СПУТНИК МОНИТОРИНГА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ С ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 2021 года по МПК H04B10/00 

Данное изобретение относится к системам передачи оптического или инфракрасного сигнала через свободные пространства и может использоваться для передачи больших объемов информации между летательными аппаратами с помощью высокоскоростной оптической (FSO - Free Space Optical) линии связи, как в атмосфере, так и в космическом пространстве.

Космический мониторинг земной поверхности и атмосферы Земли -необходимая функция современных спутников. Для этого спутники оснащены системой дистанционной видеосъемки в разных спектральных диапазонах или иными датчиками, такими как интерферометры, дальномеры и т.п.

Обычно, кроме датчиков, спутник дистанционного мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли содержит: энергетическую установку, включающую солнечные батареи и аккумуляторы; двигательную установку, состоящую из инерционных двигателей; блок позиционирования; блок передачи информации по радиоканалу на любой наземный стационарный приемный модуль, сориентированный на спутник.

Для непрерывного дистанционного мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли необходимо устанавливать множество наземных стационарных приемных модулей, сориентированных на пролетающий спутник, что сложно и затратно. Можно установить на высоких (приполярных) широтах станцию приема спутниковых данных, но это, в свою очередь, требует установки на борту спутников модуля памяти, который сохраняет необходимую информацию о требуемом районе мониторинга Земли и сбрасывает ее на приполярную станцию при пролете мимо нее.

Такое решение энергетически затратно и усложняет конструкцию спутника.

Часто необходимо в реальном времени передавать большие объемы видеоинформации, полученные спутником, об определенных удаленных районах Земли. Для этого лучше всего подходят оптические линии связи (FSO - Free-Space Optical), которые позволяют передавать информацию со скоростью от 40 Гб/с до 1 Тб/с в перспективе. В космическом пространстве атмосфера отсутствует, поэтому расстояние, на котором могут работать оптические линии связи, может превышать 100000 км. Используя космические спутники с оптической связью и наземные пункты связи с космическими спутниками, имеющими узлы оптической связи, можно в режиме реального времени связать спутник мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли с любыми точками Земной поверхности.

Технический результат направлен на создание спутника мониторинга поверхности Земли с оптической связью для передачи информации в любую точку Земли в режиме реального времени через спутник ретранслятор оптической линии связи.

Технический результат достигается использованием на спутнике мониторинга поверхности Земли приемопередатчика оптической связи, оснащенного оптическим сканирующим устройством.

Работа спутника мониторинга земной поверхности с оптической связью описывается с помощью фиг. 1.

На фиг. 1 представлена блок-схема спутника мониторинга земной поверхности с оптической связью.

Для непрерывной высокоскоростной передачи информации о земной поверхности и атмосфере Земли по оптической линии связи спутник мониторинга должен быть постоянно связан со спутниками ретрансляторами оптической линии связи и постоянно получать информацию о поверхности Земли. Для этого узел оптической связи должен быть наведен на спутник ретранслятор оптической линии связи и одновременно система дистанционного мониторинга должна осуществлять анализ поверхности Земли. С помощью вращения корпуса спутника одновременно выполнить два условия невозможно, поэтому приемопередатчик оптической связи спутника мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли должен иметь связь с оптическим сканирующим устройством и наводиться на спутник ретранслятор оптической линии связи независимо от наведения системы мониторинга поверхности Земли.

Авторами предлагается спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью, состоящий из корпуса, на котором установлены бортовой компьютер, который связан с узлом навигации и управляет энергетической установкой и инерционной двигательной установкой, кроме этого на корпусе установлен узел дистанционного мониторинга Земли, связанный через бортовой компьютер с приемопередатчиком оптической связи, который связан с оптическим сканером окружающего пространства.

Спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью работает следующим образом, поясняется фиг. 1, - спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1, перемещаясь по орбите, должен иметь координаты спутника ретранслятора оптической линии связи 2, с которым у него осуществляются сеансы связи по команде из центра управления. Поэтому оптическая ось оптического сканера окружающего пространства 8 постоянно должна быть направлена на спутник ретранслятор 2. После получения команды из центра управления по оптическому каналу связи через спутник ретранслятор 2, с помощью узла дистанционного мониторинга Земли 4 спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1 принимает необходимую информацию о поверхности Земли 3, которая с помощью бортового компьютера 5 преобразуется в цифровой код и передается на приемопередатчик оптической связи 6. Для управления оптическим сканером окружающего пространства 8 на борту спутника установлен узел навигации 7, который вычисляет координаты спутника в пространстве и через бортовой компьютер 5 выдает управляющие команды на оптический сканер окружающего пространства 8 и инерционную двигательную установку. Для обеспечения электрическим питанием узлов спутника, на нем располагается энергетическая установка, состоящая из солнечных батарей и аккумуляторов.

В процессе вращения вокруг Земли орбита спутника может изменяться и понижаться. Для коррекции орбиты спутника мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1 можно использовать двигательную установку.

Желательно, чтобы спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1 был постоянно наведен на спутник ретранслятор оптического сигнала 2. Это условие не всегда возможно выполнить, поэтому целесообразно на спутник 1 дополнительно установить радиоканал связи, например, УКВ приемопередатчик связи со спутниками ретрансляторами, по которому осуществлять передачу информации о координатах спутников ретрансляторов, а также информацию о необходимости формирования линии связи.

Для связи спутника мониторинга поверхности Земли со спутником ретранслятором, который находится на геостационарной орбите, по оптической линии связи необходимо, чтобы оптическая ось приемопередатчика спутника мониторинга поверхности Земли 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 спутник мониторинга поверхности Земли 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 спутнике мониторинга поверхности Земли с оптической связью должен стоять приемник излучения маяка спутника ретранслятора, связанный с бортовым компьютером, машинный алгоритм которого анализирует точность взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков спутников, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующего устройства.

Изобретение относится к системам передачи оптического или инфракрасного сигнала через свободные пространства и может использоваться для передачи больших объемов информации между летательными аппаратами с помощью высокоскоростной оптической линии связи как в атмосфере, так и в космическом пространстве. Технический результат состоит в повышении объема передаваемой информации. Для этого спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью, состоящий из корпуса, на котором установлены бортовой компьютер, который связан с узлом навигации и управляет энергетической установкой и инерционной двигательной установкой, кроме этого на корпусе установлен узел дистанционного мониторинга Земли, связанный через бортовой компьютер с приемопередатчиком оптической связи, который связан с оптическим сканером окружающего пространства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Спутник мониторинга земной поверхности с оптической связью, состоящий из корпуса, на котором установлены бортовой компьютер, который связан с узлом навигации и узлом дистанционного мониторинга Земли и управляет энергетической установкой и инерционной двигательной установкой, отличающийся тем, что дополнительно введен узел оптической связи, соединенный с бортовым компьютером и выполненный в виде приемопередатчика, оснащенного оптическим сканирующим устройством, и с возможностью наведения его на спутник-ретранслятор оптической линии связи путем передачи в направлении спутника-ретранслятора оптической линии связи модулированного оптического сигнала маяка на длине волны, отличной от длины волны оптической связи, и для передачи информации системы дистанционного мониторинга, осуществляющей анализ поверхности Земли.

2. Спутник мониторинга земной поверхности с оптической связью по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит радиоканал связи, связанный с бортовым компьютером.