Las grandes constelaciones de satélites en la órbita baja terrestre (LEO) son fundamentales para los sistemas modernos de comunicación por satélite, teledetección y navegación. Sin embargo, el seguimiento de las órbitas de estos satélites plantea un desafío importante debido a su gran número y a la necesidad de datos de alta precisión durante largos períodos. Las estaciones de seguimiento terrestres tienen una capacidad limitada para gestionar constelaciones tan grandes, mientras que los receptores del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) a bordo de vehículos espaciales ofrecen una solución prometedora. Lamentablemente, los métodos existentes aún tienen dificultades en cuanto a eficiencia y precisión computacional, por lo que es necesario desarrollar técnicas más avanzadas.
Fue publicado en Satellite Navigation, la revista oficial del Instituto de Investigación de Información Aeroespacial, Academia de Ciencias de China, un nuevo estudio del Instituto de Investigación de Topografía y Cartografía de Xi’an y el Laboratorio Estatal Clave de Datos Espaciales, que presenta métodos de determinación de órbita (OD) autónomos por pasos para grandes constelaciones en la órbita baja terrestre. Al combinar las observaciones GNSS con la medición de distancias entre satélites, la investigación mejora significativamente tanto la precisión como la eficiencia de la determinación de órbita, un componente esencial de la funcionalidad de los satélites.
El estudio presenta tres estrategias pioneras de OD autónomas. El primer método integra datos GNSS con mediciones de alcance de enlaces entre satélites (ISL) para refinar los parámetros de órbita. El segundo método utiliza rangos ISL como restricciones, mejorando la precisión sin agregar carga computacional. La tercera estrategia adapta dinámicamente la matriz de covarianza de las predicciones de órbita, abordando los errores causados por información anormal del modelo dinámico. Estos enfoques comienzan con una estimación inicial de los parámetros de la órbita mediante observaciones GNSS espaciales, seguida de mejoras utilizando datos de alcance ISL. El enfoque adaptativo se destaca por ajustar la matriz de covarianza en función de un factor adaptativo, que controla los errores del modelo dinámico. Las simulaciones demuestran mejoras sustanciales, ya que el error cuadrático medio (RMSE) de las estimaciones de posición se reduce a tan solo 11,34 cm al combinar modelos dinámicos con rangos de ISL. Además, la capacidad de paralelizar el proceso de estimación para satélites individuales reduce la carga computacional, ofreciendo una solución escalable para gestionar grandes constelaciones.
El Dr. Yuanxi Yang, un destacado experto en navegación por satélite y uno de los autores del estudio, subraya la importancia de estos avances: “Nuestros métodos de OD autónomos y escalonados proporcionan una solución práctica a los desafíos computacionales y de precisión a los que se enfrentan las grandes constelaciones en LEO. Al integrar las observaciones GNSS y la medición de distancias ISL, logramos una mayor precisión y eficiencia, allanando el camino para operaciones satelitales más robustas”.
Las implicaciones de esta investigación son de largo alcance, señaló el equipo de investigadores. Las técnicas mejoradas de OD proporcionan una solución escalable que mejorará la eficiencia operativa de las grandes constelaciones LEO, asegurando una comunicación satelital más precisa, la mejora en la teledetección y el aumento de calidad de la navegación. A medida que las constelaciones satelitales crecen en tamaño y complejidad, estos métodos ofrecen un marco confiable para mantener un control orbital preciso, desbloqueando un vasto potencial para la navegación global, el monitoreo ambiental y más allá.
Financiación: Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (subvención n.º 42388102; n.º 41931076).