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Ionospheric Scintillation Mitigation With Kalman PLLs Employing Radial Basis Function Networks

Lopes, Rafael A. M. und Antreich, Felix und Fohlmeister, Friederike und Kriegel, Martin und Kuga, Helio K. (2023) Ionospheric Scintillation Mitigation With Kalman PLLs Employing Radial Basis Function Networks. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 59 (5). IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TAES.2023.3281431. ISSN 0018-9251.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10138643

Kurzfassung

We investigate two adaptive Kalman phase-locked loop (PLL) structures for ionospheric scintillation mitigation for global navigation satellite systems receivers, employing radial basis function (RBF) networks to model the scintillation phase and amplitude, instead of the typically employed autoregressive (AR) models. In the first structure, the Kalman filter innovations are computed by the arctangent phase discriminator, and the state estimates are directly employed in the carrier replica generation. In the second structure, the Kalman filter measurements are the prompt correlator outputs, and the error states are computed and used by a state feedback controller to provide a control signal to drive the carrier replica generation. The nonlinear RBFs provide more flexibility to capture nonlinear dynamics evolving with time, possibly present in the scintillation phase and amplitude. The weights of the RBF networks and the covariance matrices of the process and measurement noise of the Kalman filters are estimated online in the adaptive Kalman PLL structures. Simulations with synthetic severe scintillation data show the capability of the proposed Kalman PLLs to improve robustness to scintillation effects in carrier synchronization, with performance similar to the corresponding structures employing AR scintillation models. Simulations using recorded scintillation data collected by a commercial receiver highlight the learning and generalization capability of the RBF networks to cope with evolving scintillation characteristics over time with possibly nonlinear effects. The Kalman PLL structures employing the RBF networks present reduced errors compared with the structures using AR models.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200409/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ionospheric Scintillation Mitigation With Kalman PLLs Employing Radial Basis Function Networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lopes, Rafael A. M.rafael.lopes (at) inpe.brNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Antreich, Felixantreich (at) ieee.orghttps://orcid.org/0000-0001-6596-0123NICHT SPEZIFIZIERT
Fohlmeister, FriederikeFriederike.Fohlmeister (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2568-7473NICHT SPEZIFIZIERT
Kriegel, MartinMartin.Kriegel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5543-180XNICHT SPEZIFIZIERT
Kuga, Helio K.helio.kuga (at) inpe.brNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 Mai 2023
Erschienen in:IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:59
DOI:10.1109/TAES.2023.3281431
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0018-9251
Status:veröffentlicht
Stichwörter:GNSS, ionopshere, scintillation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Weltraumwettereinfluss
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik > Weltraumwettereinfluß
Hinterlegt von: Kriegel, Martin
Hinterlegt am:04 Dez 2023 14:00
Letzte Änderung:04 Dez 2023 14:00

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