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GEONS:GPS拡張オンボードナビゲーションで宇宙機運用の高精度化、4機未満でも高精度軌道推定

標準GPSサービスのリアルタイム測位は一部オンボード用途には十分ですが、固有の位置不連続性が高精度機器用途(視界期間予測、マヌーバ計画など、宇宙機状態の連続予測を要する計算)では許容されません。またリアルタイム測位には4機以上のGPS衛星からの同時測定が必要で、ミッション制約要因となります。

GEONSソフトウェアは、標準GPS受信機、オンボード通信機器、姿勢センサからのデータを処理し、高精度な絶対・相対ナビゲーションソリューションをリアルタイムで生成。オンボードマヌーバ制御、編隊飛行維持のための相対ナビゲーションもサポート。全情報はダウンリンクテレメトリに含めれば科学者が即座に利用可能。

拡張カルマンフィルタと物理モデルで4機未満でも高精度

GEONSは拡張カルマンフィルタ(EKF)を、重力・大気抗力・太陽光圧・クロックバイアス・ドリフトの物理的代表モデルで拡張し、4機未満の可視GPS衛星でも正確な状態推定と現実的な状態誤差共分散を提供。過去全測定値の情報を、それらを支配する物理モデルのGEONSデータと慎重にバランスさせ、宇宙機軌道の最適推定を生成。高忠実度状態力学モデルで測定誤差感度を低減し、高精度速度推定を実現。信号欠落・カバレッジ劣化時も正確な状態予測が可能。

自律ナビゲーションでミッションコスト削減と先進ミッション実現

自律ナビゲーションにより、定期的な地上ベース軌道決定と特別追跡サービスが不要になり総ミッションコスト削減。衛星編隊飛行など先進ミッション概念には必須。GEONSはオンボードコンピュータの極めて限られたリソース内で自律動作するよう設計。幾何学的GPS即時解を用いた自律初期化と拡張故障検知機能を実装。

1機のGPS衛星でも、信号欠落時でも高精度

過去測定値の情報を取り込むことで、可視GPS衛星1機でも、信号欠落・カバレッジ劣化時でも高精度軌道推定を提供。さらにオンボード姿勢センサからのドップラー測定データも処理。これら多様な測定タイプを全てGEONSソフトウェアに統合し、複数軌道レジーム・ナビゲーションサブシステムに対応しつつ追加ハードウェア不要。データタイプ融合でシステム安定性・信頼性向上、コンポーネント故障時のグレースフルデグレード(機能漸減)を実現。

NASAはこの技術の商業化ライセンシーを募集しています。ライセンス担当(メール:[保護中]、電話:202-358-7432)までご連絡ください。詳細こちら。

センサー

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