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Hybrid Lunar Satellite and Cooperative Surface Navigation: A Distributed Estimation Perspective

Pöhlmann, Robert und Gerhards, Jan und Zhang, Siwei und Staudinger, Emanuel und Becker, Christian (2025) Hybrid Lunar Satellite and Cooperative Surface Navigation: A Distributed Estimation Perspective. In: 2025 IEEE Aerospace Conference, AERO 2025. IEEE Aerospace Conference, 2025-03-01 - 2025-03-08, Big Sky, MT, USA.

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Kurzfassung

A large number of lunar surface missions is planned in the coming years. A key prerequisite for many missions is accurate and reliable position, navigation and timing (PNT). There are plans for lunar satellites operating under the frame of LunaNet, which should provide communications and PNT for orbit and surface users. Especially in an early phase, the number of satellites will be very limited. To ensure high availability and high accuracy, hybrid satellite navigation and cooperative radio navigation has been suggested. For cooperative radio navigation, radio signals exchanged among users on the lunar surface are used. The benefit of hybrid navigation for the moon has been shown by a theoretical study. How a hybrid navigation system could be implemented, especially considering the nature of the distributed system, has not been analyzed yet. With this paper, we introduce one centralized and three decentralized estimation algorithms for hybrid lunar satellite and cooperative surface radio navigation. We consider decentralized estimation algorithms based on broadcasting measurements, consensus, and equivalent ranging variance, representing different concepts of distributed estimation. Then, we evaluate all algorithms regarding the functional requirement accuracy and the nonfunctional requirements flexibility, scalability and robustness. We introduce a simulation framework to assess the performance of lunar surface navigation algorithms. Finally, we provide a comparison of the algorithms and discuss their strengths and weaknesses.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211216/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vorlesung)
Titel:Hybrid Lunar Satellite and Cooperative Surface Navigation: A Distributed Estimation Perspective
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pöhlmann, RobertRobert.Poehlmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7362-9406NICHT SPEZIFIZIERT
Gerhards, Janjan.gerhards (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhang, SiweiSiwei.Zhang (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Staudinger, EmanuelEmanuel.Staudinger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9601-2887NICHT SPEZIFIZIERT
Becker, Christianchristian.becker (at) ipvs.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2025
Erschienen in:2025 IEEE Aerospace Conference, AERO 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:hybrid navigation, lunar PNT, moon exploration, lunar satellite navigation, cooperative navigation, distributed estimation
Veranstaltungstitel:IEEE Aerospace Conference
Veranstaltungsort:Big Sky, MT, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 März 2025
Veranstaltungsende:8 März 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Schwarmnavigation
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Institut für Kommunikation und Navigation
Hinterlegt von: Pöhlmann, Robert
Hinterlegt am:13 Jan 2025 15:42
Letzte Änderung:17 Mär 2025 18:33

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