Слепая оценка маяков, сопровождение доплеровского сдвига и оппортунистическое позиционирование с использованием низкоорбитальных спутников OneWeb, Starlink, Iridium NEXT и Orbcomm в многоспутниковой конфигурации

Предложен новый спектральный метод слепой оценки маяков, сопровождения доплеровского сдвига и оппортунистического позиционирования по неизвестным сигналам низкоорбитальных спутников (LEO). Разработанный подход не зависит от используемых низкоорбитальными спутниками схем модуляции и множественного доступа. Во-первых, представлен аналитический вывод спектра частот принятого сигнала с учетом высокодинамичного канала между низкоорбитальным спутником и наземным приемником. Во-вторых, предложен слепой дискриминатор доплеровского сдвига в частотной области. В-третьих, разработан алгоритм сопровождения доплеровского сдвига на основе фильтра Калмана (KF). В-четвертых, предложена схема слепой оценки маяков низкоорбитальных спутников и исследованы ее свойства сходимости. Результаты моделирования демонстрируют успешную оценку маяков и сопровождение доплеровского сдвига спутников Starlink, передающих сигналы 5G с ортогональным частотным разделением и множественным доступом (OFDMA). Экспериментальные результаты подтверждают эффективность предложенной схемы для низкоорбитальных спутников различных созвездий, а именно OneWeb, Starlink, Orbcomm и Iridium NEXT. Несмотря на использование различных схем модуляции и множественного доступа, предложенная схема в слепом режиме успешно оценивает маяк и сопровождает доплеровский сдвиг для восьми низкоорбитальных спутников (двух OneWeb, четырех Starlink, одного Iridium NEXT и одного Orbcomm) в течение примерно 560 секунд с точностью до уровня герц. Полученные доплеровские измерения были объединены с помощью нелинейного оценивателя наименьших квадратов для определения местоположения неподвижного приемника с беспрецедентной точностью. Начиная с исходной оценки, отличавшейся примерно на 3 600 км, удалось достичь конечной трехмерной (3-D) ошибки определения положения 5,8 м и двумерной (2-D) ошибки 5,1 м. Помимо достижения этой беспрецедентной точности, полученные результаты представляют собой первый успешный пример оппортунистического сопровождения неизвестных низкоорбитальных сигналов OneWeb и их использования для позиционирования.