افزايش دقت پيش بيني موقعيت ماهواره با درنظرگرفتن هارمونيك‌هاي تابع پتانسيل زمين

Increasing Accuracy of Satellite Position Prediction with Considering Harmonics of Potential Function of the Earth

در اين مقاله، روية پيش‌بيني موقعيت ماهواره بر اساس فيلتر كالمن توسعه يافته و با مدنظر قرار دادن ملاحظات سخت‌افزاري پياده‌سازي و در عين حال حصول دقت مطلوب در فرآيند تعيين موقعيت ماهواره مورد بررسي قرار گرفته است.در اين راستا ابتدا نيروهاي شاخص و مؤثر بر ديناميك مداري ماهواره مدلسازي و روابط غيرخطي حاكم بر حركت مداري ماهواره ارائه شده است. به منظور افزايش دقت پيش‌بيني موقعيت ماهواره هارمونيك‌هاي j2, j3و j4 تابع پتانسيل زمين در معادلات ديناميك مداري لحاظ شده و با استفاده از خطي‌‌سازي ديناميك سيستم و اعمال فيلتر كالمن توسعه يافته EKFموقعيت آتي ماهواره پيش‌بيني مي‌گردد. داده‌هاي اندازه‌گيري مورد استفاده، بردار موقعيت و سرعت ماهواره بوده كه از گيرندة GPS حاصل مي‌شوند. از آنجا كه در اين مقاله ملاحظات طراحي سيستمي ماهواره نيز مدنظر قرار گرفته است، لذا مدت زمان، سناريو روشن كردن گيرنده‌هاي GPS، بر اساس ملاحظات توان الكتريكي مصرفي مورد بحث قرار گرفته است، تا علاوه بر كاهش توان مصرفي، عملكرد زير سيستم تعيين موقعيت با دقت مناسب ادامه يابد. در انتها با انجام شبيه‌سازي بر روي يك ماهواره ارتفاع پايين LEOو مقايسه نتايج با نرم‌افزار STK، صحت مدل‌سازي‌هاي انجام شده و روابط به‌كارگيري شده مورد تأييد قرار گرفته است.

In this paper predicting of position of satellite based on extended kalman filter with considering hardware implementation consideration and simultaneously maintaining desired accuracy is investigated. For this purpose, first, effective forces on orbital dynamic and nonlinear equation of orbital motion are presented. In order to increasing accuracy of prediction in position of satellite, J2, J3 and J4 harmonics of potentialfunction of the earth are considered and future position of satellite is predicted using linearized dynamic model and applying EKF on this model. Here Measurement data are position and velocity vector of satellite which are extracted by GPS receivers. Since in this paper systematic satellite design is considered, scenario of “ON TIME” of GPS receivers based on power consumption considerations is discussed. Finally simulation results for a LEO satellite and comparing these results with STK results, shows accuracy of presented modeling and equations.