Småsatellitlokalisering LEO och spårbestämning av satelliter med hjälp av Galileo
De nuvarande utmaningarna och sårbarheten vid satellitpositionering dvs. GNSS (Global Navigation Satellite Systems) har påskyndat utvecklingen mot exaktare, säkrare och tillförlitligare positionering. En del av denna utveckling är de nya småsatelliterna Low Earth Orbit (LEO) med låg omloppsbana (mindre än 2 000 km).
Dessa satelliter används redan nu bl.a. för datakommunikation, men framtidens satellitpositionering LEO är skräddarsydd för att producera den signal som behövs för platsbestämning och tidsbestämning (Positioning, Navigation, and Timing - PNT).
Fördelarna med LEO-baserad satellitkonstellation jämfört med befintliga GNSS-system har nyligen undersökts mycket och kan delvis täcka de nuvarande GNSS-systemens begränsningar, såsom de utmaningar som en svag signal medför och behovet av att kryptera en öppen och oskyddad signal. Forskare vid Lantmäteriverkets Geodatacentral (FGI) är med och utvecklar en ny typ av LEO-GNSS-mottagare, vars syfte är att svara mot framtida behov av positionering i tillämpningar som är kritiska med tanke på samhället. LEO-PNT-mottagaren är ett nytt sätt att genomföra den säkra, exakta och tillförlitliga positionering som krävs för dessa tillämpningar. Europeiska rymdorganisationen (ESA) har lanserat ett nytt LEO-PNT-program med forskare från FGI.
LEO-PNT-mottagaren, som är under utveckling vid FGI, är konstruerad för att användas på markytan och kan också användas för att bestämma positionerna för LEO-satelliterna. FGI undersöker också lokaliseringen av LEO-satelliterna med hjälp av Galileo-data. För detta ändamål har FGI utvecklat en övervakningsstation för lagring och uppföljning av reparationsinformation i realtid som produceras av Galileos precisionstjänst (High Accuracy Service, HAS). Figur 1 visar ett diagram över övervakningsstationens struktur. Dessa nya metoders prestanda övervakas och förbättras kontinuerligt.
FGI har också utvecklat en exakt banbestämning i realtid av LEO-satelliterna (Precise Orbit Determination - POD). För detta har man använt LEO-satellitdata som är öppet tillgängliga för Europeiska rymdorganisationen (ESA). Galileo HAS-data kan användas för att lokalisera LEO-satelliterna och har en noggrannhet på 28,5 centimeter med en GNSS-mottagare med två frekvenser (se figur 1).
Figur 1: Noggrannhetsjämförelse av kinematisk banbestämning för LEO-satelliter. Banbestämningen har gjorts för SWARM LEO-satelliter med hjälp av tvåfrekvensdata från GNSS och Galileo HAS-reparationer.
Vi har jämfört banbestämningen med bandata som producerats utan HAS-tjänsten. I bästa fall har man uppnått en noggrannhet på flera meter, vilket innebär att den förbättring som Galileo HAS har åstadkommit är betydande. Användningen av Galileo HAS för banbestämning är därför ett steg framåt i utvecklingen av positionsbestämningen LEO, eftersom en exakt banbestämning är ett livsvillkor för satellitbaserade positionsbestämningssystem, trots att den är mer sällan synlig för användarna. I Finland upprätthåller Lantmäteriverket i Metsähovi geodetiska forskningsstation denna förmåga för de traditionella GNSS-systemen. Ur användarens synvinkel har detta den mest synliga effekten på positioneringsmottagarens noggrannhet, som i väsentlig grad beror på satelliternas spårnoggrannhet, och därför är resultaten från Galileo HAS mycket lovande.
Zahidul Bhuiyan
Fabricio dos Santos Prol
Sanna Kaasalainen
Lantmäteriverket
