• 한국군사과학기술학회지
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• 제23권2호
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• pp.125-138
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• 2020

One of the most important steps to consider in utilizing micro-satellites for surveillance or reconnaissance operations is the design of the satellite constellation. The Walker-Delta constellation which is commonly used in designing satellite constellations is not ideal for this operation in which military satellites are required to monitor specific regions continuously in a stable manner. This study aims to discuss the methodology for designing a satellite constellation that is capable of monitoring the fixed region at the fixed time each day by using the Sun synchronous Orbit. The BB(Beach Ball) constellation that we propose outperforms the Walker-Delta constellation in terms of robustness and it holds the merit of being simple in its design, thereby making future expansions more convenient. We expect the BB constellation will have a high applicability as the operational concept of military surveillance satellites is established in the near future.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권2호
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• pp.334-343
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• 2017

The optimum design of an SAR (Synthetic Aperture Radar) satellite constellation is developed herein using a genetic algorithm. The performance of Earth observations using a satellite constellation can be improved by minimizing the maximum revisit time. Classical orbit design using analytic methods has limitations when addressing orbit dynamics due to various disturbances. To overcome this issue, an optimization technique based on a genetic algorithm is used. STK (Systems Tool Kit) is utilized to propagate the satellite orbit when considering external disturbances, and the maximum revisit time on the earth observation area is calculated. By minimizing the performance index using a genetic algorithm, the optimum orbit of the satellite constellation is designed. Numerical results are provided to demonstrate the performance of the proposed method.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제13권3호
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• pp.1260-1283
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• 2019

Low earth orbit (LEO) satellite broadband network is a crucial part of the space information network. LEO satellite constellation design is a top-level design, which plays a decisive role in the overall performance of the LEO satellite network. However, the existing works on constellation design mainly focus on the coverage criterion and rarely take network performance into the design process. In this article, we develop a unified framework for constellation optimization design in LEO satellite broadband networks. Several design criteria including network performance and coverage capability are combined into the design process. Firstly, the quality of service (QoS) metrics is presented to evaluate the performance of the LEO satellite broadband network. Also, we propose a network stability model for the rapid change of the satellite network topology. Besides, a mathematical model of constellation optimization design is formulated by considering the network cost-efficiency and stability. Then, an optimization algorithm based on non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II) is provided for the problem of constellation design. Finally, the proposed method is further evaluated through numerical simulations. Simulation results validate the proposed method and show that it is an efficient and effective approach for solving the problem of constellation design in LEO satellite broadband networks.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제38권4호
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• pp.217-227
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• 2021

In this study, we describe an analytical process for designing a low Earth orbit constellation for discontinuous regional coverage, to be used for a surveillance and reconnaissance space mission. The objective of this study was to configure a satellite constellation that targeted multiple areas near the Korean Peninsula. The constellation design forms part of a discontinuous regional coverage problem with a minimum revisit time. We first introduced an optimal inclination search algorithm to calculate the orbital inclination that maximizes the geometrical coverage of single or multiple ground targets. The common ground track (CGT) constellation pattern with a repeating period of one nodal day was then used to construct the rest of the orbital elements of the constellation. Combining these results, we present an analytical design process that users can directly apply to their own situation. For Seoul, for example, 39.0° was determined as the optimal orbital inclination, and the maximum and average revisit times were 58.1 min and 27.9 min for a 20-satellite constellation, and 42.5 min and 19.7 min for a 30-satellite CGT constellation, respectively. This study also compares the revisit times of the proposed method with those of a traditional Walker-Delta constellation under three inclination conditions: optimal inclination, restricted inclination by launch trajectories from the Korean Peninsula, and inclination for the sun-synchronous orbit. A comparison showed that the CGT constellation had the shortest revisit times with a non-optimal inclination condition. The results of this analysis can serve as a reference for determining the appropriate constellation pattern for a given inclination condition.

• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제12권1호
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• pp.11-22
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• 2023

In this paper, we propose an efficient satellite selection method for multi-constellation GNSS. The number of visible satellites has increased dramatically recently due to multi-constellation GNSS. By the increased availability, the overall GNSS performance can be improved. Whereas, due to the increase of the number of visible satellites, the computational burden in implementing advanced processing such as integer ambiguity resolution and fault detection can be increased considerably. As widely known, the optimal satellite selection method requires very large computational burden and its real-time implementation is practically impossible. To reduce computational burden, several sub-optimal but efficient satellite selection methods have been proposed recently. However, these methods are prone to the local optimum problem and do not fully utilize the information redundancy between different constellation systems. To solve this problem, the proposed method utilizes the inter-system biases and geometric assignments. As a result, the proposed method can be implemented in real-time, avoids the local optimum problem, and does not exclude any single-satellite constellation. The performance of the proposed method is compared with the optimal method and two popular sub-optimal methods by a simulation and an experiment.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권6호
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• pp.401-412
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• 2022

본 연구에서는 한반도에 대해 준 실시간 감시정찰을 수행하기 위한 여러 종류의 위성군 설계 기법들의 장단점을 조사하였다. 또한 지상 궤적 반복궤도 위성군과 워커 위성군을 이용하여 가용한 위성의 수, 궤도면 수 및 위상차에 대해 조합 가능한 모든 경우에서 위성군을 설계하고, 광학 위성과 합성개구레이더(SAR) 위성의 탑재체 제한조건을 반영하여 성능을 분석하였다. 평균 재방문 주기가 30분 이내로 준 실시간 한반도 감시정찰에 적합한 위성군의 특성을 제시하였다. 본 연구는 한반도 지역을 감시·정찰하기 위한 위성군 설계에 대한 전략을 수립하는 데 중요한 자료를 제공할 수 있으며, 나아가 초소형 위성군 운용을 위한 우주전력 구축에 대한 가이드라인을 제시하는 데 기여할 것이다.

• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제4권2호
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• pp.46-51
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• 2009

본 논문에서는 저궤도 위성망(LEO satellite network)과 지상망간의 간섭 영향을 분석하기 위해 사용되는 간섭 계산 요소 및 기법들을 정리하였다. 저궤도 위성의 궤도 및 위치정보를 시간에 따라 계산하는 요소들을 도출하고 두 시스템간의 실제 간섭량 계산에 적용되는 간섭 계산 기법을 서술하였다. 도출된 간섭 계산 기법은 저궤도 위성망과 지상망이 상호 간섭 영향 없이 운용될 수 있는 공유 조건을 설정하는데 활용될 수 있다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권3호
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• pp.10-22
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• 2022

우주개발진흥 기본계획에 따르면 2031년까지 110여 기의 위성이 운영될 것으로 예상되며, 이에 따라 기존의 소수의 다중위성 운영과는 다른 군집위성 운영을 위한 운영개념과 기술이 필요하다. 효율적인 군집위성 운영을 위해 임무운영시스템의 자동화 및 최적화가 필수적이며, 국내에서도 군집위성 운영을 위한 준비가 시급하다. 본 논문에서는 효율적인 군집위성 운영을 위해 자동화 및 최적화를 적용한 임무운영시스템 발전방향 및 추진전략을 제안하였으며, 임무운영시스템의 자동화 수준 및 우선순위 평가를 위한 프레임워크를 개발하여 자동화를 우선적으로 적용하여야 하는 업무를 식별하였다.

• 한국항행학회논문지
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• 제27권5호
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• pp.502-509
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• 2023

본 논문는 유전자 알고리즘의 최적화 기법을 활용하여 최적의 재방문 성능을 달성하는 위성배치 방법을 제시한다. 보편적인 위성배치 기법인 Walker 방법은 글로벌 커버리지 개념으로 한반도의 전략적 환경을 고려한 표적 중심의 위성배치에는 제한사항이 존재한다. 이러한 제한사항을 극복하기 위하여, 북한의 주요 관심지역의 표적을 설정하고 표적별 최적의 재방문 성능을 갖는 궤도 요소를 탐색하여 이를 기반으로 각 표적에 대해 유전자 알고리즘으로 최적화된 위성수를 도출하였다. 연구 결과는 지상반복궤적의 위성배치 규칙을 적용하여 최적화된 위성군이 표적별 원하는 재방문 성능을 달성함으로써 그 성능이 입증된다.

• 한국항행학회논문지
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• 제27권4호
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• pp.337-345
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• 2023

본 연구는 국가 초소형위성체계가 운용개념에 맞게 효과적으로 임무를 수행하기 위한 위성궤도요소 별 고려사항을 분석하고, 통상적으로 활용되고 있는 워커 기법 대비 지상반복궤적 궤도의 위성배치 기법에 대한 성능을 비교한다. 위성궤도요소 분석에서는 초소형 위성군의 고도후보군, 동결궤도를 통한 궤도 이심율 및 근지점 경도의 활용, 적절한 궤도 경사각 선정의 필요성, 동일한 지상반복궤적을 비행하기 위한 위성군 배치 규칙 등을 제안한다. 이러한 분석 결과를 기반으로 지상반복궤적 궤도의 위성군 배치는 워커 기법과 비교하여 재방문 성능 분석, 글로벌 커버리지 특성, 궤도 일관성 측면에서 우월성이 검증된다.