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Precise Time Transfer and Ranging for Next Generation GNSS

Surof, Janis und Poliak, Juraj und Wolf, Raphael und Mata Calvo, Ramon und Blümel, Ludwig und Günther, Christoph (2026) Precise Time Transfer and Ranging for Next Generation GNSS. GPS Solutions, 30 (101). Springer. doi: 10.1007/s10291-026-02064-2. ISSN 1080-5370.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10291-026-02064-2

Kurzfassung

Global navigation satellite systems broadcast signals for positioning estimation and time dissemination to end users. Current systems rely on ground-based observations and predictions. The Kepler system deviates from that by employing bidirectional optical inter-satellite links for time synchronization and orbit determination. This approach increases resilience, reduces ground infrastructure requirements and improves end-user accuracy. Optical two-way time transfer at sub-picosecond level and ranging at sub-millimeter precision are achieved by means of a chip rate of 12.8 Gcps and high-resolution optical correlation tracking. Our laboratory demonstrator verifies this concept. Two-way optical time transfer with a short-term stability below 1.8e-13 was demonstrated over a 30 m free space range. The received optical signal power was scaled to emulate a medium earth orbit inter-satellite distance of over 50,000 km. The hardware is rather similar to the one used in coherent optical communications systems and thus of limited complexity. This confirms that a system architecture based on bidirectional optical free-space links can achieve the required precision in time synchronization and orbit estimation in future global navigation satellite systems.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224994/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Precise Time Transfer and Ranging for Next Generation GNSS
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Surof, JanisJanis.Surof (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-5356-400X217814984
Poliak, JurajJuraj.Poliak (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6599-3117217814985
Wolf, RaphaelRaphael.Wolf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-2170-4344217814987
Mata Calvo, RamonRamon.MataCalvo (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blümel, LudwigLudwig.Bluemel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Günther, ChristophChristoph.Guenther (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 März 2026
Erschienen in:GPS Solutions
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:30
DOI:10.1007/s10291-026-02064-2
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Vergados, PanagiotisJet Propulsion Laboratory,California Institute of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer
Name der Reihe:Timekeeping in Space: Technology, Practice, Promise, and Benefits
ISSN:1080-5370
Status:veröffentlicht
Stichwörter:GNSS, Two-way time transfer, Ranging, Coherent communications, Optical inter-satellite link
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 - KEPLERVision
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Optische Satellitenlinks
Institut für Kommunikation und Navigation > Navigation
Hinterlegt von: Surof, Janis
Hinterlegt am:16 Jun 2026 12:23
Letzte Änderung:19 Jun 2026 13:02

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