27741

تعيين موقعيت نسبي يك منظومه ماهواره‌اي با استفاده از فيلتر كالمن مبتني بر نرم افزار ايستگاه زميني (GS) در حلقه

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - فناوري ماهواره

1398

1401/7/27

دكتر بهمن قرباني واقعي

فناوري‌هاي نوين

تعيين و تخمين موقعيت نسبي ماهواره‌ها در يك منظومه ماهواره‌اي به‌منظور انجام بهتر مأموريت‌هاي محوله به آن و جايگيري مناسب هر ماهواره در موقعيت مطلوب از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين پروژه، تعيين موقعيت نسبي يك منظومه ماهواره‌اي با استفاده از فيلتر كالمن مبتني بر نرم‌افزار ايستگاه زميني در حلقه به‌منظور بهبود و افزايش دقت تعيين موقعيت ماهواره‌ها طراحي و شبيه‌سازي شده است. تعيين موقعيت نسبي ماهواره‌ها به‌صورت On Board نياز به دانستن اطلاعات موقعيت هر يك از ماهواره‌ها مي‌باشد و لذا مي‌بايست لينك بين ماهواره‌اي به‌صورت مستقيم و يا از طريق ايستگاه زميني برقرار شود. همچنين تعيين موقعيت نسبي، با توجه به مدل پيچيده حركت نسبي ماهواره‌ها، محاسبات انتگرالي پيچيده فيلتر كالمن، احتمال خطا در پردازش داده‌هاي روي برد، به‌صورت On Board داراي ريسك زيادي مي‌باشد. در اين راستا موقعيت مطلق ماهواره‌هاي منظومه كه توسط GPS به‌صورت On Board تعيين شده‌اند، با استفاده از داده‌هاي تله‌متري در اختيار ايستگاه زميني قرار مي‌گيرند. در اين پروژه، با پياده‌سازي يك منظومه ماهواره‌اي متشكل از 8 ماهواره، در نرم‌افزار STK، از داده‌هاي مداري استخراج شده اين نرم‌افزار، با اضافه كردن مدل نويز و خطاي GPS به عنوان داده‌هاي تعيين موقعيت مطلق GPS ارسال شده به ايستگاه زميني، استفاده‌شده است. براي طراحي فيلتر كالمن، نياز به يك مدل براي حركت نسبي ماهواره‌ها مي‌باشد. لذا ديناميك حركت نسبي ماهواره‌ها با معادلات ديناميك نسبي كلوهسي- ويلتشير با اعمال اثر اغتشاشات مداري، مدل‌سازي مي‌شود. سپس در نرم‌افزار ايستگاه زميني با اعمال فيلتر كالمن EKF و UKF بر روي داده‌هاي مداري GPS ماهواره‌ها (خروجي STK)، بهبود دقت تخمين و تعيين موقعيت نسبي ماهواره‌ها، نسبت به تعيين موقعيت ماهواره‌ها توسط GPS On Board نشان داده‌شده است.

1401/10/23

Determining the relative position of a satellite constellation using the Kalman filter based on the ground station (GS) software in the loop

10/19/2023 12:00:00 AM

Determining and estimating the relative position of satellites in a satellite constellation in order to better perform the missions assigned to it and to place each satellite in the desired position is of particular importance. In this project, determining the relative position of a satellite constellation using the Kalman filter based on the ground station software in the loop has been designed and simulated in order to improve and increase the accuracy of satellite positioning. Determining the relative position of satellites on board, requires knowing the position information of each satellite, and therefore the inter satellites link (ISL) must be established directly or through a ground station. Also, determining the relative position, due to the complex model of the relative movement of the satellites, the complex integral calculations of the Kalman filter, the possibility of error in the on-board data processing, has a high risk. In this regard, the absolute position of the satellites of the system determined by GPS on board are provided to the ground station using telemetry data. In this project, by implementing a satellite constellation consisting of 8 satellites, in STK software, the orbital data extracted from this software has been used by adding the GPS noise and error model as the GPS Precise positioning data sent to the ground station. To design the Kalman filter, a model for the relative motion of the satellites is needed. Therefore, the relative motion dynamics of satellites is modeled with the relative dynamic’s equations of Clohessy-Wiltshire by applying the effect of orbital disturbances. Then, by applying the Kalman filter EKF and UKF on the satellite GPS orbital data (STK output), the improvement of the accuracy of estimation and determination of the relative position of the satellites has been shown in the ground station software, compared to the determination of the position of the satellites by GPS On Board.

منظومه ماهواره‌اي , تعيين موقعيت نسبي , حركت نسبي ماهواره‌ها , ايستگاه زميني , فيلتر كالمن

satellite constellation , Determination of relative position , Relative motion of satellites , Ground station , Kalman filter

Alireza Eslami

Dr. Bahman Ghorbani Vaghei