方式,出路前 - 导航技术卫星-3:基于空间的PNT的先锋

NTS-3_(City_lights)

来自空军研究实验室的这种先进的地球同步卫星将在空间,地面控制和用户设备段中成熟下一代技术。NTS-3将尝试多种综合技术。

在创新中:可再编程的信号发生器,电子扫描阵列,灵活和安全信号,自动化增加以及商业指挥和控制资产的使用。这些将形成垫料的石头到未来的GPS星座。

T.他的美国空军的GPS星座是为了为美国国防部(国防部)提供前所未有的立场和时间准确性。自GPS成立以来,它已成为商业用途远远超过军事使用的全球效用。beplay平台是黑网空中交通管制,银行,农业,搜救和蜂窝网络等的应用依赖于不间断的GPS覆盖范围。与此同时,空间域正越来越多地拥挤,竞争其他卫星导航星座,例如伽利略,北斗和Glonass。www.beplay1235.com此外,QZSS和Navic等区域系统正在展示。尽管众多全球和地区卫星导航(Satnav)星座,但韩国和英国等其他国家已经对自己的Satnav星座进行了兴趣

为了使GPS留在卫星系统创新的最前沿,并提供未来情景所需的先进成绩,需要成熟和过渡新技术。通过考虑到这些目标,卫星-3(NTS-3)的导航技术卫星-3(NTS-3)被提出为成熟的革命性飞行试验,并开发能够过渡到下一代基于空间的PNT卫星的新技术。NTS-3将推动当今Satnav技术的边界,以满足明天在这个新的空间和全球环境中的技术挑战。

革命技术NTS-3将展示一个可重新编程的卫星导航企业如何跨空间、地面和用户部门的功能,并将开发和成熟的技术,以满足未来军事和民用用户的需求。在整个领域,NTS-3实验将包括革命性的技术,如在轨可重新编程的PNT有效载荷,提供地球和区域覆盖的电子扫描阵列,用于改善安全和干扰缓解的敏捷信号,以及一个具有不同定时源的定时系统,用于改进任务稳定性、异常检测和增强误差抑制技术。

NTS-3将进一步试验地面控制系统的自动化,最大限度地减少对密集的人类相互作用的需求,以及使用商业天线的增强空气资源来增强空气力指挥和控制能力。近实时错误检测和缓解是关键能力,在实验活动中心的新波形。系统将自动监控基本参数,并期望减轻错误以保持完整性和准确性,以避免以前在GPS和其他SATNAV星座中看到的冗长的服务中断。用户设备将与空间资产无缝工作,以适应新波形的广播,并将软件定义接收器的灵活性和灵活性带到军事PNT社区。

史诗速度国防空间企业正在进行发展和获取空间能力的快速转换。认识到空间不再是无可争议的,新的重点是“史诗速度”,以满足空间系统的未来需求。支持这种新的重点,美国空间力量(USSF)已确定三个空间企业能力需求。这些企业需求是:

•增强弹性

•建筑敏捷性,和

•敏捷需求/运营过程的概念。

NTS-3是展示这些企业对基于空间的PNT系统的关键因素。因此,NTS-3于2019年8月由美国空军指定了先锋计划。

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下一代SATNAV信号

从1973年至1978年设计的原始GPS信号是他们的时间奇迹。结合直接序列扩频,码分多址(CDMA)以及紧凑的数据消息,这些信号都为军事和民用用户提供了三十年,并且仍在使用所有国防部(DOD)用户。

尽管GPS信号的优雅和可靠性,但1993年在其初始操作能力(IOC)之后GPS使用的指数增长揭示了几个缺点。由总统法令,国防部旨在提出1996年的这些缺点,产生了GPS现代化计划。从1997年到2004年,空军开发了四个新的SatNaV信号,一支军用和三个民用信号(M,L2C,L1C和L5)。

M代码已在21颗卫星上部署,而接地控制和用户段的交付正在进行中。虽然M码对传统信号提供了显着的改进,但其复杂性和提高的安全性都会减缓部署,特别是对于用户段。同时,促进GPS性能和可靠性和可用于解决这些挑战的解决方案的挑战已经继续发展,所以需要进行新技术和展现的新技术。

NTS-3的一个目的是通过向空间段添加轨道重新编程性来证明对无计划的突发事件的敏捷响应。为了跟上新兴技术的步伐和基于空间的PNT系统的未来使用,正在开发新的SATNAV信号以测试NTS-3。获取辅助,信号认证,敏捷波形和灵活信道是在NTS-3上进行测试的一些信号功能。

获得

NTS-3将专注于提供与当今民事移动用户享受的军事协助 - GPS服务相当,但为军事环境的独特需求而设计。通过提供收购辅助和星座导航数据,NTS-3将能够更快地进行干扰,同时提高军用接收器的抗堵塞性能。

作为另一种反堵塞性能增强,NTS-3将为军事界实施长期轨道和时钟(LTOC)数据。所有SATNAV系统的两个最大的错误源都是星历史思信息预测和时钟性能随着时间的推移。通过替代方法提供该数据将使用户设备能够使用状态3中的接收器(跟踪但未解调数据)来实现更长的时间段,并且能够使用较低的用户设备功率实现更高的抗卡纸性能。

提供该数据的一种方法是通过地球同步(Geo)增强层 - 例如NTS-3正在演示 - 这允许用户设备保持卫星位置和定时偏移的良好估计,导致在较长时间持续时间内提高精度。

另外需要考虑的是向接收者提供此信息所需的数据大小。卫星轨道通常以每15分钟为间隔的X、Y和Z点来考虑。更大的数据包可以实现更高的精度,但必须考虑带宽和数据存储要求。目前,正在探索最小化数据大小,同时最大化军事社区利益的交易。

验证

对民用和军用用户来说,GPS信号的认证都是一个日益严重的问题。为了解决这一日益增长的挑战,AFRL与几位贡献者合作开发了一种新的认证方法,称为芯片消息健壮认证(CHIMERA)。

Chimera是一个GPS信号认证方法,其共同验证L1C信号的导航数据和扩展码。Chimera使用时绑定,其中扩展码被通过使用从数字签名的导航消息导出的密钥加密地生成的标记来旋转。无法独立生成导航消息和扩展代码。位承诺可确保在广播后,不能生成正确的标记。已经开发出L1C Chimera的两种并发变化:

•独立用户的速度频道速度慢;和

•当具有更高带宽的其他方法(例如网络辅助)时,快速频道。

CHIMERA增强的基本操作首先是GPS发射器对数据进行数字签名,然后生成标记,作为扩展码的穿孔插入。这些标记可能来自数字签名(慢速)或单独生成的密钥(快速)。用户设备可以使用GPS公共证书来验证签名,既验证数据的真实性,又验证信号的时序。图1介绍了嵌合体增强的概述。

用户设备也是NTS-3的关键实验部分。为了充分利用On-Otbit RealGablability,用户设备也必须是可重新编程的。在Federaly资助的软件定义的接收器(SDR)开发十年内,NTS-3将利用吉利的全球导航卫星系统测试架构(GNSSTA)来实现用户设备能力。

当在整个企业中使用时,SDR用于发射机(空间),接收器(用户)和监控(接地),是未来SATNAV系统的关键支持技术。用于GNSS的当前固定频率和调制(并将继续提供多年)优秀的PNT服务。然而,在未来,需要更快速地部署能力和对威胁的响应性增加,将需要在所有系统段中的灵活性和敏捷性。

NTS-3将利用特别提款权引入各种灵活的功能。调制、功率、多路复用、数据帧和数据内容都是可配置的。当多个飞行员和数据通道与相控阵天线结合时,将支持在操作区域的同时任务。有了NTS-3,灵活性的构建模块将能够试验新的操作概念和战术,以减轻负面影响。

其他技术

精密定时是GNSS的重要启用技术。将密切监测NTS-3的原子钟,以提高空间中时钟行为的定时精度和表征。此外,将研究单一事件扰乱,异常检测和衬底合奏。计划进行实验,以测试新方法,以提高可靠性和弹性,供未来的基于空间的PNT系统使用。

一个电子扫描阵列(ESA)是NTS-3的基线。虽然ESA技术在空间领域并不新鲜,但将ESA应用于卫星导航系统会带来复杂性,由于可变相位中心和群延迟,必须加以解决。NTS-3将调查影响和探索增强esa广播地球覆盖和区域信号从同一天线。

地面控制对于任何SATNAV系统的正常运行至关重要。由于介绍了再编程性,地面控制系统必须演变以便处理此添加的复杂性层。NTS-3将通过增加自动化和自主权的使用,进一步增强SATNAV地面控制架构,以及实现更高级的特征,例如重新编程性。NTS-3地面控制系统与企业地面服务(EGS)架构兼容。一旦完全建立,EGS将利用大数据并促进更容易的数据共享,努力认识和协作。这允许旧数据和平台用于新目的。NTS-3旨在与EGS和遗留接地系统一起使用。这一点的一个重要方面是纳入商业指挥和控制地点,以增加与卫星接触。

结论

NTS-3将推动Satnav技术的前沿,以迎来先进技术的时代,使未来的SatNav架构更加敏捷,灵活,以及更强大和更具弹性。具有高级PNT信号的重新编程有效载荷位于NTS-3实验的核心。设计可以快速部署新功能的系统架构将是空间,地面控制和用户设备段中NTS-3的关键演示。

批准公开发布;分配是无限的。公共事务释放批准#AFMC-2020-0103。

作者

大卫查普曼是exoanalytics解决方案的高级系统工程师,还包含20年的科技发展经验。此前,他是空军研究实验室的主要研究科学家,监督并指导PNT组合的监督,包括作为导航技术卫星的主要调查员 - 3.他有一个博士学位。犹他大学的材料科学。

乔安娜圣训是空军研究实验室(AFRL)太空车辆的研究工程师,以及导航技术卫星-3的主要调查员。她收到了她的博士学位。康奈尔大学机械与航空航天工程。她的研究兴趣包括GNSS信号,时钟和算法。

乔恩安德森是峡谷咨询的离子和主任。他目前支持AFRL高级SATNAV研究,包括先进的信号,发射机技术和系统概念开发。虽然空军现役,但他领导了M代码开发和军事接收器开发,并积极参与制定现代化GPS的政策,安全,国际兼容性和能力。