Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.12
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pp.1427-1432
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2009
The pitch motion of a generic gravity gradient satellite is investigated in terms of chaos. The Melnikov method is used for detecting the onset of chaotic behavior of the pitch motion of a gravity gradient satellite. The Melnikov method determines the distance between stable and unstable manifolds of a perturbed system. When stable and unstable manifolds transverse on the Poincare section, the resulting motion can be chaotic. The Melnikov analysis indicates that the pitch dynamics of a generic gravity gradient satellite can be chaotic when the orbit eccentricity is small.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.2
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pp.137-143
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2011
The pitch motion of a gravity-gradient satellite can be chaotic, depending on the ratio of mass moments of inertia and the eccentricity of the satellite orbit. For a precise prediction of motion, chaotic pitch motion has to be changed to non-chaotic motion. Feedback control can be used to obtain nonchaotic pitch motion. For chaos control and stabilization of the pitch motion of a gravity-gradient satellite, a feedback control system is designed, based on the linear nonautonomous system obtained by linearizing the nonlinear pitch motion. The control law obtained has two parameters and is applied to chaotic nonlinear pitch motion. The nonlinear control system satisfies the proposed control objectives in the range of the nonchaotic parameter space.
The satellite in space has a tiny size but is subject to the disturbance torques caused by various sources. The presence of environmental disturbance torques significantly affects the orient as well as the orbital motion of satellite. The sources of environmental effects on LEO Satellite attitude dynamics are various. Four of these, gravity gradient, Earth's magnetic field, solar radiation pressure and aerodynamic are dominant and deterministic. In this study, we describe the model of environmental disturbance torques acting on LEO Satellite and the effects of environmental disturbance torques on LEO Satellite attitude dynamics in detail.
Geomagnetism was used to control the attitude of the small scientific satellite at low altitude in sun-synchronous orbit. First, we analyzed the telemetry data. The rotation state of the satellite, can be known from the magnitude and variations of the magnetic field which is measured from the 3 axis magnetometer. In axisymmetric case, it is possible to control the attitude of the satellite by changing the rotation velocity of each 3 axis. The algorithm and the program were developed to calculate the supply time of the current operating the magnetorquer. This attitude control can be applied when the satellite is in tumbling motion and after passive control is attained by the Gravity gradient boom.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.7
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pp.100-111
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2003
The HAUSAT-1(Hankuk Aviation University SATellite-1) will orbit at the altitude of 650km-800 km with 65 or 98 degree inclination angle. The effects of magnetic field and Earth gravity are more predominant than other space disturbances because the HAUSAT-1 will be positioned in LEO(Low Earth Orbit). The HAUSAT-1 design implements a magnetic control system and gravity-stable system which implement the solar panel deployment system. The simulation using MATLAB was performed to make sure the attitude stability of HAUSAT-1, which is based on the 8th order magnetic field model and non-linear equations of disturbances and the HAUSAT-1 attitude. The stability is investigated for two different HAUSAT-1 configurations and attitude which are affected by disturbances through simulation. The results for gravity-gradient stable
and non gravity-gradient stable system are compared. Methodology of attitude stabilization was explored to develop an effective attitude control system for the HAUSAT-1 using magnetic torquers.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.32
no.1
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pp.63-73
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2014
Recently, researches on DBRN(DataBase Referenced Navigation) system are being carried out to replace GNSS(Global Navigation Satellite System), as weaknesses of GNSS were found that are caused by the intentional interference and the jamming of the satellite signal. This paper describes the gravity gradient modeling and the construction of EKF(Extended Kalman Filter) based GGRN(Gravity Gradient Referenced Navigation). To analyze the performance of GGRN, fourteen flight trajectories were made for simulations over whole South Korea. During the simulations, we considered the errors in both DB(DataBase) and sensor as well as the flight altitudes. Accurate performances were found, when errors in the DB and the sensor are small and they located at lower altitude. For comparative evaluation, the traditional TRN(Terrain Referenced Navigation) was also developed and performances were analyzed relative to those from the GGRN. In fact, most of GGRN performed better in low altitude, but both of precise gravity gradient DB and gradiometer were required to obtain similar level of precisions at the high altitude. In the future, additional tests and evaluations on the GGRN need to be performed to investigate on more factors such as DB resolution, flight speed, and the update rate.
Park, Chan Hong;Kim, Jeong U;Heo, Sik;Won, Jung Seon;Seok, Bong Chul;Yu, Hae Su
Journal of the Korean Geophysical Society
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v.2
no.1
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pp.27-38
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1999
The errors between track segments or at the cross-over points of shipborne gravity were successfully reduced by applying a cross-over error adjustment technique using satellite gravity. The integration of shipborne and satellite altimeter-implied free-air gravity anomalies after the cross-over error adjustment resulted in a high resolution gravity map which contains both short and long wavelength components. The successful adjustment of the cross-over errors in the shipborne gravity using the satellite gravity suggests that the shipborne gravity can be combined with the satellite anomalies characterized by a stable and long wavelength component. The resulting free-air anomaly map is evenly harmonized with both short and long wavelength anomalies. Thus the corrected anomaly map can be better used for the geological interpretation. Free-air anomalies with more than 140 mGal in total variations generally correspond to the seafloor topographic changes in their regional patterns. A series of gravity highs are aligned from the Korea Plateau to the Oki Island, which are interpreted to be caused by seamounts or volcanic topographies. The gravity minima along the western and southern shelf edge are associated not only with the local basement morphology and thick sediment fill at the continental margin, but also possibly with the crustal edge effect known for passive continental margins. Series of NE-trending linear anomalies are possibly caused by a swarm of volcanic intrusions followed the initial opening of the Ulleung Basin. The linear high anomalies in the Ulleung Plateau are terminated by the straightly NNW-trending anomalies with a sharp gradient in its western boundary which indicates a fault-line scarp. The opposite side adjoined with the fault-line scarp shows no correlation with the fault-line scarp in geometry indicating that the block might be horizontally slided from the north. A gravity high in contrast to the deepening in seafloor toward the northeastern central Ulleung Basin is probably responsible for the thin crust and shallow seated mantle. The gravity minima along the western and southern shelf edge are associated not only with the local basement morphology and thick sediment fill at the continental margin, but also possibly with the crustal edge effect known for passive continental margins. Series of NE-trending linear anomalies are possibly caused by a swarm of volcanic intrusions followed the initial opening of the Ulleung Basin. The linear high anomalies in the Ulleung Plateau are terminated by the straightly NNW-trending anomalies with a sharp gradient in its western boundary which indicates a fault-line scarp. The opposite side adjoined with the fault-line scarp shows no correlation with the fault-line scarp in geometry indicating that the block might be horizontally slided from the north. A gravity high in contrast to the deepening in seafloor toward the northeastern central Ulleung Basin is probably suggestive of a thin crust and shallow seated mantle.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.32
no.3
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pp.271-279
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2014
As an alternative way to overcome the weakness of the global navigation satellite system (GNSS) in hostile situation, a gravity gradient referenced navigation (GGRN) has been developed. This paper analyzed the performance of GGRN with respect to the initial errors, DB resolution as well as update rates. On the basis of simulations, it was found that the performance of GGRN is getting worse when initial errors exist but the navigation results are rapidly converged. Also, GGRN generates better results when DB resolution is higher and update rates are shorter than 20 seconds. However, it is difficult to deduce the optimal parameters for the navigation because some trajectories show better performance in case low-resolution DB is applied or long update rate is supposed. Therefore, further analysis to derive specific update conditions to improve the performance has been performed. Those update conditions would not be generalized for all cases although maximum improvement rate is over 200% in certain case. In the future, some more developments and tests on the combination of various geophysical data and/or algorithms are necessary to construct more stable and reliable navigation system.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.37
no.5
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pp.367-377
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2019
As an alternative navigation system for the non-GNSS (Global Navigation Satellite System) environment, a new type of DBRN (DataBase Referenced Navigation) which applies both gravity gradient and terrain, and combines filter-based algorithm with profile matching was suggested. To improve the stability of the performance compared to the previous study, both centralized and decentralized EKF (Extended Kalman Filter) were constructed based on gravity gradient and terrain data, and one of filters was selected in a timely manner. Then, the final position of a moving vehicle was determined by combining a position from the filter with the one from a profile matching. In the simulation test, it was found that the overall performance was improved to the 19.957m by combining centralized and decentralized EKF compared to the centralized EKF that of 20.779m. Especially, the divergence of centralized EKF in two trajectories located in the plain area disappeared. In addition, the average horizontal error decreased to the 16.704m by re-determining the final position using both filter-based and profile matching solutions. Of course, not all trajectories generated improved performance but there is not a large difference in terms of their horizontal errors. Among nine trajectories, eights show smaller than 20m and only one has 21.654m error. Thus, it would be concluded that the endemic problem of performance inconsistency in the single geophysical DB or algorithm-based DBRN was resolved because the combination of geophysical data and algorithms determined the position with a consistent level of error.
Magnetic actuation utilizes the mechanic torque that is the result of interaction of the current in a coil with an external magnetic field. A main obstacle is, however, that torques can only be produced perpendicular to the magnetic field. In addition, there is uncertainty in the Earth magnetic field models due to the complicated dynamic nature of the field. Also, the magnetic hardware and the spacecraft can interact, causing both to behave in undesirable ways. This actuation principle has been a topic of research since earliest satellites were launched. Earlier magnetic control has been applied for nutation damping for gravity gradient stabilized satellites, and for velocity decrease for satellites without appendages. The three axes of a micro-satellite can be stabilized by using an electromagnetic actuator which is rigidly mounted on the structure of the satellite. The actuator consists of three mutually-orthogonal air-cored coils on the skin of the satellite. The coils are excited so that the orbital frame magnetic field and body frame magnetic field coincides i.e. to make the Euler angles to zero. This can be done using a Neural Network controller trained by PD controller data and driven by the difference between the orbital and body frame magnetic fields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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