우주개발 경쟁 속에서 달 탐사를 위한 달 전역에서 활용 가능한 항법시스템의 필요성이 커지고 있으며, 현재 ESA의 Moonlight와 NASA의 LunarNET에서 제안된 것과 같이 달 중심 궤도 상에 위성을 배치하여 달 위성항법시스템(Lunar Navigation Satellite System, LNSS)을 구축하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 제안된 LNSS는 다수의 위성을 이용하여 항법시스템을 제공하고, 달 표면 탐사를 위한 착륙 임무의 경우 요구 되는 정밀 착륙 정확도에 도움을 줄 수 있다. 이에 본 논문에서는 LNSS와 최적화된 UWB 네트워크를 융합하여 더욱 정밀한 착륙 정확도를 제공하는 사용자 측위시스템을 제안하고, 그에 따른 측위 성능을 분석 하였다. 먼저 달 남극부 표면 Digital Elevation Map을 기반으로 달 착륙선의 착륙 경로를 구현하고, Genetic Algorithms을 이용하여 달 표면의 군집 로버를 활용한 UWB 네트워크 배치와 센서의 개수를 최적화하였 다. 또한 General Mission Analysis Tool을 통한 LNSS의 시뮬레이션으로 달 남극부에서의 가시 위성 개수와 Dilution of Precision을 분석하였고, 이후 Weighted Least Square 기법으로 달 표면 착륙 시 LNSS만 단 독 이용한 경우와 LNSS와 UWB 네트워크를 융합해 이용한 경우의 측위 성능을 비교하였다.

User Positioning System on Moon Using Lunar Navigation Satellite System (LNSS) and Optimization of UWB Network Localization

Da-Nim Jung, Eui-Ho Kim*

Amid the escalating competition in space exploration, the demand for a globally applicable lunar navigation system is growing. Research is actively underway to establish a Lunar Navigation Satellite System (LNSS) by deploying satellites in moon-centered orbits, similar to ESA's Moonlight and NASA's LunarNET proposals. The propsed LNSS, employing several satellites, aims to provide navigation system and can contribute to achieving precise landing accuracy for lunar surface exploration missions. In this paper, we propose a user positioning system that integrates LNSS with an optimized Ultra-Wideband (UWB) network to enhance precise landing accuracy and analyze resulting positioning performance. Initially, we implement landing trajectories for lunar landers, based on the lunar South Pole's Digital Elevation Map (DEM). We optimize the placement and the number of sensors of a rovers cluster on the lunar surface for UWB network deployment using Genetic Algorithms. In addition, employing the General Mission Analysis Tool (GMAT), simulations of LNSS are conducted to analyze the number of visible satellites and Dilution of Precision (DOP) at the lunar South Pole. Then, the comparisons between standalone LNSS and LNSS/UWB network integration positioning performance are implemented using the Weighted Least Square method.

Keywords: lunar navigation satellite system (LNSS), UWB network, genetic algorithm, precise positioning

Speaker 정다님 홍익대학교