СПУТНИКОВЫЙ РЕТРАНСЛЯТОР Российский патент 2018 года по МПК H04B7/185 

Изобретение относится к ретрансляции информации, в частности, к спутниковым ретрансляторам.

Известна низкоорбитальная спутниковая сеть связи Иридиум [см. сайт https://iridium.com/], включающая строй спутников на круговых орбитах земли и межспутниковыми трактами в радиодиапазоне. Недостатком данного устройства является ограниченность пропускной способности межспутникового тракта, связанная с использованием радиодиапазона для передачи информации, отсутствием адаптивной коммутации на борту, а также бортовой обработкой данных, включающей прочитывание информации, ее анализ, переформатирование и отправку.

Известно устройство, реализующее способ определения маршрута ретрансляции пакета сообщения [см. патент РФ №2001532, Н04В 7/185, приоритет от 31.01.92, бюлл. №37-38 от 15.10.93], включающее отправителя пакета сообщения, станции (спутники) - ретрансляторы, получателя пакета сообщений, приемник служебной информации, блок записи координат, приемник пакетов, селектор координат получателя, навигационный датчик, навигационный блок, блок памяти пакета, таймер, блок памяти координат, блок сравнения координат, блоки памяти координат получателя, сравнивающий блок, блок формирования служебного сигнала, блок определения минимального значения, формирователь импульсов считывания, блок элементов «Исключающее ИЛИ», блок передатчиков, мультиплексор, блок формирователей строба и блок триггеров.

Недостатком данного устройства является ограниченность пропускной способности межспутникового тракта бортовой обработки данных, включающей прочитывание информации, ее анализ, переформатирование и отправку.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту - прототипом, является спутниковый ретранслятор Аксай [см. патент РФ №2097926, Н04В 7/185, приоритет от 19.04.94, бюлл. №33 от 27.11.97], предназначенный для функционирования в многоспутниковой системе связи, в которой соседние спутники могут обмениваться абонентской и служебной информацией, включающий последовательно соединенные блок из к приемных антенн, блок приемников, блок передатчиков и блок из к передающих антенн, коммутационный блок, навигационный блок, блок выделения служебных сигналов, блок формирования служебных сигналов и формирователь сигналов блокировки, причем коммутационный блок включен между выходами блока передатчиков, блок выделения служебных сигналов включен между выходами блока приемников и первыми входами блока формирования служебных сигналов, навигационный блок, блок выделения служебных сигналов, блок формирования служебных сигналов и формирователь сигналов блокировки соединены последовательно и выходы последнего из них подключены к третьим входам коммутационного блока, вторые входы которого подключены к выходам навигационного блока, а выходы блока формирования служебных сигналов подключены к вторым входам блока передатчиков.

Недостатком данного устройства, принятого за прототип, является ограниченность пропускной способности межспутникового тракта, связанная с использованием в нем радиодиапазона для передачи информации.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение пропускной способности межспутникового тракта за счет применения лазерной связи в межспутниковых трактах.

Технический результат достигается тем, что в спутниковый ретранслятор, содержащий коммутационный блок, соединенные последовательно блок приемных абонентских антенн и блок абонентских приемников, подключенные к первым входам коммутационного блока, соединенные последовательно блок приемных межспутниковых антенн и блок межспутниковых приемников, также подключенные к первым входам коммутационного блока, причем коммутационный блок подключен к входам блока передатчиков, блок выделения служебных сигналов подключен к выходам блока приемников и первым входам блока формирования служебных сигналов, последовательно соединенные навигационный блок, блок формирования служебных сообщений и формирователь сигналов блокировки, выходы последнего из них подключены к вторым входам коммутационного блока, третьи входы которого подключены к выходам блока формирования служебных сообщений, а четвертые входы подключены к выходам навигационного блока, в отличие от известного, в него введен солнечный датчик и блок ориентации, в блоке передающих антенн абонентские антенны выполнены для радиодиапазона, межспутниковые антенны выполнены для оптического диапазона, в блоке приемных антенн абонентские антенны выполнены для радиодиапазона, а межспутниковые антенны выполнены для оптического диапазона, выходы блока выделения служебных сигналов через последовательно соединенные блок выделения сигналов пеленга, блок анализаторов сигнала пеленга и первые входы блока управления модуляторами подключены к первым входам блока модуляторов, и, через вторые входы блока управления модуляторов, подключены к вторым входам блока формирования служебных сообщений, выходы блока межспутниковых передатчиков подключены к входам блока передающих межспутниковых антенн через вторые входы блока модуляторов, в блоке управления модуляторами тактовый вход подключен к выходу тактового сигнала блока формирования служебных сигналов, а третий вход подключен к выходу солнечного датчика, который также подключен к первому входу блока ориентации, вторые входы которого подключены к выходам навигационного блока, в блоке управления модуляторами блок выделения кода поправки наведения, блок формирования управляющего сигнала, блок формирования кода поправки и регистровый блок включены последовательно, вторые входы блока формирования управляющего сигнала являются первыми входами блока управления модуляторами, входы блока выделения кода поправки наведения и входы регистрового блока являются его вторыми входами, второй вход регистрового блока является его тактовым входом, третий вход блока формирования управляющего сигнала подключен к выходу блока выделения служебных сигналов, а выход блока формирования управляющего сигнала является выходом блока управления модуляторами.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:

На фиг. 1 схематически изображена спутниковая сеть состоящая из ряда ретрансляторов; на фиг. 2 приведен обобщенный внешний вид ретранслятора; на фиг. 3 приведена развертка сечения луча диаграммы направленности передающей антенны оптического диапазона; на фиг. 4 приведен обобщенный внешний вид приемной антенны оптического диапазона; на фиг. 5 приведена блок-схема спутникового ретранслятора в целом; на фиг.6 приведена блок-схема блока управления модуляторами из блок-схемы спутникового ретранслятора в целом; на фиг. 7 приведен формат служебного сообщения.

Обозначения на фигурах:

На фиг. 1

1 - орбиты спутников - ретрансляторов;

2 - спутник - ретранслятор на орбите;

3 - соседние спутники - ретрансляторы на соответствующих орбитах;

4 - лучи диаграммы направленности блока межспутниковых передающих антенн (обобщенный вид).

На фиг. 2

4 - луч диаграммы направленности передающей антенны блока межспутниковых антенн;

5 - антенна блока приемных абонентских антенн;

6 - антенна абонентского блока передающих абонентских антенн;

7 - антенна блока приемных межспутниковых антенн;

8 - солнечный датчик;

9 - антенна блока передающих межспутниковых антенн;

10 - развертка луча диаграммы направленности антенны блока передающих межспутниковых антенн.

На фиг. 3

аа - позиция луча, сформированного в первый момент времени цикла сканирования;

mn - позиция луча, сформированного в заключительный момент цикла сканирования.

На фиг. 4

7а-7е - фотодетекторы приемной антенны блока межспутниковых антенн;

11 - выходы фотодетекторов приемной антенны;

На фиг. 5

12 - блок приемных межспутниковых антенн;

13 - блок приемных абонентских антенн;

14 - блок межспутниковых приемников;

15 - блок абонентских приемников;

16 - коммутационный блок;

17 - блок выделения служебных сигналов;

18 - навигационный блок;

19 - блок формирования служебных сообщений;

20 - формирователь сигналов блокировки;

21 - блок выделения сигнала пеленга;

22 - блок анализатора сигнала пеленга;

23 - блок управления модуляторами;

24 - блок модуляторов;

25 - блок межспутниковых передатчиков;

26 - блок абонентских передатчиков;

27 - блок передающих межспутниковых антенн;

28 - блок передающих абонентских антенн;

29 - солнечный датчик.

На фиг.6

29 - блок формирования управляющего сигнала;

30 - блок формирования кода поправки;

31 - регистровый блок;

32 - блок выделения кода поправки наведения.

На фиг. 7

КОН - концевик (трейлер) сообщения;

ГФ, ФГ, ФС и ЗФ - флаги: головной, группы, сегмента и заключительный;

НОГКСР - код порядкового номера географических координат спутника - ретранслятора, отправившего данное служебное сообщение

Спутниковый ретранслятор работает следующим образом.

После вывода в составе группы спутников на орбиту 1 (см. фиг. 1), спутник - ретранслятор 2 по солнечному датчику 8 (см. фиг. 2) ориентируется блоком ориентации 29 (см. фиг. 5) на солнце (осуществляется грубое наведение), и продолжает полет на солнечной стороне Земли все время ориентируясь на солнце. При переходе в тень, блок ориентации 29 отрабатывает по положение спутника - ретранслятора по сигналам навигационного блока 18 (см. фиг. 5) до его возвращения на освещенную сторону. При этом, межспутниковые лучи 4 спутника 2 ориентированы блоком модуляторов 24 (см. фиг. 5) на соседние спутники 3 (точное наведение).

Сигнал от абонента принимается антенной 5 (см. фиг. 2) и коммутируется блоком коммутации 16 (см. фиг. 5) на передающую абонентскую антенну 6 и далее абоненту, или на передающую межспутниковую антенну 9, которая сформировала луч 4 на соседний ретранслятор 2 по сигналу блока модуляторов 24 (см. фиг. 5).

Межспутниковый луч 4 (см. фиг. 1) сформированный в спутнике 2 модулятором из блока модуляторов 24 (см. фиг. 5), показан в виде развертки в процессе, когда модулятором производится поиск соседнего ретранслятора 3 и луч 4 сканирует в сечении 11 позиции от аа до mn, при этом каждой позиции соответствует свой кодовый сигнал. Цикл его пробега определяется блоком управления модуляторами 24, который сокращает цикл до наименьшего числа позиций, наводя луч точнее и точнее по служебным сигналам (обратной связи) от спутника 3.

На спутнике 3 приемная антенна пеленгует принимаемый от спутника 2 луч с помощью фотодетекторов 7а-7е (см. фиг. 3) и формирует сигнал пеленга по информации с выходов фотодетекторов 11, который поступает совместно с другими служебными сообщениями и абонентской информацией на блок выделения служебного сигнала 17 (см. фиг. 5), который выделяет служебные сообщения и сигналы пеленга.

Прохождение абонентской и служебной информации по функциональным блокам спутников ретранслятора 2 или 3 показано на фиг. 5. Абонентский сигнал поступает на вход блока 12, либо блока 13, далее, соответственно, через блоки 14 и 16 или блоки 15 и 16, коммутируется на блоки 24 либо 25 и, затем, поступает либо на блок 27, либо на блок 28, отправляясь в межспутниковый, или абонентский тракты.

Служебная информация, необходимая спутнику 2 для коррекции наведения межспутникового луча 4, от спутника 3 поступает через блоки 12 и 14 в блок 17, где осуществляется ее выделение, сюда же поступает информация от блока 12, каким фотодетектором (от 7а до 7е) принят кодовый сигнал луча (о его позиции от аа до mn) от соседнего спутника - ретранслятора. От блока 17 информация о пеленге поступает через блок выделения сигнала пеленга 21 на анализатор сигнала пеленга 22 и далее - на блок 23, последний управляет работой (задает угол наведения, либо задает режим сканирования для поиска спутника) блока 24, который точно наводит луч на соседний спутник 3, либо формирует развертку при сканировании в ходе поиска спутника 3. Спутники 2 и 3 в ходе поиска опознают друг друга по номерам НОГКСР, передаваемым в служебном сообщении (см фиг.7), после чего переходят в режим точного наведения луча.

Служебная информация, необходимая для коррекции наведения луча соседним спутником 3 на спутник 2 (по коду пеленга спутника 2) формируется по коду поправки наведения, сформированному в блоке 23 по кодовым сигналам, поступающим от блоков 22, 17 и тактовому сигналу от блока 19. Далее блок 19 формирует служебное сообщение, как было указано выше. При этом, код от блока 22 в блоке 23 поступает на первые входы блока 30 (см фиг.6), где формируется код управления для блока 24, который также поступает блок формирования кода поправки (наведения луча) 32, из него код поправки наведения луча поступает в регистровый блок 33. В блоке 33 по тактовым сигналам от блока 19 производится запись в соответствующие регистры кода служебного сигнала, поступающего от блока 17 и кода поправки от блока 32, после чего, по также по тактовым сигналам от блока 19, считывается в блок 19 для формирования служебного сообщения.

При коррекции наведения луча спутником 2 на соседний спутник 3 (по коду поправки от спутника 3) служебный сигнал от блока 17 поступает на вторые входы блока 23, а в нем попадает на вход блока 31, где из него выделяется код поправки наведения, этот код поступает на вторые входы блока 30 и используется последним, совместно с кодом от блока 22 для формирования управляющего сигнала для блока модуляторов 24.

Если информация по лучу одного из спутников 3 перестает поступать, (например, при выходе из строя одного из соседних спутников), спутник 2 в течение нескольких периодов сканирования продолжает поиск, формируя каждый раз полную развертку, после чего считает данный спутник отказавшим, соответственно блок 20 корректирует соответствующим образом работу коммутационного блока 16. При этом, на оставшиеся соседние спутники 3 указанный спутник 2 формирует блоком 19 и отправляет уведомление (служебное сообщение соответствующего содержания в поле «информация о работоспособности») о том, что направление на данный спутник 3 блокировано, соответственно, на соседних спутниках перестраивают работу их блоков 16. Сигнал от солнечного датчика 8 о том, что ретранслятор ориентирован на солнце, поступает на соответствующий вход блока 30 в блоке 23, позволяя последнему приступить к управлению работой блока 24. Данная операция производится однократно, после вывода ретранслятора в заданную точку орбиты. Блок ориентации 29 также получает указанный сигнал от солнечного датчика 8 и продолжает далее ориентировать ретранслятор по сигналам блока 18.

Литература

1. Сайт https://iridium.com/

2. Патент РФ №2001532, Н04В 7/185, приоритет от 31.01.92.

3. Патент РФ №2097926, Н04В 7/185, приоритет от 19.04.94.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для ретрансляции информации через спутниковые ретрансляторы. Технический результат состоит в увеличении пропускной способности межспутникового тракта за счет применения лазерной связи. Для этого в спутниковый ретранслятор, содержащий коммутационный блок, соединенные последовательно блок приемных абонентских антенн и блок абонентских приемников, подключенные к первым входам коммутационного блока, соединенные последовательно блок приемных межспутниковых антенн и блок межспутниковых приемников, также подключенные к первым входам коммутационного блока, причем коммутационный блок подключен к входам блока передатчиков, блок выделения служебных сигналов подключен к выходам блока приемников и первым входам блока формирования служебных сигналов, последовательно соединенные навигационный блок, блок формирования служебных сообщений и формирователь сигналов блокировки, выходы последнего из них подключены к вторым входам коммутационного блока, третьи входы которого подключены к выходам блока формирования служебных сообщений, а четвертые входы подключены к выходам навигационного блока, в отличие от известного в него введен солнечный датчик и блок ориентации, в блоке передающих антенн абонентские антенны выполнены для радиодиапазона, межспутниковые антенны выполнены для оптического диапазона, в блоке приемных антенн абонентские антенны выполнены для радиодиапазона, а межспутниковые антенны выполнены для оптического диапазона, выходы блока выделения служебных сигналов через последовательно соединенные блок выделения сигналов пеленга, блок анализаторов сигнала пеленга и первые входы блока управления модуляторами подключены к первым входам блока модуляторов и через вторые входы блока управления модуляторов подключены к вторым входам блока формирования служебных сообщений, выходы блока межспутниковых передатчиков подключены к входам блока передающих межспутниковых антенн через вторые входы блока модуляторов, в блоке управления модуляторами тактовый вход подключен к выходу тактового сигнала блока формирования служебных сигналов, а третий вход подключен к выходу солнечного датчика, который также подключен к первому входу блока ориентации, вторые входы которого подключены к выходам навигационного блока, в блоке управления модуляторами блок выделения кода поправки наведения, блок формирования управляющего сигнала, блок формирования кода поправки и регистровый блок включены последовательно, вторые входы блока формирования управляющего сигнала являются первыми входами блока управления модуляторами, входы блока выделения кода поправки наведения и входы регистрового блока являются его вторыми входами, второй вход регистрового блока является его тактовым входом, третий вход блока формирования управляющего сигнала подключен к выходу блока выделения служебных сигналов, а выход блока формирования управляющего сигнала является выходом блока управления модуляторами. 7 ил.

Спутниковый ретранслятор, содержащий коммутационный блок, соединенные последовательно блок приемных абонентских антенн и блок абонентских приемников, подключенные к первым входам коммутационного блока, соединенные последовательно блок приемных межспутниковых антенн и блок межспутниковых приемников, также подключенные к первым входам коммутационного блока, причем коммутационный блок подключен к входам блока передатчиков, блок выделения служебных сигналов подключен к выходам блока приемников и первым входам блока формирования служебных сигналов, последовательно соединенные навигационный блок, блок формирования служебных сообщений и формирователь сигналов блокировки, выходы последнего из них подключены к вторым входам коммутационного блока, третьи входы которого подключены к выходам блока формирования служебных сообщений, а четвертые входы подключены к выходам навигационного блока, отличающийся тем, что в него введен солнечный датчик и блок ориентации, в блоке передающих антенн абонентские антенны выполнены для радиодиапазона, межспутниковые антенны выполнены для оптического диапазона, в блоке приемных антенн абонентские антенны выполнены для радиодиапазона, а межспутниковые антенны выполнены для оптического диапазона, выходы блока выделения служебных сигналов через последовательно соединенные блок выделения сигналов пеленга, блок анализаторов сигнала пеленга и первые входы блока управления модуляторами подключены к первым входам блока модуляторов и через вторые входы блока управления модуляторов подключены к вторым входам блока формирования служебных сообщений, выходы блока межспутниковых передатчиков подключены к входам блока передающих межспутниковых антенн через вторые входы блока модуляторов, в блоке управления модуляторами тактовый вход подключен к выходу тактового сигнала блока формирования служебных сигналов, а третий вход подключен к выходу солнечного датчика, который также подключен к первому входу блока ориентации, вторые входы которого подключены к выходам навигационного блока, в блоке управления модуляторами блок выделения кода поправки наведения, блок формирования управляющего сигнала, блок формирования кода поправки и регистровый блок включены последовательно, вторые входы блока формирования управляющего сигнала являются первыми входами блока управления модуляторами, входы блока выделения кода поправки наведения и входы регистрового блока являются его вторыми входами, второй вход регистрового блока является его тактовым входом, третий вход блока формирования управляющего сигнала подключен к выходу блока выделения служебных сигналов, а выход блока формирования управляющего сигнала является выходом блока управления модуляторами.