Взгляд на звезды: навигация с помощью Multi

Sep 22, 2023

Представлены результаты экспериментов и моделирования группировок спутников LEO Starlink, OneWeb, Orbcomm и Iridium, демонстрирующие эффективность и огромные перспективы предлагаемых систем слепой оппортунистической навигации, не зависящих от LEO.

ЗАХЕР (ЗАК) М. КАССАС, ШАРБЕЛЬ КОЖАЯ, ДЖО САРУФИМ, ХАЙТАМ КАНДЖ, САМЕР ХАЙЕК

ЛАБОРАТОРИЯ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ВОСПРИЯТИЯ, ИНТЕЛЛЕКТА И НАВИГАЦИИ (ASPIN), УНИВЕРСИТЕТ ГОСУДАРСТВА Огайо, Колумбус, Огайо

Мы являемся свидетелями возобновления космической гонки. От технологических гигантов до стартапов и правительств — все заявляют о своей заинтересованности в запуске собственной группировки спутников на низкой околоземной орбите (НОО). Эти созвездия обещают изменить нашу повседневную жизнь, предлагая широкополосную связь в любой точке Земли, и принесут пользу научным исследованиям в таких областях, как дистанционное зондирование. Однако не все такие созвездия одинаковы. Так называемые мегасозвездия, состоящие из десятков тысяч спутников, находятся на пути к тому, чтобы стать реальностью. Starlink компании SpaceX является явным лидером с амбициозным планом по развертыванию почти 12 000 спутников на околоземной орбите. Эти созвездия будут приветствоваться нынешними созвездиями, населяющими НОО, и вместе они могут открыть новую эру позиционирования, навигации и времени (PNT).

В этой статье представлены текущие результаты PNT с использованием сигналов возможностей нескольких созвездий спутников LEO (SOP) от четырех группировок спутников LEO (Starlink, OneWeb, Orbcomm и Iridium), а также представлен обзор независимой от LEO оппортунистической навигации. приемник, который не предполагает предварительного знания сигналов нисходящей линии связи LEO. Приемник способен принимать и отслеживать сигналы неизвестных спутников LEO вслепую, создавая доплеровские навигационные данные с точностью до уровня Гц. Система дифференциального одновременного слежения и навигации (DSTAN) разработана для борьбы с малоизвестной природой эфемерид спутников LEO и неизвестными ошибками часов.

Также представлены результаты экспериментальной навигации на стационарном приемнике и наземном транспортном средстве. Для стационарного приемника, начиная с первоначальной оценки на расстоянии около 3600 км, путем использования сигналов от 4 Starlink, 2 OneWeb, 1 Orbcomm и 1 Iridium, окончательная ошибка 2D-позиционирования составила 5,1 м. Наземная машина, оснащенная инерциальным измерительным блоком (ИМУ) промышленного уровня и высотомером, преодолела 1,03 км за 110 секунд (сигналы ГНСС были доступны только на первых 0,11 км). При использовании сигналов от 4 Starlink, 1 OneWeb, 2 Orbcomm и 1 Iridium среднеквадратическая ошибка 3D-позиционирования (RMSE) и окончательная 3D-ошибка DSTAN составили 9,5 м и 4,4 м соответственно. Эти результаты представляют собой первое использование неизвестных спутниковых сигналов OneWeb LEO для целей PNT и первую группировку LEO PNT со спутниками Starlink, OneWeb, Orbcomm и Iridium.

Статья завершается представлением результатов моделирования, которые послужат основой для будущего развертывания группировок Starlink и OneWeb. DSTAN может достичь точности на уровне дециметра и метра с помощью псевдодальностей и доплеровских измерений соответственно на траектории длиной 23 км без GNSS.

Рождаются мегагруппировки спутников LEO (например, Starlink, OneWeb и Kuiper), присоединяющиеся к существующим группировкам LEO (например, Orbcomm, Globalstar, Iridium и др.) [1]. Эти спутники будут осыпать Землю множеством сигналов, разнообразных по частоте и направлению, которые можно будет использовать для PNT целенаправленно или произвольно.Рисунок 1изображены четыре группировки спутников LEO, рассматриваемые в этой статье.

Чтобы компенсировать ограничения GNSS, исследователи в течение последнего десятилетия изучали использование наземных SOP для PNT [2]. Использование СОП не осталось на Земле, поскольку спутники LEO в последнее время привлекли значительное внимание как потенциальные СОП. Было проведено несколько теоретических и экспериментальных исследований ПНТ на основе НОО [3-5].