خبر

  • تک بورد - محققان از ماهواره های Starlink برای تعیین موقعیت مکانی مشابه GPS استفاده می کنند

    محققان از ماهواره های Starlink برای تعیین موقعیت مکانی مشابه GPS استفاده می کنند
    28 روز و 2 ساعت قبل

    محققان شش ماهواره را ردیابی می کنند تا موقعیت مکانی آنها را با دقت هشت متر بدست آورند.
    محققان مهندسی در مقاله ای با بررسی جدید خود گزارش داده اند که از سیگنال های ماهواره های پهن باند Starlink می توان برای تعیین نقاط روی زمین تا هشت متر دقت استفاده کرد. گزارش آنها بخشی از مجموعه رو به رشد تحقیقات در مورد استفاده از سیگنال های ماهواره های مدار پایین زمین (LEO) برای ناوبری است ، مشابه نحوه عملک

    این فناوری به زودی جایگزین برنامه نقشه تلفن هوشمند شما نمی شود و ظاهراً این آزمایش اولیه 13 دقیقه برای ردیابی شش ماهواره Starlink نیاز داشت تا مکانی را در زمین مشخص کند. اما محققان توانستند بدون هیچ گونه کمک از SpaceX به این موقعیت مکانی دست پیدا کنند و می گویند این آزمایش ثابت می کند که می توان از این روش برای ناوبری استفاده کرد.

    "محققان برای استفاده از سیگنال های ماهواره ای به کمک SpaceX نیاز نداشتند. و آنها تأکید کردند که به داده های واقعی ارسال شده از طریق ماهواره ها دسترسی ندارند - فقط به اطلاعات مربوط به موقعیت و حرکت ماهواره دسترسی دارند. "

    سیگنال ، و سپس ما الگوریتم های پیچیده ای را برای تعیین موقعیت مکانی خود طراحی کردیم و نشان دادیم که با دقت بالایی کار می کند. " مرکز در دانشگاه ایالتی اوهایو ، در مقاله گفت. "و حتی اگر Starlink برای اهداف ناوبری طراحی نشده بود ، ما نشان دادیم که می توان قسمتهای سیستم را به اندازه کافی برای استفاده از آن برای ناوبری یاد گرفت."

    این تحقیق توسط Kassas همراه با Joe انجام شد. خلیف (یک دانشجوی فوق دکتری در دانشگاه کالیفرنیا ، ایروین) و محمد نینواعی (دانشجوی دکتری در UC-Irvine). کاساس همچنین استاد UC-Irvine و مدیر آزمایشگاه سیستم های خودگردان ادراک ، هوش و ناوبری (ASPIN) است ، در حالی که خالیف و نیناوی اعضای این آزمایشگاه هستند. آزمایش آنها با استفاده از آنتن در پردیس UC Irvine انجام شد.

    کاساس گفت "تیم او از تکنیک های مشابهی با دیگر صور فلکی ماهواره ای در مدار پایین زمین استفاده کرده است ، اما با دقت کمتر ، مکان های دقیق در فاصله 23 متری را مشخص کرده است." "مطابق مقاله ایالت اوهایو نیوز. کاساس گفت: "این تیم همچنین با نیروی هوایی آمریکا برای تعیین مکان هواپیماهای ارتفاع بالا کار کرده است ؛ آنها توانستند با استفاده از سیگنال های سلولی زمینی به فاصله 5 متری برسند." GPS سیگنال هایی با خطای متوسط ​​کمتر از یک متر ارائه می دهد.

    مقاله با عنوان "اولین نتایج ردیابی و موقعیت یابی فاز حامل با سیگنال های ماهواره ای Starlink LEO" در هفته گذشته در مجله IEEE Transactions منتشر شد. در مورد هوافضا و سیستم های الکترونیکی محققان همچنین یافته های خود را در یک کنفرانس موسسه ناوبری ارائه کردند. بودجه کار آنها توسط کمک های تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده ، بنیاد ملی علوم و وزارت حمل و نقل تأمین شد. تبلیغات

    "نشانه های فرصت"

    مقاله محققان گفت که "مطالعات مختلف نظری و تجربی" امکان استفاده از "سیگنال های فرصت" ماهواره های پهن باند LEO را برای ناوبری در نظر گرفته اند. .

    "با SpaceX که بیش از هزار وسیله نقلیه فضایی (SV) را به LEO پرتاب کرده است ، رنسانسی در ناوبری مبتنی بر LEO آغاز شده است." "سیگنال های LEO SVs در مقایسه با مدار زمین متوسط ​​(MEO) که در آن SV های GNSS [سیستم ناوبری جهانی ناوبری] قرار دارند با قدرت بالاتری دریافت می شوند. علاوه بر این ، SV های LEO نسبت به SV های GNSS فراوان تر هستند تا ردپای کاهش یافته و سیگنال های آنها را جبران کنند. از نظر فضایی و طیفی دارای تنوع هستند. "

    مزیت دیگر ماهواره های LEO این است که" آنها نیازی به خدمات و زیرساخت های اضافی و پرهزینه از ارائه دهنده پهنای باند ندارند. " اما این بدان معنا نیست که کار برای محققان آسان بوده است. آنها نوشتند: "با این حال ، ارائه دهندگان پهنای باند معمولاً ساختار سیگنال منتقل شده را برای محافظت از دارایی فکری خود فاش نمی کنند. بنابراین ، برای رسم مشاهدات ناوبری ، باید سیگنالهای LEO SV را تجزیه کرد."

    خلاصه ارائه کنفرانس محققان اشاره کرد که ارائه دهندگان پهنای باند می توانند پروتکل های خود را برای پشتیبانی از ناوبری تغییر دهند. اما محققان استدلال می کنند که رویکرد شخص ثالث خود علی رغم نیاز به "معماری گیرنده پیچیده تر" مفیدتر است.

    آنها نوشتند که هزینه شرکت های خصوصی مانند OneWeb ، SpaceX ، بوئینگ و دیگران که قصد دارند ده ها هزار ماهواره اینترنت پهن باند را به LEO پرتاب کنند ، حاضر به پرداخت آن نیستند. "علاوه بر این ، اگر این شرکت ها با هزینه اضافی موافقت کنند ، هیچ تضمینی وجود نخواهد داشت که آنها برای خدمات ناوبری اضافی از کاربران هزینه ای دریافت نکنند. در این شرایط ، استفاده از سیگنال های ماهواره ای LEO پهن باند به صورت فرصت طلبانه ، رویکردی مناسب تر می شود."

    یک الگوریتم جدید

    محققان قبلاً "رویکردی شناختی برای ردیابی فرکانس داپلر سیگنال های ناشناخته SV LEO" در نظر گرفتند ، اما در مقاله اخیر خود گفتند که این روش "نمی تواند حامل را تخمین بزند. فاز ، و همچنین نمی توان آن را در اینجا پذیرفت ، زیرا مستلزم آگاهی از دوره چراغ در سیگنال منتقل شده است ، که در مورد Starlink LEO SVs ناشناخته است. " برای غلبه بر این مانع ، آنها "یک الگوریتم ردیابی فاز حامل برای سیگنال های Starlink بدون اطلاع قبلی از ساختار آنها ایجاد کردند."

    مقاله می گوید:

    اطلاعات کمی در مورد Starlink وجود دارد سیگنال های downlink یا رابط هوایی آنها به طور کلی ، به جز فرکانس ها و پهنای باند کانال. نمی توان به آسانی گیرنده ای را برای ردیابی سیگنال های Starlink با اطلاعات فوق الذکر طراحی کرد ، زیرا درک عمیق تری از سیگنال ها مورد نیاز است. رادیوهای تعریف شده نرم افزاری (SDR) در چنین شرایطی مفید است ، زیرا به شما اجازه می دهد از گروههای طیف فرکانس رادیویی نمونه برداری کنید. با این حال ، دو نمونه اصلی برای نمونه برداری از سیگنال های Starlink وجود دارد: (i) سیگنال ها در باندهای Ku/Ka منتقل می شوند ، که فراتر از فرکانس های حامل است که اکثر SDR های تجاری می توانند از آن پشتیبانی کنند ، و (ii) پهنای باند کانال downlink می تواند افزایش یابد. تا 240 مگاهرتز ، که از قابلیت های SDR های تجاری فعلی نیز فراتر می رود. اولین چالش را می توان با استفاده از میکسر/تبدیل کننده بین آنتن و SDR حل کرد. با این حال ، پهنای باند نمونه برداری تنها می تواند به اندازه SDR اجازه دهد. به طور کلی ، چارچوب های ناوبری فرصت طلب به اطلاعات زیادی از منبع ارتباط/ناوبری نیاز ندارند (به عنوان مثال ، رمزگشایی داده های دورسنجی یا گذری یا همگام سازی با مقدمه خاصی). بنابراین ، هدف گیرنده این است که به اندازه کافی از سیگنال downlink استفاده کند تا بتواند مشاهدات ناوبری خام (به عنوان مثال ، مرحله داپلر و حامل) تولید کند.

    تبلیغات ردیابی شش ماهواره به مدت 800 ثانیه

    در طول آزمایش ، "نرم افزار ثابت National Instruments (NI) نرم افزاری جهانی رادیویی جانبی (USRP) 2945R مجهز به آنتن Ku و درجه پایین مصرف کننده (LNB) برای دریافت سیگنال های Starlink در Ku بود. -بند ، "آنها نوشتند. "پهنای باند نمونه برداری بر روی 2.5 مگاهرتز و فرکانس حامل بر روی 11.325 گیگاهرتز تنظیم شد که یکی از فرکانس های خط پایین Starlink است."

    محققان سیگنال های Starlink را به مدت 800 ثانیه ، حدود 13.3 دقیقه ثبت کردند. آنها می نویسند: "در این مدت ، در مجموع شش SV Starlink که با فرکانس 11.325 گیگاهرتز مخابره می کردند ، یک به یک از گیرنده عبور می کردند." محققان نمونه هایی از سیگنال های Ku را "برای پردازش خارج از خط" ذخیره کردند. نتیجه 25.9 متر از محل واقعی فاصله داشت اما با "تجهیز گیرنده به ارتفاع سنج (برای اطلاع از ارتفاع آن) خطا به کمتر از هشت متر کاهش یافت. در نتیجه مقاله آمده است:

    این نامه اولین ردیابی و موقعیت یابی فاز حامل را با سیگنال های واقعی Starlink LEO SV نشان داد. مدلی از سیگنال منتقل شده Starlink SV فرموله شد ، و یک الگوریتم ردیابی فاز حامل مبتنی بر KF (فیلتر کالمن) برای ردیابی سیگنال Starlink توسعه داده شد. نتایج تجربی ردیابی فاز حامل شش Starlink LEO SV را در یک دوره تقریباً 800 نشان داد. ثانیه. عملکرد موقعیت یابی بدین صورت بود: 7.7 متر مربع خطای D هنگامی که ارتفاع گیرنده مشخص است ، و خطای 25.9 متر مربع 2 D و خطای 33.5 متر 3 - دی هنگامی که ارتفاع گیرنده مشخص نیست.

    SpaceX بیش از 1700 ماهواره را پرتاب کرده است ، اما قصد دارد در نهایت دهها هزار را به منظور افزایش ظرفیت و در دسترس بودن سرویس پهن باند پرتاب کند. این ماهواره های اضافی احتمالاً ساخت سیستم های ناوبری از نوع پیش بینی شده در تحقیقات جدید را نیز آسان می کند.

    ما امروز با محققان تماس گرفتیم تا در مورد چشم انداز استفاده از ماهواره های Starlink برای بدست آوردن نتایج موقعیت مکانی در زمان نزدیکتر و نحوه استفاده آنها از سیستم های مبتنی بر LEO تصور کنیم برای ناوبری هنگامی که روشها و فناوری پیشرفته تر است. در صورت دریافت پاسخ ، این مقاله را به روز می کنیم.





خبرهای دیگر از فناوری اطلاعات