Evaluation of Commercial Off-the-Shelf GNSS Receivers for Nanosatellite Applications

Diese Arbeit untersucht die Leistungsfähigkeit kostengünstiger GNSS (Global Navigation Satellite Systems)-Empfänger für den Einsatz auf Nanosatelliten im Low Earth Orbit (LEO). Zu diesem Zweck wurden GPS-Signale mit dem XPLORA-Simulator der Firma OHB Austria unter realitätsnahen orbitalen Bedingungen erzeugt. Die simulierten Szenarien umfassten statische und kinematische Flugphasen eines Astrocast CubeSat Nanosatelliten, wobei Trajektorienfehler des Simulators durch eine externe Spline-Interpolation korrigiert wurden. Zwei kommerziell verfügbare Empfänger (u-blox ZED-F9P and "RAKON GNSS Development Kit for Nanosatellite Applications") wurden hinsichtlich ihrer Signalverfolgung, Beobachtungsqualität und Positionsgenauigkeit analysiert. Die gewonnenen RINEX-Daten wurden mit präzisen Ephemeriden in der Precise Point Positioning (PPP)-Software raPPPid verarbeitet, wobei sowohl Code- als auch kombinierte Code- und Phasenmessungen berücksichtigt wurden.Die Ergebnisse zeigen, dass beide Empfänger grundsätzlich in der Lage sind, zuverlässige GNSS-Beobachtungen unter LEO-ähnlichen Bedingungen zu liefern. Allerdings führt eine reduzierte Eingangssignalstärke (bis −100 dBm) zu einer deutlich geringeren Signalqualität, häufigeren Tracking-Unterbrechungen, verlängerten Akquisitionszeiten sowie einer verringerten Anzahl beobachteter Satelliten. Für Code-only-Lösungen werden Genauigkeiten im Meterbereich erreicht, während die Kombination von Code- und Phasenbeobachtungenzu Genauigkeiten im Dezimeterbereich und, für statische Szenarien, im Zentimeterbereich führt. Kinematische Höhenlösungen weisen einen systematischen Offset auf, der vermutlich auf simulatorbedingte Effekte zurückzuführen ist und die tatsächliche Leistung der Empfänger im Orbit vermutlich unterschätzt.Insgesamt bestätigen die Ergebnisse das Potenzial kostengünstiger GNSS-Technologie für den Einsatz auf LEO-Nanosatelliten, zeigen jedoch zugleich die Notwendigkeit einer sorgfältigen Empfängerkonfiguration und einer Verbesserung der Simulationsumgebung, insbesondere bezüglich hochdynamischer Szenarien.