Способ космической связи



Способ космической связи

 


Владельцы патента RU 2549832:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для постоянной устойчивой теле- и радиосвязи с участками Земли, находящимися вне зоны видимости одного спутника, с помощью системы связи, состоящей из двух унифицированных геостационарных спутников. Технический результат состоит в создании космической системы связи с географическими участками-антиподами, находящимися в разных условных полушариях относительно друг друга. Для этого ведомые спутники оборудуются аппаратурой радионавигации и системой навигации и управления движением, межспутниковую связь дополняют служебными двусторонними каналами связи, ведомые спутники располагают в зонах видимости адресных наземных пунктов связи, недоступных для ведущего спутника, управление ведомыми спутниками и контроль над их техническим состоянием производят посредством ведущего спутника, находящегося постоянно в зонах видимости хотя бы одного наземного командно-измерительного пункта и наземного пункта связи - антиподов адресным наземным пунктам связи. 1 ил.

 

Предлагаемый способ относится к области космической техники и может быть использован для постоянной устойчивой теле- и радиосвязи с участками Земли, находящимися вне зоны видимости одного спутника, с помощью системы связи, состоящей из двух унифицированных геостационарных спутников.

В настоящее время такую целевую задачу в полном объеме не решает ни одна спутниковая система: либо связь не постоянная, либо качество связи в целом не высокого уровня. Все это следствия использования низколетящих спутников связи.

Аналоги и прототип автором не найдены.

Целью способа является создание космической системы связи с географическими участками-антиподами, находящихся в пределах Восточного полушария и, особенно, - в пределах Восточного и Западного полушарий, между которыми имеются акватории Тихого или Атлантического океана. В понятие «антипод» включаются люди и участки Земли, находящиеся в разных условных полушариях относительно друг друга. Акватории Тихого и Атлантического океанов не позволяют иметь надводные промежуточные ретрансляционные пункты связи и командно-измерительные пункты (КИП) - по соображению «цена вопроса». В отсутствие глобальной кабельной связи, и, главное, по причине необходимости иметь автономный от коммерческих коммуникационных сетей канал конфиденциальной (правительственной, специальной) связи с наземными абонентами-антиподами, а также в отсутствие глобальной связи через спутники на высокоэллиптических орбитах, заявленный способ удаленной космической связи является актуальным.

Поставленная цель достигается тем, что способ космической связи (КС) включает два геостационарных спутника связи - ведущий и ведомый, межспутниковую двустороннюю связь, наземные пункты связи (НПС) и хотя бы один командно-измерительный пункт, ведомый спутник оборудуется автономной системой радионавигации, межспутниковую связь дополняют служебным двусторонним каналом связи, ведомый спутник располагают в зоне видимости всех адресных НПС, недоступных для ведущего спутника, управление ведомыми спутниками и контроль за их техническим состоянием проводят посредством ведущего спутника, находящегося постоянно в зонах видимости хотя бы одного наземного КИП и всех НПС - антиподов адресным НПС. Адресные НПС - НПС, находящиеся вне зоны обслуживания ведущим спутником связи. Следует заметить, что функции связи КИП может выполнять и центр управления полетом, потому под КИП в дальнейшем следует понимать попросту пункт служебной связи и управления.

Реализация предлагаемого способа предполагает выполнение следующей последовательности операций.

1. На всех спутниках системы КС устанавливают комплекты приемопередающей аппаратуры, обеспечивающей двустороннюю целевую и служебную межспутниковую связь. Угол установки θ целевых и служебных антенн межспутниковой связи относительно радиального направления в плоскости XY спутниковой системы координат для каждого спутника составляет:

θ = 1 2 ( π Δ λ ) ,

где Δλ - разность гринвичских долгот рабочих точек стояния (орбитальных позиций).

Служебную связь между спутником и КИП наземного комплекса управления обеспечивают командно-программные радиолинии (КПРЛ), через них передается вся служебная информация - телеметрия, массивы командно-программной информации и разовые команды управления. Если угол θ не превышает величину полураскрыва приемопередающих служебных антенн, то межспутниковая КПРЛ совмещается с КПРЛ «Земля-спутник-Земля», если нет, то межспутниковая КПРЛ устанавливается отдельно.

Увеличение длины линии межспутниковой связи по сравнению с высотой геостационарной орбиты (ГСО) компенсируется либо увеличением мощности передатчиков, либо расчетом угла раскрыва передающих антенн в сторону уменьшения. Последнее предпочтительней.

Результаты поиска аналогов с целью выявления признака, совпадающего с отличительным и функционально самостоятельным признаком заявленного способа - двусторонняя служебная межспутниковая связь, показали, что этот признак не следует явным образом из уровня техники. Этот отличительный признак ранее нигде не применялся в практике для активного сопровождения одного, какого бы то ни было, аппарата (не обязательно космического) другим аппаратом (тем более - аналогичным). Правда, в радионавигации внутри навигационных спутниковых систем типа «ГЛОНАСС» [Повышение точности эфемеридного обеспечения потребителей при использовании в космических навигационных системах аппаратуры межспутниковых измерений. А.Н.Тюзин, ФГУП «Российский НИИ космического приборостроения», М, 2007, Аппаратура лазерного измерительно-связного канала системы «ГЛОНАСС», В.Д.Шаргородский, А.А.Чубыкин и др., ФГУП «НИИ прецизионного приборостроения», М., 2007] и на геостационарных спутниках (см. п.2) используются межспутниковые каналы связи. С помощью бортовой аппаратуры межспутниковых измерений на каждом навигационном спутнике осуществляется формирование и передача широкополосных измерительных сигналов, по которым на других спутниках системы измеряются параметры относительного движения навигационных спутников (псевдодальность и псевдоскорость), а также обмен результатами измерений между всеми навигационными спутниками. Но сказанное обеспечивает целевая межспутниковая связь, и то - не в полном объеме качества: для совместного проведения взаимных измерений, передачи информационных сообщений (кадров) и обеспечения возможности одновременной работы с несколькими спутниками в бортовой аппаратуре межспутниковых измерений используется временное разделение приема и передачи информации и частотно-кодовое разделение каналов в каждой радиолинии межспутниковых измерений. Заявленная цель способа предполагает, в том числе, получение оператором через ведущий спутник кадра технического состояния удаленного спутника и передачи на борт удаленного спутника команд управления и массива программной информации, улучшающей или поддерживающей функционирование удаленного спутника на ГСО. Такой служебной межспутниковой связи в настоящее время нет.

Поскольку заявленная цель способа актуализирует данную операцию, то, безусловно, данная операция отвечает критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

2. На всех или, по крайней мере, на ведомом спутнике устанавливают аппаратуру радионавигации (АРН) и соответствующее программное обеспечение по расчету параметров коррекций орбитального движения.

Использование АРН, получающей рабочую информацию от глобальных навигационных спутниковых систем, в отсутствие КИП - единственный «зрячий» путь удержания геостационарного спутника на рабочей орбитальной позиции.

В настоящее время АРН устанавливают на геостационарные спутники, для которых не зависимое от работы наземного комплекса управления определение параметров движения центра масс и расчет коррекций движения являются частью общей задачи автономного функционирования спутника в течение определенного и достаточно продолжительного времени.

Принципы реализации бортовой аппаратуры радионавигации геостационарных спутников по сигналам космических навигационных систем «ГЛОНАСС» и GPS приведены в работе [Бортовая аппаратура радионавигации космических аппаратов геостационарных орбит по сигналам космических навигационных систем «ГЛОНАСС» и GPS», В.А.Зубавичус, М.В.Крат, ФГУП «Научно-производственное объединение прикладной механики имени академика М.Ф.Решетнева», Железногорск, 2007]. Технология использования АРН изложена в способах определения кинематического вектора состояния космического аппарата, например «Способ определения местоположения и составляющих вектора скорости объектов» (RU №2115137, G01S 5/00), «Способ определения вектора состояния подвижного объекта» (RU №2070315, G01C 21/00), «Способ определения вектора состояния космического аппарата по сигналам космических навигационных систем» (RU №2325667, G01S 5/12). Данные источники упоминаются затем, чтобы фиксировать практику использования АРН, получающей рабочую информацию от глобальных навигационных спутниковых систем, на геостационарных спутниках.

3. Планируют и регистрируют орбитальные рабочие позиции на ГСО.

Рабочие позиции на ГСО планируют, исходя из следующих соображений:

- для уменьшения влияния тропосферных и ионосферных задержек наиболее надежной является минимальная высота радиолиний навигации и ретрансляции порядка 1000 км (позиция 12, фиг.1);

- угол места приемопередающей антенны КИП, в отсутствие препятствий, не должен быть меньше 7-10°;

- углы места НПС должны быть максимально возможными и не менее критического угла места для КИП.

4. Составляют полетное задание и выводят ведущий спутник на расчетную долготу выведения на ГСО.

Данная операция стандартная для выведения всех геостационарных космических аппаратов-спутников.

5. Проводят траекторные измерения.

Траекторные измерения проводят на КИП. Есть однопунктные схемы траекторных измерений.

По результатам траекторных измерений определяют параметры движения центра масс спутника.

6. Рассчитывают и реализуют план коррекций приведения спутника на заданную орбитальную позицию.

Данная операция стандартная для приведения всех геостационарных космических аппаратов-спутников. Процесс приведения не превышает 1 месяца. За это время на спутнике проводят все необходимые для штатного функционирования проверки. В процессе приведения проводят дополнительные траекторные измерения (п.3) с целью уточнения плана коррекций приведения.

7. Составляют полетное задание и выводят ведомый спутник на расчетную долготу выведения на ГСО.

Операция аналогична п.4.

8. Проводят траекторные измерения. Операция аналогична п.5.

9. Рассчитывают и реализуют предварительный план коррекций приведения спутника на заданную орбитальную позицию.

До выхода из зоны видимости рабочего КИП, выбранного для обслуживания системы удаленной космической связи, проводят все необходимые для штатного функционирования проверки, включая проверку функционирования аппаратуры АРН, получающей рабочую информацию от глобальных навигационных спутниковых систем, проводят дополнительные траекторные измерения (п.5) с целью уточнения плана коррекций приведения. Процесс приведения не превышает 1,5 месяца при оптимальной, с точки зрения экономии топлива, скорости дрейфа ~4°/сутки.

10. В расчетное время дрейфа фиксируют появление служебной двусторонней межспутниковой связи, гарантирующей появление и межспутниковой связи по целевому назначению.

11. Посредством АРН и бортовой системы навигации и управления движением, включающей комплекс алгоритмических программ по обеспечению полета спутника, производят автономную «посадку» ведомого спутника на заданную орбитальную позицию и удержание его на этой позиции в течение заданного времени или, как максимум, - в течение срока активного существования.

12. Управление ведомым спутником и контроль над его техническим состоянием проводят посредством ведущего спутника.

Под управлением понимается выдача команд и типовых работ (комплекса команд с привязкой ко времени) на основании контроля технического состояния спутника по телеметрическому служебному каналу связи. Ведущий спутник, т.о., выступает в качестве посредника между КИП и ведомым спутником.

Результаты поиска аналогов с целью выявления признака, совпадающего с отличительным и функционально самостоятельным признаком заявленного способа - мониторинг технического состояния спутника и управление спутником посредством другого спутника, показали, что этот признак не следуют явным образом из уровня техники.

Ведущий спутник, поскольку он является проводником воли оператора на Земле, является фактически дистанционным манипулятором по отношению к ведомому спутнику. Непосредственным к оператору манипулятором является, вообще говоря, КИП. Производить и использовать технологически последовательную цепочку манипуляторов со служебными каналами связи - задача решаемая, однако примеров ее решения в мировой практике не существует. Поскольку заявленная цель способа актуализирует данную операцию (по п.12), то данная операция по п.12 и, соответственно, операция по п.1, в части установки комплектов приемопередающей аппаратуры, обеспечивающей двустороннюю служебную межспутниковую связь, отвечают критерию «изобретательский уровень», и в совокупности с другими вышеприведенными операциями отвечают критерию «новизна».

Итак, система КС включает в себя один ведущий и один ведомый геостационарные спутники на ГСО, не менее одного НПС и хотя бы одного КИП в зоне взаимной видимости «Ведущий спутник - (НПС+КИП)», не менее одного НПС в зоне взаимной видимости «Ведомый спутник - адресный НПС», систему радионавигации хотя бы на ведомом спутнике, двусторонние каналы связи между спутниками по ретрансляции целевой и передаче служебной информации.

На фиг.1 приведена принципиальная схема работы способа КС. Введены следующие обозначения:

1 - ГСО;

2 - ведущий спутник;

3 - ведомый спутник;

4 - Земля;

5 - двусторонний служебный канал связи «Ведущий спутник - КИП»;

6 - двусторонний канал целевой связи «Ведущий спутник - НПС»;

7 - двусторонний межспутниковый канал ретрансляции целевой информации;

8 - служебный двусторонний межспутниковый канал связи;

9 - двусторонние каналы целевой связи «Ведомый спутник - НПС-антиподы»;

10 - зона взаимной видимости НПС и КИП и ведущего спутника;

11 - зона взаимной видимости НПС-антиподов и ведомого спутника;

12 - высота радиолиний навигации и ретрансляции.

Предлагаемый способ космической связи обеспечивает устойчивую и постоянную связь с удаленными участками Земли, полностью удовлетворяет требованию удержания спутников в заданных областях орбитальных позиций на ГСО и не уступает в качестве передачи информации любым связным системам.

Способ геостационарной космической связи с межспутниковыми радиолиниями, включающий два и более геостационарных спутников связи, межспутниковые двусторонние линии связи, наземные пункты связи и командно-измерительные пункты, заключающийся в том, что ведомые спутники оборудуют аппаратурой радионавигации и системой навигации и управления движением, ведомые спутники располагают в зонах видимости адресных наземных пунктов связи, недоступных для ведущего спутника, управление ведомыми спутниками и контроль над их техническим состоянием производят посредством ведущего спутника, находящегося постоянно в зонах видимости хотя бы одного наземного командно-измерительного пункта и наземного пункта связи - антипода адресным наземным пунктам связи.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к способу устранения помех в телекоммуникационной сети, содержащей многолучевой спутник, область покрытия, составленную из множества ячеек, в которых расположены терминалы, по меньшей мере две из указанных ячейки, называемые первой и второй ячейками, связаны с одной и той же частотной полосой, первую наземную станцию, состоящую из первого демодулятора, способного демодулировать сигналы, передаваемые терминалами, расположенными в первой ячейке, и вторую наземную станцию, состоящую из второго демодулятора, отличного от первого демодулятора, способного демодулировать сигналы, передаваемые терминалами, расположенными во второй ячейке.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системе связи для летательного аппарата. Технический результат состоит в обеспечении летательного аппарата средствами связи.

Изобретение относится к системе связи, использующей телекоммуникационные сети для установки радиочастотных соединений между одной главной наземной станцией, соединенной с центром управления сетью (ЦУС), и наземными терминалами посредством спутника многоточечной связи, и предназначено для снижения перекрестных помех.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в повышении быстродействия передачи информации за счет компенсации изменения групповой задержки.

Изобретение относится к области спутниковых телекоммуникаций. Техническим результатом является уменьшение плотности теплового потока на поверхности раздела канала, работающего в режиме вне полосы.

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к устройству для калибровки многолучевой спутниковой системы, и предназначено для обеспечения калибровки на любой частоте в пределах диапазона рабочих частот спутниковой системы.

Изобретение относится к системе спутниковой связи. Технический результат состоит в расширении связи между транспортным средством и спутником в зоне невидимости спутника.

Изобретение относится к системам связи, которые используются в салоне летательных аппаратов (ЛА), и позволяет оптимизировать по пространству и массе решение для передачи ВЧ-сигнала для системы связи в ЛА.

Изобретение относится к области радиосвязи с применением спутников-ретрансляторов на высокоэллиптических орбитах. Технический результат состоит в повышении эффективности использования бортовой приемопередающей аппаратуры спутника-ретранслятора, участвующей в формировании многолучевого покрытия зоны обслуживания.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах направленной передачи цифровых данных между воздушным судном и наземными станциями. Технический результат состоит в повышении качества передачи данных между воздушным судном и наземной станцией.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости системы. Для этого установка (1) для распространения/приема спутниковых сигналов включает отражатель (3), пригодный для приема и распространения радиосигналов, модуль (2) распространения/приема, включающий LNB (4), пригодный для преобразования радиосигналов в электрические сигналы в первой полосе частот, фокусируемые отражателем (3), усиления электрических сигналов в первой полосе частот и понижения первой полосы частот до первой промежуточной полосы частот. Модуль (2) распространения/приема также включает излучатель (ТХ), пригодный для усиления электрических сигналов во второй промежуточной полосе частот, не имеющей общих частот с первой промежуточной полосой, повышения второй промежуточной полосы до второй полосы частот (S), преобразования в радиосигналы электрических сигналов во второй полосе частот и для передачи этих радиосигналов к отражателю (3). Установка (1) также включает корпус (21), который включает модулятор (25), пригодный для модуляции электрических сигналов во второй промежуточной полосе частот, выход (32), пригодный для передачи к декодеру (31) электрических сигналов в первой промежуточной полосе частот, и коаксиальный кабель (20), соединяющий модуль (2) и корпус (21). 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления подвижными объектами, в частности космическими аппаратами (КА), и, более конкретно, к способам защиты командно-измерительной системы космического аппарата от несанкционированного вмешательства, возможного со стороны нелегитимных пользователей - злоумышленников. Технический результат заключается в возможности блокирования команд, полученных от нелегитимного пользователя, в том числе и в защите от несанкционированного вмешательства в работу командно-измерительной системы космического аппарата. Для этого координаты источника сигналов оцениваются и сравниваются с хранимыми в бортовой памяти координатами наземного комплекса управления. При близком совпадении координат принимается решение о легитимности источника сигналов. А при несовпадении координат блокируют команды, полученные от нелегитимного источника сигналов. Таким образом, решается задача защиты командной линии космического аппарата и, в частности, исключения несанкционированного доступа нелегитимных пользователей к командно-измерительной системе КА. 1 ил.

Изобретение относится к системе связи, предназначенной, в частности, для сбора показаний коммунальных счетчиков по всему географическому региону. Предложен терминал для связи со спутником связи, содержащий: первый приемопередатчик для связи, с устройством в сети ближней связи; второй приемопередатчик для связи с геостационарным спутником связи в сети, в которой развернуто множество прямых каналов для передачи данных со спутника связи в упомянутый терминал и множество обратных каналов для передачи данных из терминала в упомянутый спутник связи, причем второй приемопередатчик сконфигурирован для передачи данных из упомянутого устройства в одном из упомянутого множества обратных каналов. 6 н. и 24 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в повышении качества принимаемой информации. Для этого бортовая радиочастотная схема установлена на спутнике, при этом данные передаются по нескольким каналам при помощи радиочастотных сигналов, причем один канал соответствует одной полосе частот, и с каналом может быть связана цепь (400, 401) усиления для генерирования радиочастотного сигнала, предназначенного для передачи по этому каналу, причем упомянутая цепь содержит, по меньшей мере, один усилитель с переменным коэффициентом усиления, а радиочастотные сигналы уплотняют при помощи устройства уплотнения, содержащего фильтры. Цепи усиления содержат силовую нагрузку, выполненную с возможностью рассеяния мощности сигналов, отражаемой фильтрами, при этом нагрузка содержит средства генерирования сигнала A(t) тревоги, представляющего уровень мощности отражаемых сигналов, сигнал тревоги используется для контроля коэффициента усиления усилителя с переменным коэффициентом усиления. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системам спутниковой связи, имеющим космический и наземный сегменты, и, в частности, к многоуровневой спутниковой системе связи с использованием низкоорбитальных группировок космических аппаратов наблюдения. Технический результат состоит в повышении оперативности связи при отсутствии межспутниковых каналов связи и наземных каналов связи. Для этого космический сегмент состоит из орбитальной группировки из трех спутников-ретрансляторов, равномерно разнесенных относительно друг друга по геостационарной, орбите и орбитальной группировки космических аппаратов наблюдения и связи, состоящей из низковысотной группировки космических аппаратов наблюдения и средневысотной группировки космических аппаратов связи, наземный сегмент состоит из наземных комплексов приема-передачи целевой информации и управления низковысотной группировкой космических аппаратов наблюдения и средневысотной группировкой космических аппаратов связи, а также из наземных комплексов приема-передачи целевой информации и управления орбитальной группировкой спутников-ретрансляторов на геостационарных орбитах. 1 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в авиации для контроля прохождения маршрута полета самолетом без использования наземных средств контроля. Технический результат состоит в повышении качества контроля и управления воздушным движением. Для этого непрерывно определяют собственные координаты полета воздушного судна, передают их на спутники связи с дальнейшей передачей этими спутниками на единый диспетчерским пункт. Система контроля воздушного движения содержит созвездия датчиков навигационных спутниковых радиосигналов GPS/ГЛОНАС/Галилео и их приемник, введены: созвездие спутников связи, микропроцессор (МП), передатчик, блок ввода и блок вывода, а также 1-N наземных базовых станций, причем: выход приемника навигационных радиосигналов первой шиной USB соединен с первым входом микропроцессора, а блок ввода соединен с вторым его входом; первый выход МП через передатчик и вторую антенну соединен вторым радиоканалом с созвездием спутников связи, выход которых третьим радиоканалом соединен с 1-N наземными базовыми станциями, а второй вход МП через блок вывода второй шиной USB соединен с пультом информации экипажа. 1 ил.
Наверх