분류 전체보기324 궤도요소 (COE)로 부터 위치 및 속도벡터 계산 우주비행체의 위치벡터 및 속도벡터를 궤도요소(COE, classical orbital elements)로 변환할 수 있었다 (https://pasus.tistory.com/287). 이번에는 이와 반대로 궤도요소를 위치벡터와 속도벡터로 변환하는 방법에 대해서 알아보기로 하자. 시간 \(t=t_0\) 에서 주어진 궤도요소 \((a, \ e, \ i, \ \Omega, \ \omega, \ \theta (t_0 ))\) 에서 위치벡터 \(\vec{r}\) 과 속도벡터 \(\vec{v}\) 를 구하는 과정은 두 단계로 나누어진다. 궤도중심좌표계(perifocal frame)에서 위치벡터와 속도벡터를 구하는 단계와 좌표변환을 통하여 ECI좌표계로 이들 벡터를 변환하는 단계이다. 먼저 궤도중심좌표계에서 위치벡터와.. 2023. 7. 31. 궤도요소 (COE) 계산 고전 궤도요소 (COE, classical orbital elements)의 6개 파라미터는 우주비행체의 위치벡터 및 속도벡터와 함수관계에 있다. 따라서 임의의 시간 \(t=t_0\) 에서 주어진 위치벡터와 속도벡터를 궤도요소로 변환하면 궤도의 크기, 모양, 자세 등을 알 수 있다. 시간 \(t=t_0\) 에서 주어진 위치벡터와 속도벡터 \(\vec{r}(t_0), \ \vec{v}(t_0)\) 에서 궤도요소를 구하는 과정은 두 단계로 나누어진다. 우선 위치벡터와 속도벡터로부터 각운동량 벡터 \(\vec{h}\), 승교선 벡터(ascending node vector) \(\vec{n}\), 이심율 벡터(eccentricity vector) \(\vec{e}\) 를 구하는 단계와 이들 벡터로부터 궤도요소를.. 2023. 7. 26. 고전 궤도요소 (Classical Orbital Elements) 고전 궤도요소 (COE, classical orbital elements)는 우주비행체의 궤도 운동을 기술하기 위해 사용되는 수학적인 방법으로서, 궤도의 크기, 모양, 자세를 정의하기 위한 5개의 파라미터와 궤도상에 우주비행체의 위치를 나타내기 위한 1개의 파라미터로 구성되어 있다. 고전 궤도요소는 궤도 운동을 시각적으로 표현하는데 매우 편리하다. 아래 그림은 고전 궤도요소를 그림으로 보여주고 있는데, 6개 파라미터의 자세한 정의는 다음과 같다. 통반경 (semi-latus rectum) 또는 장반경 (semi-major axis): 통반경은 궤도의 주축 (major-axis)에서 궤도까지의 수직거리이다. 통반경은 궤도의 크기를 나타내며 기호로는 \(p\)로 표시한다. 통반경 대신에 장반경 (semi-m.. 2023. 7. 24. [CR3BP] 주기궤도의 안정성 어떤 \(\bar{\mathbf{x}}(t)\) 가 다음 미분방정식의 해로 주어지는 주기(period)가 \(T\) 인 주기궤도라고 하자. \[ \dot{\bar{\mathbf{x}}}(t)= \mathbf{f}( \bar{\mathbf{x}} (t)) \tag{1} \] \(\bar{\mathbf{x}}(t)\) 에 약간의 섭동 \(\delta \mathbf{x}(t)\) 을 주고 식 (1)에 대입한 후 테일러 시리즈 1차 근사식을 구하면 다음과 같이 된다. \[ \begin{align} & \dot{\bar{\mathbf{x}}} (t)+ \delta \dot{\mathbf{x}}(t) \approx \mathbf{f}( \bar{\mathbf{x}}(t))+ \left. \frac{ \partial.. 2023. 7. 22. [PSOC-11] 가우스 유사 스펙트럴 (GPM) 기반 최적제어 가우스 유사 스펙트럴 방법(GPM, Gauss pseudospectral method)에서는 \(N\) 개의 LG(Legendre-Gauss) 포인트를 콜로케이션 포인트로 사용하고, LG 포인트에 \(\tau_0=-1\) 을 포함한 점을 보간점으로 사용한다. 이산화 점은 보간점에 \(\tau_{N+1}=1\) 을 포함한 것이다. 따라서 가우스 유사 스펙트럴 방법은 \(N\) 개의 콜로케이션 포인트, \(N+1\) 개의 보간점와 \(N+2\) 개의 이산화 점을 사용한다. LG 포인트는 \(N\) 차 르장드르 다항식 \(P_N (\tau)\) 의 해로 구성되어 있다. 가우스 유사 스펙트럴 방법에서는 상태변수 \(\mathbf{x}(\tau)\) 를 \( N\) 차 라그랑지 다항식으로 근사화한다. \[ \ma.. 2023. 7. 20. [PSOC-10] 라다우 유사 스펙트럴 (RPM) 기반 최적제어 라다우 유사 스펙트럴 방법(RPM, Radau pseudospectral method)에서는 \(N\) 개의 LGR(Legendre-Gauss-Radau) 포인트를 콜로케이션 포인트로 사용하고, LGR 포인트에 \(\tau_{N+1}=1\) 점을 포함한 것을 보간점으로 사용한다. LGR 포인트는 \(N\) 차 르장드르(Legendre) 다항식과 \((N-1)\) 차 르장드르 다항식의 합인 \(P_N (\tau)+P_{N-1} (\tau)\) 의 해로 구성되어 있다. 라다우 유사 스펙트럴 방법에서는 상태변수 \(\mathbf{x}(\tau)\) 를 \( N \) 차 라그랑지 다항식으로 근사화한다. \[ \mathbf{x}( \tau ) \approx \mathbf{X} (\tau)= \sum_{i=1}^{.. 2023. 7. 18. [PSOC-9] 로바토 유사 스펙트럴 (LPM) 기반 최적제어 로바토 유사 스펙트럴 방법(LPM, Lobatto pseudospectral method)에서는 콜로케이션 포인트와 보간점이 동일하다. \(N\) 개의 LGL(Legendre-Gauss-Lobatto) 포인트를 콜로케이션 포인트와 보간점으로 모두 사용한다. LGL 포인트는 \((N-1)\) 차 르장드르(Legendre) 미분 다항식 \(\dot{P}_{N-1} (\tau)\) 의 해와 \(\tau=-1, \ \tau=1\) 로 구성되어 있다. 로바토 유사 스펙트럴 방법에서는 상태변수 \(\mathbf{x}(\tau)\) 를 \((N-1)\)차 라그랑지 다항식으로 근사화한다. \[ \mathbf{x}( \tau ) \approx \mathbf{X} (\tau)= \sum_{i=1}^N \mathbf{X}_.. 2023. 7. 17. [PSOC-8] 유사 스펙트럴 기반 최적제어 문제 연속시간 최적제어에 사용되는 두 가지 유형의 수치적 방법 중 직접방법(direct method)은 최적제어 문제에서 상태변수와 제어입력을 이산화(discretization)시켜 비선형 프로그래밍 문제(NLP, nonlinear programming problem)로 바꾸는 것이다. 유사 스펙트럴 방법(pseudospectral method)은 지난 10여년 동안 최적제어 분야에서 널리 사용된 직접방법 중의 하나로서 콜로케이션 포인트(collocation point)와 보간점(interpolating point)을 이용하는 것이 핵심이다. 지금까지 살펴본 수학적 배경지식인 라그랑지 보간 다항식, 가우시안 쿼드래처, 유사 스펙트럴 방법 등을 간략히 요약한 다음에 연속시간 최적제어 문제를 비선형 프로그래밍 문.. 2023. 7. 17. [CR3BP] 헤일로 궤도 (Halo Orbit) 계산 헤일로 궤도(halo orbit)는 라그랑지 포인트 L1, L2, L3 포인트를 중심으로 형성되는 3차원 주기궤도(periodic orbit)이다. 앞서 살펴본 주기궤도의 조건 (https://pasus.tistory.com/277)에 따라 헤일로 궤도는 (x-z) 평면에 대해 대칭이고, (x-z) 평면을 직각으로 통과한다. 따라서 시간 \(t_0\) 의 초기조건과 주기 \(T\) 의 반인 시간 \(T/2\) 에서의 상태벡터는 다음과 같아야 한다. \[ \mathbf{x}(t_0 )= \begin{bmatrix} x(t_0 ) \\ y(t_0 ) \\ z(t_0 ) \\ \dot{x}(t_0 ) \\ \dot{y}(t_0 ) \\ \dot{z}(t_0 ) \end{bmatrix}= \begin{bmatr.. 2023. 7. 14. [CR3BP] 리야프노프 궤도 (Lyapunov Orbit) 계산 리야프노프 궤도(Lyapunov orbit)는 (x-y) 평면에서 라그랑지 포인트 L1, L2, L3를 중심으로 공전하는 주기궤도(periodic orbit)이다. 앞서 살펴본 주기궤도의 조건 (https://pasus.tistory.com/277)에 따라 리야프노프 궤도는 x축에 대해 대칭이고, x축을 직각으로 통과한다. 따라서 시간 \(t_0\) 의 초기조건과 주기 \(T\) 의 반인 시간 \(T/2\) 에서의 상태벡터는 다음과 같아야 한다. \[ \mathbf{x}(t_0 )= \begin{bmatrix} x(t_0) \\ y(t_0) \\ \dot{x}(t_0) \\ \dot{y}(t_0) \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} x_0 \\ 0 \\ 0 \\ v_{y0} \end.. 2023. 7. 11. 이전 1 2 3 4 5 6 7 8 ··· 33 다음
