The Optical Wide-field patroL-Network (OWL-Net) is a Korean optical space surveillance system used to track and monitor objects in space. In this study, the characteristics of four Initial Orbit Determination (IOD) methods were analyzed using artificial observational data from Low Earth Orbit satellites, and an appropriate IOD method was selected for use as the initial value of Precise Orbit Determination using OWL-Net data. Various simulations were performed according to the properties of observational data, such as noise level and observational time interval, to confirm the characteristics of the IOD methods. The IOD results produced via the OWL-Net observational data were then compared with Two Line Elements data to verify the accuracy of each IOD method. This paper, thus, suggests the best method for IOD, according to the properties of angles-only data, for use even when the ephemeris of a satellite is unknown.
In this study, the precise orbit determination (POD) software is developed for optical observation. To improve the performance of the estimation algorithm, a nonlinear batch filter, based on the unscented transform (UT) that overcomes the disadvantages of the least-squares (LS) batch filter, is utilized. The LS and UT batch filter algorithms are verified through numerical simulation analysis using artificial optical measurements. We use the real optical observation data of a low Earth orbit (LEO) satellite, Cryosat-2, observed from optical wide-field patrol network (OWL-Net), to verify the performance of the POD software developed. The effects of light travel time, annual aberration, and diurnal aberration are considered as error models to correct OWL-Net data. As a result of POD, measurement residual and estimated state vector of the LS batch filter converge to the local minimum when the initial orbit error is large or the initial covariance matrix is smaller than the initial error level. However, UT batch filter converges to the global minimum, irrespective of the initial orbit error and the initial covariance matrix.
Optical observation system provides angle-only measurement for orbit determination of space object. Range measurement can be directly acquired using laser ranging or tone ranging system. Initial orbit determination (IOD) by using angle- only data set shows discrepancy according to the measurement time interval. To solve this problem, range measurement data should be added for IOD. In this study, two-site optical observation was used to derive the range information. We have observed nine geostationary earth orbit satellites by using two-site optical observation system. The determination result of the range shows the accuracy over 99.5% compared to the results from the satellite tool kit simulation. And we confirmed that the orbit determination by the Herrick-Gibbs method with the range information obtained from the two-site observation is more accurate than the orbit determination by Gauss method with the one-site observation. For more accurate two-site optical observation, a baseline should satisfy an optimal condition of length and more precise observation system needed.
Korea Multi-Purpose SATellite(KOMPSAT) is scheduled to be launched by TAURUS launch vehicle in November, 1999. Tracking, Telemetry and Command(TT&C) operation and the flight dynamics support should be performed for the successful Launch and Early Orbit Phase(LEOP) operation. After the first contact of the KOMPSAT spacecraft, initial orbit determination using ground based tracking data should be performed for the acquisition of the orbit. Although the KOMPSAT is planned to be directly inserted into the Sun- synchronous orbit of 685 km altitude, the orbit maneuvers are required fur the correction of the launch vehicle dispersion. Flight dynamics support such as orbit determination and maneuver planning will be performed by using KOMPSAT Mission Analysis and Planning Subsystem(MAPS) in KOMPSAT Mission Control Element(MCE). The KOMPSAT MAPS have been jointly developed by Electronics and Telecommunications Research Institute(ETRI) and Hyundai Space & Aircraft Company(HYSA). The KOMPSAT MCE was installed in Korea Aerospace Research Institute(KARI) site for the KOMPSAT operation. In this paper, the orbit determination and maneuver planning are introduced and simulated for the KOMPSAT spacecraft in LEOP operation. Initial orbit determination using short arc tracking data and definitive orbit determination using multiple passes tracking data are performed. Orbit maneuvers for the altitude correction and inclination correction are planned for achieving the final mission orbit of the KOMPSAT.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.7
no.2
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pp.6-12
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2020
The precise prediction of future position of satellite depends on the accurate determination of orbit, which is also helpful in performing orbit maneuvers and trajectory correction maneuvers. For estimating the orbit of satellite many methods are being used. Some of the conventional methods are based on (i) Differential Correction (DC) (ii) Extended Kalman Filter (EKF). In this paper, Differential Evolution (DE) is used to determine the orbit. Orbit Determination using DC and EKF requires some initial guess of the state vector to initiate the algorithm, whereas DE does not require an initial guess since a wide range of bounds for the design unknown variables (orbital elements) is sufficient. This technique is uniformly valid for all orbits viz. circular, elliptic or hyperbolic. Simulated observations have been used to demonstrate the performance of the method. The observations are generated by including random noise. The simulation model that generates the observations includes the perturbation due to non-spherical earth up to second zonal harmonic term.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.8
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pp.87-93
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2002
In general, station relocation for a geostationary orbit satellite is formulated as a request for moving the spacecraft from its present longitude to the target longitude within a given time interval. The station relocation maneuver is composed of drift orbit insertion maneuver and target orbit insertion maneuver. During station relocation, the satellite orbit is continually influenced by the non-spherical geo-potential. When we plan a maneuver, if we do not consider the influence, the satellite may not be relocate to desired longitude successfully. To solve this problem, we applied the linearised orbit transfer equation to acquire maneuver time and delta-V. Nonlinear simulation for the station relocation of multiple satellites is performed in order to verify the distance between two satellites.
Gauss method for the initial orbit determination was tested using angle-only data obtained by orbit propagation using TLB and SGP4/SDP4 orbit propagation model.. As the analysis of this simulation, a feasible time span between observation time of satellite resulting the minimum error to the true orbit was found. Initial orbit determination is performed using observational data of GPS 26 and Koreasat 2 from 0.6m telescope of KAO(Korea Astronomy Observatory) and precise orbit determination is also performed using simulated data. The result of precise orbit determination shows that the accuracy of resulting orbit is related to the accuracy of the observations and the number of data.
The optimal initial inclination for minimizing the variation of the Local Time of Ascending Node(LTAN) during the three year mission of the KOMPSAT is investigated. At first, the analytical equation for the inclination change by the Sun is derived and the optimal initial inclination by analytical method is derived. Then the analytically derived optimal inclination is checked by the numerical orbit propagation with including all major perturbations. Four different cases of the initial orbital elements are used for monitoring the LTAN variation of the LTAN. Therefore, a new optimal initial inclination by numerical orbit propagation for the KOMPSAT is found. In addition, the variations of the mean and osculating semi-major axis are investigated with the different atmospheric density values. The mean eccentricity vs. argument of perigee diagram for the frozen orbit is obtained.
A strategy for geostationary orbit (or geostationary earth orbit [GEO]) surveillance based on optical angular observations is presented in this study. For the dynamic model, precise analytical orbit model developed by Lee et al. (1997) is used to improve computation performance and the unscented Kalman filer (UKF) is applied as a real-time filtering method. The UKF is known to perform well under highly nonlinear conditions such as surveillance in this study. The strategy that combines the analytical orbit propagation model and the UKF is tested for various conditions like different level of initial error and different level of measurement noise. The dependencies on observation interval and number of ground station are also tested. The test results shows that the GEO orbit determination based on the UKF and the analytical orbit model can be applied to GEO orbit tracking and surveillance effectively.
NORAD Two Line Element (TLE) is very useful to simplify the ground station antenna pointing and mission operations. When a satellite operations facility has the capability to determine NORAD type TLE which is independent of NORAD, it is important to analyze the applicable tracking data arcs for obtaining the best possible orbit. The applicable tracking data arcs for NORAD independent TLE orbit determination of the KOMPSAT-1 using GPS navigation solutions was analyzed for the best possible orbit determination and propagation results. Data spans of the GPS navigation solutions from 1 day to 5 days were used for TLE orbit determination and the results were used as Initial orbit for SGP4 orbit propagation. The operational orbit determination results using KOMPSAT-1 Mission Analysis and Planning System(MAPS) were used as references for the comparisons. The best-matched orbit determination was obtained when 3 days of GPS navigation solutions were used. The resulting 4 days of orbit propagation results were within 2 km of the KOMPSAI-1 MAPS results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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