افزایش دقت در تخمین مدار ماهواره با استفاده از مدل‌های میدان مغناطیسی و فیلتر کالمن گسترش‌یافته

استفاده از حسگرهای کارآمد و کم هزینه یکی از راه های مهم برای برآورده ساختن شرایط لازم برای ماهواره های کوچک امروزی به شمار میرود. مغناطیس سنج یکی از این نوع حسگرها است که ابزاری کم هزینه و قابل اطمینان محسوب میشود. با استفاده از اندازه گیریهای مغناطیس سنج و الگوریتم مستقل میتوان مسیر فضاپیماها را تخمین زد. دقت و درستی این تخمینها معمولاً برای ماهواره های در حال گردش به دور زمین در ارتفاع پایین کفایت میکند. در این پژوهش هدف بهبود الگوریتم های مدلهای مغناطیسی زمین با علم به تغییرات آن در طول زمان و افزایش دقت حسگر مغناطیس سنج است که درنهایت منجر به افزایش دقت ناوبری و تخمین مدار دقیق میگردد. روش انجام پژوهش بدین صورت است که ابتدا به وسیله قرائت مغناطیس سنجهای فضاپیما و استفاده از به روزترین مدل های میدان مغناطیسی زمین موقعیت ماهواره محاسبه میگردد. استفاده از تکنیک فوق با خطاهایی همراه است که برای کاستن از آن روش فیلتر کالمن گسترش یافته می باشد. فیلتر به کار رفته قادر به غلبه کردن بر خطاهای اولیه و نزدیک شدن به دقت رضایتبخش است. در این مرحله با استفاده از بردارهای مکان به دست آمده و با کمک روشهایی مانند گیبس و لمبرت، می توان بردار سرعت مربوط به هر مشاهده را برای مشاهدات مغناطیس سنج به دست آورد. حال با داشتن بردارهای سرعت و مکان می توان المانهای مداری را محاسبه و مدار ماهواره را تخمین زد. نتایج حاصله برای یک مدار دایروی، دلالت بر دقت و درستی این تخمینها برای ماهواره های در حال گردش به دور زمین در ارتفاع پایین خواهد داشت.

increasing the accuracy of satellite orbit estimation using magnetic field models and kalman filter expanded

one of the significant methods for satisfying the requirements of modern small-satellites is to utilize the efficient and low-cost sensors, one important of which is magnetometer that is an inexpensive and reliable sensor, through which the trajectory of spacecraft can be estimated. the accuracy of these estimations are generally reputable for the low earth orbit satellites. the main objective of this paper is to bolster the algorithms of earth magnetic fields with the knowledge of their variations over time as well as increasing the precision of the magnetometer sensors which eventually results in enhancing the navigation precision together with the orbit determination accuracy. in this study, the satellite’s position is first determined through reading the spacecraft's magnetometers and utilized the most updated models of the earth magnetic fields. since applying the aforementioned approach leads to create the errors, that extended kalman filter (ekf) is utilized in this paper for reducing the errors. the proposed filter is capable of diminishing the initial errors as well as acquiring a satisfied precision. for this purpose, the velocity vector of each observation is first obtained via the acquired position vectors and applying some approaches such as gibbs and lambert. afterwards, by obtaining the position and velocity vectors, orbital elements, and satellite’s orbit can be calculated and estimated respectively. these estimation for low-altitude orbiting satellites and in a circular orbit, indicate that the results have the high accuracy.