equinox and true equator cartesian elements with coordinate transformation. The state transition matrix and the covariance matrix are numerically computed using a SGP4 model. Observational measurements are the type of azimuth, elevation and range, filter process to each measurement in a lump. After analyzing performance of the developed orbit determination algorithm using TOPEX/POSEIDON POE(precision 0.bit Ephemeris), its position error has about 1 km. To be similar to performance of NORAD system that has up to 3km position accuracy during 7 days need to radar system performance that have accuracy within 0.1 degree for azimuth and elevation and 50m for range.

RADAR 시스템과 SGP4 모델을 이용한 저궤도 위성의 실시간 궤도결정

다른 나라의 저궤도 위성에 대한 궤도 정보를 레이더 시스템을 이용하여 독자적으로 획득할 경우, 이에 필요한 궤도결정 알고리즘을 해석적 모델인 SGP4 모델과 실시간 처리방식인 확장 칼만필터를 이용하여 수치적 방법으로 개발하였다. 궤도결정 알고리즘의 상태벡터를 Kepler 6궤도 요소로 지정할 경우, 상태천이 행렬 계산시 궤도 경사각과 이심률에 대해 특이점 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 평균 궤도 요소를 평균 위치 및 속도 요소로 변환하여 상태벡터로 지정하였다. 필터 구성시 상태천이 행렬(State Transition Matrix)과 공분산 행렬(Covariance Matrix)은 SGP4모델과 수치적 방법인 finite difference방법을 이용하여 계산하였으며, 관측 자료는 방위 각, 고도각, 그리고 시선거리 형태로 각각 입력되며 각 관측 형태에 따라 일괄적으로 처리하도록 필터를 구성하였다. TOPEX/POSEIDON POE를 이용 시뮬레이션 생성한 관측간을 사용하여 개발한 궤도결정 알고리즘의 성능을 분석한 결과 개발한 알고리즘은 약 1km의 위치 오차를 가지며 7일 동안 약 3km의 위치 오차를 가지는 NORAD시스템과 동일한 성능을 가지기 위해 필요한 레이더 시스템의 최소 성능 요구조건은 방위각과 고도각은 0.1도 이내이고 시선거리는 50m이 내여야 한다.