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GPS 반송파 측정치를 이용한 대류층 3차원 관측 및 정밀 자세결정 큐브위성 SNUGLITE-II 운용 결과
심한준,배영환,박재욱,정호준,이지강,김오종,기창돈,권기범,구철회,구인회 한국항공우주학회 2023 韓國航空宇宙學會誌 Vol.51 No.10
SNUGLITE-II는 표준 3U 규격의 큐브위성으로, 누리호(KSLV-II)에 탑재된 성능검증위성과 함께 한국 시간(UTC+9) 2022년 6월 21일 16시경 발사되었다. 이후 7월 3일 16시 23분경 성능검증위성의 P-POD(Picosatellite Orbital Deployer)로부터 사출되었으며, 익일 03시 24분경 지상국 명령에 응답함으로써 최초 교신에 성공하였다. 본 논문에서는 7월 3일 사출 직후부터 12일까지 10일간 수행되었던 SNUGLITE-II 큐브위성의 운용 결과를 다룬다. 이를 위해 서울대학교 302동에 위치한 지상국과 해외 아마추어 무선사들이 운용하는 지상국을 통해 수집된 데이터와 지상국 명령으로 수집된 위성 상태정보 기록 데이터를 모두 취합하여 데이터를 시간별로 분류한다. 수집된 데이터는 SNUGLITE-II 큐브위성이 UHF 대역에서 10초 간격으로 송신하는 비콘 데이터로써, 위성의 업링크 명령, GPS 항법 정보, 전력정보, 자세제어, 센서값, 온도 그리고 식별 플래그 등의 다양한 정보를 포함하고 있다. 수집된 데이터를 통해 SNUGLITE-II 큐브위성의 위성 상태를 분석하고 탑재된 국내 개발 큐브위성용 GPS 수신기 검증과 자체 개발 자세결정 및 제어시스템의 기술적 운용 결과를 확인하였다. SNUGLITE-II is a standard 3U CubeSat that was launched on June 21, 2022, at 16:00 Korea Standard Time (KST) as a payload on the Nuri (KSLV-II) rocket. It was subsequently ejected from the picosatellite orbital deployer(P-POD) of the Performance Verification Satellite (PVSAT) at around 16:23 on July 3rd. The first communication with the CubeSat was successfully established when it responded to a command from the ground station at approximately 03:24 the next day. This paper presents the operational results of the SNUGLITE-II CubeSat, which were obtained during a 10-day period from July 3rd to July 12th. The data used for analysis were collected through the ground station located in Building 302 of Seoul National University, as well as from ground stations operated by SatNogs, a network of amateur radio enthusiasts. Additionally, satellite status information recorded by the ground station command was collected and classified chronologically. The collected data consists of beacon data transmitted by the SNUGLITE-II CubeSat at 10-second intervals in the UHF band. It encompasses various information, including satellite uplink commands, GPS navigation data, power levels, attitude control, sensor measurements, temperature readings, and identification flags. By analyzing the collected data, the operational conditions of the SNUGLITE-II CubeSat were evaluated. The performance of the domestically developed GPS receiver for the CubeSat was verified, and the technical operation results of the self-developed attitude determination and control system were confirmed.
큐브위성용 자세결정 및 제어시스템의 실시간 소프트웨어 검증 기법
심한준(Hanjoon Shim),배영환(Yonghwan Bae),기창돈(Changdon Kee) 한국항공우주학회 2023 韓國航空宇宙學會誌 Vol.51 No.3
본 논문에서는 큐브위성용 자세결정 및 제어시스템의 실시간 소프트웨어 검증 기법을 다룬다. 큐브위성에 탑재되는 OBC(On-Board Computer)는 하나의 단일 코어를 활용하여 다양한 서브시스템을 관리하고, 예비부품(Redundancy) 탑재가 제한되므로 효율적이고 신뢰 가능한 소프트웨어가 탑재되어야 한다. 또한 큐브위성 프로젝트의 비용적 측면, 개발 기간, 시설, 인력 투입 조건의 제약을 고려하여 일반적으로 쉽게 접근 가능할 수 있는 소프트웨어 검증이 수행되어야 한다. 이러한 관점에 기반하여 본 논문에서는 교육기관에서 보편적으로 자세결정 및 제어시스템 설계에 사용되는 MATLAB 소프트웨어를 활용하여 MILS (Model-In-the-Loop Simulation)를 수행하고, 설계된 모델을 바탕으로 동역학 모델 및 센서 측정치를 제공하는 우주환경 시뮬레이터, 그리고 자세결정 및 제어시스템을 분리하여 소프트웨어 검증을 수행한다. 이를 위해 분리된 모듈 간 데이터 입출력을 RS-232 통신을 활용하여 MATLAB 기반의 SILS(Software-In-the-Loop Simulation), OBC상의 RTOS(Real-Time Operation System) 기반의 PILS(Processor-In-the-Loop Simulation)를 각각 수행하고, 결과물을 비교함으로써 구현된 소프트웨어의 수치적 유효성을 검증한다. 제안된 기법은 SNUGLITE-II 큐브위성에 탑재되는 자세결정 및 제어시스템의 SILS, PILS 결과의 수치 오차를 제시함으로써 그 유용성을 확인하였다. This paper presents a real-time software verification technique for the attitude determination and control system (ADCS) of CubeSats. The on-board computer (OBC) of the CubeSat is equipped with a single core and limited redundancy, making it essential for reliable software to be installed. In consideration of cost, development time, resources, and manpower, an accessible software verification method is necessary. Based on this point of view, this paper first performs a model-in-the-loop simulation (MILS) using MATLAB, a commonly used software in educational institutions for ADCS design. Based on the designed model, software verification is performed by separating the space environment simulator, which provides dynamic models and sensor measurements, and the ADCS module. RS-232 communication is used for data input and output between these modules, and MATLAB-based software-in-the-loop simulation (SILS) and OBC-based processor-in-the-loop simulation (PILS), which is implemented in a real-time operating system (RTOS), are performed. The validity of the implemented software is verified by comparing the results. The proposed technique was validated by presenting the numerical errors of the SILS and PILS results of the SNUGLITE-II CubeSat ADCS.