Система измерения дальности космического аппарата

Изобретение относится к измерению дальности космического аппарата (КА), расположенного на геостационарной орбите. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения дальности КА. Указанный результат достигается за счет того, что система измерения дальности КА состоит из приемопередатчика космического аппарата и наземного комплекса управления (НКУ), содержащего персональный компьютер оператора, мультиплексор/кодер, передатчик, антенный пост, приемник, время-измерительный узел, опорный генератор, узел постоянной памяти команд и узел постоянной памяти дальномерных последовательностей, элемент ИЛИ, коррелятор со схемой поиска и узел усреднения, выход которого является выходом системы, причем первый выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти команд и первым входом элемента ИЛИ, второй выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти дальномерных последовательностей и вторым входом элемента ИЛИ, первый вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом мультиплексора/кодера, второй вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом приемника, выход коррелятора со схемой поиска соединен со вторым входом время-измерительного узла, третий вход время-измерительного узла соединен с выходом элемента ИЛИ, выход измерительного узла соединен с входом узла усреднения, выход мультиплексора/кодера соединен с входом передатчика, выход которого соединен с входом антенного поста, выход которого соединен с приемником, приемопередатчик КА соединен двумя радиолиниями с антенным постом, опорный генератор соединен с первым входом время-измерительного узла. 1 ил.

 

Настоящее техническое решение относится к области измерения расстояния радиотехническими средствами и, более конкретно, к измерению дальности космического аппарата (КА), расположенного на геостационарной орбите.

Измерение дальности КА производится в Наземном Комплексе Управления (НКУ). Персонал НКУ осуществляет операции по дистанционному управлению подсистемами и узлами КА, контролирует работоспособность, параметры и функции КА, также в дистанционном режиме.

Известен «Бортовой ретранслятор системы связи (варианты) и способ ретрансляции широкополосных сигналов», патент РФ №2292117, опубл. 20.01.2007. Аналог содержит блок выделения ошибки синхронизации, цифровой блок управления передатчиком информации, генератор опорных ШПС, блок формирования РД, последовательно соединенные приемное АФУ, блок обработки ШПС, блок выделения сигнала, блок временного уплотнения, модулятор, передатчик группового сигнала и передающее АФУ, а также последовательно соединенные блок выделения командной информации, блок формирования командного сигнала, передатчик командной информации и передающее АФУ с ФАР, причем блок выделения ошибки синхронизации по первому входу соединен со вторым выходом блока обработки ШПС, второй вход блока выделения ошибки синхронизации соединен с первым выходом генератора опорных ШПС, выход блока выделения ошибки синхронизации соединен со вторым входом блока временного уплотнения, генератор опорных ШПС по второму выходу соединен со вторым входом модулятора, вход цифрового блока управления передатчиком информации соединен со вторым выходом блока выделения командной информации, первый выход цифрового блока управления параллельно соединен со вторыми входами передатчика командной информации и передающим АФУ с ФАР, первый вход блока формирования радиоданных соединен со вторым выходом цифрового блока управления передатчиком информации, третий выход генератора опорных ШПС соединен со вторым входом блока формирования РД, а выход блока формирования радиоданных соединен со вторым входом блока формирования командного сигнала. Устройство предназначено для ретрансляции сигналов связи и управления, под которым подразумеваются командные и дальномерные сигналы в виде широкополосных сигналов. Расширение количества и номенклатуры широкополосных сигналов требует соответствующего расширения ширины полосы занимаемых частот. Это приводит к известным сложностям, в первую очередь, к уменьшению отношения сигнал/шум, оказывающего определяющее влияние на погрешность измерения дальности. Это является наиболее существенным недостатком аналога.

Наиболее близкой является система, описанная в US Patent 6864838, March, 8, 2005 «Ranging system and method for satellites (Система и способ измерения дальности спутников)» авторов Harles и др. Известная система в составе КА и НКУ, содержащего время-измерительный узел, опорный генератор и последовательно соединенные мультиплексор/кодер цифровых сигналов S1, S2 и т.д., модулятор QPSK, повышающий преобразователь частоты, антенный пост, понижающий преобразователь частоты, первый приемник, первый демодулятор, первый декодер, первый процессорный блок, выходом подключенный к первому входу время-измерительного блока, а также последовательно соединенные второй приемник, по входу соединенный с выходом модулятора QPSK, второй демодулятор, второй декодер и второй процессорный блок, выходом подключенный ко второму входу время-измерительного блока, причем выход опорного генератора подключен к третьему входу время-измерительного узла.

Далее будем считать, что в ограничительную часть формулы изобретения входит персональный компьютер оператора, который в прототипе не описан, но подразумевается. Объединим модулятор QPSK и повышающий преобразователь частоты под общим названием «передатчик» и под этим названием включим эти блоки в ограничительную часть формулы. Также объединим понижающий преобразователь частоты, первый приемник, первый демодулятор, первый декодер под общим названием приемник и под этим названием включим эти блоки в ограничительную часть формулы.

Недостаток известной системы состоит в низкой точности измерения дальности КА за счет прерывания измерения дальности, вызванного передачей команд, поскольку для передачи команд и одной из дальномерных последовательностей (которых может быть несколько) используется один и тот же радиоканал «вверх». Команды и дальномерные последовательности передаются поочередно с приоритетом в пользу команд. Поэтому измерение дальности в известной системе может производиться с перерывами, вызванными передачей команд, что снижает точность измерения дальности, поскольку затруднено усреднение результатов частных измерений, широко применяемое на практике. Передача в известной системе одной из дальномерных последовательностей производится с НКУ автоматически во время отсутствия команды. Дальномерный сигнал, излученный с антенного поста и принимаемый приемником КА, переизлучается передатчиком КА в сторону НКУ. Дальность определяется по задержке дальномерного сигнала на время прохождения трассы НКУ - КА - НКУ. Если команда передается, то передача дальномерного сигнала прерывается и измерение дальности КА не производится.

Задача предлагаемого технического решения состоит в повышении точности измерения дальности КА путем увеличения точности измерения интервала времени между излучением сигнала и приемом переизлученного КА либо дальномерного, либо командного сигналов, что обеспечивает измерение дальности без перерывов, вызванных необходимостью передачи команд. Измерение времени задержки, вызванного распространением дальномерного или командного сигналов по отмеченной выше трассе, позволяет обеспечить эффективное усреднение результатов частных измерений, что является предпосылкой повышения точности измерения дальности КА.

В известной системе измерения дальности Наземный Комплекс Управления содержит персональный компьютер оператора, мультиплексор/кодер, передатчик, антенный пост, приемник, а также время-измерительный узел и опорный генератор, причем выход мультиплексора/кодера соединен с входом передатчика, выход которого соединен с входом антенного поста, выход которого соединен с приемником, приемопередатчик космического аппарата соединен двумя радиолиниями с антенным постом, опорный генератор соединен с первым входом время-измерительного узла. Поставленная задача решается тем, что в известную систему измерения дальности космического аппарата дополнительно введены узел постоянной памяти команд и узел постоянной памяти дальномерных последовательностей, элемент ИЛИ, коррелятор со схемой поиска и узел усреднения, выход которого является выходом системы. Первый выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти команд и первым входом элемента ИЛИ, второй выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти дальномерных последовательностей и вторым входом элемента ИЛИ. Первый вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом мультиплексора/кодера, второй вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом приемника, выход коррелятора со схемой поиска соединен со вторым входом время-измерительного узла, третий вход время-измерительного узла соединен с выходом элемента ИЛИ, выход измерительного узла соединен с входом узла усреднения.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого технического решения. Сущность предложения состоит в том, что измерение дальности не прерывается на время передачи команды.

Система содержит персональный компьютер оператора 1, узел постоянной памяти команд 2, мультиплексор/кодер 3, передатчик 4, антенный пост 5, приемопередатчик КА 6, узел постоянной памяти дальномерных последовательностей 7, коррелятор со схемой поиска 8, приемник 9, элемент ИЛИ 10, время-измерительный узел 11, опорный генератор 12 и узел усреднения 13.

Работает система следующим образом.

С персонального компьютера оператора 1 эпизодически в автоматическом или ручном режиме подается импульс на чтение команд из узла постоянной памяти команд 2. Командная последовательность из узла постоянной памяти команд 2 в форме битового сигнала поступает на передатчик 4 через мультиплексор/кодер 3 и в виде последовательности радиоимпульсов на несущей частоте радиолинии «вверх» через антенный пост 5 поступает на приемопередатчик КА 6. На время отсутствия команд с персонального компьютера оператора 1 автоматически регулярно поступает импульс на чтение дальномерной последовательности из узла постоянной памяти дальномерных последовательностей 7. Дальномерная последовательность также в форме битового сигнала поступает на передатчик 4 через мультиплексор 3 и излучается в сторону приемопередатчика КА 6 через антенный пост 5.

Поэтому на приемопередатчик КА 6 излучается без перерывов либо команда, либо дальномерная последовательность.

Принятая и идентифицированная командная последовательность на борту КА направляется на исполнение узлами и подсистемами КА (здесь не рассматривается). Кроме того, по линии «вниз» с КА принятая команда ретранслируется полностью в сторону НКУ. Принятая на борту КА дальномерная последовательность также ретранслируется по радиолинии «вниз».

Коррелятор со схемой поиска 8 сопоставляет принятую и местную последовательность, поступающую с выхода мультиплексора 3. Схема поиска коррелятора 8 обеспечивает поиск максимума корреляционной функции, который достигается в момент совпадения излучаемой и принятой последовательностей. Импульсом «Пуск» с выхода элемента ИЛИ 10 запускается время-измерительный узел 11 каждый раз при запуске команды или дальномерной последовательности. Импульсом «Стоп» с выхода коррелятора со схемой поиска 8 работа время-измерительного узла 11 прекращается. Длительность интервала времени между импульсами «Пуск» и «Стоп» пропорциональна дальности КА. Измерение длительности этого интервала времени производится путем подсчета количества импульсов опорного генератора 12 за интервал времени между импульсами «Пуск» и «Стоп».

Поэтому на выходе время-измерительного узла 11 регулярно имеют место цифровые эквиваленты длительности измеряемого интервала времени без прерываний, свойственных прототипу. Результаты частных измерений усредняются в узле усреднения 13.

Эффективность предложенного технического решения можно показать следующим путем. Обозначим результат измерения длительности интервала времени

.

Здесь индекс «и» обозначает истинное значение xи длительности интервала времени, Δi погрешность измерения истинного значения в i-ом такте. При этом понимается, что xи, как и дальность КА, за время измерения изменяются в пределах меньше погрешности измерений. Наиболее существенно искажение, вызванное шумом в тракте принимаемого сигнала.

Если команды отправляются достаточно часто, что характерно для неориентированного полета КА, то измерение дальности по прототипу становится невозможным. В этом случае возможны только разовые измерения, при которых погрешность измерения равна Δi. Поскольку в предложенной системе измерения дальности производятся непрерывно как по командным, так и по дальномерным сигналам, то возможно эффективное усреднение результатов k измерений, i∈(1…k), производимое в узле усреднения 13. Считая отдельные Δi некоррелированными, получим:

.

Здесь - среднее значение погрешности при k измерениях и .

Это выражение опирается на известное положение теории вероятностей: М - символ математического ожидания.

Широко известно из теории измерений (Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. М.: - Высшая школа, 1999), что

Здесь Dp - дисперсия усредненного результата измерений, a Dвх - дисперсия Δi. При k>>1 дисперсия результирующей погрешности Dp стремится к нулю. Это позволяет существенно уменьшить случайную составляющую погрешности измерения дальности КА, вызванную шумом. Иначе дело обстоит, когда необходима неоднократная передача команд. При этом по прототипу эффективность усреднения уменьшается вплоть до потери информации о дальности КА. В соответствии с предложенным техническим решением дальность КА измеряется не только по дальномерной последовательности, но и по командной последовательности, т.е. без перерывов, вызванных посылкой команды. Дальномерная последовательность является псевдослучайной (ПСП, Pseudo-Noise (PN) Ranging Systems. Issue 2. Recommendation for Space Data Standards (Blue Book), CCSDS 414.1-B-2. Washington, D.C.: CCSDS, January, 2014). Наибольшая эффективность предложенной системы измерения дальности КА достигается при кодировании команд псевдослучайной последовательностью с разрядностью, равной разрядности дальномерной ПСП.

Система измерения дальности космического аппарата, состоящая из приемопередатчика космического аппарата и наземного комплекса управления, содержащего персональный компьютер оператора, мультиплексор/кодер, передатчик, антенный пост, приемник, а также время-измерительный узел и опорный генератор, причем выход мультиплексора/кодера соединен с входом передатчика, выход которого соединен с входом антенного поста, выход которого соединен с приемником, приемопередатчик космического аппарата соединен двумя радиолиниями с антенным постом, опорный генератор соединен с первым входом время-измерительного узла, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены узел постоянной памяти команд и узел постоянной памяти дальномерных последовательностей, элемент ИЛИ, коррелятор со схемой поиска и узел усреднения, выход которого является выходом системы, причем первый выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти команд и первым входом элемента ИЛИ, второй выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти дальномерных последовательностей и вторым входом элемента ИЛИ, первый вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом мультиплексора/кодера, второй вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом приемника, выход коррелятора со схемой поиска соединен со вторым входом время-измерительного узла, третий вход время-измерительного узла соединен с выходом элемента ИЛИ, выход измерительного узла соединен с входом узла усреднения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области телекоммуникаций и предназначено для скрытой передачи или хранения секретной информации и может быть использовано для защиты авторских прав (внедрение водяных знаков, логотипов), скрытой передачи паролей, ключей и т.п.

Изобретение относится к области криптографии. Технический результат - повышение стойкости сформированного ключа шифрования/дешифрования для сети связи, включающей трех корреспондентов, к компрометации со стороны нарушителя.

Изобретение относится к системам передачи сообщений и может быть использовано в качестве аппаратуры передачи данных для обмена документальной информацией в полевых системах связи.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для аутентифицированной передачи данных между управляющей программой и аппаратным средством ЭВМ.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к беспроводной связи, и может быть использовано для повышения помехоустойчивости сигнала в системах связи. Способ включает формирование широкополосного сигнала, замену элементов последовательности передаваемых данных со значением 0 на элементы, имеющие значение -1.

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.

Изобретение относится к области обеспечения безопасности передаваемой по техническим средствам информации. Техническим результатом является повышение эффективности защиты передаваемой по каналам и линиям связи информации и устойчивости работы средств передачи информации, используемых в подвижных объектах узла связи.

Изобретение относится к системам связи, а именно к оконечным устройствам конфиденциальной связи. Техническим результатом является повышение степени защиты информации от несанкционированного доступа при ее передаче по радиоканалам связи.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении устойчивости к несанкционированному доступу к информации за счет сочетания высокой скорости передачи данных с предельно низкой мощностью квантовых битов кодированного сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в сверхширокополосных короткоимпульсных системах связи. Способ обнаружения сигналов без несущей заключается в том, что оцифрованный аналоговый сигнал делят на фрагменты, соответствующие числу элементов предварительно заданного вектора цифровой последовательности (ВЦП), инвертируют отсчеты фрагментов, номера которых определяют по предварительно заданному ВЦП, состоящему из N нулевых и единичных значений, причем значениям ВЦП, равным нулю, соответствуют фрагменты, значения отсчетов которых при инверсии полностью совпадают со значениями отсчетов фрагментов, соответствующих значениям ВЦП, равным единице, после чего формируют суммарную выборку, складывая в начале первые отсчеты всех фрагментов, потом вторые и в конце - последние, в качестве значения порогового уровня шума выбирают величину, равную удвоенному значению среднеквадратического отклонения отсчетов суммарной выборки для положительных и отрицательных значений отсчетов.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при создании бортовых датчиков обнаружения цели на заданных дальностях с использованием сверхширокополосных шумовых сигналов.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть применено при построении высотомеров малых высот летательных аппаратов, использующих в качестве зондирующих сигналов сверхкороткие импульсы.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых навигационных системах. Достигаемый технический результат - повышение устойчивости и точности измерения составляющих вектора путевой скорости летательного аппарата над гладкой водной поверхностью.

Изобретение относится к области ближней радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (РЛС) ближнего действия, в которых применяются цифровые методы обработки сигналов.

Изобретение относится к радиолокации и дальнометрии и может быть использовано в высокоточных радиолокационных и лазерных дальномерах, а в частности, в радиовысотомерах, автомобильных радарах безопасности, геодезических тахеометрах и 3-D сканнерах.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Достигаемый технический результат - увеличение помехоустойчивости устройства.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в бортовых радиовысотомерах. Достигаемый технический результат - повышение точности за счет снижения флюктуационной ошибки измерения высоты.

Изобретение относится к радиолокации протяженных целей и может быть использовано в бортовых радиовысотомерах. Достигаемый технический результат - обеспечение требуемой точности измерения при сниженных соотношениях сигнал : шум.

Изобретение относится к блоку радарного датчика обратного хода, используемого для автомобиля. Блок радарного датчика обратного хода содержит датчик, демпфирующее резиновое кольцо, размещенное на периферийной части датчика, основную крышку для приема передней части датчика и демпфирующего резинового кольца и верхнюю крышку.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат - увеличение точности определения дальности до места швартовки.

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к гомодинным радиолокаторам. Достигаемый технический результат - уменьшение динамического диапазона принимаемых сигналов, а также упрощение радиолокатора. Указанный результат достигается за счет того, что гомодинный радиолокатор содержит приемно-передающую антенну, генератор зондирующего сигнала, циркулятор, смеситель, усилитель, амплитудный модулятор, генератор функции временного окна, усилитель с квадратурной амплитудно-частотной характеристикой, определенным образом соединенные между собой. 5 ил.

Изобретение относится к измерению дальности космического аппарата, расположенного на геостационарной орбите. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения дальности КА. Указанный результат достигается за счет того, что система измерения дальности КА состоит из приемопередатчика космического аппарата и наземного комплекса управления, содержащего персональный компьютер оператора, мультиплексоркодер, передатчик, антенный пост, приемник, время-измерительный узел, опорный генератор, узел постоянной памяти команд и узел постоянной памяти дальномерных последовательностей, элемент ИЛИ, коррелятор со схемой поиска и узел усреднения, выход которого является выходом системы, причем первый выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти команд и первым входом элемента ИЛИ, второй выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти дальномерных последовательностей и вторым входом элемента ИЛИ, первый вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом мультиплексоракодера, второй вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом приемника, выход коррелятора со схемой поиска соединен со вторым входом время-измерительного узла, третий вход время-измерительного узла соединен с выходом элемента ИЛИ, выход измерительного узла соединен с входом узла усреднения, выход мультиплексоракодера соединен с входом передатчика, выход которого соединен с входом антенного поста, выход которого соединен с приемником, приемопередатчик КА соединен двумя радиолиниями с антенным постом, опорный генератор соединен с первым входом время-измерительного узла. 1 ил.

Наверх