RU2625171C2 - Система измерения дальности космического аппарата - Google Patents
Система измерения дальности космического аппарата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625171C2 RU2625171C2 RU2015152447A RU2015152447A RU2625171C2 RU 2625171 C2 RU2625171 C2 RU 2625171C2 RU 2015152447 A RU2015152447 A RU 2015152447A RU 2015152447 A RU2015152447 A RU 2015152447A RU 2625171 C2 RU2625171 C2 RU 2625171C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- measuring
- spacecraft
- unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерению дальности космического аппарата (КА), расположенного на геостационарной орбите. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения дальности КА. Указанный результат достигается за счет того, что система измерения дальности КА состоит из приемопередатчика космического аппарата и наземного комплекса управления (НКУ), содержащего персональный компьютер оператора, мультиплексор/кодер, передатчик, антенный пост, приемник, время-измерительный узел, опорный генератор, узел постоянной памяти команд и узел постоянной памяти дальномерных последовательностей, элемент ИЛИ, коррелятор со схемой поиска и узел усреднения, выход которого является выходом системы, причем первый выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти команд и первым входом элемента ИЛИ, второй выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти дальномерных последовательностей и вторым входом элемента ИЛИ, первый вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом мультиплексора/кодера, второй вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом приемника, выход коррелятора со схемой поиска соединен со вторым входом время-измерительного узла, третий вход время-измерительного узла соединен с выходом элемента ИЛИ, выход измерительного узла соединен с входом узла усреднения, выход мультиплексора/кодера соединен с входом передатчика, выход которого соединен с входом антенного поста, выход которого соединен с приемником, приемопередатчик КА соединен двумя радиолиниями с антенным постом, опорный генератор соединен с первым входом время-измерительного узла. 1 ил.
Description
Настоящее техническое решение относится к области измерения расстояния радиотехническими средствами и, более конкретно, к измерению дальности космического аппарата (КА), расположенного на геостационарной орбите.
Измерение дальности КА производится в Наземном Комплексе Управления (НКУ). Персонал НКУ осуществляет операции по дистанционному управлению подсистемами и узлами КА, контролирует работоспособность, параметры и функции КА, также в дистанционном режиме.
Известен «Бортовой ретранслятор системы связи (варианты) и способ ретрансляции широкополосных сигналов», патент РФ №2292117, опубл. 20.01.2007. Аналог содержит блок выделения ошибки синхронизации, цифровой блок управления передатчиком информации, генератор опорных ШПС, блок формирования РД, последовательно соединенные приемное АФУ, блок обработки ШПС, блок выделения сигнала, блок временного уплотнения, модулятор, передатчик группового сигнала и передающее АФУ, а также последовательно соединенные блок выделения командной информации, блок формирования командного сигнала, передатчик командной информации и передающее АФУ с ФАР, причем блок выделения ошибки синхронизации по первому входу соединен со вторым выходом блока обработки ШПС, второй вход блока выделения ошибки синхронизации соединен с первым выходом генератора опорных ШПС, выход блока выделения ошибки синхронизации соединен со вторым входом блока временного уплотнения, генератор опорных ШПС по второму выходу соединен со вторым входом модулятора, вход цифрового блока управления передатчиком информации соединен со вторым выходом блока выделения командной информации, первый выход цифрового блока управления параллельно соединен со вторыми входами передатчика командной информации и передающим АФУ с ФАР, первый вход блока формирования радиоданных соединен со вторым выходом цифрового блока управления передатчиком информации, третий выход генератора опорных ШПС соединен со вторым входом блока формирования РД, а выход блока формирования радиоданных соединен со вторым входом блока формирования командного сигнала. Устройство предназначено для ретрансляции сигналов связи и управления, под которым подразумеваются командные и дальномерные сигналы в виде широкополосных сигналов. Расширение количества и номенклатуры широкополосных сигналов требует соответствующего расширения ширины полосы занимаемых частот. Это приводит к известным сложностям, в первую очередь, к уменьшению отношения сигнал/шум, оказывающего определяющее влияние на погрешность измерения дальности. Это является наиболее существенным недостатком аналога.
Наиболее близкой является система, описанная в US Patent 6864838, March, 8, 2005 «Ranging system and method for satellites (Система и способ измерения дальности спутников)» авторов Harles и др. Известная система в составе КА и НКУ, содержащего время-измерительный узел, опорный генератор и последовательно соединенные мультиплексор/кодер цифровых сигналов S1, S2 и т.д., модулятор QPSK, повышающий преобразователь частоты, антенный пост, понижающий преобразователь частоты, первый приемник, первый демодулятор, первый декодер, первый процессорный блок, выходом подключенный к первому входу время-измерительного блока, а также последовательно соединенные второй приемник, по входу соединенный с выходом модулятора QPSK, второй демодулятор, второй декодер и второй процессорный блок, выходом подключенный ко второму входу время-измерительного блока, причем выход опорного генератора подключен к третьему входу время-измерительного узла.
Далее будем считать, что в ограничительную часть формулы изобретения входит персональный компьютер оператора, который в прототипе не описан, но подразумевается. Объединим модулятор QPSK и повышающий преобразователь частоты под общим названием «передатчик» и под этим названием включим эти блоки в ограничительную часть формулы. Также объединим понижающий преобразователь частоты, первый приемник, первый демодулятор, первый декодер под общим названием приемник и под этим названием включим эти блоки в ограничительную часть формулы.
Недостаток известной системы состоит в низкой точности измерения дальности КА за счет прерывания измерения дальности, вызванного передачей команд, поскольку для передачи команд и одной из дальномерных последовательностей (которых может быть несколько) используется один и тот же радиоканал «вверх». Команды и дальномерные последовательности передаются поочередно с приоритетом в пользу команд. Поэтому измерение дальности в известной системе может производиться с перерывами, вызванными передачей команд, что снижает точность измерения дальности, поскольку затруднено усреднение результатов частных измерений, широко применяемое на практике. Передача в известной системе одной из дальномерных последовательностей производится с НКУ автоматически во время отсутствия команды. Дальномерный сигнал, излученный с антенного поста и принимаемый приемником КА, переизлучается передатчиком КА в сторону НКУ. Дальность определяется по задержке дальномерного сигнала на время прохождения трассы НКУ - КА - НКУ. Если команда передается, то передача дальномерного сигнала прерывается и измерение дальности КА не производится.
Задача предлагаемого технического решения состоит в повышении точности измерения дальности КА путем увеличения точности измерения интервала времени между излучением сигнала и приемом переизлученного КА либо дальномерного, либо командного сигналов, что обеспечивает измерение дальности без перерывов, вызванных необходимостью передачи команд. Измерение времени задержки, вызванного распространением дальномерного или командного сигналов по отмеченной выше трассе, позволяет обеспечить эффективное усреднение результатов частных измерений, что является предпосылкой повышения точности измерения дальности КА.
В известной системе измерения дальности Наземный Комплекс Управления содержит персональный компьютер оператора, мультиплексор/кодер, передатчик, антенный пост, приемник, а также время-измерительный узел и опорный генератор, причем выход мультиплексора/кодера соединен с входом передатчика, выход которого соединен с входом антенного поста, выход которого соединен с приемником, приемопередатчик космического аппарата соединен двумя радиолиниями с антенным постом, опорный генератор соединен с первым входом время-измерительного узла. Поставленная задача решается тем, что в известную систему измерения дальности космического аппарата дополнительно введены узел постоянной памяти команд и узел постоянной памяти дальномерных последовательностей, элемент ИЛИ, коррелятор со схемой поиска и узел усреднения, выход которого является выходом системы. Первый выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти команд и первым входом элемента ИЛИ, второй выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти дальномерных последовательностей и вторым входом элемента ИЛИ. Первый вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом мультиплексора/кодера, второй вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом приемника, выход коррелятора со схемой поиска соединен со вторым входом время-измерительного узла, третий вход время-измерительного узла соединен с выходом элемента ИЛИ, выход измерительного узла соединен с входом узла усреднения.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого технического решения. Сущность предложения состоит в том, что измерение дальности не прерывается на время передачи команды.
Система содержит персональный компьютер оператора 1, узел постоянной памяти команд 2, мультиплексор/кодер 3, передатчик 4, антенный пост 5, приемопередатчик КА 6, узел постоянной памяти дальномерных последовательностей 7, коррелятор со схемой поиска 8, приемник 9, элемент ИЛИ 10, время-измерительный узел 11, опорный генератор 12 и узел усреднения 13.
Работает система следующим образом.
С персонального компьютера оператора 1 эпизодически в автоматическом или ручном режиме подается импульс на чтение команд из узла постоянной памяти команд 2. Командная последовательность из узла постоянной памяти команд 2 в форме битового сигнала поступает на передатчик 4 через мультиплексор/кодер 3 и в виде последовательности радиоимпульсов на несущей частоте радиолинии «вверх» через антенный пост 5 поступает на приемопередатчик КА 6. На время отсутствия команд с персонального компьютера оператора 1 автоматически регулярно поступает импульс на чтение дальномерной последовательности из узла постоянной памяти дальномерных последовательностей 7. Дальномерная последовательность также в форме битового сигнала поступает на передатчик 4 через мультиплексор 3 и излучается в сторону приемопередатчика КА 6 через антенный пост 5.
Поэтому на приемопередатчик КА 6 излучается без перерывов либо команда, либо дальномерная последовательность.
Принятая и идентифицированная командная последовательность на борту КА направляется на исполнение узлами и подсистемами КА (здесь не рассматривается). Кроме того, по линии «вниз» с КА принятая команда ретранслируется полностью в сторону НКУ. Принятая на борту КА дальномерная последовательность также ретранслируется по радиолинии «вниз».
Коррелятор со схемой поиска 8 сопоставляет принятую и местную последовательность, поступающую с выхода мультиплексора 3. Схема поиска коррелятора 8 обеспечивает поиск максимума корреляционной функции, который достигается в момент совпадения излучаемой и принятой последовательностей. Импульсом «Пуск» с выхода элемента ИЛИ 10 запускается время-измерительный узел 11 каждый раз при запуске команды или дальномерной последовательности. Импульсом «Стоп» с выхода коррелятора со схемой поиска 8 работа время-измерительного узла 11 прекращается. Длительность интервала времени между импульсами «Пуск» и «Стоп» пропорциональна дальности КА. Измерение длительности этого интервала времени производится путем подсчета количества импульсов опорного генератора 12 за интервал времени между импульсами «Пуск» и «Стоп».
Поэтому на выходе время-измерительного узла 11 регулярно имеют место цифровые эквиваленты длительности измеряемого интервала времени без прерываний, свойственных прототипу. Результаты частных измерений усредняются в узле усреднения 13.
Эффективность предложенного технического решения можно показать следующим путем. Обозначим результат измерения длительности интервала времени
Здесь индекс «и» обозначает истинное значение xи длительности интервала времени, Δi погрешность измерения истинного значения в i-ом такте. При этом понимается, что xи, как и дальность КА, за время измерения изменяются в пределах меньше погрешности измерений. Наиболее существенно искажение, вызванное шумом в тракте принимаемого сигнала.
Если команды отправляются достаточно часто, что характерно для неориентированного полета КА, то измерение дальности по прототипу становится невозможным. В этом случае возможны только разовые измерения, при которых погрешность измерения равна Δi. Поскольку в предложенной системе измерения дальности производятся непрерывно как по командным, так и по дальномерным сигналам, то возможно эффективное усреднение результатов k измерений, i∈(1…k), производимое в узле усреднения 13. Считая отдельные Δi некоррелированными, получим:
Это выражение опирается на известное положение теории вероятностей: М - символ математического ожидания.
Широко известно из теории измерений (Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. М.: - Высшая школа, 1999), что
Здесь Dp - дисперсия усредненного результата измерений, a Dвх - дисперсия Δi. При k>>1 дисперсия результирующей погрешности Dp стремится к нулю. Это позволяет существенно уменьшить случайную составляющую погрешности измерения дальности КА, вызванную шумом. Иначе дело обстоит, когда необходима неоднократная передача команд. При этом по прототипу эффективность усреднения уменьшается вплоть до потери информации о дальности КА. В соответствии с предложенным техническим решением дальность КА измеряется не только по дальномерной последовательности, но и по командной последовательности, т.е. без перерывов, вызванных посылкой команды. Дальномерная последовательность является псевдослучайной (ПСП, Pseudo-Noise (PN) Ranging Systems. Issue 2. Recommendation for Space Data Standards (Blue Book), CCSDS 414.1-B-2. Washington, D.C.: CCSDS, January, 2014). Наибольшая эффективность предложенной системы измерения дальности КА достигается при кодировании команд псевдослучайной последовательностью с разрядностью, равной разрядности дальномерной ПСП.
Claims (1)
- Система измерения дальности космического аппарата, состоящая из приемопередатчика космического аппарата и наземного комплекса управления, содержащего персональный компьютер оператора, мультиплексор/кодер, передатчик, антенный пост, приемник, а также время-измерительный узел и опорный генератор, причем выход мультиплексора/кодера соединен с входом передатчика, выход которого соединен с входом антенного поста, выход которого соединен с приемником, приемопередатчик космического аппарата соединен двумя радиолиниями с антенным постом, опорный генератор соединен с первым входом время-измерительного узла, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены узел постоянной памяти команд и узел постоянной памяти дальномерных последовательностей, элемент ИЛИ, коррелятор со схемой поиска и узел усреднения, выход которого является выходом системы, причем первый выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти команд и первым входом элемента ИЛИ, второй выход персонального компьютера оператора соединен с узлом постоянной памяти дальномерных последовательностей и вторым входом элемента ИЛИ, первый вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом мультиплексора/кодера, второй вход коррелятора со схемой поиска соединен с выходом приемника, выход коррелятора со схемой поиска соединен со вторым входом время-измерительного узла, третий вход время-измерительного узла соединен с выходом элемента ИЛИ, выход измерительного узла соединен с входом узла усреднения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152447A RU2625171C2 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Система измерения дальности космического аппарата |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152447A RU2625171C2 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Система измерения дальности космического аппарата |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015152447A RU2015152447A (ru) | 2017-06-13 |
RU2625171C2 true RU2625171C2 (ru) | 2017-07-12 |
Family
ID=59067939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015152447A RU2625171C2 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Система измерения дальности космического аппарата |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2625171C2 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2018864C1 (ru) * | 1992-07-10 | 1994-08-30 | Московский Научно-Исследовательский Институт Приборостроения | Способ определения дальности в доплеровских измерителях вектора скорости для летательных аппаратов |
US20020135509A1 (en) * | 1998-07-24 | 2002-09-26 | Talbot Nicholas C. | Self-calibrating electronic distance measurement instrument |
US6718174B2 (en) * | 2000-10-27 | 2004-04-06 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for estimating velocity of a terminal in a wireless communication system |
US6864838B2 (en) * | 1999-02-08 | 2005-03-08 | Societe Europeenne Des Satellites S.A. | Ranging system and method for satellites |
RU2254588C2 (ru) * | 2003-05-19 | 2005-06-20 | Астраханский государственный технический университет | Способ прецизионного измерения навигационных параметров излучающих и отражающих объектов |
KR20090000760A (ko) * | 2007-03-30 | 2009-01-08 | 엔에이치엔(주) | 최적의 랜딩 페이지 검색을 통한 키워드 광고 노출 방법 및시스템 |
RU2013133214A (ru) * | 2013-07-16 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Способ коррекции траектории полета космического аппарата и устройство для его реализации |
-
2015
- 2015-12-07 RU RU2015152447A patent/RU2625171C2/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2018864C1 (ru) * | 1992-07-10 | 1994-08-30 | Московский Научно-Исследовательский Институт Приборостроения | Способ определения дальности в доплеровских измерителях вектора скорости для летательных аппаратов |
US20020135509A1 (en) * | 1998-07-24 | 2002-09-26 | Talbot Nicholas C. | Self-calibrating electronic distance measurement instrument |
US6864838B2 (en) * | 1999-02-08 | 2005-03-08 | Societe Europeenne Des Satellites S.A. | Ranging system and method for satellites |
US6718174B2 (en) * | 2000-10-27 | 2004-04-06 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for estimating velocity of a terminal in a wireless communication system |
RU2254588C2 (ru) * | 2003-05-19 | 2005-06-20 | Астраханский государственный технический университет | Способ прецизионного измерения навигационных параметров излучающих и отражающих объектов |
KR20090000760A (ko) * | 2007-03-30 | 2009-01-08 | 엔에이치엔(주) | 최적의 랜딩 페이지 검색을 통한 키워드 광고 노출 방법 및시스템 |
RU2013133214A (ru) * | 2013-07-16 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Способ коррекции траектории полета космического аппарата и устройство для его реализации |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015152447A (ru) | 2017-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6154171A (en) | Low-power satellite-based geopositioning system | |
US3714573A (en) | Spread-spectrum position monitoring system | |
US8314731B2 (en) | High-precision radio frequency ranging system | |
US6169514B1 (en) | Low-power satellite-based geopositioning system | |
CN109557516B (zh) | 多目标空间信号的快速生成方法 | |
RU2012143834A (ru) | Оптическая система связи летательный аппарат - земля и осуществляемый ею способ передачи данных | |
CN105099498A (zh) | 扩频信号捕获***和方法 | |
CN103605141A (zh) | 一种用于gnss码的快速捕获方法 | |
RU2007132480A (ru) | Усовершенствования в системах передачи с расширенным спектром или связанные с такими системами | |
RU2625171C2 (ru) | Система измерения дальности космического аппарата | |
US3596002A (en) | System for transmitting binary-coded data | |
US10495744B2 (en) | Method, a system, a transponder, and a position detection apparatus for a precise measurement of a position | |
US11316656B1 (en) | Time transfer modem | |
Alawieh et al. | Inter-satellite ranging in the low earth orbit | |
CN101135727A (zh) | 一种用于在轨探测与着陆的雷达测高仪 | |
CN106597488B (zh) | 一种基于导频信号的转发式伪卫星时间同步***及方法 | |
RU2433532C1 (ru) | Способ связи сверхширокополосными сигналами с повышенной стабильностью синхронизации | |
RU2254596C2 (ru) | Система опознавания подвижных объектов | |
CN110501728B (zh) | 定位基站跳时信号的鉴频方法及鉴频装置 | |
Will et al. | Distance measurement in wireless sensor networks with low cost components | |
Shutin et al. | LDACS1 for APNT—Planning and realization of a flight measurement campaign | |
RU155152U1 (ru) | Устройство для навигационно-временных определений по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем | |
RU2525299C1 (ru) | Устройство создания преднамеренных помех | |
RU2792720C1 (ru) | Способ синхронизации шкал времени в сети радиосвязи | |
RU2543514C2 (ru) | Способ формирования сигналов и передачи информации в ответном канале системы радиолокационного опознавания |