ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 2021 года по МПК B64C39/00 H04B10/00 G01S17/00 

Данное изобретение относится к системам передачи оптического или инфракрасного сигнала через свободные пространства и может использоваться для формирования высокоскоростных оптических (FSO - Free Space Optical) линий связи как в атмосфере, так и в космическом пространстве.

Современные компьютеры, ноутбуки, сотовые телефоны и бесчисленные типы интернет-устройств подключены к интернету. Таким образом, спрос на подключение к данным через интернет растет. Однако во многих районах мира подключение к интернету по-прежнему недоступно или, если таковое имеется, является ненадежным. Соответственно, необходима сетевая инфраструктура, покрывающая всю площадь поверхности Земли.

Существует необходимость передавать большие объемы информации между удаленными точками Земли. Для передачи большого потока информации лучше всего подходят FSO линии связи, которые позволяют передавать информацию со скоростью от 40 Гб/с до 1 Тб/с в перспективе. Так как в атмосфере происходит рассеяние оптического излучения на тепловых турбулентностях потоков воздуха, на частицах тумана, дождя и снега, то оптические FSO линии связи через атмосферу не могут передавать сигнал на расстояние более 10 км между двумя соседними узлами связи.

В космическом пространстве атмосфера отсутствует. Расстояние, на котором могут работать оптические линии связи, - более 100000 км между двумя соседними пунктами связи. Используя космические спутники с узлами оптической связи и наземные пункты связи с космическими спутниками, имеющими узлы оптической связи, можно в режиме реального времени связать разные точки Земной поверхности.

Остается одна проблема - преодолеть влияние атмосферы при передаче информации от наземного пункта связи на летательный аппарат, имеющего оптическую связь со спутником ретранслятором. Для этого достаточно использовать летательный аппарат, имеющий радиоканал связи с наземным пунктом связи на высокой скорости передачи информации, например, 5G стандарт, который позволяет реализовать линию связи со скоростью 30 Гб/с.

Прототипы подобного технического решения не найдены.

Технический результат направлен на создание летательного аппарата, имеющего оптическую связь со спутником ретранслятором и связь с наземным пунктом связи по радиоканалу.

Технический результат достигается установкой на летательный аппарат, помимо устройств, обеспечивающих параметры полета аппарата, приемопередатчика радиодиапазона и приемопередатчика оптической связи с оптическим сканером, связанным с узлом навигации через бортовой компьютер.

Работа летательного аппарата с оптической связью описывается с помощью фиг. 1.

На фиг. 1 представлена блок-схема летательного аппарата с оптической связью.

Для непрерывной высокоскоростной передачи информации с наземного пункта связи летательный аппарат с оптической связью должен быть поднят на высоту, где влияние атмосферы и атмосферных явлений (облаков, пыли аэрозолей) на связь со спутниками ретрансляторами оптической связи минимизировано. Кроме этого летательный аппарат с оптической связью должен постоянно получать поток информации по радиоканалу стандарта 5G, переводить его в стандарт оптической связи и наоборот. Одновременно бортовой компьютер должен управлять оптическим сканером, направляющим оптический луч связи на спутник ретранслятор в зависимости от координат летательного аппарата, полученных с помощью узла навигации.

Авторами предлагается летательный аппарат с оптической связью, состоящий из корпуса-планера с установленными на нем двигательной установки, энергетической установки, бортового компьютера, узла навигации, приемопередатчика оптической связи, оптического сканера окружающего пространства и приемопередатчика 5G радиоканала. При этом приемопередатчик 5G радиоканала и приемопередатчик оптической связи связаны бортовым компьютером, который, в свою очередь, связан с узлом навигации.

Летательный аппарат с оптической связью, блок-схема которого приведена на фиг. 1, работает следующим образом - летательный аппарат с оптической связью 1 находится на высоте, где отсутствует влияние атмосферы и атмосферных явлений на оптическую связь со спутником ретранслятором оптической связи 2. Двигательная и энергетическая установки обеспечивают долговременное нахождение летательного аппарата 1 над пунктом наземной связи 3 независимо от ветра. По команде по радиоканалу с наземного пункта связи 3 летательный аппарат 1 наводит ось оптического сканирующего устройства 4 на спутник ретранслятор FSO связи 2, используя данные о координатах спутника ретранслятора и данные о своих координатах, полученные с помощью узла навигации 5. После установления линии связи со спутником ретранслятором с наземного пункта связи 3 по 5G радиоканалу передается необходимая информация, которая принимается приемопередатчиком 5G радиоканала бис помощью бортового компьютера 7 преобразуется в стандарт FSO связи, который поступает на приемопередатчик оптического сигнала 8.

При передаче сигнала со спутника ретранслятора оптического сигнала 2 на летательный аппарат 1 осуществляется следующий алгоритм работы - спутник ретранслятор 2 по каналу оптической связи вызывает на связь летательный аппарат 1, который по 5G радиоканалу передает на наземный пункт связи необходимую информацию о построении линии связи, получает сигнал готовности пункта наземной связи к формированию линии связи и осуществляет передачу информации от спутника ретранслятора 2, в котором информация сначала проходит через сканирующее устройство 4, приемопередатчик оптического сигнала 8, бортовой компьютер 7, где преобразуется из стандарта FSO связи в стандарт 5G связи и далее на приемопередатчик 5G радиоканала 6.

Такая система хорошо работает, если спутник ретранслятор 2 имеет геостационарную орбиту, следовательно, постоянные и известные координаты, тогда сканирующее устройство 4 постоянно наведено на спутник ретранслятор. Если спутник ретранслятор имеет более низкую орбиту, то для связи со спутником ретранслятором 2 необходим дополнительный радиоканал связи, например, УКВ, в котором спутник ретранслятор 2 передает на летательный аппарат 1 информацию о своих координатах и требование установки связи с ним.

Для связи летательного аппарата с оптической связью со спутником ретранслятором, который находится на геостационарной орбите, по оптической линии связи необходимо, чтобы оптическая ось приемопередатчика летательного аппарата при помощи оптического сканирующего устройства с высокой точностью сводилась с оптической осью узла связи спутника ретранслятора. Обычно точность сведения осей не должна быть хуже 10 угловых секунд. Для этого достаточно использовать оптический маяк, расположенный на корпусе летательного аппарата с оптической связью, который передает в направлении спутника ретранслятора оптической линии связи модулированный оптический сигнал на длине волны отличной от длины волны оптической связи. Спутник ретранслятор оптической линии связи принимает оптический сигнал маяка, машинный алгоритм анализирует точность взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков спутников, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующего устройства спутника ретранслятора.

При этом на самом летательном аппарате с оптической связью должен стоять приемник излучения маяка спутника ретранслятора, связанный с бортовым компьютером, машинный алгоритм которого анализирует точность взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующего устройства.

При необходимости технического обслуживания летательный аппарат может быть опущен на Землю, что его выгодно отличает от искусственного спутника Земли.

Летательный аппарат с оптической связью содержит корпус, на котором установлены двигательная установка, энергетическая установка и узел навигации, бортовой компьютер, приемопередатчик 5G радиоканала, приемопередатчик оптической связи, оптический сканер окружающего пространства. Обеспечивается возможность оптической связи летательного аппарата со спутникомретранслятором и возможность его связи по радиоканалу с наземным пунктом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Летательный аппарат с оптической связью, состоящий из корпуса, на котором установлены двигательная установка, энергетическая установка и узел навигации, отличающийся тем, что дополнительно используются связанные через бортовой компьютер приемопередатчик 5G радиоканала и приемопередатчик оптической связи, связанный с оптическим сканером окружающего пространства.

2. Летательный аппарат с оптической связью по п. 1, отличающийся тем, что летательный аппарат дополнительно содержит узел радиоканала связи со спутникомретранслятором оптической связи.

3. Летательный аппарат с оптической связью по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на корпусе устанавливается оптический маяк и приемник излучения маяка, связанный с бортовым компьютером.