[論文レビュー] Performances of a GNSS receiver for space-based applications

Arnaud Dion, Vincent Calmettes+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2018

GNSS positioning and interference参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、地球静止軌道（GEO）用途を想定した、GPSおよびガリレオ信号の両方をトラッキング可能な再構成可能GNSS受信機の評価を行い、位置決めの可用性および解の連続性において顕著な性能向上を示した。二系統のトラッキングを活用することで、信号の受信感度とナビゲーション解の信頼性が向上し、地上インfra構築の依存度を低減した自律的な衛星ステーションキーピングが可能になった。

ABSTRACT

Space Vehicle (SV) life span depends on its station keeping capability. Station keeping is the ability of the vehicle to maintain position and orientation. Due to external perturbations, the trajectory of the SV derives from the ideal orbit. Actual positioning systems for satellites are mainly based on ground equipment, which means heavy infrastructures. Autonomous positioning and navigation systems using Global Navigation Satellite Systems (GNSS) can then represent a great reduction in platform design and operating costs. Studies have been carried out and the first operational systems, based on GPS receivers, become available. But better availability of service could be obtained considering a receiver able to process GPS and Galileo signals. Indeed Galileo system will be compatible with the current and the modernized GPS system in terms of signals representation and navigation data. The greater availability obtained with such a receiver would allow significant increase of the number of point solutions and performance enhancement. For a mid-term perspective Thales Alenia Space finances a PhD to develop the concept of a reconfigurable receiver able to deal with both the GPS system and the future Galileo system. In this context, the aim of this paper is to assess the performances of a receiver designed for Geosynchronous Earth Orbit (GEO) applications. It is shown that high improvements are obtained with a receiver designed to track both GPS and Galileo satellites. The performance assessments have been used to define the specifications of the future satellite GNSS receiver.

研究の動機と目的

• 地球静止軌道（GEO）用途における自律ナビゲーションを目的としたGNSS受信機の性能を評価すること。
• 一つの再構成可能受信機にGPSおよびガリレオ信号処理を統合することの利点を評価すること。
• 多系統トラッキングによる信号の可用性、解の連続性、位置決め精度の向上を特定すること。
• 実証的性能評価に基づき、将来の飛行用に適合したGNSS受信機の技術的仕様を定義すること。

提案手法

• GPSおよびガリレオ信号を両方サポートする再構成可能GNSS受信機アーキテクチャの設計およびシミュレーション。
• GPSおよびガリレオ衛星系統のレガシおよびモダン化された信号の両方の信号処理チェーンの実装。
• ドップラー周波数シフトおよび信号対雑音比を含む、GEO環境に実際の信号条件を想定した性能評価。
• シミュレートされたおよび実世界のトラッキングシナリオを用いて、位置決め解の可用性およびナビゲーション解の連続性を評価。
• 解のレートおよび可用性の観点から、単系統（GPS専用）運用と比較して受信機の性能をベンチマーク。
• 信号対雑音密度推定および搬送波位相トラッキングなどの信号処理技術を適用し、トラッキングのロバスト性を向上。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球静止軌道における二系統GPS/Galileo信号トラッキングは、GNSS解の可用性をどのように向上させるか？
• RQ2 GPS専用受信機と比較して、多系統受信機を用いることで、解の連続性および位置決め精度にどの程度の向上が得られるか？
• RQ3 GEOからガリレオ信号をトラッキングする際の主な課題は何か。また、再構成可能受信機設計においてそれらをどのように軽減できるか？
• RQ4 多系統機能は、地上ベースのステーションキーピングシステムへの依存度をどの程度低減できるか？
• RQ5 GEOミッションを対象とする飛行適合GNSS受信機に必要な技術的仕様は何か？

主な発見

• 二系統GPS/Galileo受信機は、GPS専用運用と比較して、利用可能な位置決め解の数が顕著に増加した。
• 信号の可用性が向上することで、より頻繁かつ信頼性の高いナビゲーション解が得られ、衛星ステーションキーピングの自律性が向上した。
• 通常のGEO信号条件、特に高いドップラー周波数シフトおよび低信号対雑音比下でも、受信機は頑健なトラッキング性能を示した。
• ガリレオ信号の統合により、冗長性とレジリエンスが向上し、解の断絶リスクが低減された。
• 性能評価の結果が、将来の飛行適合受信機の仕様開発に直接的かつ的確に反映された。
• 本研究は、GEOナビゲーションにおいて、高可用性および高信頼性を達成するためには多系統機能が不可欠であることを確認した。