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Determinación de Órbita a Bordo en Tiempo Real Mejorada de Satélites LEO Utilizando Soluciones de Navegación GPS con Corrección del Tiempo de Tránsito de Señal

Autores: Lee, Daero; Hwang, Soon Sik

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Determinación de Órbita a Bordo en Tiempo Real Mejorada de Satélites LEO Utilizando Soluciones de Navegación GPS con Corrección del Tiempo de Tránsito de Señal


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Determinación de órbita en tiempo real
Mediciones de GPS
Rotación de la Tierra
Compensación ionosférica
Algoritmo mejorado

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 40

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La determinación de órbita en tiempo real mejorada para satélites en órbita baja terrestre es esencial para las operaciones autónomas de naves espaciales. Sin embargo, la precisión de tales sistemas a menudo se ve limitada por los retrasos en la propagación de señales entre los satélites GPS y la nave espacial del usuario. Estos retrasos, principalmente debido a la rotación de la Tierra y los efectos ionosféricos, se vuelven particularmente significativos en entornos LEO de alta dinámica, lo que conduce a errores considerables en las mediciones de rango y tasa de rango, y, en consecuencia, en la estimación de posición y velocidad. Para mitigar estos problemas, este documento propone un algoritmo de determinación de órbita en tiempo real que aplica corrección de rotación de la Tierra y compensación ionosférica de doble frecuencia (L1 y L2) a las mediciones GPS en bruto. El método de determinación de órbita mejorado se procesa directamente en el marco de referencia centrado en la Tierra y fijo a la Tierra, eliminando transformaciones de coordenadas repetidas y mejorando la integración con sistemas basados en tierra. El método propuesto emplea una estrategia de determinación de órbita de dinámica reducida para equilibrar la fidelidad del modelo y la eficiencia computacional. También se incorpora un modelo de corrección predictiva para compensar los retrasos de señal GPS bajo movimiento dinámico, mejorando así la precisión posicional. El algoritmo general está incrustado dentro de un marco de filtro de Kalman extendido, que asimila las observaciones GPS corregidas con un modelo de ruido de proceso estocástico para tener en cuenta las incertidumbres del modelado dinámico. Los resultados de simulación utilizando mediciones GPS sintéticas, incluidas pseudorangos y tasas de pseudorango de un receptor espacial de doble frecuencia, demuestran que el método propuesto proporciona una mejora significativa en la precisión de la determinación de órbita en comparación con técnicas convencionales que desatienden los efectos de propagación de señales. Estos hallazgos destacan la importancia de realizar la estimación de órbita directamente en el marco de referencia centrado en la Tierra y fijo a la Tierra, utilizando pseudorangos que se corrigen por errores ionosféricos, aplicando métodos de filtrado de dinámica reducida y compensando los retrasos de señal. Juntas, estas mejoras contribuyen a una determinación de órbita de satélites más confiable y precisa para misiones que operan en órbita baja terrestre.

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