УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2020 года по МПК G01S13/90 

Описание патента на изобретение RU2719535C1

Изобретение относится к области радиотехники, а именно, к системам, использующим отражение или вторичное излучение радиоволн, и может найти применение в системах дистанционного зондирования с получением высокодетализированных изображений земной поверхности.

В настоящее время широко используются радиолокационные системы, предназначенные для дистанционного зондирования земной поверхности с орбитальной платформы (искусственного спутника Земли).

Известна связка спутников ФРГ «TerraSAR-X/TanDEM-Х» для дистанционного зондирования Земли ([1] - Кантемиров Ю. Обзор современных радарных данных ДЗЗ // Геоматика. 2012. №1. С. 18-21.), где каждый спутник связки имеет аппаратурный отсек с датчиками, бортовую вычислительную систему, исполнительные органы и полезную нагрузку ([2] - Микрин Е. Бортовые комплексы управления космических аппаратов. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. Вып. 1).

Недостатком этой системы является недостаточная точность выделения предметов на поверхности Земли, так как при спутниковом зондировании точность выделения предметов на поверхности Земли в обзорном режиме составляет до 16 метров в зависимости от расстояния группировки до объекта зондирования и от технических характеристик используемых радиолокационных систем ([3] - Рис У. Основы дистанционного зондирования. Москва: Техносфера, 2006. Вып. 2).

Известен способ получения радиолокационного изображения земной поверхности при помощи многопозиционной радиолокационной системы с синтезированной апертурой антенны ([4] - патент РФ №2278398 «Способ получения радиолокационного изображения земной поверхности при помощи многопозиционной радиолокационной системы с синтезированной апертурой антенны» с приоритетом от 06.07.2004, МПК G01S 13/90, опубл. 20/06/2006).

Недостатком способа и описанного в указанном патенте устройства является необходимость одновременного приема и обработки прямого и отраженного сигналов N передатчиков на борту одного или нескольких приемников, когда в качестве передатчиков используются, например, космические аппараты спутниковых радионавигационных систем типов ГЛОНАСС, GPS, или аппараты спутниковой связи с антеннами широко направленного излучения. Такие аппараты - передатчики, как правило, не предназначены для зондирования земной поверхности и обработка в приемнике их сигналов, отраженных от земной поверхности, затруднительна для построения карт рельефа земной поверхности с высокой точностью и селекции целей. Сам приемник прямого зондирования земной поверхности не осуществляет.

Известен способ получения радиолокационного изображения земной поверхности при помощи многопозиционной радиолокационной системы с синтезированной апертурой ([5] - «Радиолокационные станции обзора Земли»/ под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: Радио и связь. 1983. - 272 с), где используется одна приемопередающая и две приемные позиции.

Устройство для реализации этого способа содержит группировку ведущего и ведомого летательных аппаратов и центр обработки радиолокационных изображений с установленными на них навигационными системами, где на каждом летательном аппарате имеются приемо-передающее устройство, аппаратурный отсек с датчиками, доплеровский измеритель скорости и угла сноса, радиолокационная система, бортовая вычислительная система, система отображения, приводы ориентации и модули разворота диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы. При этом, к входам бортовой вычислительной системы подключены выходы датчиков аппаратурного отсека, выход навигационной системы и двухсторонние каналы обмена с радиолокационной системой и с приемо-передающим устройством, а выходы бортовой вычислительной системы подключены к входам приводов ориентации, входам модулей разворота диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы и к автопилоту.

Радиолокационная система ведущего спутника через бортовую вычислительную систему и приемо-передающее устройство ведущего спутника по радиолинии подключена к первому входу центра обработки радиолокационных изображений, а радиолокационная система ведомого спутника через бортовую вычислительную систему и приемопередающее устройство ведомого спутника по радиолинии подключена ко второму входу центра обработки радиолокационных изображений. Новым является то, что на ведущем спутнике установлена контрольно-корректирующая станция дифференциального режима спутниковой радионавигационной системы, на ведомом спутнике установлен приемник корректирующих данных, вход которого по радиолинии подключен к контрольно-корректирующей станции ведущего спутника, выход приемника корректирующих данных подключен к приемнику спутниковой радионавигационной системы ведомого спутника, а между входами приводов ориентации спутника и соответствующими выходами бортовой вычислительной системы установлены элементы с зоной нечувствительности, величина которой пропорциональна линейному участку диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы ведущего спутника.

На прилагаемом чертеже изображена структурная схема устройства получения радиолокационного изображения земной поверхности, где:

1 - центр обработки радиолокационных изображений;

2 - приемник СРНС;

3 - ведомый спутник;

4 - исполнительные органы;

5 - двигатель коррекции траектории;

6 - приводы №1 и привод №2 ориентации спутника;

7 - модуль №1 и модуль №2 разворота диаграммы направленности;

8 - радиолокационная система;

9 - элементы с зоной нечувствительности;

10 - бортовая вычислительная система;

11 - аппаратурный отсек;

12 - ведущий спутник;

13 - приемо-передающее устройство;

14 - контрольно-корректирующая станция;

15 - приемник корректирующих данных;

Устройство работает следующим образом.

Центр 1 обработки радиолокационных изображений выдает координаты земной поверхности для получения радиолокационного изображения. Ведущий 12 и ведомый 3 спутники через приемо-передающее устройство 13 получают координаты участка земной поверхности, для которого необходимо получить радиолокационное

изображение.

Каждый из спутников, зная с помощью приемника СРНС 2 спутниковой радионавигационной системы типа ГЛОНАСС или GPS свое положение в пространстве, рассчитывает в бортовой вычислительной системе 10 углы, на которые надо развернуть сам спутник и направить диаграмму направленности луча антенны радиолокационной системы 8.

Управление положением спутника на орбите и разворотом диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы осуществляется с помощью исполнительных органов 4, которые включают двигатель коррекции траектории 5, приводов ориентации спутника 6, модулей разворота диаграммы направленности 7 луча антенны радиолокационной системы 8, на основе команды центра 1 обработки радиолокационных изображений и данных с приемника 2 спутниковой радионавигационной системы, с датчиков аппаратурного отсека 11 и с датчиков радиолокационной системы 8.

Радиолокационная система 8 ведущего спутника 12 излучает зондирующий сигнал на требуемый участок земной поверхности.

Отраженный сигнал принимается радиолокационной системой ведущего и радиолокационной системой ведомого спутников. В бортовых вычислительных системах 10 ведущего и ведомого спутников проводится синтез радиолокационных изображений наблюдаемого участка земной поверхности. Синтезированные изображения затем через приемо-передающие устройства 13 транслируются в центр 1 обработки радиолокационных изображений. В центре 1 выполняется анализ полученных разноракурсных радиолокационных изображений и синтезируется итоговое изображение земной поверхности с селекцией выявленных наземных целей.

Установка на ведущем спутнике 12 контрольно-корректирующей станции 14 дифференциального режима спутниковой радионавигационной системы позволяет ведомому спутнику 3 работать в едином информационном пространстве ведущего спутника 12, что дает возможность повысить точность определения координат местоположения в пространстве ведомого спутника 3 относительно ведущего спутника 12 и, как результат, позволяет, во-первых, повысить точность наведения диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы 8 ведомого спутника на зондируемый участок земной поверхности, во-вторых, повысить разрешающие возможности анализа разноракурсных изображений и, в-третьих, значительно повысить масштаб получаемых радиолокационных изображений.

Повышение точности достигается тем, что приемники 2 принимают сигналы спутников радионавигационной системы с учетом влияния ионосферной и тропосферной рефракции, многолучевым распространением сигнала, временными погрешностями передачи и обработки навигационных сигналов и другими источниками ошибок. Названные факторы обусловливают расчет координат местоположения спутниковой радионавигационной системы со среднеквадратическим отклонением от истинного значения до 5-15 метров.

Контрольно-корректирующая станция 14 рассчитывает поправки Δpi для последующего уточнения местоположения ведомого спутника 3. Поправки Δpi определяются по отклонениям псевдодальности pi от действительной ri дальности каждого видимого спутника спутниковой радионавигационной системы от ведущего спутника:

Δpi = pi - ri,

где i=1, 2, … N, причем N - количество спутников радионавигационной системы, видимых приемником 2 с позиции 12 (см. [6] - «Применение GPS /ГЛОНАСС». Учебное пособие / М.Р. Богданов - Долгопрудный.: Издательский Дом «Интеллект». 2012. - 136 с.).

Для расчета действительной дальности ri определяется действительное местоположение ведущего спутника, которое может осуществляться, например, замером полярных координат ведущего спутника относительно тестовых объектов на земной поверхности и последующим их пересчетом в земную систему координат. Для расчета ri (i=1, 2, … N) также используются координаты, передаваемые i-ым спутником радионавигационной системы.

Расчет псевдодальности pi выполняется с использованием классических алгоритмов приемника 2 спутниковой радионавигационной системы.

Поправки, рассчитанные контрольно-корректирующей станцией 14, передаются по радиолинии на приемник корректирующих данных 15 ведомого спутника и далее передаются на приемник 2 спутниковой радионавигационной системы ведомого спутника 3 для повышения точности определения координат его местоположения в пространстве.

Установка элементов с зоной нечувствительности 9 между входами приводов ориентации спутников и соответствующими выходами бортовой вычислительной системы позволяет реализовать на спутнике экономичный режим наведения луча радиолокационной системы на требуемый участок земной поверхности. При отсутствии таких элементов приводы ориентации спутника будут всегда включаться, если есть ненулевое рассогласование продольной оси спутника и направлением оси антенны радиолокационной системы.

При наличии элементов с зоной нечувствительности включение приводов ориентации спутников на зондируемый участок будет происходить лишь тогда, когда исчерпаны возможности радиолокационной системы направлять луч в нужную область земной поверхности, т.е. приводы ориентации спутника будут включаться либо когда центр 1 обработки радиолокационных изображений задал новую область, удаленную от исходной области зондирования, либо когда накопились факторы, не позволяющие радиолокационной системе вести зондирование требуемого участка земной поверхности в линейной области работы диаграммы направленности луча.

Линейная зона, пропорциональная диаграмме направленности луча, в значительной мере определяется конструкцией антенны радиолокационной системы. Так для фазированной решетки такая зона значительно шире зоны узконаправленной антенны и может составлять десятки угловых градусов.

В предлагаемом устройстве использование элементов с зоной нечувствительности позволяет достичь положительного эффекта для управления ориентацией спутников во время дистанционного зондирования земной поверхности за счет включения приводов ориентации лишь при «больших» отклонениях направления оси антенны радиолокационной системы от продольной оси спутника и тем самым реализовать экономичный режим работы исполнительных органов спутника.

Координация спутников в едином информационном пространстве ведущего спутника позволяет с более высокой точностью сориентировать принимающую антенну ведомого спутника на прием отраженного луча от зондируемого участка земной поверхности и получить более подробное представление участка земной поверхности в центре 1 обработки радиолокационных изображений.

Для группировки спутников в соответствии с предлагаемым устройством разрешающая способность при получении высокодетализированных изображений земной поверхности составит до 1 метра и при этом будет обеспечен экономичный режим работы спутников.

Похожие патенты RU2719535C1

название год авторы номер документа
Способ глобальной активно-пассивной многопозиционной спутниковой радиолокации земной поверхности и околоземного пространства и устройство для его осуществления 2019
  • Моисеев Николай Иванович
  • Назаров Лев Евгеневич
  • Урличич Юрий Матэвич
  • Аджемов Сергей Сергеевич
  • Данилович Николай Иванович
  • Сигал Александр Иосифович
RU2700166C1
СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ АНТЕННЫ СТАНЦИИ СВЯЗИ 2009
  • Галеев Ринат Гайсеевич
  • Кокорин Владимир Иванович
  • Рагзин Геннадий Маркович
  • Фролов Андрей Николаевич
  • Чумиков Виктор Федорович
  • Югай Владимир Валентинович
RU2408917C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ПОДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 2008
  • Валиханов Марат Музагитович
  • Алешечкин Андрей Михайлович
  • Кокорин Владимир Иванович
RU2381518C2
КОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ 2020
  • Басков Сергей Михайлович
  • Лабутин Валерий Владимирович
  • Рачинский Андрей Григорьевич
  • Яковлев Артём Викторович
  • Чернов Михаил Евгеньевич
  • Степанов Андрей Юрьевич
RU2747240C1
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИЛИ СВЯЗИ 1997
  • Агюттес Жан Поль
  • Конд Эрик
  • Сонбрен Жак
RU2199803C2
СИСТЕМА ОЦЕНКИ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БОРТОВОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ 2006
  • Ясенок Андрей Васильевич
  • Поликарпов Валерий Георгиевич
  • Харин Евгений Григорьевич
  • Якушев Анатолий Федорович
  • Якушев Вячеслав Анатольевич
  • Калинин Юрий Иванович
  • Сапарина Татьяна Петровна
RU2314553C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА НАДВОДНОГО ОБЪЕКТА 1999
  • Алешечкин А.М.
  • Кокорин В.И.
RU2152049C1
Способ оптимального восстановления изображений в радиолокационных системах дистанционного зондирования Земли 2016
  • Коренной Александр Владимирович
  • Лепешкин Сергей Анатольевич
  • Кадочников Андрей Павлович
RU2624460C1
Многофункциональный космический аппарат 2016
  • Полуян Александр Петрович
  • Кузнецов Владимир Александрович
RU2640167C1
СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 2012
  • Макаренко Григорий Константинович
  • Алешечкин Андрей Михайлович
RU2495375C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 719 535 C1

Реферат патента 2020 года УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Устройство дистанционного зондирования земной поверхности относится к области радиотехники, а именно к системам, использующим отражение или вторичное излучение радиоволн, и может найти применение в системах дистанционного зондирования с получением высокодетализированных изображений земной поверхности. Устройство содержит группировку ведущего и ведомого спутников и центр обработки радиолокационных изображений с установленными на них приемниками спутниковой радионавигационной системы, где на каждом спутнике имеется приемо-передающее устройство, аппаратурный отсек с датчиками, радиолокационная система, бортовая вычислительная система, два привода ориентации и два модуля разворота диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы. Новым является то, что на ведущем спутнике установлена контрольно-корректирующая станция дифференциального режима спутниковой радионавигационной системы, на ведомом спутнике установлен приемник корректирующих данных, вход которого по радиолинии подключен к контрольно-корректирующей станции ведущего спутника, выход приемника корректирующих данных подключен к приемнику спутниковой радионавигационной системы ведомого спутника, а между входами приводов ориентации спутника и соответствующими выходами бортовой вычислительной системы установлены элементы с зоной нечувствительности, величина которой пропорциональна линейному участку диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы ведущего спутника. Такое решение позволяет повысить точность построения карт рельефа и упростить конструкцию. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 719 535 C1

Устройство дистанционного зондирования земной поверхности, содержащее группировку ведущего и ведомого спутников и центр обработки радиолокационных изображений с установленными на них приемниками спутниковой радионавигационной системы, где на каждом спутнике имеется приемо-передающее устройство, аппаратурный отсек с датчиками, радиолокационная система, предназначенная для зондирования наблюдаемого участка земной поверхности, бортовая вычислительная система, предназначенная для синтеза радиолокационного изображения наблюдаемого участка земной поверхности, исполнительные органы, включающие двигатель коррекции траектории, два привода ориентации и два модуля разворота диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы, причем управление положением спутников на орбите и разворотом диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы на каждом спутнике осуществляется с помощью исполнительных органов на основе команды центра обработки радиолокационных изображений и данных с приемников спутниковой навигационной системы, а также с помощью датчиков аппаратурного отсека и датчиков радиолокационной системы, при этом к входам бортовой вычислительной системы подключены выходы датчиков аппаратурного отсека, выход приемника спутниковой радионавигационной системы и двухсторонние каналы обмена с радиолокационной системой и с приемо-передающим устройством, а выходы бортовой вычислительной системы подключены ко входам двух приводов ориентации и входам модулей разворота диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы, причем радиолокационная система ведущего спутника через бортовую вычислительную систему и приемо-передающее устройство ведущего спутника по радиолинии подключена к первому входу центра обработки радиолокационных изображений, а радиолокационная система ведомого спутника через бортовую вычислительную систему и приемо-передающее устройство ведомого спутника по радиолинии подключена ко второму входу центра обработки радиолокационных изображений, отличающееся тем, что на ведущем спутнике установлена контрольно-корректирующая станция дифференциального режима спутниковой радионавигационной системы, на ведомом спутнике установлен приемник корректирующих данных, вход которого по радиолинии подключен к контрольно-корректирующей станции ведущего спутника, выход приемника корректирующих данных подключен к приемнику спутниковой радионавигационной системы ведомого спутника, а между входами приводов ориентации спутника и соответствующими выходами бортовой вычислительной системы каждого спутника установлены элементы с зоной нечувствительности, величина которой пропорциональна линейному участку диаграммы направленности луча антенны радиолокационной системы ведущего спутника, обеспечивающие режим наведения луча радиолокационной системы каждого спутника на требуемый участок земной поверхности, при этом в центре обработки радиолокационных изображений анализируют разноракурсные радиолокационные изображения от ведущего и ведомого спутников и синтезируют итоговое изображение с селекцией выявленных наземных целей.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2719535C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ПОМОЩИ МНОГОПОЗИЦИОННОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ АНТЕННЫ 2004
  • Фатеев Вячеслав Филиппович
  • Сахно Игорь Викторович
RU2278398C2
ИНТЕГРАЛЬНАЯ РАДИОНАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА 1997
  • Малюков С.Н.
  • Матюшенко А.Д.
  • Михайлов С.В.
  • Охинченко А.П.
RU2112991C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА НАДВОДНОГО ОБЪЕКТА 1999
  • Алешечкин А.М.
  • Кокорин В.И.
RU2152049C1
Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой 2017
  • Бокучава Пётр Нугзариевич
  • Гладуш Андрей Игоревич
  • Кочубей Даниил Русланович
  • Осадчий Александр Иванович
  • Славянский Олег Евгеньевич
  • Щесняк Сергей Степанович
RU2661941C1
US 7724176 B1, 25.05.2010
US 6138074 A, 24.10.2000
EP 1876465 B1, 09.10.2013.

RU 2 719 535 C1

Авторы

Подчуфаров Андрей Андреевич

Фомичев Алексей Викторович

Даты

2020-04-21Публикация

2019-04-25Подача