СПОСОБ МОНИТОРИНГА КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОЛИНИИ Российский патент 2019 года по МПК H04K3/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для мониторинга космических радиолиний (КРЛ) спутниковой системы персонального радиосервиса (ССПРС) Iridium, использующей низкоорбитальные космические аппараты с обработкой сигнала на борту (НКАСОСБ).

При этом мониторинг КРЛ прямого канала «НКАСОСБ - Земля» ведут по результатам приема сигнала в диапазоне работы НКАСОСБ.

Мониторинг КРЛ обратного канала «Земля - НКАСОСБ», ведут по результатам приема сигнала после прохождения им тракта ретрансляции высокоорбитального космического аппарата без обработки сигнала на борту (ВКАБОСБ), преобразующего его частоту в диапазон ретранслируемой КРЛ «ВКАБОСБ - Земля».

Здесь и далее под высокоорбитальным космическим аппаратом понимают космический аппарат (КА), орбита которого находится выше орбиты КА, по КРЛ которого осуществляют мониторинг. КА, по КРЛ которого осуществляют мониторинг, определен как низкоорбитальный космический аппарат.

Из уровня техники известна станция технического контроля сигналов спутниковых линий связи [1], реализующая мониторинг КРЛ, описываемый следующей последовательность действий:

направляют антенну станции технического контроля с помощью системы наведения на космический аппарат (КА),

принимают радиосигналы станцией технического контроля с использованием малошумящего усилителя, преобразователя частоты и радиоприемного устройства,

производят оптимальную фильтрацию принятых сигналов,

запоминают принятые сигналы в накопительном буфере,

осуществляют мониторинг КРЛ «КА-Земля» посредством демодуляции принятых сигналов с помощью персональной ЭВМ и установленного на ней программного обеспечения.

Недостатком известного технического решения на основе станции технического контроля сигналов спутниковых линий связи [1] является отсутствие возможности мониторинга сигналов КРЛ «Земля - КА».

Из уровня техники также известна станция технического контроля сигналов спутниковых линий связи [2], реализующая мониторинг КРЛ, описываемый следующей последовательность действий:

направляют антенну станции технического контроля с помощью системы наведения и сопровождения на космический аппарат (КА),

сопровождают антенну станции технического контроля с помощью системы наведения и сопровождения на космический аппарат (КА),

принимают радиосигналы станцией технического контроля с использованием малошумящего усилителя, преобразователя частоты и радиоприемного устройства,

производят оптимальную фильтрацию принятых сигналов,

обрабатывают сигналы с использованием кадрового синхронизатора с выделителем пакета,

запоминают принятые сигналы в накопительном буфере,

осуществляют мониторинг КРЛ «КА-Земля» посредством демодуляции принятых сигналов с помощью персональной ЭВМ и установленного на ней программного обеспечения.

Недостатком известного технического решения на основе станции технического контроля сигналов спутниковых линий связи [2] является отсутствие возможности мониторинга сигналов КРЛ «Земля - КА».

Из известных способов наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по своей технической сущности является способ мониторинга космической радиолинии «Земля - КА» [3]. Для реализации данного способа выполняют следующие этапы:

вводят тропосферную приемную станцию,

наводят главный лепесток диаграммы направленности (ДН) антенны тропосферной приемной станции на локальную область интенсивного рассеивания в тропосфере радиосигнала КРЛ,

устанавливают частоту приемника тропосферной приемной станции, равной частоте передающей станции КРЛ;

принимают отраженный сигнал КРЛ от локальной области интенсивного рассеивания тропосферы.

осуществляют мониторинг КРЛ по принятому отраженному от локальной области интенсивного рассеивания тропосферы сигналу КРЛ.

Недостатками способа-прототипа [3], применительно к ССПРС Iridium, являются:

относительно малое значение дальности мониторинга КРЛ «Земля - КА», ограниченное дальностью распространения радиоволн за счет тропосферного рассеяния,

относительно низкое быстродействие, обусловленное необходимостью поиска локальной области интенсивного рассеивания в тропосфере.

Техническим результатом заявленного изобретения являются увеличение дальности и быстродействия мониторинга КРЛ «Земля - НКАСОСБ» ССПРС Iridium, а также расширение области применения способа за счет обеспечения мониторинга КРЛ «НКАСОСБ - Земля» ССПРС Iridium.

Технический результат достигается тем, что в способе мониторинга КРЛ наземной передающей станции (НПС) и НКАСОСБ ориентируют максимум ДН антенны ПСМ, настраивают ПСМ на частоту радиосигнала, принимают радиосигнал НПС, передаваемый в КРЛ, осуществляют мониторинг КРЛ по принятому радиосигналу дополнительно принимают радиосигнал НПС, изначально передаваемый в КРЛ в направлении «Земля - НКАСОСБ» на частоте ƒ₁, после его ретрансляции ВКАБОСБ в КРЛ «ВКАБОСБ - Земля» на частоте ƒ₂. Частота ƒ₁ связана с частотой ƒ₂ соотношением ƒ₂=ƒ₁+Δƒ, где значение Δƒ определяют по справочным данным с учетом типа ВКАБОСБ.

Ориентируют максимум ДН антенны ПСМ на ВКАБОСБ. Настраивают ПСМ на частоту радиосигнала ƒ₂ в КРЛ «ВКАБОСБ - Земля», а мониторинг КРЛ в направлении «Земля - НКАСОСБ» на частоте ƒ₁ осуществляют по принятому радиосигналу КРЛ в направлении «ВКАБОСБ - Земля» на частоте ƒ₂.

Кроме того, используют дополнительную ПСМ для мониторинга КРЛ в направлении «НКАСОСБ - Земля». С этой целью ориентируют максимум ДН антенны дополнительной ПСМ на НКАСОСБ. Настраивают дополнительную ПСМ на частоту радиосигнала ƒ₃ КРЛ «НКАСОСБ - Земля», причем связь между частотой ƒ₁ и ƒ₃ определяют по справочным данным с учетом типа ВКАСОСБ. Принимают с помощью дополнительной ПСМ радиосигнал КРЛ от НКАСОСБ на частоте ƒ₃. Осуществляют мониторинг КРЛ «НКАСОСБ - Земля» по принятому радиосигналу КРЛ на частоте ƒ₃.

Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков в заявленном способе увеличивается дальность и быстродействие мониторинга сигналов КРЛ «Земля - НКАСОСБ» ССПРС Iridium за счет того, что мониторинг осуществляют по сигналам, принятым после их ретрансляции от ВКАБОСБ, расположенного на более высокой орбите по отношению к орбите НКАСОСБ. Кроме того, расширяется область применения способа за счет обеспечения мониторинга КРЛ «НКАСОСБ - Земля» ССПРС Iridium.

Заявленный способ поясняется чертежом на фиг. 1, на котором поясняется сущность заявляемого технического решения на примере структуры используемой аппаратуры: 1 - НПС (абонентский терминал) ССПРС Iridium; 1.11 - граница зоны электромагнитной доступности (ЭМД), формируемой НПС на КРЛ «Земля - НКАСОСБ»; 1.1 - КРЛ «Земля - НКАСОСБ»; 1.2 - КРЛ «Земля - ВКАБОСБ»; 2 - НКАСОСБ; 2.1 - КРЛ «НКАСОСБ - Земля»; 2.11 - границы зоны ЭМД, формируемой НКАСОСБ на КРЛ «НКАСОСБ - Земля»; 3 - ВКАБОСБ; 3.1 - КРЛ «ВКАБОСБ - Земля»; 3.11 - границы зоны ЭМД, формируемой ВКАБОСБ на КРЛ «ВКАБОСБ - Земля»; 4.1 - ПСМ; 4.12 - антенна ПСМ; 4.11 - диаграмма направленности, формируемая ПСМ; 4.2 - дополнительная ПСМ; 4.12 - антенна дополнительной ПСМ; 4.11 - диаграмма направленности, формируемая дополнительной ПСМ.

Реализация заявленного способа мониторинга КРЛ объясняется следующим.

В настоящее время функционирует ССПРС Iridium, которая относится к системам с обработкой сигнала на борту КА (см. стр. 425-431. [4]). Для предоставления в ССПРС Iridium услуг связи НПС каждого абонента выделяют два канала: прямой канал КРЛ «НКАСОСБ - Земля» и обратный канал «Земля - НКАСОСБ».

НКА ССПРС Iridium располагаются на орбитах, высота которых составляет 770 км, поэтому мониторинг каналов КРЛ ССПРС Iridium традиционно осуществляют следующим образом:

для обратного канала в том случае, если ПСМ находится в зоне ЭМД НПС (на фиг. 1 зона 1.11);

для прямого канала «НКАСОСБ - Земля», если ПСМ находится в зоне ЭМД НКАСОСБ (на фиг. 1 зона 2.11).

Так как зона ЭМД, формируемая НПС в КРЛ «Земля - НКАСОСБ» достаточно ограничена и не превышает дальности прямой видимости (см. [5]), то мониторинг обратного канала КРЛ «Земля - НКА» возможен только на дальности размещения ПСМ от НПС ССПРС Iridium обычно не превышающей 10…15 км (зависит от высот поднятия антенн ПСМ и НПС, а также других условий распространения радиоволн).

В способе-прототипе [3] предлагается введение тропосферной приемной станции и наведения главного лепестка ДН антенны указанной станции на локальную область интенсивного рассеивания в тропосфере радиосигнала КРЛ. В таком случае дальность мониторинга обратного канала КРЛ «Земля - НКА» будет ограничена дальностью распространения радиоволн за счет тропосферного рассеяния, которая может достигать 500 км (см. [7]).

Поскольку каждый НКАСОСБ ССПРС Iridium формирует зону обслуживания диаметром около 2500 км (см. стр. 435. [4]), то ведение мониторинга прямого канала «НКАСОСБ - Земля» не составляет проблем при наличии соответствующего оборудования (см. [5]), при условии, что ПСМ находится в зоне ЭМД НКАСОСБ.

Вместе с тем, существует, например, ССПРС Globalstar (см. стр. 447-458 [4]). Высота орбит космических аппаратов ССПРС Globalstar составляет около 1414 км, т.е. КА ССПРС Globalstar располагаются на более высоких орбитах по отношению к КА ССПРС Iridium, что и позволило в материалах заявки определить их как ВКАБОСБ и НКАСОСБ соответственно.

ССПРС Globalstar относится к системам, у которых не производится обработка сигналов на борту КА. Все сигналы, которые поступают на ВКАБОСБ по КРЛ «Земля - ВКАБОСБ», затем ретранслируются в КРЛ «ВКАБОСБ - Земля».

НПС ССПРС Iridium, размещенная в диапазоне широт от 70° с.ш. до 70° ю.ш. находится в зоне радиовидимости нескольких ВКАБОСБ ССПРС Globalstar.

Таким образом, сигналы НПС ССПРС Iridium (размещенных в зоне радиовидимости ВКАБОСБ ССПРС Globalstar), предназначенные для работы в КРЛ «Земля - НКАСОСБ», будут поступать на вход приемного тракта ВКАБОСБ ССПРС Globalstar и затем ретранслироваться в КРЛ «ВКАБОСБ - Земля», так как диапазон частот ССПРС Globalstar в КРЛ «Земля - ВКАБОСБ» включает в себя диапазон частот ССПРС Iridium (см., например, [4]) в КРЛ «Земля - НКАСОСБ».

При этом сигналы КРЛ «ВКАБОСБ - Земля» будут доступны всем ПСМ, расположенным в зоне ЭМД, обеспечиваемой ВКАБОСБ (на фиг. 1 зона 3.11). А так как орбита ВКАБОСБ выше чем орбита НКАСОСБ, то, соответственно и диаметр зоны ЭМД у ВКАБОСБ больше, чем у зоны ЭМД НКАСОСБ и составляет около 4000 км [4], что и определяет увеличение дальности мониторинга КРЛ «ВКАБОСБ - Земля».

В соответствии с представленными сведениями мониторинг КРЛ ССПРС Iridium будет осуществляться следующим образом.

При работе НПС ССПРС Iridium (1 на фиг. 1) с НКАСОСБ (2 на фиг. 1) посредством КРЛ (1.1 на фиг. 1), его сигнал на частоте f1 посредством КРЛ (1.2 на фиг. 1) поступит, на ВКАБОСБ ССПРС Globalstar (3 на фиг. 1).

ПСМ (4.1 на фиг. 1), находясь в зоне ЭМД ВКАБОСБ (3.11 на фиг. 1) ориентирует максимум ДН своей антенны (4.12 на фиг. 1) на ВКАБОСБ для мониторинга КРЛ «ВКАБОСБ - Земля» (на фиг. 1 настройку максимум ДН антенны демонстрирует диаграмма 4.11). При этом ПСМ настраивают на частоту уже ретранслированного сигнала ƒ₂ (ƒ₂=ƒ₁+Δƒ, где значение Δƒ определяется типом ВКАБОСБ).

В результате приема ПСМ сигнала КРЛ «ВКАБОСБ - Земля» (3.1 на фиг. 1) обеспечится мониторинг КРЛ «Земля - НКАСОСБ» (1.1 фиг. 1).

Мониторинг КРЛ прямого канала ССПРС Iridium (2.1 на фиг 1) осуществляют введением дополнительной ПСМ (4.2 на фиг. 1). Дополнительная ПСМ ориентирует максимум ДН своей антенны (4.22 на фиг. 1) на НКАСОСБ в КРЛ «НКАСОСБ - Земля» (на фиг. 1 настройку максимум ДН антенны демонстрирует диаграмма 4.21).

При этом дополнительная ПСМ настраивают на частоту сигнала ƒ₃ (для ССПРС Iridium ƒ₃=ƒ₁ [см., например, 1]).

В результате приема дополнительной ПСМ сигнала КРЛ «НКАСОСБ - Земля» (2 и 2.1 на фиг. 1) обеспечивают мониторинг указанной КРЛ.

Реализация ПСМ известна (см., например, [7]).

Таким образом, исходя из представленных выше рассуждений и чертежа на фиг. 1 для рассмотренного примера реализации заявленного способа следует:

дальность мониторинга обратного канала КРЛ «Земля - НКАСОСБ» увеличивается с 10…15 км (зона 1.11 на фиг. 1) характерных для традиционного способа и с 500 км потенциально-возможных для способа прототипа [3], до 4000 км (зона 3.11 на фиг. 1);

обеспечивается дополнительная возможность мониторинга прямого канала «НКАСОСБ - Земля» за счет введения дополнительной ПСМ (4.2 на фиг. 1) на дальность до 2500 км;

повышается быстродействие способа мониторинга КРЛ по сравнению со способом-прототипом [3], обусловленное отсутствием необходимости поиска локальной области интенсивного рассеивания в тропосфере.

Указанные выводы доказывают возможность достижения технического результата при использовании заявленного технического решения.

Используемая литература

1. Долгополов В.Г., Стороженко Д.П., Христианов В.Д., Гончаров А.Ф., Чован Г.В., Ткаченко В.П., Товстолип И.Н. Станция технического контроля сигналов спутниковых линий связи. Патент RU №2 176 130, опубл. 20.11.2001 Бюл. №32.

2. Гончаров А.Ф., Косогор А.Л., Савушкин В.Т., Стороженко Д.П. Станция технического контроля сигналов спутниковых линий связи. Патент RU №2 224 373, опубл. 20.02.2004 Бюл. №5.

3. Ватутин В.М., Поляков А.В., Полтавец Ю.И., Четыркин И.В. Способ мониторинга космической радиолинии «Земля - КА» и система для его реализации. Патент RU №2 578 169, опубл. 20.03.2016 Бюл. №8.

4. В.Д. Челышев, В.В. Якимовец. Радиоэлектронные системы органов административного и военного управления. Часть первая. Радиоинтерфейсы систем мобильного радиосервиса: Учебник. - СПб.: ВАС, 2006 - 576 с.

5. Интернет ресурс http://www.shoghicom.com/iridium-monitoring.php

6. Трифонов В.А. Тропосферная радиосвязь. Военная Энциклопедия.

7. Дикарев А.С., Скобелкин В.Н., Шахматов Д.Н. Станция радиомониторинга сигналов геостационарных спутниковых систем. Патент RU №2 573 593, опубликован 20.01.2016. Бюл. №2.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для мониторинга космических радиолиний (КРЛ) абонентов спутниковой системы персонального радиосервиса (ССПРС) Iridium. Технический результат состоит в разработке способа, обладающего увеличенной дальностью и быстродействием мониторинга всех типов КРЛ ССПРС Iridium. Для этого мониторинг КРЛ ССПРС Iridium обратного канала ведут путем приема сигналов, ретранслированных от космических аппаратов ССПРС Globalstar в диапазоне частот ССПРС Globalstar. А для мониторинга прямого канала КРЛ ССПРС Iridium используют дополнительную приемную станцию мониторинга, которая принимает сигналы в диапазоне частот ССПРС Iridium. 1 ил.

Способ мониторинга космических радиолиний (КРЛ) «Земля - космический аппарат (КА)» и «КА - Земля», заключающийся в том, что принимают радиосигнал наземной передающей станции (НПС), передаваемый в КРЛ, осуществляют мониторинг КРЛ по принятому радиосигналу, отличающийся тем, что принимают радиосигнал НПС, изначально передаваемый в КРЛ в направлении «Земля - низкоорбитальный космический аппарат с обработкой радиосигнала на борту (НКАСОСБ)» на частоте ƒ₁, после его ретрансляции высокоорбитальным космическим аппаратом без обработки радиосигнала на борту (ВКАБОСБ) в КРЛ «ВКАБОСБ - Земля» на частоте ƒ₂, причем частота ƒ₁ связана с частотой ƒ₂ соотношением ƒ₂=ƒ₁+Δƒ, где значение Δƒ определяют по справочным данным с учетом типа ВКАБОСБ, при этом ориентируют максимум диаграммы направленности антенны приемной станции мониторинга (ПСМ) на ВКАБОСБ, настраивают ПСМ на частоту радиосигнала ƒ₂ в КРЛ «ВКАБОСБ - Земля», а мониторинг КРЛ в направлении «Земля - НКАСОСБ» на частоте ƒ₁ осуществляют по принятому радиосигналу КРЛ в направлении «ВКАБОСБ - Земля» на частоте ƒ₂, кроме того, используют дополнительную ПСМ для мониторинга КРЛ в направлении «НКАСОСБ - Земля», с этой целью ориентируют максимум диаграммы направленности антенны дополнительной ПСМ на НКАСОСБ, настраивают дополнительную ПСМ на частоту радиосигнала ƒ₃ КРЛ «НКАСОСБ - Земля», причем связь между частотой ƒ₁ и ƒ₃ определяют по справочным данным с учетом типа НКАСОСБ, принимают с помощью дополнительной ПСМ радиосигнал КРЛ от НКАСОСБ на частоте ƒ₃ и осуществляют мониторинг КРЛ «НКАСОСБ - Земля» по принятому радиосигналу КРЛ на частоте ƒ₃.