Способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу Российский патент 2025 года по МПК H04K3/00 

Способ относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения (ОМ) источников радиоизлучения, и может быть использовано для определения местоположения земной станции (ЗС) спутниковой связи (СС) посредством приема и обработки их сигналов, ретранслированных от космических аппаратов (КА), на земной станции определения местоположения (ЗСОМ).

Известен способ определения местоположения земной станции спутниковой связи (см. Пат. РФ №2653866, МПК G01S 5/06 (2006.01), опубл. 16.05.2018, бюл. №14). Аналог предполагает одновременную регистрацию последовательности отсчетов уровней полезных сигналов и побочных излучений х(n), принимаемых на интервале наблюдения Т_Н ЗСОМ, где n = 1, 2, …, N,N - номер отсчета с шагом Δt, s = 1, 2, …, s - номер КА с известными координатами. На основе сравнения формируют одномерные массивы: с элементами если и В с элементами если где k = 1, 2, …, N - 1. Для каждой пары массивов A_S и В суммируют полученные значения признаков и определяют количество совпадений элементов с одинаковыми индексами W_s. Местоположение источника побочных излучений (ИПИ) определяют путем привязки к координатам ЗС СС, работающий через КА, подверженный воздействию побочных излучений.

Аналог обеспечивает упрощение реализации с устранением ограничения функциональности на территории с высокой плотностью размещения ЗС при определении местоположения ИПИ.

Способу-аналогу присущи недостатки, ограничивающие его применение. Реализация аналога предполагает наличие информации о точном местоположении легитимных ЗС СС, работающих через один КА. Низкая оперативность измерений обусловлена необходимостью выполнения Q измерений для получения одной координаты. Аналогу присуща низкая помехозащищенность в условиях воздействия помех различной природы.

Известен способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу (см. Пат. РФ №2663193, МПК H04K 3/00 (2003.01), опубл. 02.08.2018, бюл. №22). В способе-аналоге используют земную станцию определения местоположения в составе трех антенн Ант.1, Ант.2 и Ант.3, многоканального когерентного радиоприемника (РПУ) и радиопередатчика (РПД), с помощью которого формируют и излучают тестовый радиосигнал (ТРС) во всей полосе рабочих частот КА, когерентно принимают на интервале времени ΔT с помощью РПУ и запоминают его ретранслированные копии не менее чем от трех космических аппаратов с известными координатами, находящимися в зоне электромагнитной доступности ЗСОМ и ЗС. Сигналы КА через соответствующие им антенны Ант.1, Ант.2 и Ант.3 поступают на соответствующие входы многоканального когерентного РПУ. Компенсируют частотную нестабильность каждого из когерентных каналов многоканального РПУ. Вычисляют наклонную дальность от ЗСОМ до на основе которой корректируют координаты космических аппаратов . Осуществляют когерентный прием ретранслированных копий сигналов от заданной ЗС. Измеряют задержки в приеме сигналов ЗС корреляционным методом с направлений на космические аппараты соответственно. Запоминают полученные значения Определяют местоположение ЗС разностно-дальномерным способом (РДС).

Аналог обеспечивает снижение погрешности измерения координат ЗС за счет исключения процедур измерения значений доплеровского сдвига частоты сигнала и связанных с ними процедур измерения угла между пеленгационными базами (ПБ) в выделенных парах пеленгаторных баз.

Однако прототипу присущи недостатки, ограничивающие его применение. Основным из них является низкая помехозащищенность. Имеет место ситуация, когда сигнал ЗС приходит на «основной» КА по главному лепестку диаграммы направленности (ДН) в условиях низкого отношения сигнал / шум (ОСШ). В качестве одной из причин могут являться преднамеренные помехи (см. Пат. РФ №2707878, H04K 3/00, G01S 5/00, опубл. 02.12.2019, бюл. 34). Другая причина обусловлена неоптимальным в силу разных причин размещениям ЗСОМ относительно местоположения ЗС. Кроме того, появление в заданной части спектра «зеркального» КА легитимного сигнала резко ухудшает сигнально-помеховую обстановку. Сигнал ЗС на КА приходит по боковому лепестку диаграммы направленности (ДН) и значительно уступает по мощности легитимному сигналу КА. Поэтому аналог при их возникновении теряет работоспособность.

Известен способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу (см. Пат. РФ №2755058, МПК H04K 3/00 (2008.01), опубл. 14.09.2021, бюл. №26) В аналоге используют земную станцию определения местоположения в составе трех антенн Ант.1, Ант.2 и Ант.3, многоканального когерентного радиоприемника и радиопередатчика, формируют и излучают с помощью РПД тестовый радиосигнал во всей полосе рабочих частот осуществляют когерентный прием РПУ на интервале времени AT и запоминают его ретранслированные копии не менее чем от трех космических аппаратов с известными координатами, находящимися в зоне электромагнитной доступности ЗСМО и ЗС, сигналы КА через соответствующие антенны Ант.1, Ант.2 и Ант.3 поступают на соответствующие входы многоканального когерентного РПУ и используют для компенсации частотной нестабильности каждого из когерентных каналов многоканального РПУ по результатам приема ТРС, вычисляют наклонную дальность от ЗСОМ до корректируют на их основе координаты космических аппаратов осуществляют когерентный прием ретранслированных копий сигналов от заданной ЗС, измеряют задержки в приеме сигналов ЗС корреляционным методом с направлений на космические аппараты соответственно, запоминают полученные значения определяют местоположения ЗС разностно-дальномерным способом. Перед каждым измерением координат ЗС формируют и излучают ТРС в заданной полосе частот ΔF_j. Устраняют частотную нестабильность каждого из когерентных каналов. Сравнивают измеренные и запомненные совокупности уровней и шумов каждого j-го КА, j = 2, 3, в полосе частот с совокупностью уровней сигнала ЗС и шумов в первом, основном КА. В случае превышения порогового уровня хотя бы для одного j-го КА выделяют сигнал в первом КА из совокупности - распределенный в шумовой сигнал и возможные сосредоточенные излучения, формируют его копию с точностью до фазы с большим уровнем, и свободной от шумов а измерение задержки выполняют корреляционным методом с использованием в качестве сигнала основного

При этом выделение сигнала ЗС в первом осуществляют с помощью адаптивной фильтрации и последующим выполнением на первом этапе оценки его основных характеристик: рабочей полосы частот, значения несущей частоты, вида модуляции и манипуляции, скорости манипуляции, и на их основе демодуляции сигнала, с последующим восстановлением сигнала на втором этапе с точностью до фазы и его усиление до значения, обеспечивающего определение координат ЗС.

Аналог обеспечивает повышение помехозащищенности измерения координат ЗС за счет выделения из шумов сигнала ЗС в основном КА, анализа, формирования его копии с точностью до фазы с большим уровнем и свободным от шумов и помех с последующим использовании его в РДС.

Однако аналогу присущ недостаток, ограничивающий его применение. На практике не редкими являются ситуации, когда вспомогательные КА могут отсутствовать, или их имеется не более одного. В результате аналог теряет свою работоспособность. Кроме того, техническую сложность представляет восстановление сигнала с точностью до фазы.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ определения координат земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу (см. Пат. РФ №2749456, МПК H04K 3/00 (2006.01), опубл. 11.06.2021, бюл. №17), заключающийся в использовании земной станции определения местоположения в составе трех антенн Ант.1, Ант.2 и Ант.3, многоканального когерентного радиоприемника и радиопередатчика (РПД), формировании и излучении РПД тестового радиосигнала во всей полосе рабочих частот КА ΔF и когерентном приеме РПУ на интервале ΔT и запоминании его ретранслированных копий не менее чем от трех космических аппаратов с известными координатами, находящимися в зоне электромагнитной доступности ЗСОМ и ЗС, сигналы которых через соответствующие антенны Ант.1, Ант.2 и Ант.3 поступают на соответствующие входы многоканального когерентного РПУ, компенсации частотной нестабильности каждого из когерентных каналов многоканального РПУ по результатам приема ТРС, вычислении наклонной дальности от ЗСОМ до и с последующей корреляцией на их основе координат , перед каждым очередным измерением координат ЗС формируют и излучают ТРС в заданной полосе частот устраняют текущую частотную нестабильность каждого из когерентных каналов приема, сравнивают заранее измеренные и запомненные шумовые уровни выбранных j-x КА в полосе частот с их текущим уровнем в случае превышения приращения уровня шумов в j-м КА порогового уровня принимают решение о появлении в полосе частот сигналов ретранслированных j-м КА, выделяют обнаруженные сигналы КА путем вычитания из совокупности сигналов j-го КА: где - совокупность сигналов земной станции, координаты которой подлежат определению, и шумов, измеряют задержки в приеме сигналов ЗС корреляционным методом с направлений КС 1, КС 2 и КС 1, КС 3 соответственно, запоминают полученные значения определяют местоположение ЗС разностно-дальномерным способом.

Способ-прототип обеспечивает повышение помехозащищенности измерения координат ЗС за счет использования процедуры выделения помехового сигнала и его вычитания из группового сигнала.

Однако прототипу присущ недостаток, ограничивающий его применение. Во многих практических ситуациях пригодные для измерений вспомогательные КА могут отсутствовать, или их количество не превышает одного. В результате прототип теряет свою работоспособность. Кроме того, низкий уровень ОСШ в смежных КА влечет за собой низкую точность определения местоположения ЗС.

Целью заявляемого технического решения является разработка способа определения местоположения подвижной земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу посредством РДС, обеспечивающего повышение точности ОМ ЗС за счет увеличения отношения сигнал/шум в смежных КА.

Поставленная цель достигается тем, что используют земную станцию определения местоположения в составе антенной системы, многоканального когерентного радиоприемного устройства с блоком расчета координат и радиопередатчика; формируют и излучают РПД тестовый радиосигнал в полосе рабочих частот КА ΔF и когерентно принимают РПУ на интервале времени ДГ, запоминают копии сигнала, ретранслированных от КА, находящимися в зоне электромагнитной доступности ЗСОМ, которые через соответствующие антенны антенной системы поступают на соответствующие входы многоканального когерентного РПУ; компенсируют частотную нестабильность каждого из когерентных каналов многоканального РПУ по результатам приема ТРС; вычисляют наклонную дальность от ЗСОМ до КА с последующей коррекцией на их основе координат КА, формируют излучения ТРС в заданной полосе частот перед каждым очередным определением координат ЗС, устраняют текущую частотную нестабильности каждого из когерентных каналов приема, сравнивают заранее измеренные и запомненные шумовые уровни , где j - номер КА, в i-той полосе частот с их текущим уровнем в случае превышения приращения уровня шумов в j-ом порогового уровня принимают решение о появлении в полосе частот сигналов ретранслируемых j-м КА, выделении обнаруженных сигналов j-го КА путем вычитания из совокупности сигналов j-го совокупность сигналов земной станции, координаты которой подлежат определению, и шумов, измерении задержки в приеме сигналов корреляционным методом, запоминают полученные значения и определяют местоположение разностно-дальномерным способом, дополнительно используют М, М≥2 низкоорбитальных космических аппаратов (НКА), пункт управления (ПУ) НКА, а ЗСОМ содержит М+1 канальное когерентное РПУ с блоком расчета координат и антенную систему из М+1 антенн, антенны Ант.2,…,Ант.М+1 автоматически отслеживают направление на соответствующие НКА, а Ант.1 ориентирована в направлении «основного» находящегося на геостационарной орбите и обеспечивающего ретрансляцию сигналов по основному лепестку диаграммы направленности (ДН), на основе нисходящей линии сигналов в блоке расчета координат РПУ ЗСОМ осуществляют обнаружение сигналов технический анализ, определение центральной частоты и ширины спектра на основе частотного плана определяют частотные параметры восходящей линии полученные в ЗСОМ значения передают на ПУ НКА, в функции которого входит прогноз даты и времени нахождения НКА в зоне электромагнитной доступности (ЭМД) ЗСОМ и ПУ, задание всем М НКА по низкоскоростному каналу связи время включения и выключения ретрансляторов, находящихся на их борту, параметров ретранслируемого сигнала времени передачи сообщений на ПУ о текущих координатах соответствующих m - ных НКА - количество сообщений за время пролета над районом поиска, - время измерения координат НКА в n-ой точке, m=2,3,…, М+1, m - номер НКА, координатно-времен-ные данные от всех НКА последовательно передают на ПУ и далее на ЗСОМ, осуществляют своевременную ориентацию Ант.2, Ант.М+1 на соответствующие НКА по TLE-параметрам их орбит, устраняют текущую частотную нестабильность приемных каналов РПУ в полосе частот в моменты времени при определении координат НКА осуществляют прием сигналов в полосе частот и их ретрансляцию на ЗСОМ в полосе которые через Ант., 2, Ант.М+1 поступают на соответствующие входы РПУ, одновременно сигналы ретранслированные КА_Ъ через Ант.1 поступают на первый вход РПУ, а на основе координат и М НКА и ретранслированных ими сигналов в фиксированные моменты времени корреляционным методом определяют М задержек в приеме сигналов в каждой из N точек пространственного положения НКА.

Заявляемый способ поясняется чертежами:

на фиг. 1 показаны условия, когда в зоне электромагнитной доступности ЗС и ЗСОМ находятся космический аппарат на геостационарной орбите и два на низкоорбитальной орбите;

на фиг. 2 приведен обобщенный алгоритм определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу;

на фиг. 3 показан внешний вид НКА на базе CubeSat;

на фиг. 4 приведена обобщенная структурная схема НКА;

на фиг. 5 приведен обобщенный алгоритм функционирования НКА;

на фиг. 6 показаны результаты моделирования предлагаемого способа:

а) зависимость среднеквадратического отклонения ошибки (СКО) местоопределения неподвижного источника радиоизлучения от отношения сигнал/шум во вспомогательных КА при их взаимном расстоянии 200 км:

б) зависимость СКО местоопределения подвижной ЗС для одного измерения от расстояния между вспомогательными НКА;

в) зависимость взаимного угла между направлениями лучей от источника излучения до каждого НКА для высоты полета последних 545 км.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. В настоящее время широкое распространение получили системы геолокации, использующие три и более КА, находящиеся на геостационарной орбите, при определении местоположения земной станции. Для их функционирования необходимо выполнение ряда требований. К последним относятся: наличие как минимум двух дополнительных спутников-ретрансляторов («зеркальных» или смежных КА), которые имеют одинаковые частоты восходящих линий связи, поляризацию антенной системы и зону покрытия. Кроме того, требуется знание точного местоположения задействованных в измерениях КА.

Мультимедийная архитектура определения местоположения ЗС предполагает использование разностно-дальномерного, разностно-доплеровского способов или их комбинаций (см. Char М. Application of a dual satellite geolocation system on locating sweeping interference//World Academy of Science, Engineering Technology. -2012. T. 6, #9, p.1029-1034).

Спутник-ретранслятор КА₁ является «основным», так как он обеспечивает ретрансляцию сигнала 1-й ЗС по основному лепестку ДН. В аналогах и прототипе второй и третий КА являются смежными, находятся на некотором удалении от КА₁ и способны передавать то же излучение, полученное по боковым лепесткам ДН ЗС, но с большим затуханием. Их уровень, как правило, колеблется в пределах от -70 дБ до -40 дБ. Если ЗСОМ находится в зоне ЭМД, формируемой антенными системами названных КА, то ее многоканальное РПУ сможет принимать сигналы от этих КА, их дальнейшую обработку и определение координат ЗС. В то же время, не редкими являются ситуации, когда вспомогательные космические аппараты КА₂ и КА₃ могут отсутствовать, или их существует не более одного. Данную проблему предлагается решить с помощью М, М≥2, низкоорбитальных космических аппаратов с размещенными на их борту ретрансляторами сигналов. В этом случае уровень ретранслированных сигналов ЗС составляет 6-8 дБ (с учетом антенны меньшего диаметра и меньшего расстояния до НКА). В результате увеличения уровня сигнала (на 50 дБ и более) по отношению к вспомогательным КА на ГСО возрастает отношение сигнал/шум. Последнее влечет за собой повышение точностных характеристик предлагаемого способа. На фиг.1 приведен вариант такого решения, когда сигналы источника ретранслируются КА₁ на геостационарной орбите и двумя НКА. Использование одного НКА позволяет определить координаты стационарной ЗС. Перемещение в пространстве НКА позволяет проводить последовательные во времени измерения с получением на интервале времени не только линий положения, но и координат ЗС. Однако для измерения координат подвижной ЗС необходимо одновременное использование двух и более НКА. В результате становится возможным определение текущих координат подвижной ЗС благодаря получению двух и более линий положения в моменты времени . В качестве НКА целесообразно использовать Кубсат (англ. CubeSat ← cube+satellite) - формат малых (сверхмалых) искусственных спутников Земли, имеющих габариты 10×10×10 см при массе не более 1,33 кг (см. электронный ресурс https://www.webcitation.org/6ABSpR8qR?url=http://www.cubesat.org/images/developers/cds_rev 12.pdf. Обр. 6.05.2024).

На подготовительном этапе (см. фиг.1, 2) с помощью РПД излучают шумопо-добный тестовый радиосигнал в полосе рабочих частот КА ΔF и принимают его первым каналом РПУ на интервале времени AT, компенсируют частотную нестабильность первого канала РПУ по результатам приема ТРС. Используемая при этом низкая мощность ТРС не оказывает деструктивного воздействия на работу системы спутниковой связи. С помощью этого реперного сигнала определяют или уточняют частотный план спутника (частоты восходящего канала по наблюдаемым частотам нисходящего канала). Реализация этих процедур известна (см. Пат. РФ №2172495, МПК G01S 5/00 (2000.01), G01S 5/06 (2000.01), опубл. 20.08.2001, бюл. №23; Волков Р.В. и др. Основы построения и функционирования разностно-дальномерных систем координатометрии источников радиоизлучения. - СПб: ВАС, 2003. - 116 с). В свою очередь, определение зон ЭМД, формируемых антенными системами КА, известно (см. Челышев В.Д., Якимовец В.В. Радиоэлектронные системы административного и военного управления. Часть первая. Радиоинтерфейсы систем мобильного радиосервиса: Учебник. - СПб: ВАС, 2006. - 576 с). Вычисляют наклонную дальность от ЗСОМ до КА₁, находящегося на геостационарной орбите с последующей коррекцией на ее основе координат КА_1. Здесь - измеренное значение задержки принятого после ретрансляции ТРС через КС 1, с - скорость света. Далее осуществляют обнаружение сигналов путем сравнения заранее измеренных и запомненных шумовых уровней в полосе частот с их текущим уровнем В случае превышения уровня шумов в порогового уровня принимают решение о появлении в полосе частот сигналов ретранслируемых КА₁. Далее выделяют обнаруженный сигнал

где - совокупность сигналов координаты которой подлежат определению, и шумов. На его основе выполняют оценку характеристик рабочей полосы частот значения несущей частоты вида модуляции и манипуляции, скорости манипуляции.

На основе полученных значений по частотному плану определяют характеристики сигналов восходящей линии что необходимо для постановки задачи геолокации НКА.

Планирование сеанса геолокации включает следующее. На основе TLE-параметров (см. Приложение) орбиты НКА определяют дату и время нахождения каждого т-го НКА в зоне ЭМД время включения и выключения ретранслятора m-го НКА, параметры ретранслируемых сигналов время передачи сообщений на ПУ о текущих координатах НКА n = 1, 2, …,N,N - количество сообщений за время пролета над районом поиска, - время измерения координат НКА. Названные величины из ЗСОМ поступают на ПУ и далее по низкоскоростному каналу связи на борт каждого НКА. Параметры НКА также используют для своевременной ориентации Ант.2, …, Ант. М+1.

В интересах повышения точности измерения координат ЗС по аналогии с прототипом в моменты времени корректируют значения наклонной дальности от ЗСОМ до KA₁ и НКА, компенсируют частотные нестабильности когерентных каналов М+1 - канального РПУ. С этой целью формируют шумоподобный ТРС с известными параметрами и излучают посредством РПД. При этом мощность ТРС меньше После его ретрансляции от КА₁ и НКА посредством Ант.1 и Ант 2,…, Ант.М+1 сигналы принимают когерентным РПУ и с помощью процедур корреляции (излученного ТРС с его принятыми ретранслированными копиями) вычисляют величины задержек, характеризующих наклонную дальность от ЗСОМ до соответствующих КА₁ и НКА.

Наклонную дальность D между ЗСОМ и КА рассчитывают по формуле

где - рассчитанное значение задержки принятого после ретрансляции ТРС через соответствующий КА, с- скорость света. Кроме того, по результатам искажений принятых версий ретранслированного ТРС, полученных в результате прохождения соответствующих трактов приема РПУ, выполняют коррекцию амплитудно-частотных характеристик каждого из приемных каналов в полосе частот Реализация этих процедур известна (см. Пат. РФ №2172495, МПК G01S 5/00 (2000.01), G01S 5/06 (2000.01) опубл. 20.08.2001, бюл. №23).

В течение интервала времени осуществляют прием ретранслированных от КА₁ и М НКА сигналов и определение в момент времени t_n корреляционным методом М задержек сигнала . Для нахождения последних используют уточненные координаты КА₁ и НКА.

В следующий момент времени процедуры по тестированию приемных трактов, уточнению координат КА₁ и НКА и измерению задержек повторяют. В результате пролета НКА над районом поиска получают N значений задержек сигнала N>3, что позволяет определять траекторию движения и текущее местоположение Определение местоположения ЗС РДС выполняют аналогично способу-прототипу. Для этого используют известный способ координатометрии (см. Дворников С.В., Саяпин В.Н., Симонов А.Н. Теоретические основы координатометрии источников радиоизлучений. - СПб: ВАС, 2007). Последний включает этапы:

измерение одного из координатно-информационных параметров (КИП) радиосигналов ЗС, ретранслированных КА;

определение параметров положения, соответствующих каждому КИП;

построение линий (поверхностей) положения по его параметрам;

определение местоположения ЗС на поверхности линий (поверхностей) положения.

Физические координаты ЗС находят из системы уравнений, приведенной в Пат. РФ №2663193, стр. 6, решение которой известно (см. Севидов В.В. Варианты реализации разностно-дальномерного метода определения координат земных станций по сигналам спутников-ретрансляторов // Радиотехника, электроника и связь (РЭ и С - 2015). Международная научно-техническая конференция. - СПб.: ВАС, 2015. с 303-308).

На фиг.3 показан внешний вид НКА. Последний содержит антенную систему в составе: UHF-антенна 1, антенна глобальной навигационной спутниковой системы 2, антенна диапазона 6-18 ГГц 3, антенна диапазона 0,8-6 ГГц 4, антенна Х-диапазона 5, солнечная панель 6, блок датчиков пространственной ориентации 7, модуль ретранслятора 8, блок управления НКА (бортовой компьютер) 9, радиомодем 10, блок питания 11, аккумуляторные батареи 12, блок управления маховиками и магнитными катушками 13, блок маховиков 14, блок магнитных катушек 15 и магнитометр 16. Обобщенная структурная схема НКА приведена на фиг.4, а на фиг.5 - обобщенный алгоритм его функционирования.

Низкоорбитальный космический аппарат работает следующим образом. Разработанный на ЗСОМ план геолокации поступаетна ПУ и далее по низкоскоростному каналу связи на борт НКА. Последний содержит следующие данные: время включения и выключения ретранслятора 8, рабочие частоты ретранслятора 8 по линии вверх и линии вниз фиксированные моменты времени определения собственных координат НКА и их количество N. Данные геолокации принимаются антенной 1 и радиомодемом 10 и поступают на вход блока управления НКА 9. Блок 9 формирует управляющую команду ретранслятору 8. В результате блок 8 настраивает приемный тракт на полосу частот с центральной частотой а передающий тракт на частоты При достижении времени ретранслятор 8 включается и осуществляет ретрансляцию сигналов При достижении очередного фиксированного момента времени с помощью сигналов ГНСС определяют координаты НКА Эти данные могут сразу (последовательно) по низкоскоростному каналу связи через блоки 10, 1 НКА, ПУ передаваться на ЗСОМ или накапливается на борту НКА. В последнем случае они поступают на ЗСОМ после пролета НКА над контролируемым районом. В течение времени между выполняют N операций по определению координат НКА. При достижении времени ретранслятор 10 выключается.

В процессе полета НКА осуществляется контроль работоспособности всех подсистем обеспечения, результаты которого периодически доводятся до ЗСОМ по низкоскоростному каналу связи. ПУ КА выполняет при этом роль ретранслятора сигналов ЗСОМ и НКА.

Оценка эффективности предлагаемого способа выполнена на основе моделирования в среде Матлаб (см. фиг.6а, б, в). При моделировании использован UHF-диапазон (225-400 МГц). Частота сигнала F_i=263,625 МГц, ΔF_i=30 кГц, в режиме непрерывной несущей. В качестве основного (КА₁) выбран спутник Intelsat 22 (NORAD 38098), а НКА представлен Кубсат 1 (NORAD 57202), Кубсат 2, смещенный на необходимое количество километров. Источником сигнала является ЗС с координатами [60.30.5] г. Санкт-Петербург. Длительность геолокации 5 мин, время проведения 28.05.2024 09:38:00-09:43:00 (UTC+3). Количество измерений N=30 (через интервал времени 10 с), интервал анализа 1 с. Отношение сигнал / шум в основном канале приема составило 10 дБ, в канале приема НКА 7 дБ.

На фиг.6а приведена зависимость СКО определения местоположения неподвижной ЗС от ОСШ во вспомогательных НКА (уровень сигнала в основном КА₁ на геостационарной орбите 10 дБ). При этом кривая 1 соответствует использованию одного НКА, а кривая 2 - двум. Неподвижность ЗС позволяет выполнить усреднение полученных результатов измерений, чем достигается их более высокая точность. Использование двух НКА в совокупности с КА₁ на геостационарной орбите обеспечивает более высокую точность определения координат ЗС, которая в свою очередь зависит от расстояния между НКА (см. фиг. 6б).

Определение координат мобильной ЗС с помощью одного НКА и КА на геостационарной орбите не представляется возможным. С их помощью возможно получить только линию положения на поверхности Земли, которая по мере движения ЗС и полета НКА будет смещаться. Для получения координат ЗС необходимо использовать два (см. кривая 2 на фиг.6а) и более НКА в совокупности КА₁. Однако точность определения координат в этом случае ниже (см. фиг.6б) из-за отсутствия возможности усреднения результатов измерений. В то же время точностные характеристики предлагаемого способа по сравнению с прототипом выше. Это объясняется тем, что прототипу приходится выполнять измерения при ОСШ во вспомогательных КА на геостационарной орбите от -40 дБ до -60 дБ, в то время как на НКА эта величина лежит в пределах 6…8 дБ.

Результаты, приведенные на фиг.6 6, свидетельствуют о том, что увеличение расстояния между НКА позволяет повысить точность определения координат ЗС в силу того обстоятельства, что линии положения на поверхности Земли проходят под большим взаимном углом. Однако возможно возникновение такой ситуации, когда единовременно только один НКА попадет в зону ЭМД искомой ЗС.

На фиг.6в приведена зависимость взаимного угла между линиями положения на поверхности Земли от расстояния между НКА для высоты полета последних 545 км. Последняя имеет линейный характер, а угол наклона зависит от высоты полета НКА.

Выше рассмотрена реализация способа ОМ ЗС с использованием одного КА на геостационарной орбите и двух НКА (М=2). Увеличение количества НКА, М>2, одновременно находящихся в зоне ЭМД ЗС, ПУ, ЗСОМ, позволяет повысить точность ОМ ЗС благодаря увеличению одновременно полученных пространственно некоррелированных измерений задержек ее сигналов Однако данному подходу присущ недостаток, связанный с возрастанием материальных затрат на его реализацию.

Способ относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения (ОМ) источников радиоизлучения, и может быть использован для определения местоположения земной станции (ЗС) спутниковой связи (СС) посредством приема и обработки их сигналов, ретранслированных от космических аппаратов (КА) на земной станции определения местоположения (ЗСОМ). Технический результат состоит в повышении точности ОМ ЗС за счет увеличения отношения сигнал/шум в смежных КА. Упомянутый технический результат достигается тем, что дополнительно используют М, М ≥ 2 низкоорбитальных космических аппаратов (НКА), пункт управления (ПУ) НКА, ЗСОМ содержит М + 1 канальное когерентное РПУ с блоком расчета координат и антенную систему из М + 1 антенн, М антенн автоматически отслеживают направление на НКА, а Ант. 1 ориентирована в направлении «основного» находящегося на геостационарной орбите и обеспечивающего ретрансляцию сигналов по основному лепестку диаграммы направленности, на основе нисходящей линии сигналов в блоке расчета координат РПУ ЗСОМ осуществляют обнаружение сигналов технический анализ, определение центральной частоты и ширины спектра определяют частотные параметры и восходящей линии полученные значения передают на ПУ НКА, в функции которого входит прогноз даты и времени нахождения НКА в зоне электромагнитной доступности ЗСОМ и ПУ, задание отправляют всем М НКА по низкоскоростному каналу связи время включения и выключения ретрансляторов, параметров ретранслируемого сигнала времени передачи сообщений на ПУ о текущих координатах m-них НКА N - количество сообщений за время пролета над районом поиска,- время измерения координат НКА в n-ой точке, m = 2, 3, …, М + 1, m - номер НКА, координатно-временные данные от всех М НКА последовательно передают на ПУ и далее на ЗСОМ, своевременную ориентацию Ант. 2, …, Ант. М + 1 на соответствующие НКА осуществляют по TLE-параметрам их орбит, на основе тестовых радиосигналов, излучаемых в моменты времени устраняют текущую частотную нестабильность М+1 приемных каналов РПУ в полосе частот при определении координат ЗС М НКА осуществляют прием сигналов в полосе частот и их ретрансляцию на ЗСОМ в полосе которые через Ант. 2, …, Ант. М + 1 поступают на соответствующие входы РПУ, одновременно сигналы ретранслированные КА₁, через Ант. 1 поступают на первый вход РПУ, а на основе координат КА₁ и М НКА и ретранслированных ими сигналов в фиксированные моменты времени корреляционным методом определяют М задержек в приеме сигналов в каждой из N точек пространственного положения НКА. 6 ил.

Способ определения местоположения земной станции (ЗС) спутниковой связи (СС) по ретранслированному сигналу от космических аппаратов (КА), заключающийся в использовании земной станции определения местоположения (ЗСОМ) в составе антенной системы, многоканального когерентного радиоприемного устройства (РПУ) с блоком расчета координат и радиопередатчика (РПД); формировании и излучении РПД тестового радиосигнала (ТРС) в полосе рабочих частот КА ΔF и когерентном приеме РПУ на интервале времени ΔT, запоминании копий сигнала, ретранслированных от КА, находящимися в зоне электромагнитной доступности ЗСОМ, которые через соответствующие антенны антенной системы поступают на соответствующие входы многоканального когерентного РПУ; компенсации частотной нестабильности каждого из когерентных каналов многоканального РПУ по результатам приема ТРС; вычислении наклонной дальности от ЗСОМ до КА с последующей коррекцией на их основе координат КА, формировании излучений ТРС в заданной полосе частот перед каждым очередным определением координат ЗС, устранении текущей частотной нестабильности каждого из когерентного каналов приема, сравнении заранее измеренных и запомненных шумовых уровней где j - номер КА, в i-й полосе частот с их текущим уровнем в случае превышения приращения уровня шумов в j-м порогового уровня принятии решения о появлении в полосе частот сигналов ретранслируемых j-м КА, выделении обнаруженных сигналов j-го КА путем вычитания из совокупности сигналов j-го КА - совокупность сигналов земной станции, координаты которой подлежат определению, и шумов, измерении задержки в приеме сигналов корреляционным методом, запоминании полученных значений и определении местоположения разностно-дальномерным способом, отличающийся тем, что дополнительно используют М, М ≥ 2 низкоорбитальных космических аппаратов (НКА) пункт управления (ПУ) НКА, а ЗСОМ содержит М + 1 канальное когерентное РПУ с блоком расчета координат и антенную систему из М + 1 антенн, антенны Ант. 2, …, Ант. М + 1 автоматически отслеживают направление на соответствующие НКА, а Ант. 1 ориентирована в направлении «основного» КА₁, находящегося на геостационарной орбите и обеспечивающего ретрансляцию сигналов по основному лепестку диаграммы направленности, на основе нисходящей линии сигналов КА₁ в блоке расчета координат РПУ ЗСОМ осуществляют обнаружение сигналов технический анализ, определение центральной частоты и ширины спектра на основе частотного плана КА₁ определяют частотные параметры восходящей линии полученные в ЗСОМ значения передают на ПУ НКА, в функции которого входит прогноз даты и времени нахождения НКА в зоне электромагнитной доступности (ЭМД) ЗСОМ и ПУ, задание всем М НКА по низкоскоростному каналу связи время включения и выключения ретрансляторов, находящихся на их борту, параметров ретранслируемого сигнала времени передачи сообщений на ПУ о текущих координатах соответствующих m-них НКА n = 1, 2, …, N, N - количество сообщений за время пролета над районом поиска, - время измерения координат НКА в n-й точке, m = 2, 3, …, М + 1, m - номер НКА, координатно-временные данные от всех М НКА последовательно передают на ПУ и далее на ЗСОМ, своевременную ориентацию Ант. 2, Ант. М+1 на соответствующие НКА осуществляют по TLE-параметрам их орбит, устраняют текущую частотную нестабильность М + 1 приемных каналов РПУ в полосе частот в моменты времени при определении координат М НКА осуществляют прием сигналов в полосе частот и их ретрансляцию на ЗСОМ в полосе которые через Ант. 2, Ант. М + 1 поступают на соответствующие входы РПУ, одновременно сигналы ретранслированные КА₁, через Ант.1 поступают на первый вход РПУ, а на основе координат КА₁ и М НКА и ретранслированных ими сигналов в фиксированные моменты времени корреляционным методом определяют М задержек в приеме сигналов в каждой из N точек пространственного положения НКА.