利用 LEO 与 5G 基站进行 9D 接收机定位与星历修正的联合估计
信号处理
2025-02-13 v4
摘要
本文利用 Fisher 信息研究了低地球轨道（LEO）卫星与 5G 基站（BS）在实现 9D 接收机定位和修正 LEO 星历方面的相互作用。首先，我们提出了一种包含所有相关链路的信道模型：LEO-接收机、LEO-BS 和 BS-接收机。然后，我们利用 Fisher 信息矩阵（FIM）来量化这些链路中关于信道参数的可用信息。通过变换这些 FIM，我们推导出了 9D 接收机定位参数（包括 3D 位置、3D 姿态和 3D 速度）以及 LEO 位置和速度偏移的 FIM。我们给出了这些定位参数对应的 FIM 元素的闭式表达式。我们基于 FIM 的可辨识性分析表明：i) 使用单颗 LEO 时，需要三个 BS 和三个时隙来估计 9D 定位参数并修正 LEO 位置和速度。ii) 使用两颗 LEO 时，相同的配置（三个 BS 和三个时隙）即可完成这两项任务。iii) 使用三颗 LEO 时，需要三个 BS 和四个时隙才能实现相同目标。Cramer-Rao 下界（CRLB）分析的一个关键结论是，在单颗 LEO、三个 BS 和三个时隙的配置下，接收机定位、速度和姿态以及 LEO 位置和速度偏移的估计误差分别为 0.1 cm、1 mm/s、0.001 rad、0.01 m 和 1 m/s。接收机定位参数在 1 s 后被估计出，而 LEO 偏移参数在 20 s 后被估计出。此外，我们的 CRLB 分析表明，工作频率对接收机姿态估计精度的影响极小，且接收天线数量对 LEO 速度估计精度的影响可忽略不计。
引用
@article{arxiv.2408.16728,
title = {Joint 9D Receiver Localization and Ephemeris Correction with LEO and $5$G Base Stations},
author = {Don-Roberts Emenonye and Wasif J. Hussain and Harpreet S. Dhillon and R. Michael Buehrer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.16728},
year = {2025}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:2408.16710