본 논문에서는 자율 편대비행 임무를 수행하는 SNUGLITE-III 큐브위성의 단일주파수 RTK 상대항법 시스템 검증과 적용의 실제적 문제를 다룬다. 개발되는 알고리듬은 저궤도 위성용 GPS 시뮬레이터를 기반으로 개발되었으므로, 지상에서 수집된 측정치를 통한 검증을 위해서는 저궤도 환경과 지상 환경의 차이점을 이해하고 순차적인 검증 절차를 수립하여야 한다. 또한, 큐브위성 플랫폼은 공간적 한계로 인해 탑재되는 GPS 수신기, GPS 안테나, 그리고 On-Board Compute의 하드웨어적 한계점이 존재한다. 따라서 개발된 알고리듬의 실제 적용을 위해 큐브위성이 가지는 특수한 하드웨어적 한계점을 함께 고려하는 것이 요구된다. 본 논문에서는 저궤도 GPS 시뮬레이터를 기반으로 개발된 알고리듬을 지상에서 수집된 측정치를 통 해 단계적으로 검증하고, 실제 하드웨어 특성을 분석하여 적용하는 기법을 제안한다. 이를 위해, 본 논문에서는 개발된 알고리듬을 활용하여 영기선과 단기선 조건에서 코드 검증을 수행 한 뒤, 하드웨어 특성을 순차적으로 분석한다. 신뢰성 있는 고가 수신기 및 고가 안테나를 확인하여 영기선, 단기선 검증을 수행하고 큐브위성의 하드웨어로 인한 성능 저하 문제를 비교 한다. 제안된 기법을 통해 SNUGLITE-III 큐브위성 상대항법 시스템이 센티미터급의 성능을 제공함을 보였으며, 큐브위성 플랫폼에도 적용 가능함을 실증하였다.

Verification Technique for the Single-Frequency RTK Relative Navigation Algorithm of SNUGLITE-III CubeSat Performing Autonomous Formation Flying

Hanjoon Shim, Yonghwan Bae, Changdon Kee*, In Hoi Koo

This paper addresses the practical issues of verifying and applying the single-frequency RTK relative navigation algorithm for SNUGLITE-III CubeSat performing autonomous formation flying. Since the algorithm under development is based on a low Earth orbit satellite GPS simulator, understanding the differences between the low Earth orbit (LEO) and ground environments and establishing a sequential verification procedure are essential for validating measurements collected from the ground. Additionally, the CubeSat platform has hardware limitations due to spatial constraints, including the GPS receiver, GPS antenna, and On-Board Computer (OBC). Therefore, considering these unique hardware constraints of the CubeSat is necessary for the practical application of the developed algorithm. In this paper, we propose a technique to progressively verify the algorithm developed based on the LEO GPS simulator using measurements collected on the ground, analyze its actual hardware characteristics, and apply it. To achieve this, we utilize the developed algorithm to perform code verification under zero- baseline and short-baseline conditions, sequentially analyzing hardware characteristics. We compare the performance degradation issues caused by the CubeSat's hardware, confirming that the proposed technique demonstrates centimeter-level performance for SNUGLITE-III CubeSat's relative navigation system and can be applied to the CubeSat platform.

Keywords: CubeSat, Real Time Kinematics (RTK), relative navigation, implementation

Speaker 심한준 서울대학교