СПОСОБ И СЕТЕЦЕНТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕРЫ Российский патент 2024 года по МПК G01W1/08 G05D1/10 G08G5/02 

Изобретение относится к области геофизики и метеорологии, применимо для определения параметров ионосферы и может быть использовано в навигации и связи.

Одними из наиболее весомых факторов, оказывающих влияние на уровень развития информационно-коммуникационной инфраструктуры, в частности, на точность глобальных навигационных систем, на качество и надежность связи, являются задержка сигнала в ионосфере и значение критической частоты, обусловленные интегральной электронной концентрацией.

Известен способ определения параметров ионосферы (патент на изобретение RU 2421753 C1), в котором получение информации об электронной концентрации производится с помощью двухчастотной (144 и 48 МГц) навигационной аппаратуры (НА) космических навигационных систем (КНС) «Навстар» (США) или «Глонасс» (РФ).

Недостатками данного способа являются:

- зондирование производится только на двух частотах;

- зондирование производится только в промежутки времени, пока спутник находится в зоне видимости наземной приемной аппаратуры.

Наиболее близким к заявленному способу является способ мониторинга вертикального распределения электронной концентрации ионосферы (патент на изобретение RU 2445652 C1), в котором формируют группу, состоящую из двух спутников. Излучают не менее двух когерентных электромагнитных колебаний разных частот и регистрируют разности фаз после их прохождения через ионосферу. По полученной величине разности фаз рассчитывают полное электронное содержание ионосферы на пути распространения колебаний.

Недостатками данного способа являются:

необходимость наличия на спутниках многочастотных трансиверов;

возможность определения распределения электронной концентрации ионосферы только с помощью спутников, расположенных в одной плоскости орбиты.

Наиболее близким к заявленной системе является техническое решение (патент на изобретение RU 2581627 C2) в котором ЛЧМ-ионозонд стационарного наземного размещения используется в составе комплексов радиоэлектронных средств для оперативного определения значений оптимальных рабочих частот ионосферных радиотрасс различных протяженностей. Данный ЛЧМ-ионозонд содержит тракт передачи, тракт приема, контроллер, автоматизированное рабочее место оператора и блок синхронизации.

Недостатками данного технического решения являются:

стационарное размещение;

невозможность оперативного увеличения количества точек зондирования ионосферы для исследования интересующей трассы радиосвязи без размещения дополнительного оборудования;

работа только в режиме, определяемом конфигурацией оборудования и его размещением (вертикального зондирования).

Задачей заявленного изобретения, является расширение функциональности аппаратуры и повышение оперативности зондирования ионосферы для увеличения точности глобальных навигационных систем, надежности и качества связи.

Технический результат применения предложенного способа определения параметров ионосферы и сетецентрической системы для его реализации:

повышение оперативности и расширение области определения состояния ионосферы с последующей адаптацией режимов работы аппаратуры связи и навигации;

повышение надежности КВ связи за счет выбор оптимальных частот и сигнально-кодовых конструкций (законов модуляции) сигнала по критерию «энергетика канала, время жизни канала»;

повышение надежности КВ связи за счет реализации динамической пространственно-поляризационной селекции направления приема и формирования максимума энергии излучения в направлении наилучшего отражения сигналов;

повышение точности аппаратуры навигации за счет оценки и дальнейшего учета ионосферных задержек.

Сущность заявляемого изобретения поясняется рисунками, на которых изображено:

на фиг.1 - схема сетецентрической системы определения параметров ионосферы;

на фиг.2 - схема аппаратуры зондирования ионосферы, размещаемой на БПЛА.

На фиг.1 обозначено: 1 - пункт управления, 2 - группа БПЛА с аппаратурой зондирования ионосферы, 3 - зондирующие сигналы, 4 - отраженные сигналы, 5 - слой D, 6 - слой Е, 7 - слои F1-F2 ионосферы.

На фиг.2 обозначено: 8 - БПЛА, 9 - аппаратура определения параметров ионосферы, 10 - антенна излучающая, 11 - антенна приемная, 12 - блок формирования ЛЧМ радиосигнала, 13 - блок приема ЛЧМ радиосигнала, 14 - блок синхронизации с встроенным GPS-Глонасс приемником, 15 - блок памяти, 16 - блок радиоканала для ввода полетного задания.

На фиг.3 приведены временные диаграммы синхронизации работы блоков формирования и приема радиосигнала аппаратуры каждого из БПЛА.

Предлагаемый способ определения параметров ионосферы заключается в использовании в качестве носителя аппаратуры зондирования группы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). При реализации способа осуществляют: подготовку группы БПЛА коптерного типа с бортовой аппаратурой зондирования, выбор области зондирования ионосферы с указанием географических координат, подготовку полетных заданий БПЛА (включая тайминг работы блоков формирования и излучения, приема-обработки радиосигнала на каждом из БПЛА), запуск группы БПЛА для выполнения полетного задания, посадку группы БПЛА и обработку данных измерений. Требуемый режим зондирования - вертикального или наклонного в предлагаемом способе реализуется путем выбора дистанций между БПЛА, а выбор уровня детализации и увеличение области зондирования ионосферы производится масштабированием группы БПЛА (увеличением их количества).

Отличительными особенностями предлагаемого способа являются: универсальность (работа в режимах вертикального и наклонного зондирования в зависимости от расстояния между БПЛА), широкая зона анализа ионосферы за счет большого количества возможных комбинаций анализируемых данных, отсутствие зависимости от навигационной аппаратуры космических навигационных систем (необходимости нахождения навигационной аппаратуры пользователя в зоне ее видимости), единообразие элементов и легкое масштабирование системы, сохранение функционала системы при выходе из строя ее отдельных элементов, информационная безопасность (малые уровни излучаемых мощностей за счет применения непрерывного зондирующего ЛЧМ сигнала), инновационные отечественные технические решения, технологии, алгоритмы и программное обеспечение, высокое соотношение эффективность/стоимость.

Принцип работы сетецентрической системы определения параметров ионосферы.

Аппаратура определения параметров ионосферы 9, размещаемая на каждом из n БПЛА 8 группы, включает излучающую антенну 10, приемную антенну 11, блоки формирования 12 и приема 13 ЛЧМ радиосигнала, блок синхронизации с встроенным GPS-Глонасс приемником 14, обеспечивающий синхронизацию излучения ЛЧМ радиосигнала с одного БПЛА и прием отраженных от ионосферы сигналов на других БПЛА из группы, блок памяти 15 и блок радиоканала 16, обеспечивающий ввод полетного задания.

Возможность реализации предлагаемого способа подтверждается созданным макетом системы, размещаемой на борту БПЛА.

Изобретение относится к области геофизики и метеорологии и может быть использовано в навигации и связи. Сущность способа определения параметров ионосферы заключается в использовании в качестве носителя аппаратуры зондирования группы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). При реализации способа осуществляют: подготовку группы БПЛА коптерного типа с размещенной на них аппаратурой зондирования, выбор области зондирования ионосферы с указанием координат, подготовку полетных заданий БПЛА, запуск группы БПЛА для выполнения полетного задания, посадку группы БПЛА и совместную обработку данных измерений. Сетецентрическая система, реализующая данной способ, состоит из пунктов управления и групп БПЛА коптерного типа с размещенной на них аппаратурой зондирования, включающей излучающую и приемную антенны, блоки формирования и приема ЛЧМ радиосигнала, блок синхронизации с встроенным GPS-ГЛОНАСС приемником, обеспечивающим синхронизацию излучения ЛЧМ радиосигнала с одного БПЛА и прием отраженных от ионосферы сигналов на других БПЛА группы, блок памяти и блок радиоканала, обеспечивающий ввод полетного задания. Технический результат заключается в повышении оперативности и расширении области определения состояния ионосферы, повышении надежности КВ связи, повышении точности аппаратуры навигации. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения параметров ионосферы, включающий в себя прием радиосигналов от навигационных спутников на двух когерентных частотах, определение полной электронной концентрации ионосферы вдоль трассы «спутник-наземный пункт» и высотного профиля электронной концентрации ионосферы, отличающийся тем, что в предложенном способе осуществляют:

- подготовку группы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) коптерного типа с размещенной на борту аппаратурой зондирования,

- выбор области зондирования ионосферы с указанием географических координат,

- подготовку полетных заданий БПЛА, включая тайминг работы блоков формирования и излучения, приема-обработки радиосигнала на каждом из БПЛА,

- запуск группы БПЛА для выполнения полетного задания,

- посадку группы БПЛА и совместную обработку данных измерений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подготовке полетного задания БПЛА дополнительно указывают дистанции между БПЛА согласно выбранному режиму зондирования ионосферы, вертикальному или наклонному.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбор уровня детализации и увеличение области зондирования ионосферы производится масштабированием группы БПЛА - увеличением их количества.

4. Сетецентрическая система определения параметров ионосферы, включающая аппаратуру для определения электронной концентрации ионосферы, содержащая антенну для приема сигналов от навигационных спутников, двухчастотный приемник, устройство обработки и отображения, отличающаяся тем, что аппаратура определения параметров и ионосферы установлена на БПЛА коптерного типа.

5. Сетецентрическая система по п.4, отличающаяся тем, что аппаратура каждого БПЛА содержит излучающую антенну, приемную антенну, блоки формирования и приема ЛЧМ радиосигнала, блок синхронизации с встроенным GPS-Глонасс приемником, обеспечивающий синхронизацию излучения ЛЧМ радиосигнала с одного БПЛА и прием отраженных от ионосферы сигналов на других БПЛА из группы, блок памяти и блок радиоканала, обеспечивающий ввод полетного задания.

6. Сетецентрическая система по п.4, отличающаяся тем, что содержит пункты управления группами БПЛА для выбора области зондирования ионосферы и подготовки полетных заданий БПЛА.