Новий підхід до визначення орбіт може різко підвищити точність навігації для майбутніх мегасузір’їв
Сучасні сузір’я на низькій навколоземній орбіті (ННО) — як-от OneWeb, Starlink і CENTISPACE — обіцяють глобальний зв’язок і навігацію, але їхнє прецизійне визначення орбіт (POD) досі значною мірою спирається на густі мережі наземних станцій. Такі мережі дорогі й часто обмежені географічними та геополітичними факторами. Міжсупутникові лінії зв’язку (ISL) зменшують залежність від землі, проте породжують «обертальну невизначуваність»: без абсолютної просторової прив’язки все сузір’я може повільно дрейфувати за орієнтацією. Багато наявних рішень потребують додаткової інфраструктури або високоякісних GNSS-продуктів, що збільшує затримки й ускладнює експлуатацію.
На цьому тлі особливо на часі автономні, малозатратні за затримкою методи, які використовують уже наявні бортові можливості й забезпечують стабільно високоточні орбіти для великих ННО-сузір’їв.
Команда Уханського університету запропонувала інтегрований метод POD із корекцією обертання, що поєднує вимірювання ISL із бортовими спостереженнями GNSS системи BeiDou‑3 (BDS‑3). Підхід одночасно оцінює орбіти ННО-апаратів і середньоорбітальних (СНО) супутників BDS‑3, усуває систематичне обертання за допомогою широкомовних ефемерид BDS‑3 та забезпечує сантиметровий рівень точності. Завдяки різкому зменшенню залежності від наземних станцій метод добре підходить для робити в реальному часі у великих сузір’ях.
Щоб перевірити життєздатність рішення, дослідники змоделювали сузір’я з 66 ННО-супутників з ISL і бортовими приймачами BDS‑3 та залучили 24 реальні СНО-супутники BDS‑3. Розглянули дві стратегії оброблення: із залученням даних BDS‑3 від усіх ННО-апаратів та лише від їхньої частини. В обох випадках вимірювання ISL і GNSS об’єднувалися в єдине ННО–СНО сузір’я.
Через те, що на старті використовувалися лише внутрішні (бортові) вимірювання без абсолютного зовнішнього репера, початкові розв’язки містили значну систематичну ротацію: поперечна похибка для ННО сягала 40 см, а для СНО перевищувала 1 м.
Щоб прибрати цей ефект, команда визначила кути обертання між координатною системою інтегрованого POD і системою координат BeiDou, закладеною в широкомовні ефемериди, після чого застосувала перетворення Гельмерта для корекції орбіт.
Результат: для ННО-платформ похибки вздовж орбіти та поперек орбіти зменшилися з 22,7 см і 39,3 см до 1,3 см і 4,2 см відповідно; для СНО похибка впала з понад 1,2 м до приблизно 13 см.
Навіть коли лише 36 із 66 ННО-супутників мали GNSS-приймачі, зв’язність через ISL поширила корекцію на все сузір’я з мінімальною втратою точності. Окремо проаналізовано вплив прогнозованих параметрів обертання Землі та залишкових похибок широкомовних ефемерид.
Запропонований підхід відкриває шлях до глобальних сервісів доповнення навігації, автономних ННО-навігаційних систем і послуг позиціонування в реальному часі. Різке скорочення потреби в наземній інфраструктурі підвищує стійкість роботи в віддалених або геополітично обмежених регіонах. Масштабовність робить метод придатним для сузір’їв наступного покоління, що підтримують широкосмуговий інтернет, реагування на надзвичайні ситуації та точне землеробство. Здатність забезпечувати майже рівномірну точність по всій групі — навіть коли лише частина апаратів оснащена GNSS-приймачами — знижує вимоги до апаратури та експлуатаційні витрати. Це нововведення має всі шанси стати базовою технологією інтеграції ННО-сузір’їв з наявними GNSS для покращення глобальної навігації та сервісів синхронізації часу.
«Цей метод усуває одну з найбільш упертих проблем в автономному визначенні орбіт сузір’їв — систематичне обертання, спричинене відсутністю абсолютної просторової прив’язки», — наголосив Кецай Цзян, відповідальний автор роботи. «Використовуючи доступні широкомовні ефемериди BDS‑3 та міжсупутникові вимірювання, ми забезпечуємо сантиметрову точність без очікування на постоброблені продукти GNSS і без розбудови великих наземних мереж. Підхід водночас ефективний і масштабований, тож прокладає шлях до високоточного позиціонування в реальному часі для майбутніх мегасузір’їв».
Дослідження опубліковане 4 серпня в журналі Satellite Navigation (DOI: 10.1186/s43020-025-00175-8).