GEONS: Fortschrittliches GPS-erweitertes Bordnetz für präzise Raumfahrzeugoperationen

Während die Echtzeitpositionierung durch Standard-GPS-Dienste für einige Bordanwendungen ausreichend ist, sind inhärente Positionsdiskontinuitäten für hochpräzise Instrumentenanwendungen wie Sichtzeitvorhersage und Manöverplanung nicht akzeptabel – beides Berechnungen, die eine kontinuierliche Vorhersage des Raumfahrzeugzustands erfordern. Echtzeitpositionierung erfordert zudem gleichzeitige Messungen von vier GPS-Satelliten, ein missionsbegrenzender Faktor, der berücksichtigt werden muss.

Die GEONS-Software verarbeitet Daten von Standard-GPS-Empfängern, bordeigenen Kommunikationsgeräten und/oder Lageregelungssensoren und liefert präzise absolute und relative Navigationslösungen in Echtzeit. Weitere Funktionen, einschließlich Bordansteuerung und Relativnavigation für Formationsflug, werden ebenfalls von GEONS unterstützt. Alle Informationen stehen Wissenschaftlern schnell zur Verfügung, wenn sie in den heruntergelinkten Telemetriestrom aufgenommen werden.

GEONS liefert hochwertige Lösungen mit weniger als vier sichtbaren GPS-Raumfahrzeugen, indem es einen erweiterten Kalman-Filter (EKF) einsetzt, der mit physikalisch repräsentativen Modellen für Gravitation, atmosphärischen Widerstand, Sonnenstrahlungsdruck, Taktfehler und Drift angereichert ist, um eine genaue Zustandsabschätzung und eine realistische Zustandsfehlerkovarianz zu liefern. GEONS integriert die Informationen aller vergangenen Messungen, sorgfältig abgewogen mit GEONS-Daten der physikalischen Modelle, die diese Messungen regeln, um eine optimale Schätzung der Umlaufbahn des Raumfahrzeugs zu erzeugen. Das hochgenaue Zustandsdynamikmodell von GEONS verringert die Empfindlichkeit gegenüber Messfehlern und liefert hochgenaue Geschwindigkeitsabschätzungen, was eine präzise Zustandsvorhersage während Signalausfällen oder verschlechterter Abdeckung ermöglicht.

Autonome Navigation senkt die Gesamtmissionkosten, indem sie die Notwendigkeit routinemäßiger, bodenbasierter Orbitbestimmung und spezieller Tracking-Dienste eliminiert und für fortschrittliche Missionen wie Satelliten-Formationsflug erforderlich ist. GEONS wurde für den autonomen Betrieb innerhalb der sehr begrenzten Ressourcen eines Bordcomputers entworfen. Autonome Initialisierung und erweiterte Fehlererkennungsfunktionen werden mittels instantaner geometrischer GPS-Lösungen implementiert.

Durch die Einbeziehung von Informationen aus vergangenen Messungen liefert GEONS hochgenaue Orbitschätzungen sogar mit nur einem sichtbaren GPS-Raumfahrzeug und sogar während Signalausfällen oder verschlechterter Abdeckung. Zusätzlich verarbeitet GEONS Dopplermessdaten von bordeigenen Lageregelungssensoren. Diese verschiedenen Messarten werden alle in die GEONS-Software integriert und erzeugen ein Navigationssystem, das mehrere Orbitregime und Navigationssubsysteme bewältigen kann, ohne zusätzliche Hardware zu benötigen. Die Fusion dieser Datentypen erhöht die Systemstabilität und -zuverlässigkeit und ermöglicht einen graceful degradation, falls eine Komponente während des Orbits ausfällt.

Die NASA sucht aktiv Lizenznehmer zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte kontaktieren Sie die NASA-Lizenzierungsstelle unter dieser E-Mail-Adresse (JavaScript erforderlich) oder rufen Sie an unter 202-358-7432, um Lizenzgespräche zu beginnen. Folgen Sie diesem Link  für weitere Informationen.