Neue Methode zur präzisen Satellitenorbitbestimmung verbessert Navigation für Mega-Konstellationen

Die präzise Bestimmung von Satellitenorbits (POD) ist entscheidend für Navigations-, Positions- und Zeitservices, insbesondere mit der Zunahme großer Konstellationen in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO). Eine innovative Methode, entwickelt von Forschern der Wuhan Universität, kombiniert Daten von Intersatellitenverbindungen (ISL) mit Beobachtungen des an Bord befindlichen BeiDou-3 (BDS-3) Systems, um die Orbits von sowohl LEO- als auch BDS-3 Medium Earth Orbit (MEO) Satelliten gleichzeitig zu bestimmen. Diese Technik adressiert das Problem der systematischen Konstellationsrotation, indem sie das in den BDS-3 Broadcast-Ephemeriden implizierte Koordinatensystem referenziert und eine Rotationskorrektur anwendet.

Simulationen zeigen, dass dieser Ansatz die Fehler in den LEO-Orbits von über 20 cm auf etwa 1 cm reduziert. Dies bietet Lösungen mit geringer Latenz und hoher Genauigkeit, ohne stark auf Bodenverfolgungsstationen angewiesen zu sein. Die Studie, veröffentlicht in Satellite Navigation, demonstriert die Effektivität dieser Methode in einer Simulation mit einer 66-Satelliten-LEO-Konstellation, ausgestattet mit ISLs und BDS-3-Empfängern, sowie 24 realen BDS-3 MEO-Satelliten.

Dr. Kecai Jiang, der korrespondierende Autor der Studie, betont die Bedeutung dieser Methode für die autonome Orbitbestimmung von Konstellationen. Durch die Nutzung von leicht verfügbaren BDS-3 Broadcast-Ephemeriden und Intersatellitenmessungen kann eine Zentimeter-genaue Präzision erreicht werden, ohne auf nachbearbeitete GNSS-Produkte warten oder umfangreiche Bodennetze aufbauen zu müssen. Dieser Ansatz ist nicht nur effizient, sondern auch skalierbar, was den Weg für Echtzeit-Navigationsdienste in zukünftigen Mega-Konstellationen ebnet.

Die rotation-korrigierte integrierte POD-Methode verspricht signifikante Fortschritte in der globalen Navigationsunterstützung, autonomen LEO-basierten Navigationssystemen und Echtzeit-Positionierungsdiensten. Sie ermöglicht widerstandsfähige Operationen in abgelegenen oder geopolitisch eingeschränkten Regionen und ist ideal für die nächste Generation von Satellitenkonstellationen, die Breitbandinternet, Katastrophenhilfe und Präzisionslandwirtschaft unterstützen. Die Fähigkeit, eine nahezu gleichmäßige Genauigkeit über alle Satelliten hinweg zu erreichen, selbst wenn nur ein Teil der Konstellation GNSS-Empfänger trägt, senkt die Hardware-Anforderungen und Betriebskosten. Diese Innovation könnte eine Schlüsseltechnologie für die Integration von LEO-Konstellationen mit bestehenden GNSS-Systemen werden, um die globale Navigations- und Zeitleistung zu verbessern.