Ещё одна низкоорбитальная альтернатива ГНСС

Недавно, в журнале Navigation, был описан возможный подход к навигации на основе низкоорбитальных спутниковых сигналов возможностей (SoOp), использующих наблюдения доплеровского сдвига несущей.

В статье «Реализация и точность доплеровской навигации с помощью спутников LEO» приводятся аналитически выведенные и упрощённые формулы для Якобиана, участвующего в численном вычислении навигационного решения, а также выводится показатель снижения точности, подобный глобальной навигационной спутниковой системе, который можно использовать для оценки точности.

Авторы статьи использовали результаты исследований группы белорусских учёных по определению орбиты малого спутника на основе доплеровских измерений наземной станции Белорусского государственного университета, выполненных по государственным программам Республики Беларусь «Высокотехнологичные технологии и оборудование», «Информатика и космические исследования».

Использование SoOP со спутников LEO недавно было предложено в качестве устойчивой альтернативы навигации на основе ГНСС (ГЛОНАСС, GPS, BeiDou и Galileo) благодаря их желательным характеристикам для приложений PNT. Спутники LEO находятся в 25–40 раз ближе к Земле, чем их аналоги ГНСС, находящиеся на средних околоземных орбитах (MEO). Это влечёт за собой важные преимущества с точки зрения пользователя, в том числе значительно более сильные сигналы, которые обеспечивают более высокую устойчивость к помехам, и гораздо более короткие периоды обращения, что влечет за собой создание надёжных доплеровских эффектов, которые необходимо измерить и использовать для навигации.

Некоторые компании уже планируют запустить спутники LEO для предоставления услуг широкополосного доступа в Интернет и связи по всему миру. Таким образом, сигналы от спутников LEO, вероятно, будут становиться всё более многочисленными и разнообразными по частоте и направлению. LEO SoOps, которые могут быть полезны для навигации, будут работать в разных диапазонах частот, включая L-диапазон, S-диапазон, Ku-диапазон и другие.

Статья описывает использование наблюдений доплеровского сдвига несущей из SoOp спутника LEO в соответствии с альтернативным подходом, предложенным Марком Псиаки в 2021 году. Этот подход использует высокоточную модель доплеровского сдвига несущей для формулирования пакетного фильтра для одновременного вычисления восьми неизвестных основной проблемы: трёхмерное положение и скорость, смещение часов и дрейф часов. Авторы статьи приходят к выводу, что упрощённый Якобиан является жизнеспособным вариантом реализации подхода Псиаки.

В статье рассматривается несколько альтернативных подходов, и концентрируется внимание на алгоритме использования измерений доплеровского сдвига несущей, показывая, как можно улучшить вычисления, используя явные формулы для Якобиана вместо численных аппроксимаций. Материал предоставляет результаты численного моделирования формул снижения точности, производительности навигационного алгоритма и сравнения Монте-Карло различных вариантов матриц Якобиана.

Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников