Starlink tabanlı radyo konumlama sisteminin kavramsal tasarımı
Conceptual design of starlink based radio locationing system
Yazar: DOĞUKAN KÖK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YAKUP SABRİ ÖZKAZANÇ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doppler kayması = Doppler shift ; Konum belirleme = Position determination ; Starlink = Starlink

Özet:
Geleneksel GNSS sistemlerinin konumlama amacıyla kullanımının yanında günümüzde LEO'da bulunan haberleşme uydularının fırsat sinyalleri olarak konumlama amacıyla kullanılması için de çalışmalar yapılmaktadır. LEO uydularının, GNSS uydularına göre dünyaya daha yakın olması; sinyalde daha az kayıp oluşmasını, karıştırma tekniklerinin ise son yıllarda gelişim göstermesiyle beraber GNSS sistemlerinin kullanılamadığı bölgelerde LEO tabanlı konumlama sistemlerinin kullanımına olanak sağlaması, LEO tabanlı konumlama çalışmalarının yapılmasında etkili olmaktadır. Starlink uydu takımının internet haberleşmesini sağlamak için yayınladığı aşağı bağlantı sinyalleri ve koruma aralığı içerisinde yer alan ton sinyalleri, Starlink uydularının artış göstermesiyle konumlama amacıyla kullanımına olanak sağlamaktadır. Bu çalışmada, Starlink OFDM ve ton sinyallerinin statik durumda bulunan bir alıcı tarafından takip edildiği varsayılmış ve Doppler ölçümleri kullanılarak alıcı konumunun kestirilmesi amaçlanmıştır.  Konum kestirimi için en küçük kareler yöntemini temel alan bir kestirimci mimarisi önerilmiştir. Doppler tabanlı konumlama yöntemlerinde; konumlama performansını etkileyen hata kaynakları bulunmaktadır. Uydu, alıcı saat kayma ve kayma oranı, gürültü hataları Doppler ölçümlerini etkilerken, uydu yörünge ve ölçüm zamanı hataları ise uydu konum ve hız hatalarını etkileyen hata kaynaklarıdır. Hata kaynakları ve konumlama yönteminin içerisinde bulunan ölçüm sayısı, ölçüm sıklığı gibi parametrelerin kestirim performansı üzerindeki etkilerini incelemek için benzetim ortamında konumlama çalışmaları gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Studies are being carried out to use communication satellites in Low Earth Orbit (LEO) as opportunity signals for positioning in addition to the traditional use of GNSS systems. The fact that LEO satellites are closer to the earth than GNSS satellites, provide less loss in signals and jamming techniques have improved in recent years, making it possible to use LEO-based positioning systems in regions where GNSS systems cannot be used. The downlink signals broadcasted for internet communication from Starlink satellites, along with the tone signals within the guard band, have made it possible to use Starlink satellites for positioning purposes as the Starlink satellites increased their numbers in LEO. In this thesis, it is assumed that a static receiver tracks the Starlink OFDM and tone signals, aiming to estimate the receiver's position using Doppler measurements. An estimator architecture based on the least squares method is proposed for position estimation.  In positioning methods using Doppler measurements, factors such as satellite and receiver clock drift and drift rate, noise errors, orbital errors and measurement time error effect satellite position and velocity and Doppler measurements. Also parameters of the positioning method that Doppler frequency and the number of measurements within the method significantly effect the estimation performance. To observe the effects of these parameters and errors on estimation performance, positioning studies have been carried out in a simulation environment.