영상 피드백을 이용한 인공위성의 추적 및 각도 관측 데이터 수집에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 영상 피드백을 활용하여 제한적인 궤도정보만을 가지고 인공위성을 추적하면서 각도 데이터를 수집하는 방법을 개발하였고, 그 결과로 얻어낸 인공위성의 각도정보로 궤도결정을 하는 것이 얼마나 유효한지를 확인하였다. 먼저 이미지에서 원하는 물체를 얻어내기 위하여, 배경과 분리하는 이진화 알고리즘을 실험적인 방법을 통해 선택하였다. 이진화 후 무게중심점에서의 분산을 이용하여 인공위성과 별을 구분하는 알고리즘을 제안, 실험을 통해 성능을 확인하였다. 정밀한 각도정보를 얻기 위하여 새로 만들어진 천문연구원 과제를 위한 altazi mount에 대하여 269개의 별을 이용하여 교정을 수행하였으며, 다른 실험을 통해 얻은 임의오차(max 5arcsec)와 비슷한 수준으로(max 8arcsec)계통오차를 줄일 수 있었고, 인공위성 추적을 통해 얻은 각도정보도 그 정도 수준의 정밀도를 얻을 수 있음을 간접적으로 확인하였다. 인공위성을 추적할 때 단순 PI 제어기를 이용하면, I 이득이 클 때 인공위성의 속도를 더 잘 추종하지만, 필연적으로 overshoot가 크게 일어나게 되며, 이것이 인공위성을 놓칠 확률을 크게 한다. 또한, 인공위성의 초기 속도 또한 overshoot를 크게 만들거나 느린 응답을 유발시킨다. 이것을 적절한 feedforward 항을 제어에 추가해 줌으로 써, overshoot가 없으면서 인공위성의 초기 속도에 영향을 받지 않는 초기응답 곡선을 얻어낼 수 있음을 시뮬레이션과 실험을 통해 보였다. 또한, 인공위성이 시야에서 사라지는 경우에 대하여, 초기응답의 경우와 이미 수렴한 경우를 나누어서, 인공위성이 시야에 다시 나타나기 쉽게 하는 제어입력을 디자인하였고, 실험을 통해 그것이 잘 동작함을 확인하였다. 위의 알고리즘을 통해 얻은 14개의 인공위성 추적 자료를 가지고 궤도결정을 통해 이 방법이 얼마나 유효한지를 확인하였고, 이심률이 0.005 미만일 때 주기 오차가 15초 미만으로 결정됨을 확인하였다.