Low Earth orbit satellites with satellite navigation receiver use onboard navigation filters for filtering measurement signals and for orbit prediction under signal loss. Precision satellite dynamic models, core of the navigation filter, are studied and a computation program is developed. Gravity acceleration, precision coordinate transform, third-body gravity, atmospheric drag, and solar radiation pressure models are combined into an orbit prediction algorithm, and a proven precision orbit determination software is used to validate the program. Orbit prediction accuracy is analyzed with simulated and flight orbit data. The program meets an accuracy level for onboard real-time navigation filter.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.12
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pp.1216-1221
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2008
A low earth orbit satellite with a fixed solar array always has a sun-pointing attitude during daylight, and changes into a nadir-pointing attitude for a imaging mission. Since external heating sources to the satellite panels are Earth irradiation and Albedo during most of daylight in a sun-pointing attitude, the thermal environment condition is relatively stable. However, direct sunlight which is the greatest environmental heating has an affect on the satellite panels during a mission period (10% of one orbit) in a nadir-pointing attitude. In satellite thermal design, thermal effects of a nadir-pointing mission attitude due to this thermal environment change need to be evaluated although the duration of a nadir-pointing attitude is short. Therefore, a nadir-pointing attitude during a mission is incorporated into thermal model and by the thermal analysis result, thermal effects on the satellite are investigated.
NORAD Two Line Elements (TLE) are widely used for the increasing number of small satellite mission operations and analysis. However, due to the irregular periodicity of generation of the NORAD TLE, a new TLE that is independent of NORAD is required. A TLE type Orbit Determination (TLEOD) has been developed for the generation of a new TLE. Thus, the TLEOD system can provide an Antenna Control Unit (ACU) with the orbit determination result in the type of a TLE, which provides a simple interface for the commercialized ACU system. For the TLEOD system, NORAD SGP4 was used to make a new orbit determination system. In addition, a least squares method was implemented for the TLEOD system with the GPS navigation solutions of the KOMPSAT-1. Considering both the Orbit Propagation (OP) difference and the tendency of $B^{*}$ value, the preferable span of the day in the observation data was selected to be 3 days. Through the OD with 3 days observation data, the OP difference was derived and compared with that of Mission Analysis and Planning (MAPS) for the KOMPSAT-1. It has the extent from 2 km after sit days to 4 km after seven days. This is qualified enough for the efficiency of an ACU in image reception and processing center of the KOMPSAT-2.
The satellite in the geostationary orbit rotates around Earth center with the same angular rate as the Earth. So, the Earth can be observed with sequential time series. GOES(Geostationary Operational Environmental Satellites)-9 is a meteorological satellite, which is now located at 155ㆁE geostationary orbit location in order to monitor East-Asia meteorological environment including Korean Peninsular. Every meteorological information is acquired from GOES-9 with the period of about 1 hour. COMS(Communication, Ocean and Meteorological Satellite) has been developed by KARI(Korea Aerospace Research Institute) since 2003 and will be launched at 2008. COMS will be located at different orbit location compared to GOES-9. In this study, a simulated COMS image which is the perspective from different geostationary orbit location is generated using an GOES-9 image.
An operational orbit determination (OD) and prediction system for the geostationary Communication, Ocean, and Meteorological Satellite (COMS) mission requires accurate satellite positioning knowledge to accomplish image navigation registration on the ground. Ranging and tracking data from a single ground station is used for COMS OD in normal operation. However, the orbital longitude of the COMS is so close to that of satellite tracking sites that geometric singularity affects observability. A method to solve the azimuth bias of a single station in singularity is to periodically apply an estimated azimuth bias using the ranging and tracking data of two stations. Velocity increments of a wheel off-loading maneuver which is performed twice a day are fixed by planned values without considering maneuver efficiency during OD. Using only single-station data with the correction of the azimuth bias, OD can achieve three-sigma position accuracy on the order of 1.5 km root-sum-square.
Quick evaluations of two in-plane orbit maneuvers using small see of real-time CPS navigation solutions were peformed lot the KOMPSAT-1 spacecraft operation. Real-time GPS navigation solutions of the KOMPSAT-1 were collected during the Korean Ground Station(KGS) pass. Only a few sets of position and velocity data after completion of the thruster firing were used for the quick maneuver evaluations. The results were used for antenna pointing data predictions for the next station contact. Normal orbit maneuver evaluations using large see of playback GPS navigation solutions were also performed and the result were compared with the quick evaluation results.
The orbit characteristics and perturbation effects of an artificial satellite with critical inclination have been studied. The critical inclination problem in artificial satellite theory is treated as Ideal Resonance Problem(IRP). The KITSAT-1 satellite launched by Arian 42P at Guiana in August 11, 1992 has orbital inclination close to the critical value cos-1(1/√5). In that case, there is a singularity in some perturbation terms and perigee of the orbit is fixed because d$\omega$/dt is theoretically equal to zero. But actually the long periodic behaviour in argument of perigee, $\omega$ shows a small oscillation. The causes of the oscillation and the relativistic effect in IRP have been studied and applied to the KITSAT-1. The geo-potential perturbation terms which are seperated inclination terms have been obtained using Algebraic manipulation. Also luni-solar disturbing funtion based on the relative position of the sun, moon, and satellite has been obtained. Phase portraits are used to depict the change of eccentricity and grgument of perigee. The variations of each orbital elements have been obtained in case of the KITSAT-1.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.561-565
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2008
Generally, reaction wheels or thrusters are used for attitude control of a satellite. There is a potential method for the attitude control utilizing the plasma flow on the Low Earth Orbit. In the present study, experiments which simulate attitude control of a Low Earth Orbit Satellite using the ionosphere were conducted. In this experiment, a plasma flow was generated by a steady-state Hall type accelerator. However it is known that the Hall type accelerator, which is used as plasma source, produces a torque around its axis called "swirl torque". This torque would affect the attitude control in the above-mentioned experiments. First of all, we conducted the measurement of the swirl torque. Secondly, experiments using a satellite model with negative electrodes were conducted. The negative electrodes generated torque around the axis, and controlled the attitude of the satellite model by changing the applied voltage.
In this study, a batch least square estimator that utilizes optical observation data is developed and utilized to determine geostationary orbits (GEO). Through numerical simulations, the effects of error sources, such as clock errors, measurement noise, and the a priori state error, are analyzed. The actual optical tracking data of a GEO satellite, the Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS), provided by the optical wide-field patrol network (OWL-Net) is used with the developed batch filter for orbit determination. The accuracy of the determined orbit is evaluated by comparison with two-line elements (TLE) and confirmed as proper for the continuous monitoring of GEO objects. Also, the measurement residuals are converged to several arcseconds, corresponding to the OWL-Net performance. Based on these analyses, it is verified that the independent operation of electro-optic space surveillance systems is possible, and the ephemerides of space objects can be obtained.
Nagarajan, Narayanaswamy;Bavkir, Burhan;John, Ong Chuan Fu
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.1
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pp.141-144
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2006
The deviations in the injection orbital parameters, resulting from launcher dispersions, need to be estimated and used for autonomous satellite operations. For the proposed small satellite mission of the university there will be two GPS receivers onboard the satellite to provide the instantaneous orbital state to the onboard data handling system. In order to meet the power requirements, the satellite will be sun-tracking whenever there is no imaging operation. For imaging activities, the satellite will be maneuvered to nadir-pointing mode. Due to such different modes of orientation the geometry for the GPS receivers will not be favorable at all times and there will be instances of poor geometry resulting in no output from the GPS receivers. Onboard the satellite, the orbital information should be continuously available for autonomous switching on/off of various subsystems. The paper presents the strategies to make use of small arcs of data from GPS receivers to compute the mean orbital parameters and use the updated orbital parameters to calculate the position and velocity whenever the same is not available from GPS receiver. Thus the navigation message from the GPS receiver, namely the position vector in Earth-Centered-Earth-Fixed (ECEF) frame, is used as measurements. As for estimation, two techniques - (1) batch least squares method, and (2) Kalman Filter method are used for orbit estimation (in real time). The performance of the onboard orbit estimation has been assessed based on hardware based multi-channel GPS Signal simulator. The results indicate good converge even with short arcs of data as the GPS navigation data are generally very accurate and the data rate is also fast (typically 1Hz).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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