This dissertation considers an angular velocity minimization method for a satellite antenna. For high speed transmission of science data, a directional antenna with a two-axis gimbal is generally used. When a satellite passes over a ground station while pointing directly at it, the angular velocity of the satellite antenna can increase rapidly due to the gimbal kinematics. The high angular velocity could exceed the dynamic constraint of the antenna. Furthermore, micro vibration induced by high speed antenna rotation during an imaging operation might cause jitter, which can degrade the satellite image quality. To solve this problem, a minimum-velocity antenna motion generation method is proposed. Boundaries of the azimuth and elevation angles of the antenna within an effective beam width are derived using antenna geometry. A minimum-velocity azimuth profile and elevation profile within the boundaries are generated sequentially using a shortest path planning method. For fast and correct generation of the shortest path, a new algorithm called a string nailing algorithm is proposed. A numerical simulation shows that the antenna profile generated by the shortest path planning has a much lower angular velocity than the profiles generated by previous methods. The proposed string nailing algorithm also spends much less computation time than a search-based shortest path planning algorithm to generate almost the same antenna profiles.
이 학위 논문은 위성 안테나의 각속도를 최소화하는 방법에 대해 다룬다. 위성에서 수집한 데이터를 고속으로 지상국에 전송하기 위해 일반적으로 2축 짐벌 형태의 지향성 안테나를 사용한다. 위성이 지상국 상공을 지나가면서 지상국을 정확히 지향할 때, 짐벌 구조 때문에 안테나의 각속도가 급격히 증가할 수 있다. 이러한 높은 각속도는 안테나의 동적 제한 조건을 초과할 수 있다. 또한 안테나가 특정 각속도로 회전하면 안테나에서 발생한 진동이 위성체와의 공진에 의한 jitter 문제를 발생시킬 수 있다. 이 논문에서는 각속도를 줄이기 위해 유효빔폭 내에서 각속도를 최소화하는 안테나 움직임을 생성하는 방법을 제안한다. 안테나의 기하학적 특성을 이용해 유효 빔폭 내에서 Azimuth angle, Elevation angle이 가질 수 있는 범위를 도출한다. 이 범위 내에서 각속도를 최소화하는 안테나 프로파일을 생성하기 위해 최소경로계획법을 이용해 순차적으로 최소 각속도 프로파일을 생성한다. 안테나의 기하학적 특성을 이용해 최소경로계획을 빠르게 생성할 수 있는 String nailing algorithm을 제안한다. 수치 시뮬레이션을 통해 최소 경로 계획 방법이 기존 방법에 비해 현저히 작은 각속도를 가지는 결과를 보인다. 또한 제안한 String nailing algorithm이 탐색 기반의 최소 경로 계획 방법에 비해 매우 짧은 시간에 거의 동일한 프로파일을 생성한다는 것을 보인다.
