GEONS: 정밀 우주선 운용을 위한 GPS 강화 온보드 내비게이션

표준 GPS 서비스로 계산되는 실시간 포지셔닝은 일부 온보드 애플리케이션에는 적절하지만, 고유한 위치 불연속성은 고정밀 기기 애플리케이션(뷰 기간 예측, 기동 계획 등)에는 용납될 수 없습니다. 이들 계산은 우주선 상태의 연속적인 예측을 필요로 하기 때문입니다. 실시간 포지셔닝은 또한 4개의 GPS 위성으로부터 동시 측정을 요구하는데, 이는 임무 제한 요소가 됩니다.

GEONS 소프트웨어는 표준 GPS 수신기, 온보드 통신 장비, 자세 센서로부터 데이터를 처리하여 실시간으로 정확한 절대 및 상대 내비게이션 솔루션을 생성합니다. 온보드 기동 제어와 편대 비행을 위한 상대 내비게이션 등 기타 기능도 GEONS가 지원합니다. 모든 정보는 다운링크 텔레메트리 스트림에 포함되면 과학자들이 빠르게 이용할 수 있습니다.

GEONS는 확장 칼만 필터(EKF)를 사용하여 4개 미만의 가시 GPS 우주 차량으로도 고품질 솔루션을 제공합니다. 중력, 대기 항력, 태양 복사 압력, 클럭 바이어스 및 드리프트에 대한 물리적으로 대표적인 모델로 EKF를 보강하여 정확한 상태 추정과 현실적인 상태 오차 공분산을 제공합니다. GEONS는 물리적 모델의 데이터와 과거 모든 측정 정보를 신중하게 균형 있게 결합하여 우주선 궤도의 최적 추정치를 생성합니다. GEONS의 고충실도 상태 역학 모델은 측정 오차에 대한 민감도를 줄이고 고정밀 속도 추정을 제공하여 신호 손실이나 열악한 커버리지 중에도 정확한 상태 예측을 가능하게 합니다.

자율 내비게이션은 일상적인 지상 기반 궤도 결정과 특수 추적 서비스의 필요성을 없애 총 임무 비용을 절감하며, 위성 편대 비행 같은 고급 임무 개념에 필수적입니다. GEONS는 온보드 컴퓨터의 매우 제한된 자원 내에서 자율 동작하도록 설계되었습니다. 자율 초기화와 향상된 결함 탐지 기능은 순간 기하학적 GPS 솔루션을 사용하여 구현됩니다.

과거 측정 정보를 통합함으로써 GEONS는 단 1개의 가시 GPS 우주 차량만으로도, 심지어 신호 손실이나 열악한 커버리지 중에도 고정밀 궤도 추정치를 제공합니다. 또한 온보드 자세 센서로부터 도플러 측정 데이터를 처리합니다. 이러한 다양한 측정 유형이 모두 GEONS 소프트웨어에 통합되어, 추가 하드웨어 없이 여러 궤도 체제와 내비게이션 서브시스템을 처리할 수 있는 내비게이션 시스템을 생성합니다. 이러한 데이터 유형의 융합은 시스템 안정성과 신뢰성을 높이고 궤도 중 구성 요소 고장 시 우아한 성능 저하(graceful degradation)를 가능하게 합니다.

NASA는 이 기술의 상용화를 위해 라이선시(Licensee)를 적극적으로 찾고 있습니다. NASA 라이선싱 컨시어지(이메일)로 연락하거나 202-358-7432로 전화하여 라이선스 논의를 시작하세요. 자세한 정보는 여기를 참조하세요.