KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권3호
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pp.980-998
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2023
In Low Earth Orbit (LEO) satellite networks, satellites operate fast and the inter-satellite link change period is short. In order to sense the spectrum state in LEO satellite networks in real-time, a space-based satellite network intelligent spectrum sensing algorithm based on artificial neural network (ANN) is proposed, while Geosynchronous Earth Orbit (GEO) satellites are introduced to make fast and effective judgments on the spectrum state of LEO satellites by using their stronger arithmetic power. Firstly, the visibility constraints between LEO satellites and GEO satellites are analyzed to derive the inter-satellite link building matrix and complete the inter-satellite link situational awareness. Secondly, an ANN-based energy detection (ANN-ED) algorithm is proposed based on the traditional energy detection algorithm and artificial neural network. The ANN module is used to determine the spectrum state and optimize the traditional energy detection algorithm. GEO satellites are used to fuse the information sensed by LEO satellites and then give the spectrum decision, thereby realizing the inter-satellite spectrum state sensing. Finally, the sensing quality is evaluated by the analysis of sensing delay and sensing energy consumption. The simulation results show that our proposed algorithm has lower complexity, the sensing delay and sensing energy consumption compared with the traditional energy detection method.
The sidereal day of a Global Positioning System (GPS) satellite was intended to equal one half of a sidereal day of the Earth. However, the sidereal day of GPS satellites has become unequal to one half of a sidereal day of the Earth. This is fundamentally caused by the non-sphericity of the Earth and the gravity of the Moon. The difference between sidereal days of GPS satellites and the Earth is known as a sidereal shift. The details surrounding sidereal shifts and their origins have yet to be fully understood. We calculated the periodicity of sidereal shifts for GPS satellites using broadcast ephemeris data. To conduct a periodic analysis of the sidereal shift, we employ the Lomb-Scargle periodogram method. It shows that the orbit periods of GPS satellites have small-amplitude perturbations with a 13.6-day period. In addition, we compare the GPS satellite orbit periods with the periodicity of geomagnetic indices and the solar wind parameters to identify the cause of the perturbations. Our results suggest that the solar wind stream might also affect the 13.6-day period of the sidereal shifts.
In this paper, an approach is developed for relative state estimation of satellite formation flying. To estimate relative states of two satellites, the Extended Kalman Filter Algorithm is adopted with the relative distance and speed between two satellites and attitude of satellite for measurements. Numerical simulations are conducted under two circumstances. The first one presents both chief and deputy satellites are orbiting a circular reference orbit around a perfectly spherical Earth model with no disturbing acceleration, in which the elementary relative orbital motion is taken into account. In reality, however, the Earth is not a perfect sphere, but rather an oblate spheroid, and both satellites are under the effect of $J_2$ geopotential disturbance, which causes the relative distance between two satellites to be on the gradual increase. A near-Earth orbit decays as a result of atmospheric drag. In order to remove the modeling error, the second scenario incorporates the effect of the $J_2$ geopotential force, and the atmospheric drag, and the eccentricity in satellite orbit are also considered.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제13권4호
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pp.484-490
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2012
This paper is devoted to investigate the feasibility of using a medium power ground-based laser to produce a torque on LEO satellites of various shapes. The laser intensity delivered to a satellite is calculated using a simple model of laser propagation in which a standard atmospheric condition and linear atmospheric interaction mechanism is assumed. The laser force is formulated using a geocentric equatorial system in which the Earth is an oblate spheroid. The torque is formulated for a cylindrical satellite, spherical satellites and for satellites of complex shape. The torque algorithm is implemented for some sun synchronous low Earth orbit cubesats. Based on satellites perigee height, the results demonstrate that laser torque affecting on a cubesat has a maximum value in the order of $10^{-9}$ which is comparable with that of solar radiation. However, it has a minimum value in the order of $10^{-10}$ which is comparable with that of gravity gradient. Moreover, the results clarify the dependency of the laser torque on the orbital eccentricity. As the orbit becomes more circular it will experience less torque. So, we can conclude that the ground based laser torque has a significant contribution on the low Earth orbit cubesats. It can be adjusted to obtain the required control torque and it can be used as an active attitude control system for cubesats.
COsmicheskaya Sisteyama Poiska Avariynich Sudov Search and Rescue Satellite-Aided Tracking (COSPAS-SARSAT) is an international communication support program to perform search and rescue (SAR) operations in emergency situations by using satellite signals relayed from a beacon. The legacy COSPAS-SARSAT was originally composed of low altitude and geostationary Earth orbit satellites; thus, a limited number of directional dish antennas was sufficient to cover the limited number of visible satellites at the local user terminal. However, the second generation COSPAS-SARSAT newly added the medium Earth orbit satellites, e.g., Global Navigation Satellite Systems (GNSS) to the existing system, so that the number of visible satellites increase dramatically, and the system upgrade to cover all the visible satellites is foreseen. The additional use of planned Korea Positioning System (KPS) to existing GNSS is envisaged to provide a better performance of their SAR service. This paper presents the benefits of the additional use of KPS together with the phased array antennas at the local user terminal of the COSPAS-SARSAT. This is to effectively response to the increase of the number of visible satellites. Numerical simulation is included to evaluate the performance improvement of COSPAS-SARSAT in terms of the number of visible satellites, geometry between satellites and user, and position estimation accuracy.
본 논문에서는 최근에 개발된 고해상도 지구관측위성의 본체 형상설계 동향에 대해 기술하고자 한다. 인공위성의 본체는 임무, 탑재체, 발사환경, 임무특성, 자세제어 및 추진시스템에 따라 다양한 형상을 갖는다. 또한 2000년대 들어서 시작된 위성영상의 상업화에 따른 영상수요의 증가는 고해상도 영상을 신속히 많이 획득할 수 있는 위성시스템을 요구하고 있다. 이러한 요구에 맞춰 위성의 본체는 가벼우면서도 안정적으로 탑재체를 지지할 수 있도록 설계되고 있으며, 이 중에 형상설계 변화를 본 논문에서 집중적으로 살펴본다.
본 논문은 우주 선진국 및 우리나라의 민/군 지구관측위성 개발 동향에 대해 조사하였으며, 국내 위성사업의 현황 및 향후 방향에 대해 기술하였다. 우주 선진국의 민/군 지구관측위성 개발 동향은 미국, 러시아, 프랑스, 독일, 이탈리아, 이스라엘, 중국 그리고 일본에 대해 조사하였으며, 이를 바탕으로 향후 지구관측위성 개발 방향에 대해 예측하였다. 일반적으로 위성 개발이라는 용어는 위성시스템을 구성하는 위성체, 지상체 및 발사체 등을 모두 포함하여 개발하는 개념으로 사용되지만, 본 논문에서는 위성 시스템이 아닌 위성체 자체의 개발을 중점으로 사용하였다.
In the satellite operation phase, a ground station should continuously monitor the status of the satellite and sends out a tasking order, and a satellite should transmit data acquired in the space to the Earth. Therefore, the communication between the satellites and the ground stations is essential. However, a satellite and a ground station located in a specific region on Earth can be connected for a limited time because the satellite is continuously orbiting the Earth, and the communication between satellites and ground stations is only possible on a one-to-one basis. That is, one satellite can not communicate with plural ground stations, and one ground station can communicate with plural satellites concurrently. For such reasons, the efficiency of the communication schedule directly affects the utilization of the satellites. Thus, in this research, considering aforementioned unique situations of spacial communication, the mixed integer programming (MIP) model for the optimal communication planning between multiple satellites and multiple ground stations (MS-MG) is proposed. Furthermore, some numerical experiments are performed to verify and validate the mathematical model. The practical example for them is constructed based on the information of existing satellites and ground stations. The communicable time slots between them were obtained by STK (System Tool Kit), which is a well known professional software for space flight simulation. In the MIP model for the MS-MG problems, the objective function is also considered the minimization of communication cost, and ILOG CPLEX software searches the optimal schedule. Furthermore, it is confirmed that this study can be applied to the location selection of the ground stations.
지구 관측위성의 데이터를 지상으로 전송하기 위해 활용되는 X-대역 주파수는 한정적이므로, 여러 위성들이 해당 동일 대역을 공유하는 방식으로 활용한다. 복수의 위성이 유사 주파수 대역을 활용하기 위해서 국제전기통신연합-전파통신부문(International Telecommunication Union - Radiocommunication; ITU-R)에서는 송신 대역 내 전력속밀도(Power Flux Density; PFD) 제한 조건이 있고, 이를 통해 위성 간 간섭 영향성을 극복하고 있다. 하지만 이러한 규정 하에서도 복수의 위성이 비교적 근접한 지상국에 접속하는 경우 간섭 영향성의 분석이 수행될 필요가 있다. 본 논문에서는 한반도 내에 임의 배치된 두 개의 지상국을 기준으로, 서로 다른 궤도를 따르는 두 개의 저궤도 위성에 각각 접속하여 통신할 경우에 대해 수신 신호대 간섭+잡음비(Signal to Interference plus Noise Ration; SINR) 기준으로 간섭 영향성 분석을 수행하였다. 간섭 영향성 분석을 통해 PFD 규격을 만족시키는 두 위성이라 하더라도 전체 임무 기간(365일 가정) 내에 간섭은 발생할 수 있으나 영향받는 기간이 짧고 미리 예측할 수 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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