별 보기: 멀티를 이용한 내비게이션

Sep 22, 2023

Starlink, OneWeb, Orbcomm 및 Iridium LEO 위성 별자리의 실험 및 시뮬레이션 결과가 제시되어 제안된 LEO에 구애받지 않는 블라인드 기회주의적 탐색 프레임워크의 효율성과 엄청난 가능성을 보여줍니다.

지AHER (ZAK) M. KASSAS, SHARBEL KOZHAYA, JOE SAROUFIM, HAITHAM KANJ, SAMER HAYEK

자율 시스템 인식, 지능 및 내비게이션(ASPIN) 연구소, 오하이오 주립대학교, 콜럼버스, 오하이오

우리는 새로운 우주 경쟁을 목격하고 있습니다. 거대 기술 기업부터 스타트업, 정부에 이르기까지 모두가 자신만의 저궤도(LEO) 위성군을 발사하는 데 지분을 주장하고 있습니다. 이러한 별자리는 우리의 일상 생활을 변화시켜 지구상 어디에서나 광대역 연결을 제공하고 원격 감지와 같은 분야의 과학적 탐구에 도움이 될 것입니다. 그러나 그러한 별자리가 모두 동일하게 생성되는 것은 아닙니다. 수만 개의 위성으로 구성된 소위 거대 별자리가 현실화되고 있습니다. SpaceX의 Starlink는 거의 12,000개의 LEO 위성을 배치하려는 야심찬 계획을 가지고 있는 확실한 선두주자입니다. 이러한 별자리는 LEO에 거주하는 현재 별자리의 환영을 받을 것이며, 전체적으로 위치 확인, 탐색 및 타이밍(PNT)의 새로운 시대를 열 수 있습니다.

이 기사에서는 4개의 LEO 위성 별자리(Starlink, OneWeb, Orbcomm 및 Iridium)의 다중 별자리 LEO 위성 기회 신호(SOP)를 사용하여 현재 최첨단 PNT 결과를 제시하고 LEO에 구애받지 않는 기회 주의적 탐색에 대한 개요를 제공합니다. LEO 다운링크 신호에 대한 사전 지식이 없다고 가정하는 수신기입니다. 수신기는 알려지지 않은 LEO 위성 신호를 맹목적인 방식으로 획득하고 추적하여 Hz 수준의 정확도로 도플러 항법 관측 가능 항목을 생성할 수 있습니다. LEO 위성 천문력의 잘 알려지지 않은 특성과 알려지지 않은 시계 오류를 처리하기 위해 DSTAN(차동 동시 추적 및 탐색) 프레임워크가 개발되었습니다.

고정 수신기와 지상 차량에 대한 실험적 항법 결과도 제시됩니다. 고정 수신기의 경우 약 3,600km 떨어진 초기 추정을 시작으로 Starlink 4개, OneWeb 2개, Orbcomm 1개, Iridium 1개의 신호를 활용하여 최종 2D 위치 오류 5.1m를 달성했습니다. 산업용 등급 관성 측정 장치(IMU)와 고도계를 갖춘 지상 차량은 110초 만에 1.03km를 이동했습니다(GNSS 신호는 처음 0.11km 동안만 사용할 수 있음). Starlink 4개, OneWeb 1개, Orbcomm 2개, Iridium 1개의 신호를 활용하여 DSTAN의 3D 위치 RMSE(root-mean squared error)와 최종 3D 오류는 각각 9.5m와 4.4m였습니다. 이러한 결과는 PNT 목적을 위한 알려지지 않은 OneWeb LEO 위성 신호의 최초 활용과 Starlink, OneWeb, Orbcomm 및 Iridium 위성을 사용한 최초의 다중 별자리 LEO PNT를 나타냅니다.

Starlink와 OneWeb Constellation이 구축될 때 미래의 정점이 되는 시뮬레이션 결과를 제시하며 기사를 마무리합니다. DSTAN은 GNSS 없이 23km 궤적에 대해 각각 의사 거리 및 도플러 측정을 통해 데시미터 수준 및 미터 수준의 정확도를 달성할 수 있습니다.

LEO 위성의 거대 별자리가 탄생하고 있으며(예: Starlink, OneWeb 및 Kuiper) 기존 LEO 별자리(예: Orbcomm, Globalstar, Iridium 등)에 합류합니다[1]. 이 위성은 주파수와 방향이 다양한 수많은 신호를 지구에 보낼 것이며, 이는 전용 방식으로 또는 기회주의적으로 PNT에 사용될 수 있습니다.그림 1이 기사에서 고려한 4개의 LEO 위성 별자리를 묘사합니다.

GNSS의 한계를 보완하기 위해 연구자들은 지난 10년 동안 PNT에 대한 지상 SOP 활용을 연구해 왔습니다[2]. LEO 위성이 최근 잠재적 SOP로 상당한 주목을 받았기 때문에 SOP 활용은 지구에 머물지 않았습니다. LEO 기반 PNT에 대한 여러 이론적, 실험적 연구가 수행되었다[3-5].