Kinematic orbit determination of low earth orbit satellitesusing GPS and Galileo observations
GPS ve Galileo gözlemleri kullanılarak yere yakın uyduların kinematik yörüngelerinin belirlenmesi
- Tez No: 593684
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT ONUR KARSLIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeodezi ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Yere yakın uyduların yörüngelerinin hesaplanmasında GNSS kod ölçüleri kullanılmaktadır. Kinematik yörünge tespiti, yere yakın uyduların üzerine yerleştirilmiş GNSS alıcılarının uydudan uyduya izleme yöntemine dayalı bir yaklaşımdır. Yörünge tespitinde kullanılan bu yaklaşım, uydu dinamikleri ve yörünge karakteristiklerinden bağımsızdır ve kinematik hassas yörünge tespiti gravite alanı kestirimlerinde kullanılmaktadır. Yörünge tespitinde GPS gözlemlerine ek olarak Galileo sistemine ait ölçülerin kullanılması uzay aracının gerçek-zamanlı navigasyon sisteminin güvenilirliğini, sağlamlığını ve doğruluğunu arttırabilir. Bu tezin ana hedefi yere yakın uyduların yörüngelerini, GPS ve Galileo gözlemleri kullanılarak kinematik yörünge tespiti yaklaşımı ile belirlemektir. Fakat sistem henüz Tam Operasyonel Yetenek (FOC) durumunda olmadığı için Galileo konumlama sisteminin gözlemleri tamamıyla kullanılabilir değildir. Bu sebeple, bu gözlemlerin simülasyonu gerçekleştirilmiştir. GPS verileri ve simüle edilmiş Galileo gözlemleri, alçak yörünge uydusunun konumunu ve hızını kestirmek için Kalman Filtresinde kullanılmıştır. Filtre performansını geliştirmek için doğrusal olmayan sistemlerde kullanılan bir uzantı olan, Adaptif Gürbüz Genişletilmiş Kalman Filtresi kullanılmıştır. Alçak yörünge uydusunun yörüngesini hassas olarak elde etmek için iyonosferik etkiler, çift-frekanslı GNSS ölçümlerinin doğrusal frekans kombinasyonu kullanılarak elimine edilmiştir. Ayrıca, farklı GNSS sensör ölçülerininin varyans bileşenlerinin kestirimi için Helmert Varyans Bileşeni Kestirimi (HVCE) uygulanmıştır. Hesaplanan yörüngenin doğruluğunu belirlemek amacıyla Adaptif Gürbüz Genişletilmiş Kalman filtreleme algoritmasının sonucunda bir alçak yörünge uydusuna ait gerçek verilerden elde edilen kestirilmiş yörünge verileri, Jet Propulsion Laboratory (JPL) tarafından sunulan yüksek hassasiyetli efemeris verileri ile karşılaştırılmıştır. Simüle edilmiş verilerden elde edilen filtre sonuçları, simülasyondan üretilmiş gerçek yörünge verileri ile karşılaştırılmıştır. Adaptif Gürbüz Genişletilmiş Kalman filtreleme algoritması, 24 saatlik navigasyon verisi için üç boyutlu karesel ortalama hata sonuçlarında 70 cm iyileştirme sağlamıştır. Simülasyon sonucunda elde edilmiş Galileo gözlemlerinin veri setine eklenmesi ve HVCE yönteminin uygulanması sonucunda ise üç boyutlu karesel ortalama hata sonuçları 20 cm geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The GNSS code measurements are used to calculate the orbits of low earth orbiting satellites. Kinematic orbit determination is an approach which is based on satellite to satellite tracking of the GNSS receivers that are mounted onboard the satellites. This approach of orbit determination is independent of satellite dynamics (e.g. gravity field, air-drag etc.) and orbit characteristics (e.g. orbit height, eccentricity etc.) and kinematic precise orbit determination can be subsequently used in gravity field estimation procedures. Inclusion of Galileo measurements besides GPS observations can increase the reliability, robustness and accuracy of real-time navigation system of the spacecraft. The major aim of this thesis is to determine the orbit of a Low Earth Orbit (LEO) satellite with Kinematic Orbit Determination approach using GPS and Galileo observations. However, the observations from Galileo constellation are not fully available, since the system has not reached Full Operational Capability (FOC) yet. Hence, the corresponding observations are simulated. Real GPS data and simulated Galileo observations are used in a Kalman Filter to estimate the position and the velocity of a LEO satellite. An Adaptive Robust Extended Kalman Filter algorithm which is an extension of Kalman filter for non-linear systems is used particularly to enhance the filter performance in terms of accuracy. To obtain precise orbit of the satellite, the ionospheric effects are removed by taking ionosphere free linear combination of the dual-frequency GNSS measurements. Additionally, a Helmert variance component estimation (HVCE) is adopted for the estimation of variance components of each GNSS sensor measurement. In order to determine the accuracy of the estimated orbit, the results of Adaptive Robust Extended Kalman Filter algorithm for real LEO satellite data are compared with publicly available very precise ephemerides from Jet Propulsion Laboratory (JPL). Filter results from simulated navigation data are also compared with the true orbit generated by the simulation. Adaptive Robust Extended Kalman Filter algorithm is shown to provide an improvement of more than 70 cm in 3D RMS results for 24 hours of navigation data. In the simulation scenario, addition of simulated Galileo observations and implementation of HVCE approach led to achieve 20 cm better 3D RMS results.
Benzer Tezler
- GPS verileri yardımıyla GRACE uydularının duyarlı yörüngelerinin belirlenmesi, doğrulanması ve enterpolasyonu
Precise orbit determination, validation and interpolation of GRACE satellites using GPS observations
METEHAN UZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Jeodezi ve FotogrametriSelçuk ÜniversitesiHarita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN ÜSTÜN
- Yakın yer uydu yörüngelerinin hassas nokta konumlama (PPP) tekniği ile belirlenmesi
Orbit determination of low earth orbit satellites using precise point positioning (PPP)
CAFER İLKER ÜSTÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR EROL
- Gravite alanı belirleme amaçlı yakın yer uyduları için duyarlı yörünge belirleme teknikleri
Precise orbit determination for satellite gravity missions in low earth orbiters
SERKAN DOĞANALP
Doktora
Türkçe
2013
Jeodezi ve FotogrametriSelçuk ÜniversitesiHarita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN ÜSTÜN
- Design and control of ground test set-up for attitude control of nano-sized satellite
Nano ebatta uydunun yönelim kontrolü için yer test düzeneğinin tasarımı ve kontrolü
ABDURRAHİM BİLAL ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL BAYEZİT