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Publicação
Dissertation Report. LEO signals Design and Definition: experimental setup and trade-off considerations
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 13.15 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
The growing demand for precision, robustness, and reliability in Positioning, Navigation
and Timing (PNT) services has been leading to the exploration of how Low-Earth Orbit
(LEO) satellites can potentially complement the existing Global Navigation Satellite System
(GNSS). Current GNSS operates mainly in Medium-Earth Orbit (MEO). However, the
high altitude of these satellites - which is between 2000 km and 35786 km - leads to weaker
signal strength and increased susceptibility and exposure to interference, which affects
positioning accuracy.
This factor puts the robustness of GNSS at risk, especially in challenging environments
such as urban areas with multipath interference and indoor scenarios.
LEO satellites, located at altitudes between 250 km and 2000 km, offer an alternative and
innovative solution. Their proximity to Earth allows to receive stronger signals, providing
a higher resilience, while the possibility of deploying a larger number of satellites can
ensure continuous coverage, especially in areas where MEO satellites fail to reach. By
integrating LEO signals with the existent GNSS constellations, the PNT performance can
be enhanced, providing additional measurements, increasing system redundancy, and
improving reliability in challenging environments.
This Thesis explores the design and feasibility of a LEO-PNT system, from its initial
definition to the signal processing phase, in two challenging environments: indoor and
multipath. Key system parameters such as the optimal number of satellites, general
orbital configurations, transmitted power, modulation, and transmission frequency band
will be explored to evaluate the performance of a GNSS+LEO constellation through
synthetic signal generation, experimental receiver testing, and Position, Velocity, Time
(PVT) solution analysis. This approach provides a comprehensive view of the benefits
and future direction of the LEO constellation in complementing the current Galileo GNSS
system for PNT.
O aumento da necessidade de precisão, robustez e fiabilidade nos serviços de Posiciona- mento, Navegação e Tempo (PNT) tem levado à exploração da forma como os satélites de órbita baixa (LEO) podem potencialmente complementar o atual Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS). Atualmente, o GNSS opera principalmente em órbita terrestre média (MEO). No entanto, a elevada altitude destes satélites - entre 2000 km e 35786 km - conduz a uma fraca intensidade do sinal e a uma maior suscetibilidade e exposição a interferências, o que afeta a precisão do cálculo do posicionamento. Este fator põe em risco a robustez do sistema GNSS, especialmente em ambientes difíceis como zonas urbanas com interferências multicaminho e cenários interiores. Os satélites LEO, localizados a altitudes entre os 250 km e 2000 km, oferecem uma solução alternativa e promissora. A sua proximidade à Terra permite que recebam sinais mais fortes e mais resilientes, enquanto que um maior número de satélites garante uma cobertura contínua, especialmente em áreas onde os satélites MEO podem não conseguir chegar. Ao integrar os sinais LEO com as constelações GNSS existentes, o desempenho do PNT pode ser melhorado, fornecendo medições adicionais, aumento da redundância do sistema e fiabilidade do mesmo em ambientes difíceis. Esta Tese explora o desenho e a viabilidade de um sistema LEO-PNT. Parâmetros chave do sistema, tais como o número ótimo de satélites, configurações gerais da órbita, potência transmitida, modulação e banda de frequência serão analisados de forma a avaliar o desempenho ao complementar o sistema atual com sinais LEO em céu aberto, ambientes interiores e com multicaminho. Adicionalmente, serão desenvolvidos e analisados cenários GNSS+LEO através da geração de sinais sintéticos, testes de um recetor experimental e análise da solução PVT (Posição, Velocidade e Tempo). As vantagens de adicionar os satélites LEO na melhoria do desempenho de tracking do sinal e posicionamento, particularmente em condições difíceis, será avaliado de forma a determinar o seu papel fundamental na melhoria dos sistemas PNT atuais.
O aumento da necessidade de precisão, robustez e fiabilidade nos serviços de Posiciona- mento, Navegação e Tempo (PNT) tem levado à exploração da forma como os satélites de órbita baixa (LEO) podem potencialmente complementar o atual Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS). Atualmente, o GNSS opera principalmente em órbita terrestre média (MEO). No entanto, a elevada altitude destes satélites - entre 2000 km e 35786 km - conduz a uma fraca intensidade do sinal e a uma maior suscetibilidade e exposição a interferências, o que afeta a precisão do cálculo do posicionamento. Este fator põe em risco a robustez do sistema GNSS, especialmente em ambientes difíceis como zonas urbanas com interferências multicaminho e cenários interiores. Os satélites LEO, localizados a altitudes entre os 250 km e 2000 km, oferecem uma solução alternativa e promissora. A sua proximidade à Terra permite que recebam sinais mais fortes e mais resilientes, enquanto que um maior número de satélites garante uma cobertura contínua, especialmente em áreas onde os satélites MEO podem não conseguir chegar. Ao integrar os sinais LEO com as constelações GNSS existentes, o desempenho do PNT pode ser melhorado, fornecendo medições adicionais, aumento da redundância do sistema e fiabilidade do mesmo em ambientes difíceis. Esta Tese explora o desenho e a viabilidade de um sistema LEO-PNT. Parâmetros chave do sistema, tais como o número ótimo de satélites, configurações gerais da órbita, potência transmitida, modulação e banda de frequência serão analisados de forma a avaliar o desempenho ao complementar o sistema atual com sinais LEO em céu aberto, ambientes interiores e com multicaminho. Adicionalmente, serão desenvolvidos e analisados cenários GNSS+LEO através da geração de sinais sintéticos, testes de um recetor experimental e análise da solução PVT (Posição, Velocidade e Tempo). As vantagens de adicionar os satélites LEO na melhoria do desempenho de tracking do sinal e posicionamento, particularmente em condições difíceis, será avaliado de forma a determinar o seu papel fundamental na melhoria dos sistemas PNT atuais.
Descrição
Palavras-chave
LEO satellites PNT GNSS MEO satellites Positioning Multipath interference