International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.4
no.1
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pp.99-109
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2003
Attitude control law synthesis for the three-axis attitude maneuver of a flexible spacecraft model is presented in this study. The basic idea is motivated by previous works for the extension into a more general case. The new case includes gravitational gradient torque which has significant effect on a wide range of low earth orbit missions. As the first step, the fully nonlinear dynamic equations of motion are derived including gravitational gradient. The control law design based upon the Lyapunov approach is attempted. The Lyapunov function consists of a weighted combination of system kinetic and potential energy. Then, a set of stabilizing control law is derived from the basic Lyapunov stability theory. The new control law is therefore in a general form partially validating the previous work in some sense.
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.
Kim, Yong-Bok;Jo, Young-Jun;Yong, Ki-Lyuk;Woo, Hyung-Je
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.25
no.4
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pp.491-504
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2008
CSSA (Coarse Sun Sensor Assembly) is the essential sensor for satellite attitude control. CSSA measures the direction of the sun's rays and determines whether the satellite is in the ellipse. The paper shows the development process and test results of Path-finder & Qualified Model CSSA as the preceding development in order to develop the CSSA for low earth orbit satellite. We needs the definite and precision procedure and lots of experience. This paper shows that we can improve those through the development of Path-finder and Qualified Model CSSA. Therefore, we can obtain the results to meet the functional requirement.
A numerical formula that presents relationship between a point of a satellite image and its ground position is called a sensor model. For precise geolocation of satellite images, we need an error-free sensor model. However, the sensor model based on GOES ephemeris data has some error, in particular after Image Motion Compensation (IMC) mechanism has been turned off. To solve this problem, we investigated three sensor models: collinearity model, direct linear transform (DLT) model and orbit-based model. We applied matching between GOES images and global coastline database and used successful results as control points. With control points we improved the initial image geolocation accuracy using the three models. We compared results from three sensor models. As a result, we showed that the orbit-based model is a suitable sensor model for precise geolocation of GOES-9 Images.
We have developed an attitude sensing S/W system, one of modules of Mission Analysis System(MAS), which simulates attitude sensing data as almost the same as the real sensor of a satellite in orbit. When attitude elements($alpha,delta$) of a satellite and positions of Earth, Moon, and Sun are given, the S/W system calculates look angles and dihedral angles of each celestial bodies relative to the rotations axis of the satellite. It consists of two sub-modules : One is ephemeris service module which consider the perturbations of four planets(Venus, Mars, Jupiter, Saturn) for positions of Sun and Moon and 4 $\times$4 earth gravitational potential terms for a satellite's position. The other is attitude simulation module which generates attitude sensing data. Varying the rotational axis of a satellite and it's orbital elements, we simulated the generating attitude sensing data with this S/W system and discussed their results.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.46
no.6
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pp.9-13
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2009
In the three axis control of Low Earth Orbit (LEO) satellite by using reaction wheel and gyro, a reaction wheel produces the control torque by the wheel speed or momentum, and a gyro carries out measuring of the attitude angle and the attitude angular velocity. In this paper, the dynamic modelling of LEO is consisted of the one from the rotational motion of the satellite with basic rigid body model and a flexible model, in addition to the reaction wheel model. A robust controller $(H_\infty)$ is designed to stabilize the rigid body and the flexible body of satellite, which can be perturbed due to disturbance, etc. The result obtained by $H_\infty$ controller is compared with that of the PI (Proportional and Integration) controller, which has been traditionally using for the stabilizing LEO satellite.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.10
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pp.962-969
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2007
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.
Korea Aerospace Research Institute has a plan to launch experimental lunar orbiter in 2017, and lunar orbiter and lander in 2020. In the mission planning phase, LOI(Lunar Orbit Insertion) maneuver strategy should be designed using finite burn model because on-board propulsion system of lunar orbiter in finite burn type. LOI maneuver plan and amount of required ${\Delta}V$ using finite burn model depend on the spacecraft attitude at burn, a type of propellant, thrust level and burn timing. This paper describes the LOI maneuver of lunar orbiter of foreign space agency and then comes up with the LOI maneuver plan of Korean lunar orbiter. Adequate thrust level and burn duration of Korean lunar orbiter also present by performing simulation.
The simple method of the geometric reconstruction of satellite linear pushbroom images is investigated. The model of the sensor used is based on the SPOT model that is developed by Kraiky. The satellite trajectory is a Keplerian trajectory in the approximation. Four orbital parameters, longitude of the ascending $node(\omega),$ inclination of the orbit plan(I), latitude argument of the satellite(W) and distance between earth center and satellite, are used for the camera modeling. We suppose that four orbital parameters and satellite attitude angles are exactly acquired. Then, in order to refine model, the given attitude angles and orbital parameters is not changed, but time-independent four parameters associated with LOS(Line Of Sight) vector is updated. A pair of SPOT-5 images has been used for validation of proposed method. Two GCPs acquired by GPS survey is used to controlling the LOS vector. The results are that the RMSE of 16 checking points are about 4.5m. Because the ground resolution of SPOT-5 is 2.5m, the result obtained in this study has a good accuracy. It demonstrates that the sensor model developed by this study can be used to reconstruct the geometry of satellite image taken by pushbroom camera.
Kim, Sung-Woo;Abdelrahman, Mohammad;Park, Sang-Young;Choi, Kyu-Hong
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.26
no.1
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pp.31-46
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2009
An Unscented Kalman Filter (UKF) for estimation of the attitude and rate of a spacecraft using only magnetometer vector measurement is developed. The attitude dynamics used in the estimation is the nonlinear Euler's rotational equation which is augmented with the quaternion kinematics to construct a process model. The filter is designed for small satellite in low Earth orbit, so the disturbance torques include gravity-gradient torque, magnetic disturbance torque, and aerodynamic drag torque. The magnetometer measurements are simulated based on time-varying position of the spacecraft. The filter has been tested not only in the standby mode but also in the detumbling mode. Two types of actuators have been modeled and applied in the simulation. The PD controller is used for the two types of actuators (reaction wheels and thrusters) to detumble the spacecraft. The estimation error converged to within 5 deg for attitude and 0.1 deg/s for rate respectively when the two types of actuators were used. A joint state parameter estimation has been tested and the effect of the process noise covariance on the parameter estimation has been indicated. Also, Monte-Carlo simulations have been performed to test the capability of the filter to converge with the initial conditions sampled from a uniform distribution. Finally, the UKF performance has been compared to that of the EKF and it demonstrates that UKF slightly outperforms EKF. The developed algorithm can be applied to any type of small satellites that are actuated by magnetic torquers, reaction wheels or thrusters with a capability of magnetometer vector measurements for attitude and rate estimation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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