RU2578003C1 - Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma - Google Patents
Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578003C1 RU2578003C1 RU2014151189/11A RU2014151189A RU2578003C1 RU 2578003 C1 RU2578003 C1 RU 2578003C1 RU 2014151189/11 A RU2014151189/11 A RU 2014151189/11A RU 2014151189 A RU2014151189 A RU 2014151189A RU 2578003 C1 RU2578003 C1 RU 2578003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- quasar
- measurements
- frequency
- trajectory
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области космонавтики, а именно к системам траекторных измерений межпланетных космических аппаратов.The invention relates to the field of astronautics, and in particular to systems of trajectory measurements of interplanetary spacecraft.
Уровень техникиState of the art
Известно (см. работу [1]), что на практике при проведении траекторных измерений межпланетных космических аппаратов используют измерение двух параметров движения КА - наклонной дальности до КА R и радиальной составляющей скорости КА относительно измерительной станции , которые последовательно измеряются несколькими территориально разнесенными измерительными станциями (ИС).It is known (see [1]) that in practice, when conducting trajectory measurements of interplanetary spacecraft, the measurement of two spacecraft motion parameters is used — the inclined range to the spacecraft R and the radial component of the spacecraft’s velocity relative to the measuring station , which are sequentially measured by several geographically spaced measuring stations (IS).
В состав погрешностей измерений R и входят погрешности, вызываемые распространением радиоволн в ионосфере Земли и ионизированной межпланетной плазме.The composition of the measurement errors R and Includes errors caused by the propagation of radio waves in the Earth’s ionosphere and ionized interplanetary plasma.
При совершенствовании космической техники аппаратные погрешности измерений R и уменьшаются, и по мере их уменьшения доля погрешностей за счет распространения радиоволн в суммарных погрешностях траекторных измерений увеличивается. Погрешности распространения становятся сравнимыми по величине с аппаратурными погрешностями и даже превышают их.With the improvement of space technology, hardware measurement errors R and decrease, and as they decrease, the proportion of errors due to the propagation of radio waves in the total errors of the trajectory measurements increases. Propagation errors become comparable in magnitude with the hardware errors and even exceed them.
Учет погрешностей траекторных измерений за счет распространения радиоволн на практике осуществляется расчетным путем. Точность полученных результатов при этом оказывается очень низкой.Inaccuracy of trajectory measurements due to the propagation of radio waves in practice is carried out by calculation. The accuracy of the results obtained is very low.
Поэтому актуальной задачей является реальное измерение погрешностей за счет распространения радиоволн объективными методами с необходимой точностью.Therefore, an urgent task is the real measurement of errors due to the propagation of radio waves by objective methods with the necessary accuracy.
Прототипом описываемого изобретения является схема измерения и учета погрешностей за счет распространения радиосигналов в ионосфере и межпланетной плазме, используемая в составе дифференциального радиотехнического интерферометра со сверхдлинными базами (РСДБ) [1].
(см. Фиг. 1).The prototype of the described invention is a scheme for measuring and accounting errors due to the propagation of radio signals in the ionosphere and interplanetary plasma, used as part of a differential radio engineering interferometer with extra-long bases (VLBI) [1].
(see Fig. 1).
Работа такого РСДБ производится следующим образом: The operation of such VLBI is as follows:
последовательно принимаются и регистрируются первым, вторым и третьим приемными пунктами (3, 4, 5) сигналы от КА (1) и находящегося от него на минимальном угловом расстоянии на небесной сфере квазара (2) с точно известными координатами.the signals from the spacecraft (1) and the quasar (2) located at a minimum angular distance in the celestial sphere from precisely known coordinates are sequentially received and recorded by the first, second, and third receiving points (3, 4, 5).
В результате корреляционной обработки (6) полученной информации вычисляется задержка сигналов от КА (1) и квазара (2), которая служит информационной основой для определения относительного углового положения КА (1) и квазара (2) на небесной сфере. Точные положения используемых при измерениях квазаров даются соответствующими каталогами.As a result of the correlation processing (6) of the received information, the signal delay from the spacecraft (1) and the quasar (2) is calculated, which serves as an information basis for determining the relative angular position of the spacecraft (1) and the quasar (2) on the celestial sphere. The exact positions of the quasars used in the measurements are given by the corresponding catalogs.
Разница в положении квазара, взятого из каталога и измеренного интерферометром квазара (2), вызвана погрешностями измерений, за счет распространения радиосигналов через ионосферу Земли и межпланетную плазму.The difference in the position of the quasar taken from the catalog and measured by the quasar interferometer (2) is caused by measurement errors due to the propagation of radio signals through the Earth's ionosphere and interplanetary plasma.
При использовании результатов измерений РСДБ считается, что погрешности измерений положений на небесной сфере квазара (2) и КА (1) равны. Однако при использовании способа, взятого за прототип, определяется интегральная ошибка в угловом положении КА, вызванная прохождением радиосигналов через ионизированную среду, а определение ошибок в радиоканалах не может быть определено.When using the VLBI measurement results, it is believed that the measurement errors of the positions on the celestial sphere of the quasar (2) and KA (1) are equal. However, when using the method taken as a prototype, the integral error in the angular position of the spacecraft is determined, caused by the passage of radio signals through an ionized medium, and the determination of errors in radio channels cannot be determined.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Заявленное изобретение направлено на устранение данных недостатков. The claimed invention is aimed at eliminating these disadvantages.
Технический результат изобретения заключается в измерении погрешностей траекторных измерений КА, вызываемых распространением измерительных радиосигналов через ионизированную среду.The technical result of the invention is to measure the errors of the trajectory measurements of the spacecraft, caused by the propagation of the measuring radio signals through the ionized medium.
Технический результат достигается тем, что способ измерения погрешностей при траекторных измерениях дальних космических аппаратов (КА), возникающих за счет прохождения радиосигнала через ионосферу Земли и межпланетную плазму, заключающийся в том, что в процессе проведения траекторных измерений дальности и радиальной составляющей скорости космического аппарата (КА), отличающийся тем, что кроме измерительных сигналов с КА на частоте f01 принимают сигналы с квазара на частотах f01 и частоте f02, значительно отличающейся от частоты f01, при этом обеспечивают минимальный сдвиг по времени между измерениями с КА и квазара, выбирают угловое положение квазара таким образом, чтобы проекция его положения на небесной сфере была максимально приближена к положению КА во время траекторных измерений, при этом трассы прохождения сигналов от КА и квазара к измерительной станции практически совпадают, определяют двухчастотным методом смещение частоты f пр.1 относительно частоты f01, равное ∆ f 1, по измеренным значениям принятых с квазара частот f пр.1 и f пр.2, равное погрешности в измерениях скорости КА из-за практического совпадения трасс прохождения сигналов от КА и квазара, кроме того, по величине смещения частоты ∆ f 1 определяют интегральную ионизацию трассы квазар-измерительная станция, и по ее величине вычисляют временную задержку Δt прохождения сигнала f 01, которая практически равна погрешности измерения дальности где с - скорость света, при траекторных измерениях КА полученные данные передают в баллистический центр совместно с результатами траекторных измерений КА для расчета траектории КА.The technical result is achieved by the fact that the method of measuring errors in trajectory measurements of distant spacecraft (SC) arising from the passage of a radio signal through the Earth's ionosphere and interplanetary plasma, which consists in the fact that during trajectory measurements of the range and radial velocity component of the spacecraft (SC) ), characterized in that in addition to measuring signals from the spacecraft at a frequency f01 receive signals from the quasar at frequencies f01 and frequency f02significantly different from frequency f01while providing a minimum time shift between measurements from the spacecraft and the quasar, choose the angular position of the quasar so that the projection of its position on the celestial sphere is as close as possible to the position of the spacecraft during trajectory measurements, while the path of the signals from the spacecraft and quasar to measuring stations practically coincide, determine the frequency offset f by the two-frequency methodpr.1 relative to frequency f01equal to ∆ fone, according to the measured values received from the quasar of frequencies fpr.1and fpr.2equal to the error in the spacecraft velocity measurements due to the practical coincidence of the signal paths from the spacecraft and the quasar, in addition, in terms of the frequency offset ∆ fonedetermine the integral ionization of the route of the quasar-measuring station, and from its value calculate the time delay Δt of the passage of the signal f01, which is almost equal to the error in measuring the range where c is the speed of light, during trajectory measurements of the spacecraft, the obtained data is transmitted to the ballistic center together with the results of trajectory measurements of the spacecraft to calculate the trajectory of the spacecraft.
На фиг. 1 представлена структурная схема дифференциального радиоинтерферометра со сверхдлинной базой, где:In FIG. 1 shows a structural diagram of a differential radio interferometer with an extra long base, where:
1. Космический аппарат (КА);1. The spacecraft (SC);
2. Квазар;2. Quasar;
3. Первый приемный пункт;3. The first receiving point;
4. Второй приемный пункт;4. The second receiving point;
5. Третий приемный пункт;5. The third receiving point;
6. Корреляционная обработка;6. Correlation processing;
7. Расчет траектории.7. The calculation of the trajectory.
На фиг. 2 представлена структурная схема осуществления способа определения погрешностей при траекторных измерениях межпланетных космических аппаратов за счет распространения радиосигналов в ионосфере Земли и межпланетной плазме, где:In FIG. 2 is a structural diagram of a method for determining errors in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to the propagation of radio signals in the Earth’s ionosphere and interplanetary plasma, where:
8. Ионизированное пространство;8. Ionized space;
9. Измерительная станция (ИС);9. Measuring station (IS);
10. Расчет траектории КА.10. Calculation of the trajectory of the spacecraft.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В заявляемом способе измерения погрешностей траекторных измерений дальних КА также используются космические источники излучения (квазары) (2), расположенные на небесной сфере вблизи КА (1), но в отличие от прототипа измерение погрешностей за счет прохождения радиосигналов через ионизированную среду осуществляется не путем определения ошибки в угловом положении квазара, а путем измерения двух изменений частот, излучаемых квазаром, при приеме их наземной ИС (9).The claimed method for measuring the errors of trajectory measurements of distant spacecraft also uses cosmic radiation sources (quasars) (2) located on the celestial sphere near the spacecraft (1), but unlike the prototype, the measurement of errors due to the passage of radio signals through an ionized medium is not carried out by determining the error in the angular position of the quasar, and by measuring two changes in the frequencies emitted by the quasar when receiving their ground-based IP (9).
Соотношения частот в заявленном способе определяются двумя выражениями:The frequency ratio in the claimed method is determined by two expressions:
, (1) , (one)
, ,
где ƒ01 и ƒ02 - частоты сигналов, излучаемых квазаром:where ƒ 01 and ƒ 02 are the frequencies of the signals emitted by the quasar:
При этом одна частота ƒ01 совпадает с частотой, на которой проводятся траекторные измерения КА, а другая частота ƒ02 выбирается со значительным отличием от ƒ01.In this case, one frequency ƒ 01 coincides with the frequency at which the trajectory measurements of the spacecraft are carried out, and the other frequency ƒ 02 is chosen with a significant difference from ƒ 01 .
Для обеспечения когерентности частот принимаемых с квазара сигналов гетеродины приемников ИС (9) должны быть когерентны.To ensure the coherence of the frequencies of the signals received from the quasar, the local oscillators of the IS receivers (9) should be coherent.
∆ƒ1 и ∆ƒ2 - изменения значений излучаемых частот за счет прохождения сигналов через ионизированные области космического пространства:∆ƒ 1 and ∆ƒ 2 - changes in the values of the emitted frequencies due to the passage of signals through the ionized regions of outer space:
ƒпр.1 и ƒпр.2 - значения частот сигналов, принимаемых наземными ИС;ƒ pr. 1 and ƒ pr. 2 - the frequencies of the signals received by the terrestrial IP;
- соотношение частот, излучаемых квазаром; - ratio of frequencies emitted by a quasar;
- соотношение величины изменения частот, за счет прохождения сигналов через ионизированное пространство. - the ratio of the magnitude of the frequency change due to the passage of signals through the ionized space.
Уравнение (2) может быть преобразовано:Equation (2) can be converted:
, (3) , (3)
Решив уравнения (1 ) и (3) относительно ∆ƒ1, получим величину изменения частоты ƒ01 через значения принятых частот ƒпр.1 и ƒпр.2 Solving equations (1) and (3) with respect to Δƒ 1 , we obtain the magnitude of the frequency change ƒ 01 through the values of the received frequencies ƒ pr. 1 and ƒ pr. 2
, (4) , (four)
при значении m>2÷3, единицей в знаменателе можно пренебречь. Тогдаif m> 2 ÷ 3, the unit in the denominator can be neglected. Then
, (5) , (5)
Описанная методика определения сдвига частот излучаемых квазаром сигналов рассмотрена в работе [2].The described technique for determining the frequency shift of the signals emitted by a quasar was considered in [2].
Ввиду малого значения угла α (см. Фиг. 2) линии прохождения сигналов КА (1) (L1) и квазара (2) (L2) проходят через ионизированную плазму (8) на близком расстоянии, и можно считать, что значение интегральной электронной концентрации ионосферы и межпланетной плазмы вдоль линий L1 и L2 близки.Due to the small value of the angle α (see Fig. 2), the transmission lines of the spacecraft (1) (L 1 ) and quasar (2) (L 2 ) pass through the ionized plasma (8) at a close distance, and we can assume that the integral the electron concentration of the ionosphere and interplanetary plasma along the lines L 1 and L 2 are close.
Поэтому измеренное вдоль линии L2 значение сдвига частоты сигнала ƒ01 будет иметь то же значение, что и при прохождении сигнала вдоль линии L1, т.е. измеренное значение ∆ƒ1 будет являться значением погрешности при измерении радиальной скорости КА (1).Therefore, measured along the line L2signal frequency shift value ƒ01will have the same meaning as when passing the signal along the line Lone,those. measured value ∆ƒonewill be the value of the error in measuring the radial velocity of the spacecraft (1).
Для определения погрешности измерения дальности КА (1) необходимо решить обратную задачу (см. [2]), то есть по измеренному значению сдвига частоты ∆ƒ1 определить интегральную электронную концентрацию ионосферы I вдоль линии L2, а по ней определить запаздывание радиосигнала ∆t по линии L2, которое фактически будет являться погрешностью измерения дальности до КА вдоль линии L1, ∆t·C=∆R. To determine the error in measuring the spacecraft range (1), it is necessary to solve the inverse problem (see [2]), that is, from the measured value of the frequency shift ∆ƒonedetermine the integral electron concentration of the ionosphere I along the line L2, and from it to determine the delay of the radio signal Δt on the line L2which will actually be an error in measuring the range to the SC along the line Lone, ∆t · C = ∆R.
Такие измерения погрешностей за счет распространения радиосигналов в ионизированном пространстве (8) с использованием квазаров (2) необходимо проводить в каждом сеансе траекторных измерений КА (1), а результаты передавать в баллистический центр для учета этих погрешностей при расчете траектории КА (10).Such error measurements due to the propagation of radio signals in the ionized space (8) using quasars (2) must be performed in each session of the trajectory measurements of the spacecraft (1), and the results should be transferred to the ballistic center to take these errors into account when calculating the spacecraft trajectory (10).
Список литературыBibliography
1. Радиотехнические комплексы для управления дальними космическими аппаратами, и для научных исследований под ред. Е.П. Молотова М: ФИЗМАТЛИТ, 2007, 232 с.1. Radio engineering systems for controlling long-range spacecraft, and for scientific research, ed. E.P. Molotova M: FIZMATLIT, 2007, 232 p.
2. Яковлев О.И. Космическая радиофизика М. Изд. РФФИ, 1998, 432 с.2. Yakovlev O.I. Space Radiophysics M. Ed. RFBR, 1998, 432 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151189/11A RU2578003C1 (en) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151189/11A RU2578003C1 (en) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2578003C1 true RU2578003C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014151189/11A RU2578003C1 (en) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578003C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671921C2 (en) * | 2016-11-11 | 2018-11-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук | Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2107306C1 (en) * | 1994-04-21 | 1998-03-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Method determining kinematic parameters of movement of object which moves faster than waves emitted by it |
RU31663U1 (en) * | 2002-12-02 | 2003-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Лётно-исследовательский институт им. М.М. Громова | Complex of on-board trajectory measurements |
US7197381B2 (en) * | 2003-12-08 | 2007-03-27 | University Of Maryland | Navigational system and method utilizing sources of pulsed celestial radiation |
US20100124895A1 (en) * | 2008-11-19 | 2010-05-20 | Harris Corporation | Systems and methods for compensating for transmission phasing errors in a communications system using a receive signal |
-
2014
- 2014-12-18 RU RU2014151189/11A patent/RU2578003C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2107306C1 (en) * | 1994-04-21 | 1998-03-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Method determining kinematic parameters of movement of object which moves faster than waves emitted by it |
RU31663U1 (en) * | 2002-12-02 | 2003-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Лётно-исследовательский институт им. М.М. Громова | Complex of on-board trajectory measurements |
US7197381B2 (en) * | 2003-12-08 | 2007-03-27 | University Of Maryland | Navigational system and method utilizing sources of pulsed celestial radiation |
US20100124895A1 (en) * | 2008-11-19 | 2010-05-20 | Harris Corporation | Systems and methods for compensating for transmission phasing errors in a communications system using a receive signal |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671921C2 (en) * | 2016-11-11 | 2018-11-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук | Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU112446U1 (en) | PASSIVE RADIOELECTRONIC COMPLEX FOR ONE-POINT DETERMINATION OF HORIZONTAL COORDINATES AND OBJECTS OF MOTION OF THE OBJECT BY THE LINE-FILTRATION CALMAN-BUSSI METHOD | |
CN111164461A (en) | System for determining a physical metric such as location | |
KR102166976B1 (en) | Unlimited network-realtime kinematic method and virtual reference station using thereof | |
KR20150110309A (en) | Interference geolocation using a satellite constellation | |
US20140203962A1 (en) | Method and System for Navigation | |
RU2525343C1 (en) | Method for simultaneous determination of six motion parameters of spacecraft when making trajectory measurements and system for realising said method | |
RU2578003C1 (en) | Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma | |
CN109490828B (en) | Positioning method based on homologous baseline array | |
Qin et al. | Improvement of global navigation satellite system signal acquisition using different grade inertial measurement units for high dynamic applications | |
JP4215264B2 (en) | Position and orientation estimation device | |
Xue et al. | Research on position differential method of dual-satellites TDOA and FDOA in passive location system | |
RU2624912C1 (en) | Radio interferometric method for studying near and far space objects and system for its realisation | |
RU2580827C1 (en) | Method for angular orientation of object | |
US10877159B2 (en) | Method and system for satellite signal processing | |
Cheung et al. | Differencing Methods for 3D Positioning of Spacecraft | |
CN107272024B (en) | A kind of base station distribution method of aircraft under high dynamic environment | |
RU2671921C2 (en) | Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma | |
Namassivaya et al. | Modelling of fpga-particle swarm optimized gnss receiver for satellite applications | |
US10585179B2 (en) | Systems, methods, and apparatuses for determining the distance between two positions | |
US20200003905A1 (en) | Method, device and server for estimation of ifb calibration value | |
Bidikar et al. | GPS C/A code multipath error estimation for surveying applications in urban canyon | |
Baumgarten et al. | Navigation and ionosphere characterization using high-frequency signals: Models and solution concepts | |
Goswami | Global Positioning System | |
RU2582068C1 (en) | Phase radio navigation system | |
RU2555247C1 (en) | Method for simultaneous determination of six movement parameters of sv at performance of trajectory measurements with one tracking station and system for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |