bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-5-62-70bsuir-3982Research ArticleСтатьиОценивание орбитальных параметров наноспутника при измерении полного электронного содержания в ионосфере на основе ретрансляции навигационных сигналов GPSEstimating the Orbital Parameters of a Nanosatellite When Measuring the Total Electron Content in the Ionosphere Based on the Retransmission of GPS Navigation SignalsКаплярчукЕ. А.KaplarchukE. A.

Каплярчук Е. А., инж.-програм., фрилансер

г. Минск

Kaplarchuk E. A., Software Engineer, Freelancer

Minsk

КозловС. В.KozlovS. V.

Козлов Сергей Вячеславович, д-р техн. наук, проф., проф. каф. информационных радиотехнологий

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 17 293-89-11

Kozlov Sergei Vyacheslavovich, Dr. of Sci. (Tech.), Professor, Professor at the Department of Information Radiotechnologies

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-89-11

kozlov@bsuir.byШапкинА. С.ShapkinA. S.

Шапкин А. С., асп.

г. Минск

Shapkin A. S., Graduate Student

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsОбъединенный институт проблем информатики Национальной академии наук БеларусиUnited Institute of Informatics Problems of the National Academy of Sciences of Belarus2024241020242256270Copyright © Каплярчук Е.А., Козлов С.В., Шапкин А.С., 20242024Каплярчук Е.А., Козлов С.В., Шапкин А.С.Kaplarchuk E.A., Kozlov S.V., Shapkin A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3982

Обоснован способ оценивания орбитальных параметров наноспутника-ретранслятора, реализуемый при измерении полного электронного содержания в ионосфере на основе ретрансляции навигационных сигналов GPS на частоты 150/400 МГц. Способ предусматривает оценку декартовых координат наноспутника-ретранслятора по результатам измерений суммарных дальностей «навигационный спутник – наноспутник-ретранслятор – наземный приемный пункт», получение оценок угла наклона плоскости орбиты и долготы восходящего узла методом наименьших квадратов и оценку оставшихся орбитальных параметров методом максимального правдоподобия. Приведены результаты моделирования и характеристики точности предлагаемого метода. Показано, что при типовом отношении сигнал/шум в аппаратуре приемного пункта и времени наблюдения наноспутника-ретранслятора 600–800 с средние квадратичеcкие ошибки оценивания орбитальных параметров наноспутника-ретранслятора составляют: для угловых величин – доли угловых секунд, большой полуоси эллипса – 4–5 м, эксцентриситета – 2–3 ppm.

A method for estimating the orbital parameters of a nanosatellite-relay, implemented by measuring the total electron content in the ionosphere based on relaying GPS navigation signals at frequencies of 150/400 MHz, is substantiated. The method involves estimating the Cartesian coordinates of the nanosatellite-relay based on the results of measurements of the total ranges “navigation satellite – nanosatellite relay – ground receiving point”, obtaining estimates of the orbital plane inclination angle and the longitude of the ascending node using the least squares method, and estimating the remaining orbital parameters using the maximum likelihood method. Simulation results and accuracy characteristics of the proposed method are presented. It is shown that for a typical signal-to-noise ratio in the equipment of the receiving point and an observation time of the nanosatellite-relay of 600–800 s, the mean square errors in estimating the orbital parameters of the nanosatellite-relay are: for angular quantities – fractions of arc seconds, the semi-major axis of the ellipse – 4–5 m, eccentricity – 2–3 ppm.

наноспутник-ретрансляторглобальная навигационная спутниковая система GPSнавигационный сигналполное электронное содержаниеорбитальные параметрыметод наименьших квадратовrepeater nanosatelliteglobal navigation satellite system GPSnavigation signaltotal electron contentorbital parametersleast squares methodReferencesКуницын, В. Е. Радиотомография ионосферы / В. Е. Куницын, Е. Д. Терещенко, Е. С. Андреева. М.: Физматлит, 2007.Kunitsyn V. E., Tereshchenko E. D., Andreeva E. S. (2007) Radiotomography of the Ionosphere. Moscow, Fizmatlit Publ. (in Russian).Determination of Total Electron Content in the Ionosphere Over the Territory of the Republic of Belarus Based on Global Navigation Satellite Systems Data / A. O. Naumov [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series. 2024. Vol. 69, No 1. P. 53–64.Naumov A. O., Khmarskiy P. A., Byshnev N. I., Piatrouski M. A. (2024) Determination of Total Electron Content in the Ionosphere Over the Territory of the Republic of Belarus Based on Global Navigation Satellite Systems Data. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series. 69 (1), 53–64.Methods and Software for Estimation of Total Electron Content in Ionosphere Using GNSS Observations / A. Naumov [et al.] // Engineering Applications. 2023. Vol. 2, No 3. Р. 243–253.Naumov A., Khmarskiy P., Byshnev N., Piatrouski M. (2023) Methods and Software for Estimation of Total Electron Content in the Ionosphere Using GNSS Observations. Engineering Applications. 2 (3), 243–253.Способ оценивания полного электронного содержания в ионосфере на основе ретрансляции сигналов глобальной навигационной спутниковой системы GPS / И. В. Белоконов [и др.] // Информатика. 2023. Т. 20, № 2. С. 7–27. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-2-7-27.Belokonov I. V., Krot A. М., Kozlov S. V., Kapliarchuk Y. А., Savinykh I. E., Shapkin А. S. (2023) A Method for Estimating the Total Electron Content in the Ionosphere Based on the Retransmission of Signals from the Global Navigation Satellite System GPS. Informatics. 20 (2), 7–27. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-2-7-27 (in Russian).Обработка ретранслированных навигационных сигналов глобальной навигационной спутниковой системы GPS в задаче оценивания полного электронного содержания в ионосфере / Е. А. Каплярчук [и др.] // Информатика. 2023. Т. 20, № 3. С. 21–36. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-3-21-36.Kapliarchuk Y. А., Kozlov S. V., Savinykh I. E., Shapkin А. S. (2023) Processing of Relayed Navigation Signals of the Global Navigation Satellite System GPS in the Problem of Estimating the Total Electron Content in the Ionosphere. Informatics. 20 (3), 21–36. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-3-21-36 (in Russian).Соколов, Н. Л. Метод определения орбитальных параметров космического мусора бортовыми средствами космического аппарата / Н. Л. Соколов // Труды МАИ (электронный журнал). 2014. № 77. С. 1–19.Sokolov N. L. (2014) Method for Determining the Orbital Parameters of Space Debris by On-Board Means of the Spacecraft. Proceedings of MAI (Electronic Journal). (77), 1–19 (in Russian).Ширман, Я. Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я. Д. Ширман, В. Н. Манжос. М.: Радио и связь, 1981.Shirman Ya. D., Manzhos V. N. (1981) Theory and Technology of Processing Radar Information Against a Background of Interference. Moscow, Radio i Sviaz Publ. (in Russian).Саврасов, Ю. С. Алгоритмы и программы в радиолокации / Ю. С. Саврасов. М.: Радио и связь, 1985.Savrasov Yu. S. (1985) Algorithms and Programs in Radar. Moscow, Radio i Sviaz Publ. (in Russian).Дубошин, Г. Н. Небесная механика. Основные здачи и методы / Г. Н. Дубошин. М.: Наука, 1975.Duboshin G. N. (1975) Celestial Mechanics. Basic Tasks and Methods. Moscow, Nauka Publ. (in Russian).ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова; 4-е изд., перераб. М.: Изд-во «ИПРЖР», 2010.Perova A. I., Kharisova V. N. (ed.) (2010) GLONASS. Principles of Construction and Operation; 4th ed., Revised. Moscow, Publishing House “IPRZhR” (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.