SE522472C2 - Förfarande för infångning av satellit - Google Patents

Description

2 Vid förfarandet för infångning av en satellit med användning av dylika förutbestäm- da värden måste följaktligen antennen i grunden inriktas till den riktning som base- ras på förutbestämda värden, men även justeras genom utförande av ytterligare sök- ning eller operationer.

Konventionellt kan korrekt och snabb satellitsökning, vid beaktande av sådana fel, uppnås genom virtuell ökning av antennens strålbredd.

Ett av dessa förfaranden är att åstadkomma en sökmod såsom en drivningsmod för antennen. Detta är ett förfarande för avsökning av ett område för förväntad maximal förskjutning med avseende på snabbt förändrande värden genom att antennens rör sig i en cirkel, en rektangel eller sieksack.

Ett annat förfarande genomförs genom att man dessutom bygger en liten infång- ningsantenn, som har en stråle som är parallell med strålen från en huvudantenn. När en antenn med större förstärkning och tunnare stråle kräver alltför mycket tid för sökningar under sökmoden kan eventuella fel bli resultatet. Detta är alltså ett infång- ningsförfarande med användning av en infångningsantenn med bredare strålar.

PROBLEM SOM SKALL LÖSAS MED UPPFINNINGEN Med ökningen av antennaperturen eller operationsfrekvensen i enlighet med ökning- en av kommunikationsdatahastigheten har antennstrålarna blivit allt smalare. Å and- ra sidan har det sökområde, vilket antennen måste avsöka, relativt förstorats etter- som omloppsbanomas avvikelser sker utan relation till frekvenser och/eller antenn- strålens bredd.

Infângningsantennen uppnår mindre förstärkningar och kan inte ha någon större ef- fektiv apertur (bredare strålar) vid en radiostyrka i överensstämmelse med en huvud- antenn. Utökningar av den effektiva aperturen höjer kostnaderna. 522 472 3 Den föreliggande uppfinningen utfördes för att undanröja ovan nämnda problem.

Följaktligen år ett ändamål med den föreliggande uppfinningen att åstadkomma ett förfarande för infångning av en satellit som medger reducering i söktid utan någon utökning av antennens effektiva apertur genom att analysera en satellits omloppsba- na ur infångningssynpunkt samt smala av sökområdet. Vidare är det ett ändamål med den föreliggande uppfinningen att åstadkomma ett förfarande för infångande av en satellit som inkluderar exakta mätningar av storlekarna på omloppsbanans fel vid en nivå utan några operationella problem för efterföljande satellitföljning.

SÄTT ATT LÖSA PROBLEMEN Ett förfarande för infångning av en satellit genom att använda förutbestämda värden för satelliten innefattar i enlighet med en aspekt på den föreliggande uppfinningen stegen att analysera ett uppförande som är unikt för en satellitomloppsbana, vilken analys begränsar ett sökområde i en riktning vinkelrät mot riktningen i vilken satelliten rör sig att beräkna ett sökområde baserat på analysen och att avsöka sökområdet i enlighet med de förutbestämda värdena.

Satelliten kan vara en artificiell satellit och steget att analysera ett uppförande kan innefatta steget att analysera ett uppförande som är unikt för en omloppsbana för den artificiella satelliten.

”Satelliten” kan vara ett stycke rymdskräp och steget att analysera ett uppförande kan innefatta steget att analysera uppförandet för en omloppsbana för rymdskräpet.

Vidare kan de förutbestämda värdena korrigeras med beaktande av markstationens rörelse på grund av jordens rotation.

I detta fall kan ett sökområde och en sökhastighet bestämmas arbiträrt genom an- vändning av ett korrigerat tidsvärde utnyttjat för konigeringsberäkning av det förut- bestämda värdet som en parameter för sökningen. 10 15 20 25 30 1522 472 4 Vidare innefattar sökningen med fördel sökningar i horisontal- och omloppsbanepla- n inom sökornrådet.

Förfarandet för infångning av en satellit kan vidare omfatta stegen att använda ett korrigerat tidsvärde som en parameter för en korrigeringsberäkning, att detektera ett optimalt värde för denna parameter samt att flxera parametem till det optimala vär- det efter det att en bestämningssignal når ett förutbestämt värde.

Företrädesvis innefattar förfarandet för infångning av en satellit vidare stegen att an- vända en antennvinkelfelsignal som bestämningssignalen och att fixera parametem till det optimala värdet efter det att antennvinkelfelsignalen är minimal.

Dessutom kan förfarandet för infångning av en satellit vidare omfatta stegen att an- vända en mottagningsnivå för en mottagare som nämnda bestärnningssignal och fixera parametem till det optimala värdet efter det att antennvinkelfelsignalen är maximal.

Därutöver kan förfarandet för infångning av en satellit vidare omfatta stegen att be- räkna faktorer för omloppsbanan för att beräkna de förutbestämda värdena och an- vända-en Epoch-tid för dessa omloppsbanefaktorer som en parameter för korrige- ringsberäkning.

Företrädesvis innefattar förfarandet för infångning av en satellit vidare stegen att sända den beräknade parametem för korrigeringsberäkning till en annan marksta- tion, som i sin tur korrigerar det förutbestämda värdet genom användning av den mottagna parametem för att söka den artificiella satelliten.

KORT REDOGÖRELSE FÖR RITNINGARNA Fig. 1 visar ett schema för beskrivning av hur en satellits omloppsbana förskjuts sett från en markantenn utan beaktande av markstationens rörelse (jordens rotation). 15 20 25 30 522 472 5 Fig. 2 visar ett schema som återger en jämförelse mellan ett sökförfarande vid statio- närt läge och ett konventionellt förfarande.

Fig. 3 visar ett schema som återger en jämförelse mellan ett sökförfarande vid ut- skjutning och ett konventionellt forfarande.

Fig. 4 visar ett schema som återger en bild enligt ett infångningsförfarande i beak- tande av en markstations rörelse vid stationärt läge.

F ig. 5 visar ett schema som återger en bild enligt ett infångningsförfarande i beak- tande av en markstations rörelse vid utskjutning.

Fig. 6 visar ett schema för att beskriva ett förhållande som användes för erhållande av en förutbestämd värdekorrigeringsformel.

Fig. 7 visar ett blockschema för att illustrera ett exempel på ett informationsflöde och en systemkonfiguration.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Uppförandet av satellitens omloppsbana ur infångngësvnpunkt Influenser av jordens, månens, solens och planeternas gravitation förorsakar ej fel i de förutbestämda värdena som påverkar infångningen trots att det föreligger enbart små skillnader vid simulering. Å andra sidan är faktorer, som inte kan intagas vid beräkningar, sådana som jordatmosfárens atmosfärsmotstånd och lyftning. Dessa faktorer kan emellertid i allmänhet uppskattas och fel som förorsakas av dessa är ringa.

Små fel i den longitudinella radien kan emellertid bli väsentliga tangentiella för- skjutningar av omloppsbanan efter förutbestämda omlopp. Efter en vecka är för- 10 15 20 25 30 522 472 skjutningen ofta mer än flera tiotals grader (flera minuter i tid) sett från markstatio- nell.

Det vill säga, fel i förutbestämda värden för en satellit, vars omloppsbana har be- stämts en gång (nedan ”stationärt läge”), ligger ungefär i en vinkelrät riktning mot riktningen för satellitens gång och är inte större än antennens stràlbredd. Felförskjut- ningen i gångriktningen överstiger ibland avsevärt antennens strålbredd (analysste- get för uppförande).

Vid ”utskjutningen” kan vidare förutsägelsen göras baserat på målfaktorema för ra- ketens omloppsbana även innan omloppsbanan har bestämts. I detta fall överlagras en förskjutning pä grund av ett utskjutningsfel ett fel i stationärt läge. Felet i satelli- tens gångriktning blir på så sätt större än det i stationärt läge och storleken på förskjutningen i den vinkelräta riktningen är inte negligerbar. I detta fall ökar inte förskjutningen i den vinkelräta riktningen med tiden och ligger inom vissa värden (analyssteg för uppförande).

Utfgringsforrn 1 Fig. l visar schematiskt hur omloppsbanoma är förskjutna mellan det stationära lä- get och vid utskjutningen i ett fall där en markstation inte rör sig (det vill säga, jor- dens rotation beaktas inte) i azimut/elevationsvinkeln sett från en markstations an- tenn.

Såsom beskrevs under Uppförandet av satellitens omloppsbana sett ur infångnings- synpunkt, har det befunnits att förskjutningen av satellitens omloppsbana är begrän- sad i en viss riktning som ett resultat av undersökning (analyssteget för uppförande).

Detta undanröjer alltså behovet av en konventionell vittomfattande sökning där an- tennen sveper över ett brett område och det bara fordras en sökning utmed omlopps- banan (beräkningssteget för sökavstånd, söksteget). Detta visas i fig. 2 och 3.

Fig. 2 visar en jämförelse mellan ett sökförfarande enligt denna utföringsform och ett konventionellt förfarande i det stationära läget, och visar både horisontell sök- 15 20 25 30 522 472 nu u. ning, varvid satelliten infångas när den uppträder över horisonten (det vill säga när elevationsvinkeln är liten) respektive sökning i omloppsplanet, varvid den infångas när elevationsvinkeln är stor. Å andra sidan visar fig. 3 en jämförelse mellan ett sök- förfarande enligt denna utföringsfonn och ett konventionellt förfarande vid utskjut- ning och visar både horisontell sökning, varvid en satellit infångas när den uppträder över horisonten (det vill säga när elevationsvinkeln är liten) respektive sökning i omloppsplanet, varvid den infångas när elevationsvinkeln är stor.

Markstationens rörelse beaktas inte i fig. 2 och 3. För att implementera denna sök- ning måste alltså de förutsagda värdena korrigeras genom att taga med markstatio- nens rörelse på grund av jordens rotation i beräkningen.

För att reducera söktiden genom minimering av sökavståndet Fig. 4 visar sökområdet enligt fig. 2 genom att beakta jordens rotation. Det vill säga, i fig. 4 sker ett betraktande baserat på infångningsförfarandet enligt denna utförings- form genom att man beaktar markstationens rörelse i stationärt läge. Den visar för- ändringar i azimut/elevationsvinkeln sett från markstationen som rör sig med jordens rotation och illustrerar sökförfarandet i en mer praktisk form.

I fig. 4 indikerar en heldragen linje förutbestämda värden och intervall uppdelade med punkt-streckade linjer indikerar intervall mellan förutbestämda värden (AT). I fig. 4 indikerar streckade linjer variationer i vyn från markstationen med jordens ro- tation mellan felen i förutbestämda värden, om sådana finns, genom användning av förutbestämda intervall (iAT och iZAT). Det vill säga, lägen för små cirklar repre- senterar förutbestämda värden korrigerade när ett omloppsfel är i-AT, i2AT.

Följaktligen kan sökområdet vid stationärt läge såsom visas i fig. 2 avsökas i en rikt- ning utmed dessa cirklar över tiden (indikerat av en pil på en tjock streckad linje).

För referensändamål har sökområdet enligt det konventionella förfarandet visats me- delst tjocka linjecirklar (sökning i omloppsplanet) och medelst en oval (horisontal sökning). Konventionellt måste området vara totalt avsökt i exempelvis en cirkulär 10 15 20 522 472 nu u- eller rektangulär sökmod (mod där en antenn svepes över den area som skall avsö- kas).

Sökområdet vid utskjutning, som visas i fig. 3, är bredare med ett värde som är lika med en maximalt uppskattad förskjutning för en omloppsbana fórorsakad av utskjut- ningsfelet. Sökmoden är överlagrad detta när sökbredden är större än strålbredden.

Denna bild visas i fig. 5. Fig. 5 visar förändringar i satellitens azimut/elevationsvin- kel sedd från en markstation som rör sig med jordens rotation och representerar sök- förfarandet i en mer praktisk form.

Enkel korrigering av förutbestämda värden sett från en markstation som rör sig på grund av jordens rotation.

Korrigerade förutbestämda värden beräknas genom upprepning av koordinatom- vandlingar. Tabell 1 visar definitioner av ett koordinatsystem. Fig. 6 visar ett förkla- rande relationsdiagram for detta. I fig. 6 är ett satellitläge fast och rörelsema för en markstation (observationspunkt/koordinatorigo) återges genom jordens rotation (jor- den är här nära approximerad till en sfar). Vidare visas ett exempel på omvandlings- ekvationer i Tabell 2. | n n u en n u n q ~ on 522 4 7 2 9 TABELL 1; KooRmNATsYsTEM ANVÄNT FÖR QMVANDLINGAR KOORDINAT- AXEL 1 AXEL 2 AXEL 3 ANMÄRKNINGAR SYSTEM l Azp,Elp,Ep Azimut Elevations- Avstånd Förutbestämda värden vid vinkel tiden TP och punkten P 2 X l, Y1, Zl OST NORD ZENIT Jordens ytkoordinat vid punkt P 3 X2, Y2, Z2 OST NORD Vinkelrät Jordens axelparallella koordinat mot jord- på Y-axeln vid punkten P är axeln parallell med jordaxeln 4 X3, Y3, Z3 OST NORD Vinkelrät Origos parallella rörelse utmed (i punkt P) mot jord- jordens rotation från punkt P till axeln punkt T 5 X4, Y4, Z4 OST NORD Vinkelrät Rotationen är lika med jordens mot jord- rotation i punkt T kring jordens axeln axelparallella koordinat Y-axel 6 X5, Y5, Z5 OST NORD ZENIT Jordens ytkoordinat vid punkt T 7 Azt, Elt, Et Azimut Elevations- Avstånd Tiden TP-öT, Förutbestämt värde vinkel vid punkt P 20 25 30 522 472 o mo e» 10 TABELL 2: KORRIGERINGSEKVATIONER FÖR FÖRUTBESTÄMT VÄRDE mGÅNGsvÄRDE)MARKsTAT1oNENs ELEVATIoN (JoRDENs MITT- AvsTÅNDy Ra, FÖRUTBESTÅMT VÅRDE AZIMIJT; Azp,ELEvAT1oNs- VINKEL: E1p,AvsTÅND: Rp, MARKSTATIONENS LATTTUD (NORDLATI- TUD; +),FÖRsKJUTET/KoRR1GERAT TIDSVÄRDE (SNABBARE; +); zsT X1 cosElp - sinAzp 'Y1 = Rp cosElp-cosAzp i z1 sineip ' X2 1 0 0 X1 Y2 = 0 cosâ sinB x Y1 22 0 -sin9 cos6 Z1 X3 _ X2 I. i sim' ' 51! Y3 = Y2 + Ra cos9 0 23 22 1-cosr - ó't X4 cosy' åt 0 Slny ° åt X3 Y4 = 0 1 0 x Y3 Z4 -siny- öt- 0 cosy' åt Z3 X5 1 0 0 X4 Y5 = 0 cos9 -sin6 x Y4 25 0 sinâ cos6 Z4 Azt = 1:/ 2- Arctan (Y5/X5) SNÄR X5 ÄR POSITIV Azt = 31:/ 21- Arctan (Y5/X5) :NÄR X5 'AR NEGATIV A21 = ff/2 I _N'A'R X5=0 OCH Y5: POSITIV A21 = ßff/2 _ = NÄR X5=0 ocH vs; NEGATIV En = Arctan (zs/(xs**2+Ys**2)=~==-o.5> i R: = (xsi-*zmrsi-*z-i-zæn) “oss I denna utfóringsform är den precision som erfordras för en markstations elevation (geocentriska avstånd) relaterad till precisionen för ett fórutbestämt värde på vilken den baseras. Ett fel på flera kilometer påverkar emellertid i allmänhet inte resultatet så mycket. Avståndet mellan en satellit och markstationen är även detsamma bland “ de förutbestämda värdena (approximationen mark-himmel). 10 20 25 30 . - | n n» 522 472 i I ll När en precision utöver 0,1 grad fordras vid azimut- och elevationsvinkeln måste jorden approximeras som en sfäroid avplattad vid polema.

Utfgriggsforrn å Ett sökomrâde och en sökhastighet bestämmes för satellitsökningen genom att som en parameter använda ett korrigeringstidvärde öt, använt för korrigeringsberälming- af.

Horisontal sökning (inväntan vid en elevationsvinkel El = Elm): När de uppskattade maximala förskjutningstidema är öts (före en förutbestämd tid) och öte (efter en förutbestämd tid) erhålles en förväntad azimut genom användning av korrigeringsformeln från öts före en förutbestämd tid. Eftersom azimuten varierar vid korrigering, erhålles en förutbestämd tid, azimut och avståndet när elevations- vinkeln är nära Elm frân de förutbestämda värdena för att korrigera dem genom an- vändning av en korrigeringsparameter såsom -öts. När ett förutbestämt värde (förut- bestämd tid, azimut, elevationsvinkel, avstånd) nära den elevationsvinkel som erhål- les därav utlästs och korrigerats genom användning av en korrigeringsparameter +öts i och för erhållande av ett korrigerat törutbestämt värde öts före den förutbe- stämda tiden.

Den horisontala sökningen genomförs genom upprepning av ovan angiven operation från +öts till -öts, där öts har reducerats med förutbestämt tidsintervall AT. Söktiden resulterar i (öts + öte).

Sökning i omloppsplanet: Till skillnad från den horisontala sökningen sökes en satellit, som rör sig över tiden, medelst en sökning i omloppsbaneplanet. Det föreligger alltså två sökförfaranden: Ett är en sökning genom spåming av en satellit utmed ett omloppsplan efter en förut- bestämd tid (pilamas riktning i fig. 4 och 5) samt ett andra är sökning genom före- gripande och vänd mot satellitens rörelseriktning (motsatt pilarnas riktning i fig. 4 och 5). 15 20 25 30 522 472 12 Det första uppnås genom utökande av korrigeringsparametern öt med n gånger ett förutbestämt tidsintervall AT från -öte till +öte, så att var n:te förutsagt värde i fram- åtriktningen korrigeras. Söktiden resulterar i detta fall i (öts + öte)/n.

Det senare uppnås genom minskning av en korrigeringsparameter öt med n gånger av ett förutbestämt tidsintervall AT från +öte till -6ts, så att var n:te förutsagt värde i omvänd ordning korrigeras. Söktiden resulterar i detta fall i (Öts + 5te)/n.

Maximivärdet för n är bestämt genom avvägning mellan antennstrålens bredd och den relativa satellitgånghastigheten samt en spårande mottagares låsningstid på satelliten. Reduceringen av söktiden är alltså begränsad. Eftersom den relativa satellitgånghastigheten utökas vid det senare förfarandet kan n inte vara större jämfört med det förra förfarandet.

Medan det förskjutna/korrigerade tidsvärdet öt här är positivt för att accelerera för- utsägningarna, kan det vara förenligt med annan mjukvara och definieras som nega- tiv.

Qtfgringsforrn 4 Detektering av korrigeringsparameterns optimala värde och automatisering av korri- geringen av förutsagt värde.

Utnvttiande av antennvinkelfelsienalen.

När spåmingsmottagarens låsning på satelliten en gång har bestämts genom den ho- risontala sökningen eller omloppsbanesökningen, övervakas en antennföljningsfel- signal (antennvinkelfelsignal: bestämningssignal). När en korrigeringsparameter åt har fixerats på sitt maximum (eller när ett optimalt värde för korrigeringsparametem har detekterats) och korrigeringarna därefter utförs (övergång till stationär följning).

Utnvttiande av en funktion för mottagningsnivå och sidolobinfångningsutsläckning. Även om korrigeringskänsligheten är mindre kan en mottagningsnivå (bestämnings- signal) hos en mottagare användas i stället för en spårningsfelsignal. I detta fall fixe- 10 l5 20 25 522 472 13 ras, efter det att mottagarens låsning på satelliten har bestämts, en korrigeringspara- meter öt vid den maximala mottagningsnivån och därefter utförs sedan korrigering- ar. Vid bestämningen baserad på en mottagningssignal kan infångningen vid sido- loben undvikas genom bestämning av ett antennmönster och jämförande av en mot- tagningsnivâ med en standarduppskattning av mottagningsnivån (som i förväg är or- ganiserad i en databas).

Utföringsfgnn 5 Förfarande där Epoch-tid användes som parameter.

I stället för ett förutsagt värde kan en Epoch-tid användas som korrigeringsparame- ter i ett system som har ett gränssnitt via omloppsbanefaktorer.

I detta fall utnyttjas en korrigeringsfonnel. I stället ersättes en Epoch-tid av öt och den matas till en allmän förutbestämningsberäkning för omloppsbanan, så att ett för- utbestämt värde alstras för en motsvarande tid. Förfarandet med vilket sökningen ut- förs genom ökning och minskning av öt för att bestämma ett område och hastigheten för sökningen är ekvivalent med förfarandet medelst korrigeringen av förutsagda värden. lltföriggsfonn Q Korrigeringsíörfarande i en annan markstation.

I denna utföringsform sker inte någon korrigering baserad på en antennvinkel för den egna markstationen, utan förskjutningen observeras direkt genom tidsobserva- tion. Det kan vara lägesförskjutningen själv för en satellit som skall observeras och är oberoende av skillnader hos markstationen. En korrigeringsparameter öt som be- räknats på basis av en observation vid en station kan användas vid andra markstatio- ner runt denna tidpunkt, vilket möjliggör infångning i enlighet med en korrigerings- förutsägelse utan några sökningar vid andra markstationer. l0 15 20 25 30 522 472 14 Såsom beskrivits ovan utförs programmeringsoperationer enligt detta förfarande, det vill säga uppförandeanalyssteget och sökområdesberäkningssteget, av exempelvis en station som övervakar styranordningen 1.

Med andra ord, den drivs av ett beräkningssystem (stationens övervakningsstyr- anordning 1 i denna utföringsforrn), som beräknar en omloppsbaneförutsägelse från faktorer för omloppsbanan eller mottager ett förutbestämt värde från ett annat sy- stem för att sända ut ett passande förutbestämt värde till en drivstyranordning 2 för en antenn 6. Detta förhållande visas i fig. 7.

Fig. 7 visar ett exempel på informationsflödet/systemkonflgurationen och ett facili- tetsarrangemang som direkt hänför sig till implementeringen av det föreliggande mjukvarusystemet i ett markstationssystem. I fig. 7 innefattar stationens övervakan- de styranordning 1 en korrigeringsberäkningsfimktion för ett förutbestämt antenn- värde för sökning av en satellit enligt den föreliggande uppfinningen. Drivstyranord- ningen 2 driver antennen 6 baserat på ett korrigerat förutbestämt insignalvärde från stationens övervakande styranordning 1. I detta fall utförs söksteget enligt detta för- farande av en drivstyranordning 2 och antennen 6.

En spåmingsmottagaranordning 3 detekterar ett spårningsfel och en mottagningsnivå baserat på en från en satellit mottagen spåmingssignal. En huvudmottagaranordning 4 omvandlar en huvudmottagningssignal, som mottages från satelliten, till en bas- bandsignal. En basbandanordning 5 utför bearbetning av den till basbandsignalen omvandlade huvudmottagningssignalen.

Qtföringgfog 7 Applikation för ett observationssvstem för rvmdskräp.

Applicering av den föreliggande uppfinningen på ett observationssystem för rymd- skräp möjliggör att identifiering av ett föremål kan ske i realtid.

IS 20 25 522 472 l5 Det är nödvändigt att korrekt känna till en omloppsbana för att hantera rymdskräp.

Sålunda är inte observation av en bana tillräckligt för att beräkna en omloppsbana korrekt. För att erhålla ett korrekt resultat måste en cykel erhållas och banor efter en första omloppsbana måste observeras för att verifiera identifikationen av det obser- verade föremålet.

Enligt det konventionella kontrollförfarandet bestämmes en omloppsbana för varje bana för att bestämma dess identifikation baserat på jämförelse mellan desamma.

Följaktligen drar man slutsatsen efter observationen, vilket sänker effektiviteten.

Med användning av sökförfarandet enligt den föreliggande uppfinningen begränsas sökornrådet till ett område utmed den observerade omloppsbanan. Förvillande före- mål, såsom ett som korsar omloppsbanan, kan alltså undanröjas i realtid, vilket höjer möjligheten för att på nytt infånga målet.

Exempel xe l Simulering baserad på verkliga dataresultat för omlonpsbanan En oval omloppsbana som är föremål för operationella felaktigheter på grund av stor förskjutning, användes som exempel vid stationärt läge. Simuleringen använder två bestämningsvärden för omloppsbanan, som ligger med två veckors mellanrum, ett förutbestämt värde (kring tiden för infångning av omloppsbanedata som användes för bestämningen) beräknat från ett senare bestämt värde som ett verkligt värde (re- ferensvärde) för ett försöka till infångning baserat på ett förutbestämt värde beräknat från ett tidigare bestämt värde. Data som användes vid simuleringen är organiserade i Tabell 3. 20 522 472 16 TABELL 3: SIMULERINGSDATA (STATIONÄRT LÄGE) MUSES-B KONTAKTAR OMLOPPSELEMENT (ENLIGT NASDA NÄT- TEKNOLOGISKA SEKTION) ELEMENT NR. #125 (FÖRUTBESTÄMT) #127 (STANDARD) REFERENS Epoch t 1998/08/05 17:00:00.0 1998/0819 14:00:00.0 Omloppsbana Längd Radie a 17358.734771 km 17358.397378 km Ha: 21393 km Excentricitet e 0.599756079 0.599843880 Hp: 568 km Omloppsbana Lutningsvinkel j 31366951 grader 31.356399 grader P: 379_3 mfn Stigningsnod ' Höger Uppst. Q 274.507021 grader 265.720218 grader a_dot:-13 rn/dag Argument for ' Perigeum a) 254.359364 grader 277.940116 grader Medelvärde Anomali M 257.182679 grader 138.830445 grader MARKSTATION (ANTAGET: OKINAWA) LATITUD 0 (Latitud NORD) Longitud (Referens) (Longitud OST) 25,36 grader 126,99 grader ELEVATION (Antaget) (excentr. Avst.) 6370 km Omloppsbanan är förlagd till den södra hemisfaren vid perigeum och den norra hemisfaren vid apogeum. Simuleringen kördes för en situation där en satellit, som flög mot norr från ungefär latitud 10 grader syd, infångades nära huvudön Okinawa.

Tabell 4 visar ett resultat av simuleringen i jämförelse med den enligt konventionellt förfarande. 20 25 522 472 17 TABELL 4: SIMULERINGSRESULTAT [HomsoNTAL SÖKNING] Väntad elevations- FÖRESLAGET vinkel FÖRFARANDE 0° _ Inkommer i ett område under 0.1 grader av korr. förutbest. värde 263 sek. efter förut- sägelsen 3° SAMMA SOM OVAN 5° SAMMA SOM OVAN [SÖKNING I OMLOPPSPLAN] Väntad elevations- FÖRESLAGET vinkel F ÖRFARANDE 0° Inkommer i ett område under 0.1 grader av korr. förutbest. värde 263 sek. efter förut- sägelsen 3° SAMMA SOM OVAN 5° p SAMMA SOM OVAN l0° SAMMA SOM OVAN 15° SAMMA SOM OVAN Resultaten värderades på olika sätt med avseende på antennens sidospårningsområde (proportionellt mot strâlbreddema). När exempelvis en apertur var 10 m och en ope- rationsfrekvens var ett S-band, var sidospårningsvinkeln nästan 1 grad, vilket tillät en tillräcklig infångning enligt den föreliggande uppfinningen. Å andra sidan kan en sökning i omloppsplan vara omöjlig enligt det konventionella förfarandet. Om emel- lertid sökning sker i det horisontella området kan överlagring av sökmoder i liten ut- sträckning medge dess infångning.

KONVENTIONELLT FÖRFARANDE Inkommer i ett område under 1.2 grader av förutbest. värde 272 sek. efter förutsägelsen Inkommer i ett område under 1.3 grader av förutbest. Värde 271 sek. efter förutsägelsen Inkommer i ett område under 1.3 grader av förutbest. Värde 272 sek. efter förutsägelsen KoNvENTIoNELLT FÖRFARANDE Måste söka 20.8 grader (El: l8.0°, Az: lO.5°) område I HUVUDSAK SOM OVAN SAMMA SOM OVAN SAMMA SOM OVAN SAMMA SOM OVAN 10 l5 20 25 30 522 472 18 När operationsfiekvensen är ett Ku-band är sidospårningsvinkeln inte mer än 2 gra- der. Detta kan hanteras enligt den föreliggande uppfinningen. Men i enlighet med det konventionella förfarandet kräver detta alltför stor söktid även vid horisontell sökning, vilket ökar möjligheten för misslyckande i att lokalisera satelliten.

Som ett exempel på situationen vid utskjutning antogs ett snabbt omlopp i polär om- loppsbana och värden specificerade för en H-II raket användes för omloppsbanefel.

Eftersom ett infångande vid ett första omlopp skulle misslyckas simulerades även infångningar vid de sjunde och åttonde omloppen, när markstationen på nytt var synlig, utan att omloppsbanorna bestämdes.

Det första omloppet var utmed en omloppsbana vid en maximal elevation av 8,5 grader från nord till ost med avseende på markstationen. De sjunde och åttonde om- loppen låg längs omloppsbanor vid en maximal elevationsvinkel av 4,0 grader från ost till nord respektive en maximal elevationsvinkel av 66,8 grader från syd till nord.

Omloppsbanoma varierar beroende på hur ett omloppsbanefel uppträder. I detta fall begränsades således omloppsbanorna till den längst västerut liggande omloppsbanan och den längst österut liggande omloppsbanan med avseende på en nominell om- loppsbana, och riktigheten av det korrigerade förutbestämda värdet analyserades närmare vid elevationsvinklarna 0°, 3° och 5°. (I detta fall var elevationsvinkeln i det sjunde omloppet inte tillräckligt stor. Alltså analyseras bara Omloppsbanorna nära 0° och 3°. Analysen för den ostligaste sker bara vid 0°.) Tabell 5 visar använda data. Tabell 6 visar simuleringsresultaten i jämförelse med de enligt det konventionella förfarandet. Användningen av den föreliggande uppfin- ningen tillåter tillräcklig infångning utan överlagring av sökmoder om en antenn med nära l° sidospårningsområde användes. Vid det konventionella förfarandet är emellertid, om infångning misslyckas i det första omloppet, en infångning i senare omlopp mycket svår. 20 . I n n n; 522 472 19 TABELL 5: SIMULERINGSDATA (VID UTSKJUTNING) NOMINELL OMLOPPSBANA OCH UTSKJUTNINGSFEL (ANTAGET: H-II A VID UTSKJUTNING I POLÄR OMLOPPSBANA) NOMINELL UTSKJUTN.- MEST VÄST- MEST OST- OMLOPPSB. FEL (30) LIG OML.-B. LIG OML.-B.

Epoch t 1998/08/05 ------------- -- 01 :O0:00.0 01 :O0:00.0 01:00:00.0 Omloppsbana Längd Radie a 6878.0 km 120.0 km 6898.0 km 6858.0 km Excentricitet e 0.001 -------------- -- 0.001 0.001 Omloppsbana Lutningsvinkel j 97.30 grader 10.15 grader 97.45 gr.*1 97.15 gr.*1 Stigningsnod _ Höger Uppst. Q 94.50 grader i0.15 grader 94.35 grader 94.65 grader Argument för Perigeum m 180.0 grader -------------- -- 180.0 grader 180.0 grader Medelvärde Anomali M 0.0 grader -------------- -- 0.0 grader 0.0 grader NOTERA: Vid 1: OML. 7,8 (mot norr), OML. 1 (mot syd) är i motsatt/norra hemisfáren MARKSTATION (ANTAGET: OKINAWA) LATITUD 0 (Latitud NORD) Longitud (Longitud OST) 26,36 grader (Standard) 126,99 grader ELEVATION (Antaget) (excentr. Avst.) 6370 km 20 522 472 20 TABELL 6: SIMULERINGSRESULTAT [HoRIsoNTAL SÖKNING] OMLOPP FÖRESLAGET FÖRFARANDE OMLOPP 1 INGÅRI oMLoPPsBANE- SÖKNINGEN OMLOPP 7 INGÅR 1 oMLoPPsBANE- söKNINGEN OMLOPP s INGÅR I OMLOPPSBANE- SÖKNINGEN [SÖKNING 1 oMLoPPsPLAN] oMLoPP FÖRESLAGET FÖRFARANDE OMLOPP 1 Inkommer i ett område under 0.2 grader av korr. förutbest. värde 119 sek. efter förut- sägelsen Inkommer i ett omrâde under . 0.7 grader av korr. förutbest. värde :163 sek. efter förut- sägelsen OMLOPP 7 Inkommer i ett område under 0.6 grader av korr. förutbest. värde 1179 sek. efter förut- sägelsen OMLOPP 8 ø n ; n u. n KONVENTIONELLT FÖRFARANDE Inkommer i ett område under 0.3 grader av förutbest. värde inom :16 s efter förutsägelsen Inkommer i ett område under 9.6 grader av förutbest. värde inom 1130 s efter förutsägelsen Inkommer i ett område under 2.7 grader av förutbest. värde inom :180 s efter förutsägelsen KONVENTIONELLT FÖRFARANDE Måste söka inom ett område av cirka 3 grader Måste söka inom ett område av mer än tio grader SAMMA SOM OVAN 10 20 25 30 ~ e n a o. 522 472 21 FÖRDELAR MED UPPFINNINGEN Ett förfarande för infångning av en satellit genom att använda förutbestämda värden för en satellit enligt en aspekt på den föreliggande uppfinningen innefattar stegen att analysera ett uppförande som är unikt för en satellitomloppsbana, att beräkna ett sökornråde baserat på analysen och att avsöka sökområdet i enlighet med det förut- bestämda värdet. Sökområdet avsmalnas så att söktiden kan reduceras. Någon liten antenn för infångning behöver inte installeras, vilket kan reducera underhållskostna- dema. Eftersom infångningen inte utförs med en liten antenn, kan den användas för satellitinfàngning med mikroeffekt.

Satelliten kan vara en artificiell satellit och steget att analysera ett uppförande kan innefatta steget att analysera ett uppförande som är unikt för en omloppsbana för den artificiella satelliten. Analysen av det unika uppförandet för den artificiella satelli- tens omloppsbana ger ett korrekt sökområde med avseende på den artificiella satelli- tens omloppsbana, vilket kan reducera söktiden ytterligare.

”Satelliten” kan vara rymdskräp och steget att analysera ett uppförande kan innefatta steget att analysera ett uppförande för en omloppsbana för rymdskräpet. Analysen av det unika uppförandet för rymdskräpets omloppsbana ger ett korrekt sökornråde med avseende på den artificiella satellitens omloppsbana, vilket kan reducera söktiden yt- terli gare.

Vidare kan det förutbestämda värdet vara korrigerat med beaktande av markstatio- nens rörelse på grund av jordens rotation. Korrigerade förutbestämda värden kan er- hållas, så att tillförlitlig infångning av en satellit kan ske.

I detta fall, kan ett sökornråde och en sökhastighet bestämmas arbiträrt genom an- vändning av ett korrigerat tidsvärde utnyttjat för korrigeringsberäkning av det förut- sagda värdet som en parameter för sökningen. Korrekta satellitsökningar kan utfö- 10 20 25 30 ø v ¶ o o; ..._:.._: ¿ I: _ __ :_.:.-. .. , , 'g ;: ou: e ' I' ::'- H7 \ ß o o . a m» av; u' 'na-au' ras. Efter det att parametem är ñxerad på ett optimalt värde, kan satellitsökningen genomföras korrekt vid stationärt läge.

Vidare innefattar sökningen sökningar i horisontal- och omloppsbaneplan inom sökområdet. Korrekta satellitsökningar kan utföras. Efter det att parametem är fixe- rad på ett optimalt värde, kan satellitsökningen genomföras korrekt vid stationärt lä- ge.

Ett förfarande för infångning av en satellit kan vidare innefatta stegen att använda ett korrigerat tidsvärde som en parameter för en korrigeringsberäkning, att detektera ett optimalt värde för denna parameter samt att fixera parametem 'på det optimala värdet efter det att en bestämningssignal når ett förutbestämt värde. Parametern kan fixeras på det optimala värdet med användning av ett enkelt förfarande.

Företrädesvis innefattar förfarandet för infångning av en satellit vidare stegen att an- vända en antennvinkelfelsignal såsom nämnda bestämningssignal och att fixera pa- rametern på det optimala värdet efter det att antennvinkelfelsignalen är minimal. En parameter beräknad på basis av en observation vid en station kan användas vid en annan station, som i sin tur kan infånga en satellit i enlighet med ett korrigerat förut- bestämt värde utan någon sökning.

Vidare kan förfarandet för infångning av en satellit innefatta stegen att använda en mottagningsnivå för en mottagare såsom nämnda bestämningssignal och att fixera parametem på det optimala värdet efter det att antennvinkelfelsignalen är maximal.

En parameter beräknad på basis av en observation vid en station kan användas vid en annan station, som i sin tur kan infånga en satellit i enlighet med ett korrigerat förutbestämt värde utan någon sökning.

Dessutom kan förfarandet för infångning av en satellit vidare innefatta stegen att be- räkna omloppsbanefaktorer för att beräkna de förutbestämda värdena och att använ- da en Epoch-tid för dessa omloppsbanefaktorer som en parameter för korrigerings- 10 15 20 ø ø | o n. 522 472 5 23 beräkning. En parameter beräknad på basis av en observation vid en station kan an- vändas vid en annan station, som i sin tur kan infånga en satellit i enlighet med ett korrigerat forutbestämt värde utan någon sökning.

F öreträdesvis kan förfarandet för infångning av en satellit vidare innefatta stegen att sända den beräknade parametem för korrigeringsberäkning till en annan marksta- tion, som i sin tur korrigerar det förutbestämda värdet genom användning av den mottagna parametem fór att söka den artificiella satelliten. En parameter beräknad på basis av en observation vid en station kan användas vid en annan station, som i sin tur kan infånga en satellit i enlighet med ett korrigerat förutbestämt värde utan någon sökning.

HÄNVISNINGSBETECKNINGAR 1 stationsövervakande styranordning (steget fór uppfórandeanalys, steget för sökområdesberälcning) drivstyranordning (steget for sökning) spårningsmottagaranordning huvudmottagaranordning basbandanordning ONLII-IÄUJIQ antenn (steget fór sökning)

Claims (11)

10 15 20 25 30 . u n Q co 522 472 " b 24 Patentkrav

1. Förfarande för infångning av en satellit genom att använda förutbestämda värden för satelliten, omfattande stegen: I analys av ett uppförande som är unikt för en satellitomloppsbana, vilken analys begränsar ett sökornråde i en riktning vinkelrät mot riktningen i vilken satelliten rör sig; beräkning av ett sökområde baserat på analysen; och avsökning av sökområdet i enlighet med de förutbestämda värdena.

2. Förfarande för infångning av en satellit enligt patentkrav l, vilken satellit är en ar- tificiell satellit, varvid steget att analysera ett uppförande omfattar steget att analyse- ra ett uppförande som är unikt för en omloppsbana för den artificiella satelliten.

3. Förfarande för infångning av en satellit enligt patentkrav 1, vilken satellit är ett stycke av rymdskräp, varvid steget att analysera ett uppförande omfattar steget att analysera ett uppförande för en omloppsbana för rymdskräpet.

4. Förfarande för infångning av en satellit enligt något av patentkraven l - 3, där de förutbestämda värdena är korrigerade med beaktande av markstatíonens rörelse på grund av jordens rotation.

5. Förfarande för infångning av en satellit enligt något av patentkraven 1 - 4, där ett sökomrâde och en sökhastighet bestämmes arbiträrt genom användning av ett korrigerat tidsvärde utnyttjat för korrigeringsberäkning av de förutsagda värdena som en parameter för sökningen.

6. Förfarande för infångning av en satellit enligt patentkrav 5, där sökningen omfat- tar sökningar i horisontal- och omloppsbaneplan inom sökområdet. 20 25 | u o o -p I nu ::...,, 522 472 25

7. Förfarande for infångning av en satellit enligt patentkrav 5 eller 6 och vidare omfattande stegen: användning av ett korrigerat tidsvärde som en parameter för en korrigeringsberäk- ning; detektering av ett optimalt värde för denna parameter; samt fixering av parametem på det optimala värdet efter det att en bestämningssignal når ett törutbestämt värde.

8. Förfarande för infångning av en satellit enligt patentkrav 7 och vidare omfattande stegen: användning av en antennvinkelfelsignal såsom nämnda bestämningssigiial; och fixering av parametern på det optimala värdet efter det att antennvinkelfelsignalen är minimal.

9. Förfarande for infångning av en satellit enligt patentkrav 7 och vidare omfattande stegen: användning av en mottagningsnivå för en mottagare såsom nämnda bestämningssig- nal; och fixering av parametern pâ det optimala värdet efter det att antennvinkelfelsignalen är maximal.

10. F örfarande for infångning av en satellit enligt något av patentkraven 1 - 9 och vidare omfattande stegen: beräkning av omloppsbanefaktorer for att beräkna de förutbestämda värdena; och användning av en Epoch-tid för dessa omloppsbanefaktorer som en parameter för korrigeringsberäkning.

11. Förfarande för infångning av en satellit enligt något av patentkraven 5 - 10 och vidare omfattande stegen: . n n | nu 522 472 26 sändning av den beräknade parametem för korrigeringsberäkning till en annan mark- station, som i sin tur korrigerar det förutbestämda värdet genom användning av den mottagna parametem för att söka den artificiella satelliten.