본 논문에서는 KARI Rendezvous and Docking Demonstration Satellite (KARDSAT) 큐브위성을 위한 실시간 Differential GPS (DGPS) 상대항법 시스템의 소프트웨어 구현 및 검증방법을 제안한다. KARDSAT은 한국항공우주연구원에서 개발하고 있 는 큐브위성으로, 6U 규격의 주위성과 3U 규격의 부위성으로 구성되며, 주요임무로는 자율 랑데부 도킹 및 근접운용 시험 이다. 임무수행을 위한 상대항법 알고리듬으로 단일주파수 GPS를 측정치로 사용하여 Range Domain DGPS를 수행하며, 상대위성의 측정치 제공간격을 보완하기 위한 궤도전파 알고리듬이 활용된다. 일반적으로 위성의 비행소프트웨어 (Flight Software)에 탑재되는 모든 하위시스템은 신뢰성 확보를 위해 Software Test Bed (STB), Verification Test Script Parser (VSTP) 시스템 등을 통한 검증과 테스트가 요구되며, 이는 프로젝트 비용 및 개발기간 증가의 주요 요인이 된다. 전술한 문제들을 해결하기 위해, 본 논문에서는 일반적인 데스크톱 컴퓨터에서 Matlab, Visual Studio를 활용하여 KARDSAT 상대항 법 시스템의 효율적인 구현 및 검증을 수행하고, 최종적으로 On-Board-Computer (OBC)를 활용하여 소프트웨어를 검증 하였다. 이를 위해, 먼저 전체 시스템을 Matlab 기반의 데이터 제공모듈과 구현을 목적으로 하는 상대항법 모듈로 분리하 여 Software-In-the-Loop Simulation (SILS)을 수행하고, C 언어 기반의 코드를 구현하여 Processor-In-the-Loop Simulation (PILS) 검증을 수행하였다. 제안된 방법의 유용성을 확인하기 위해, KARDSAT에 탑재되는 상대항법 소프트웨어 의 SILS 및 PILS를 수행함으로써 효과적인 소프트웨어 구현 및 검증방법의 유용성을 확인하였다.

Real-time Differential GPS Relative Navigation System Implementation and Verification of KARDSAT Cube-Satellites for Autonomous Rendezvous and Docking Missions

Hanjoon Shim, O-Jong Kim, Changdon Kee*, Dong-Hyun Cho, Hae-Dong Kim

In this paper, a software implementation and verification method of a real-time differential GPS (DGPS) relative navigation system for KARDSAT cube satellites is proposed. KARDSAT is a cube satellite developed by the Korea Aerospace Research Institute. It consists of 6U standard size chaser and 3U target satellites, and its main task is autonomous rendezvous docking operation test. Relative navigation system for mission execution performs Range Domain DGPS using single-frequency GPS as a measurement value, and an orbital propagation algorithm is used to supplement the interval for providing measurement values of the relative satellite. In general, all subsystems installed in the satellite's flight software (Flight Software) require verification and testing through the Software Test Bed (STB), Verification Test Script Parser (VSTP) system, etc. to secure reliability. It is a major factor in increasing project’s cost and development period. In order to solve the above problems, in this paper, efficient implementation and verification of KARDSAT relative navigation system is performed using MATLAB and Visual Studio on a general desktop computer, and finally, an OBC is used to be carried out validation check. To this end, first, the entire system is divided into a Matlab-based data providing module and a relative navigation system module to perform Software-In-the-Loop Simulation (SILS). Then, by writing the relative navigation module based on C language, it is performed by Processor-In-the-Loop Simulation (PILS) verification. The proposed method secured the reliability of the implemented code and confirmed the usefulness of the implemented code by effectively implementing and verifying it without establishing a separate system for software verification of the relative navigation system installed in KARDSAT.

Speaker 심한준 서울대학교