SBIR Phase I: Low Earth Orbit Navigation System (LEONS) - The Ground Network

SBIR 第一阶段:近地轨道导航系统 (LEONS) - 地面网络

基本信息

  • 批准号:
    2054113
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-12-01 至 2022-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is to make critical United States infrastructure less dependent on the Global Positioning System (GPS). The transportation industry, power grid, banking operations, and communication systems are all interconnected and heavily rely on GPS for accurate and reliable positioning or time synchronization. This project addresses this single point of failure by providing accurate positioning and timing, completely independent of GPS. Additionally, the emerging autonomous vehicle market requires a more reliable positioning, navigation, and timing (PNT) system than GPS can provide alone for the market to reach full potential. Addressing the known pain points of GPS signal jamming and spoofing will improve vehicle safety and consumer confidence in autonomous applications ranging from self-driving cars, and package delivery drones, to autonomous search and rescue. This impact will increase sales for autonomous vehicle manufactures and supporting technology companies, such as sensor, battery, and computer chip manufacturers. This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project studies the feasibility of using a network of ground stations to receive low Earth orbit (LEO) satellite signals that were never designed for PNT and convert them into PNT-usable signals. Thousands of LEO satellites are being launched into space for internet and communication. However, unlike the GPS signal structure designed for extraction of PNT measurements, the signal structure transmitted from communication and internet LEO satellites was never intended for PNT. GPS satellites transmit accurate satellite ephemeris, atmospheric, and clock information to the GPS receiver, whereas this information is typically unavailable for LEO satellites. This project proposes to deploy a ground network to determine this information from LEO satellite signals and make this information available for PNT purposes. To this end, this project involves the following research thrusts: 1) find the optimal geometric distribution of the ground stations to minimize LEO satellite ephemeris, clock, and atmospheric errors, 2) develop special signal processing and estimation theory techniques to extract accurate PNT measurements from existing and future LEO satellite signals for free (without a subscription to their network), and 3) derive theoretical limits on PNT estimation errors when using the ground network’s produced information.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这一小企业创新研究第一阶段项目的更广泛影响/商业潜力是使美国关键基础设施减少对全球定位系统的依赖。交通运输业、电网、银行业务和通信系统都是相互关联的,严重依赖GPS进行准确可靠的定位或时间同步。该项目通过提供完全独立于GPS的精确定位和定时来解决这一单点故障。此外,新兴的自动驾驶汽车市场需要一个比GPS更可靠的定位、导航和定时(PNT)系统,以充分发挥市场潜力。解决GPS信号干扰和欺骗的已知痛点将提高车辆安全性和消费者对自动驾驶应用的信心,从自动驾驶汽车和包裹递送无人机到自动搜索和救援。这种影响将增加自动驾驶汽车制造商和支持技术公司(例如传感器、电池和计算机芯片制造商)的销售额。 小企业创新研究(SBIR)第一阶段项目研究使用地面站网络接收从未为PNT设计的低地球轨道(LEO)卫星信号并将其转换为PNT可用信号的可行性。数以千计的LEO卫星被发射到太空,用于互联网和通信。然而,与为提取PNT测量值而设计的GPS信号结构不同,从通信和互联网LEO卫星传输的信号结构从未打算用于PNT。GPS卫星将准确的卫星历书、大气和时钟信息传输到GPS接收机,而LEO卫星通常无法获得这些信息。该项目建议部署一个地面网络,以确定来自低地球轨道卫星信号的这一信息,并将这一信息用于PNT目的。为此,该项目包括以下研究重点:1)找到地面站的最佳几何分布,以使LEO卫星星历、时钟和大气误差最小化,2)开发特殊的信号处理和估计理论技术,以免费从现有和未来的LEO卫星信号中提取精确的PNT测量值(没有订阅他们的网络),和3)的方法当使用地面网络产生的信息时,推导出PNT估计误差的理论极限。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值进行评估,更广泛的影响审查标准。

项目成果

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  • 发表时间:
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  • 作者:
    Joshua Morales;Z. Kassas
  • 通讯作者:
    Z. Kassas

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