RU2849445C1 - Method for determining location of satellite communication ground station by retransmitted signal - Google Patents
Method for determining location of satellite communication ground station by retransmitted signalInfo
- Publication number
- RU2849445C1 RU2849445C1 RU2025112335A RU2025112335A RU2849445C1 RU 2849445 C1 RU2849445 C1 RU 2849445C1 RU 2025112335 A RU2025112335 A RU 2025112335A RU 2025112335 A RU2025112335 A RU 2025112335A RU 2849445 C1 RU2849445 C1 RU 2849445C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- coordinates
- signals
- ant
- retransmitted
- Prior art date
Links
Abstract
Description
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 (3COM).The method relates to radio engineering, namely to methods for determining the location (LO) of radio emission sources, and can be used to determine the location of an earth station (ES) of satellite communications (SC) by receiving and processing their signals, relayed from spacecraft (SC), at an earth station for determining the location (ES).
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 ЗС ys(n) и побочных излучений х(n), принимаемых на интервале наблюдения Тн 3COM, где n=1,2,…, N, N - номер отсчета с шагом Δt, s=1,2,…, s - номер КА с известными координатами. На основе сравнения ys(n) и x(n) формируют одномерные массивы: As с элементами As(k)=-1, если ysk<yS,k-1, As(k)=1, если ys,k>yS,k+1, As(k)=0, если yS,k=ys+1 и В с элементами В(к)=1, если xk<xk+1, В(k)=-1, если xk>xk+1, В(k)=0, если xk=xk+1, где k=1, 2,…,N - 1. Для каждой пары массивов As и В суммируют полученные значения признаков и определяют количество совпадений элементов с одинаковыми индексами Ws. Местоположение источника побочных излучений (ИПИ) определяют путем привязки к координатам ЗС СС, работающий через КА, подверженный воздействию побочных излучений.A method for determining the location of a satellite earth station is known (see Russian Patent No. 2653866, IPC G01S 5/06 (2006.01), published on 16.05.2018, Bulletin No. 14). The analogue assumes the simultaneous recording of a sequence of readings of the levels of useful ES signals y s (n) and spurious emissions x(n), received over the observation interval T n 3COM, where n=1,2,…, N, N is the reading number with a step Δt, s=1,2,…, s is the number of the spacecraft with known coordinates. Based on the comparison of y s (n) and x(n), one-dimensional arrays are formed: A s with elements A s (k)=-1 if y sk <y S,k-1, A s (k)=1 if y s,k >y S,k+1 , A s (k)=0 if y S,k =y s+1 and B with elements B(k)=1 if x k <x k+1 , B(k)=-1 if x k >x k+1 , B(k)=0 if x k =x k+1 , where k=1, 2,…,N - 1. For each pair of arrays A s and B, the obtained feature values are summed up and the number of matches of elements with the same indices W s is determined. The location of the source of spurious emissions (SSE) is determined by referencing the coordinates of the SS operating through the spacecraft exposed to the SSE.
Аналог обеспечивает упрощение реализации с устранением ограничения функциональности на территории с высокой плотностью размещения ЗС при определении местоположения ИПИ.The analogue provides for simplified implementation with the elimination of limitations of functionality in areas with a high density of land use sites when determining the location of the individual data sources.
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 и низкая точность ОМ ЗС.The analog method has inherent shortcomings that limit its application. Implementation of the analog requires the availability of information on the precise locations of legitimate satellites operating through a single satellite. Low measurement efficiency is due to the need to perform Q measurements to obtain a single coordinate. The analog is characterized by low noise immunity under various types of interference and low accuracy of the satellite's OM.
Известен способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу (см. Пат. РФ № 2663193, МПК Н04К 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 ΔТ с помощью РПУ и запоминают его ретранслированные копии не менее чем от трех космических аппаратов KAl, КА2 и КА3 с известными координатами, находящимися в зоне электромагнитной доступности 3COM 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 3COM до КА1, КА2 и КА3, на основе которой корректируют координаты космических аппаратов KAl, КА2 и КА3. Осуществляют когерентный прием ретранслированных копий сигналов от заданной ЗС. Измеряют задержки в приеме сигналов ЗС Δτ-1,2 и Δτ1,3 корреляционным методом с направлений на космические аппараты KA1, КА2 и KAl, КА3 соответственно. Запоминают полученные значения Δτ1,2 и Δτ1,3. Определяют местоположение ЗС разностно-дальномерным способом (РДС).A method for determining the location of a satellite communication earth station using a retransmitted signal is known (see Russian Federation Patent No. 2663193, IPC H04K 3/00 (2003.01), published on 02.08.2018, Bulletin No. 22). The analogous method uses an earth station for determining location consisting of three antennas Ant. 1, Ant. 2 and Ant. 3, a multi-channel coherent radio receiver (RPU) and a radio transmitter (RTD), with the help of which a test radio signal (TRS) is formed and emitted in the entire band of the operating frequencies of the spacecraft, coherently received over a time interval ΔT using the RPU and its retransmitted copies are stored from at least three spacecraft KA l, KA 2 and KA 3 with known coordinates located in the electromagnetic availability zone 3COM and 3S. The signals from the spacecraft are fed to the corresponding inputs of the multi-channel coherent radio receiver via their corresponding antennas Ant. 1, Ant. 2 and Ant. 3. The frequency instability of each of the coherent channels of the multi-channel radio receiver is compensated for. The slant range from 3COM to spacecraft 1, spacecraft 2 and spacecraft 3 is calculated, based on which the coordinates of the spacecraft KA l, KA 2 and KA 3 are adjusted. Coherent reception of retransmitted copies of signals from a given ES is performed. The delays in receiving ES signals Δτ- 1,2 and Δτ 1,3 are measured using the correlation method from the directions to the spacecraft KA 1 , KA 2 and KA l, KA 3 , respectively. The obtained values Δτ 1,2 and Δτ 1,3 are stored. The location of the ground control station is determined using the differential range finding method (DRF).
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.The analogue ensures a reduction in the measurement error of the coordinates of the ground station by eliminating the procedures for measuring the values of the Doppler frequency shift of the signal and the associated procedures for measuring the angle between the direction-finding bases (DFB) in the selected pairs of DFBs.
Однако аналогу присущи недостатки, ограничивающие его применение. Основными из них являются низкая помехозащищенность и обусловленная ею неудовлетворительная во многих случаях точность ОМ ЗС. Имеет место ситуация, когда сигнал ЗС приходит на «основной» КА по главному лепестку диаграммы направленности (ДН) в условиях низкого отношения сигнал l шум (ОСШ). В качестве одной из причин могут являться преднамеренные помехи (см. Пат. РФ № 2707878, Н04К 3/00, GO IS 5/00, опубл. 02.12.2019, бюл. 34). Другая причина обусловлена неоптимальным в силу разных причин размещениям 3COM 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. В свою очередь это приводит к погрешностям в определении координат ЗС.However, the analogue has inherent disadvantages that limit its application. The main ones are low noise immunity and the resulting unsatisfactory accuracy of the ES OM in many cases. A situation arises when the ES signal arrives at the "main" satellite along the main lobe of the radiation pattern (RP) under conditions of a low signal-to-noise ratio (SNR). One of the reasons may be intentional jamming (see Russian Patent No. 2707878, H04K 3/00, GO IS 5/00, published 02.12.2019, Bulletin 34). Another reason is the suboptimal placement of the 3COM relative to the ES location for various reasons. Moreover, the appearance of a legitimate signal in a given part of the spectrum of a "mirror" satellite dramatically worsens the signal-to-noise situation. The ground station's signal arrives at the satellite via a side lobe of the radiation pattern (RP) and is significantly weaker in power than the satellite's legitimate signal. Therefore, when these side lobes occur, the analog signal loses functionality. This, in turn, leads to errors in determining the ground station's coordinates.
Известен способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу (см. Пат. РФ № 2755058, МПК Н04 К 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 KAΔF, осуществляют когерентный прием РПУ на интервале времени ΔT и запоминают его ретранслированные копии не менее чем от трех космических аппаратов KA1, КА2 и КА3, 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 3COM до KAl, КА2 и КА3, корректируют на их основе координаты космических аппаратов КА1, КА2 и КА3, осуществляют когерентный прием ретранслированных копий сигналов от заданной ЗС, измеряют задержки в приеме сигналов ЗС Δτ1,2 и Δτ1,3 корреляционным методом с направлений на космические аппараты KAl, КА2 и KAl, КА3 соответственно, запоминают полученные значения Δτ1,2 и Δτ1,3, определяют местоположения ЗС разностно-дальномерным способом. Перед каждым измерением координат ЗС формируют и излучают ТРС в заданной полосе частотΔFj. Устраняют частотную нестабильность каждого из когерентных каналов. Сравнивают измеренные и запомненные совокупности уровней сигнала ЗС Wj(.ΔFi) и шумов Wjш(ΔFi) каждого j-го КА, j=2,3,=Wj(ΔFi)+WjШ(ΔFi), в полосе частот ΔFi, с совокупностью уровней сигнала ЗС W1(ΔFi) и шумов W1Ш(ΔFi) в первом, основном КА. В случае превышения порогового уровня Wmin,A method for determining the location of a satellite communications earth station using a retransmitted signal is known (see Russian Patent No. 2755058, IPC H04 K 3/00 (2008.01), published on September 14, 2021, Bulletin No. 26). The analogue uses an earth station for determining location consisting of three antennas Ant. 1, Ant. 2 and Ant. 3, a multi-channel coherent radio receiver and radio transmitter, form and emit a test radio signal in the entire operating frequency band KAΔF using a radio-frequency transmitter, carry out coherent reception of the radio-frequency transmitter over a time interval ΔT and store its retransmitted copies from at least three spacecraft KA 1 , KA 2 and KA 3 , with known coordinates located in the electromagnetic availability zone of the ZSMO and ZS, the signals of the spacecraft through the corresponding antennas Ant.1, Ant.2 and Ant.3 are fed to the corresponding inputs of the multi-channel coherent radio-frequency transmitter and are used to compensate for the frequency instability of each of the coherent channels of the multi-channel radio-frequency transmitter based on the results of TRS reception, calculate the slant range from 3COM to KA l, KA 2 and KA 3 , correct the coordinates of the spacecraft KA 1, KA 2 and KA 3 on their basis, carry out coherent reception of retransmitted copies of the signals from a given ES, the delays in receiving ES signals Δτ 1,2 and Δτ 1,3 are measured using the correlation method from the directions to the spacecraft KA l, KA 2 and KA l, KA 3 , respectively, the obtained values Δτ 1,2 and Δτ 1,3 are stored, and the locations of the ES are determined using the difference-ranging method. Before each measurement of the ES coordinates, a TRS is formed and emitted in a given frequency band ΔF j . The frequency instability of each of the coherent channels is eliminated. The measured and stored sets of levels are compared signal of the ground station W j (.ΔF i ) and noise W jш (ΔF i ) of each j-th spacecraft, j=2.3, =W j (ΔF i )+W jШ (ΔF i ), in the frequency band ΔF i, with a set of levels signal W 1 (ΔF i ) and noise W 1Ш (ΔF i ) in the first, main spacecraft. In case of exceeding the threshold level W min ,
хотя бы для одного j-гo КА выделяют сигнал ЗС S1(ΔFi) в первом КА из совокупности =S1(ΔFi)+S1Ш(ΔFi), S1Ш(ΔFi) - распределенный в ΔFt шумовой сигнал и возможные сосредоточенные излучения, формируют его копию с точностью до фазы с большим уровнем, и свободной от шумов S1Ш(ΔFi), а измерение задержки Δτ1;j выполняют корреляционным методом с использованием в качестве сигнала основного at least for one j-th spacecraft, the signal of the ground state S 1 (ΔF i ) is isolated in the first spacecraft from the set =S 1 (ΔF i )+S 1Ш (ΔF i ), S 1Ш (ΔF i ) - the noise signal distributed in ΔF t and possible concentrated emissions form its copy with an accuracy of phase with a high level, and noise-free S 1Ш (ΔF i ), and the measurement of the delay Δτ 1;j is performed by the correlation method using the main signal
При этом выделение сигнала ЗС в первом КА S1(ΔFi) 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.In this case, the selection of the ES signal in the first spacecraft S 1 (ΔF i ) is carried out using adaptive filtering and subsequent evaluation of its main characteristics at the first stage: the operating frequency band, the value of the carrier frequency, the type of modulation and manipulation, the speed of manipulation, and on their basis the demodulation of the signal, with subsequent restoration of the signal at the second stage with an accuracy of up to the phase and its amplification to a value that ensures the determination of the coordinates of the ground station.
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.The analogue ensures increased noise immunity in the measurement of the coordinates of the ground station by isolating the ground station signal from the noise, mainly from the spacecraft, analyzing it, creating a copy of it with phase accuracy at a high level and free from noise and interference, with subsequent use in the RDS.
Однако аналогу присущи недостатки, ограничивающие 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 ЗС S1(ΔFi) с точностью до фазы. Основным недостатком аналога является низкая точность ОМ ЗС.However, the analog has inherent drawbacks that limit its use. In practice, situations are not uncommon where auxiliary satellites are absent, or there is only one. As a result, the analog loses its functionality. Furthermore, reconstructing the S1 (ΔF i ) signal with phase accuracy presents a technical challenge. The main drawback of the analog is the low accuracy of the S1 signal.
Известен способ определения координат земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу (см. Пат. РФ № 2749456, МПК Н04КЗ/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 КА1? КА2 и КА3 с известными координатами, находящимися в зоне электромагнитной доступности 3COM 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 3COM до КА1, КА2 и КА3 с последующей корреляцией на их основе координат KAl, КА2 и КА3, перед каждым очередным измерением координат ЗС формируют и излучают ТРС в заданной полосе частот ΔFi, устраняют текущую частотную нестабильность каждого из когерентных каналов приема, сравнивают заранее измеренные и запомненные шумовые уровни Pj(ΔFi), j=2,3, выбранных j-х КА в полосе частот ΔFt с их текущим уровнем Pjтек(ΔFi), в случае превышения приращения уровня шумов в j-м КА Pj(ΔFi) порогового уровня Δd, ΔPj>Δd, ΔPj(ΔFi)=Pjтек(ΔFi)-Pj(ΔFi), принимают решение о появлении в полосе частот ΔFi сигналов 1- ЗС, ретранслированных j-м КА, выделяют обнаруженные сигналы 1-й ЗС Sl(ΔF£) j-го КА путем вычитания из совокупности сигналов j-го КА:- Sj (ΔFi)=Sj(ΔFi)+-Sj(ΔFi)=- совокупность сигналов 1-й земной станции, координаты которой подлежат определению, и шумов, измеряют задержки в приеме сигналов ЗС Δτ1,2 и Δτ1,3 корреляционным методом с направлений КС 1, КС 2 и КС 1, КС 3 соответственно, запоминают полученные значения Δτ12 и Δτ13, определяют местоположение ЗС разностно-дальномерным способом.A known method for determining the coordinates of a satellite communication earth station using a retransmitted signal (see Russian Patent No. 2749456, IPC H04KZ/00 (2006.01), published on 11.06.2021, Bulletin No. 17) consists in using an earth station for determining location consisting of three antennas Ant. 1, Ant. 2 and Ant. 3, a multi-channel coherent radio receiver and radio transmitter (RPD), the formation and emission by the RPD of a test radio signal in the entire operating frequency band of the spacecraft ΔF and coherent reception by the RPU over the interval ΔT and storing its retransmitted copies from at least three spacecraft KA 1? KA 2 and KA 3 with known coordinates located in the electromagnetic availability zone 3COM and ES, the signals of which through the corresponding antennas Ant. 1, Ant. 2 and Ant. 3 are fed to the corresponding inputs of the multi-channel coherent radio receiver, compensation for the frequency instability of each of the coherent channels of the multi-channel radio receiver based on the results of receiving the TRS, calculating the slant range from 3COM to KA 1, KA 2 and KA 3 with subsequent correlation on their basis of the coordinates of KA l, KA 2 and KA 3 , before each successive measurement of the coordinates of the ES, the TRS is formed and emitted in a given frequency band ΔF i , the current frequency instability of each of the coherent receiving channels is eliminated, the previously measured and stored noise levels P j (ΔF i ), j = 2,3, of the selected j-th KA in the frequency band ΔF t are compared with their current level P jcurrent (ΔF i ), in case of exceeding the noise level increment in the j-th KA Pj(ΔF i ) the threshold level Δd, ΔP j >Δd, ΔP j (ΔF i )=P jтек (ΔF i )-P j (ΔF i ), make a decision on the appearance in the frequency band ΔF i of signals of the 1st ES, retransmitted by the j-th spacecraft, select the detected signals of the 1st ES S l (ΔF £ ) of the j-th spacecraft by subtracting from the set signals of the j-th spacecraft: - S j (ΔF i )=S j (ΔF i )+ -S j (ΔF i )= - a set of signals from the 1st earth station, the coordinates of which are subject to determination, and noise, measure the delays in receiving the ES signals Δτ 1,2 and Δτ 1,3 using the correlation method from the directions of KS 1, KS 2 and KS 1, KS 3, respectively, store the obtained values Δτ 12 and Δτ 13 , and determine the location of the ES using the difference-range method.
Аналог обеспечивает повышение помехозащищенности измерения координат ЗС за счет использования процедуры выделения помехового сигнала и его вычитания из группового сигнала.The analogue ensures increased noise immunity in the measurement of ground station coordinates by using the procedure of isolating the interference signal and subtracting it from the group signal.
Однако аналогу 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.However, the analog has a drawback that limits its application. In many practical situations, auxiliary satellites suitable for measurements may be absent, or their number may be limited to one. As a result, the prototype loses its functionality. Furthermore, the low SNR of adjacent satellites leads to low accuracy in determining the ground station's location.
Наиболее близким по своей технической сущности является способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу (см. Пат.РФ № 2837386, МПК Н04К 3/00, опубл. 31.03.2025, бюл. № 10).The closest in its technical essence is the method of determining the location of a satellite communications earth station using a retransmitted signal (see Patent of the Russian Federation No. 2837386, IPC H04K 3/00, published 31.03.2025, Bulletin No. 10).
Прототип заключается в использовании земной станции определения местоположения в использовании земной станции определения местоположения в составе антенной системы, многоканального когерентного радиоприемного устройства с блоком расчета координат и радиопередатчика, М,М≥2 низкоорбитальных космических аппаратов КА2, КА3,…, КАМ+1, пункта управления НКА; автоматическом отслеживании направления антеннами Ант.2,…, Ант.М+1 на соответствующие НКА, ориентации Ант. 1 в направлении «основного» KA1, находящегося на геостационарной орбите и обеспечивающего ретрансляцию сигналов 1-й ЗС по основному лепестку диафрагмы направленности, обнаружении сигналов l -й ЗС в блоке расчета координат РПУ 3COM на основе нисходящей линии сигналов КА1, технического анализа, определении центральной частоты Fi и ширины спектра ΔFi, определении на основе частотного плана КА1 частотных параметров Fbi и ΔFbj восходящей линии l -й ЗС, передаче полученных в 3COM значений Fbi и ΔFbj на ПУ НКА, результатов прогноза даты и времени нахождения НКА КА2,…, КАМ+1 в зоне электромагнитной доступности (ЭМД) l -й ЗС, 3COM и ПУ, задании с ПУ НКА всем М НКА по низкоскоростному каналу связи времени включения и выключения ретрансляторов, находящихся на их борту, параметров ретранслируемого сигнала Fi, ΔF£ и FBi, ΔFbi, времени передачи сообщений на ПУ о текущих координатах соответствующих m-ных НКА (х, у, z, tn)m, n=1,2,…,N,N - количество сообщений за время пролета над районом поиска, tn - время измерения координат НКА в n-ой точке, m=2,3,…, М+1, m - номер НКА, координатно-временные данные от всех М НКА последовательной передаче на ПУ и далее на 3COM координатно-временных данных от всех М НКА, своевременной ориентации Ант.2,…, Ант М+1 на соответствующие НКА по TLE-параметрам их орбит, устранении текущей нестабильности всех М+1 приемных каналов РПУ в полосе частот ΔFi в моменты времени tn по результатам приема тестового радиосигнала, излучаемого РПД, определении координат l -й ЗС М НКА путем приема сигналов l -й ЗС в полосе частот ΔFbi и их ретрансляции на 3COM в полосе ΔFi, которые через Ант.2,…, Ант. М+1 поступают на соответствующие входы РПУ, одновременно сигналы l -й ЗС, ретранслированные KA1, через Ант.1 поступают на первый вход РПУ, определении М задержек в приеме сигналов Δτ1,М в каждой из N точек пространственного положения НКА на основе координат КА1 и М НКА и ретранслированных ими сигналов l -й ЗС, определении местоположения l -й ЗС разностно-дальномерным способом.The prototype consists of using a ground station for determining the location in the use of a ground station for determining the location as part of an antenna system, a multi-channel coherent radio receiver with a unit for calculating coordinates and a radio transmitter, M, M≥2 low-orbit spacecraft KA 2 , KA 3 , ..., KA M+1 , a control post for the NKA; automatic tracking of the direction of the antennas Ant.2, ..., Ant.M+1 to the corresponding NKA, orientation of the Ant. 1 in the direction of the "main" KA 1, located in a geostationary orbit and providing retransmission of signals of the 1st ES along the main lobe of the directional aperture, detection of signals of the l -th ES in the coordinate calculation unit 3COM on the basis of the downlink of KA 1 signals, technical analysis, determination of the central frequency F i and the spectrum width ΔF i , determination on the basis of the frequency plan of KA 1 of the frequency parameters F bi and ΔF bj of the uplink of the l -th ES, transmission of the values of F bi and ΔF bj obtained in 3COM to the NSC control unit, the results of the forecast of the date and time of the location of the NSC KA 2 ,…, KA M+1 in the electromagnetic availability zone (EMA) of the l -th ES, 3COM and control unit, assignment from the NSC control unit to all M NSC via a low-speed communication channel of the switching on time and turning off repeaters located on board them, the parameters of the relayed signal F i , ΔF £ and F Bi , ΔF bi , the time of transmitting messages to the control unit about the current coordinates of the corresponding m-th NS (x, y, z, t n ) m , n=1,2,…,N,N is the number of messages during the flight over the search area, t n is the time of measuring the NS coordinates at the n-th point, m=2,3,…, M+1, m is the NS number, coordinate-time data from all M NS, sequential transmission to the control unit and then to 3COM of coordinate-time data from all M NS, timely orientation of Ant.2,…, Ant. M+1 to the corresponding NS based on the TLE parameters of their orbits, elimination of the current instability of all M+1 receiving channels of the RN in the frequency band ΔF i at times t n based on the results of receiving the test radio signal emitted by the RPD, determination of the coordinates of the l -th ES M NSC by receiving signals from the l-th ES in the frequency band ΔF bi and retransmitting them to 3COM in the band ΔF i , which are fed to the corresponding inputs of the radio receiver through Ant.2,…, Ant. M+1, simultaneously the signals from the l-th ES, retransmitted by KA 1 , are fed to the first input of the radio receiver through Ant.1, determining M delays in receiving signals Δτ 1,M at each of the N points of the spatial position of the NSC based on the coordinates of KA 1 and M NSC and the signals from the l-th ES retransmitted by them, determining the location of the l-th ES using the difference-ranging method.
Прототип обеспечивает повышение точности ОМ ЗС по сравнению с аналогами благодаря увеличению уровня сигнала от НКА по сравнению с вспомогательными КА на ГСО. Однако прототипу присущ общий с аналогами недостаток. Это недостаточная точность ОМ ЗС и невозможность функционирования в условиях радиоподавления или искажения навигационного поля.The prototype improves the accuracy of the OM ZS compared to similar devices due to the increased signal strength from the navigation satellites compared to auxiliary satellites in geostationary orbit. However, the prototype shares a common drawback with its analogs: insufficient OM ZS accuracy and the inability to operate in conditions of radio jamming or navigation field distortion.
Целью заявляемого технического решения является разработка способа определения местоположения подвижной земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу посредством дифференциального РДС, обеспечивающего повышение точности ОМ ЗС за счет существенного снижения погрешности определения координат НКА и компенсации ошибки ОМ КА на геостационарной орбите.The purpose of the claimed technical solution is to develop a method for determining the location of a mobile earth station for satellite communications based on a retransmitted signal using differential radar, which ensures an increase in the accuracy of the OM ES by significantly reducing the error in determining the coordinates of the NSC and compensating for the error of the OM SS in geostationary orbit.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения местоположения спутниковой связи по ретранслированному сигналу, заключающемся в использовании земной станции определения местоположения в составе антенной системы, многоканального когерентного радиоприемного устройства с блоком расчета координат и радиопередатчика, М, М≥2 низкоорбитальных космических аппаратов КА2, КА3,…, КАМ+1, пункта управления НКА; автоматическом отслеживании направления антеннами Ант.2, …, Ант. М+1 на соответствующие НКА, ориентации Ант. 1 в направлении «основного» КА1, находящегося на геостационарной орбите и обеспечивающего ретрансляцию сигналов 1-й ЗС по основному лепестку диафрагмы направленности, обнаружении сигналов l -й ЗС в блоке расчета координат РПУ 3COM на основе нисходящей линии сигналов KAl, технического анализа, определении центральной частоты F£ и ширины спектра ΔFi, определении на основе частотного плана КА1 частотных параметров Fbi и ΔFbj восходящей линии l -й ЗС, передаче полученных в ЗСОМ значений Fbj и ΔFbj на ПУ НКА, результатов прогноза даты и времени нахождения НКА КА2,., КАМ+1 в зоне электромагнитной доступности l -й ЗС, 3COM и ПУ, задании с ПУ НКА всем М НКА по низкоскоростному каналу связи времени включения и выключения ретрансляторов, находящихся на их борту, параметров ретранслируемого сигнала Fi, ΔFi и FBi, ΔFBi, времени передачи сообщений на ПУ о текущих координатах соответствующих m-ных НКА (х, у, z, tn)m, n=1,2,…,N, N - количество сообщений за время пролета над районом поиска, tn - время измерения координат НКА в n-ой точке, m=2,3,…, М+1, m- номер НКА, координатно-временные данные от всех М НКА последовательной передаче на ПУ и далее на 3COM координатно-временных данных от всех М НКА, своевременной ориентации Ант. 2,…, Ант М+1 на соответствующие НКА по TLE-параметрам их орбит, устранении текущей нестабильности всех М+1 приемных каналов РПУ в полосе частот ΔFi в моменты времени tn по результатам приема тестового радиосигнала, излучаемого РПД, определении координат l -й ЗС М НКА путем приема сигналов l -й ЗС в полосе частот ΔFBi и их ретрансляции на 3COM в полосе ΔFi, которые через Ант.2,…, Ант. М+1 поступают на соответствующие входы РПУ, одновременно сигналы l -й ЗС, ретранслированные KA1, через Δнт. 1 поступают на первый вход РПУ, определении М задержек в приеме сигналов Δτ1,M в каждой из N точек пространственного положения НКА на основе координат КА1 и М НКА и ретранслированных ими сигналов l -й ЗС, определении местоположения l -й ЗС разностно-дальномерным способом, при этом дополнительно используют Q≥3 М-канальных разнесенных в пространстве квантово-оптических станций (КОС), управление и синхронизацию работой которых осуществляет 3COM путем задания параметров орбиты НКА КА2, …, КАМ+1, прогноза их доступности в контролируемом районе, на их основе на Q квантово-оптических станциях рассчитывают углы наклона лазерных каналов на каждый НКА в n-й точке, n=1,2,…, N, в tn-ные моменты времени, где N - количество точек измерения координат НКА, каналы c 1 - го по М - ный каждого из Q квантово-оптических станций ориентируют в направлении соответствующих НКА и автоматически отслеживают их перемещение, измеряют удаление НКА в каждой n-й точке от соответствующих КОС в моменты времени tn, полученные результаты передают на 3COM, где сигнал l -й ЗС, ретранслированный КА1 с положительным соотношением сигнал/шум, используют в каждый из N моментов времени tn в качестве опорных, на 3COM рассчитывают уточненные координаты всех М НКА, а измерение задержек Δτ1,М в приеме сигналов 1-й ЗС в каждой из Лоточек выполняют корреляционным методом на основе использования уточненных координат НКА и ретранслированных ими сигналов, определяют координаты ЗС дифференциальных РДС на основе измерений задержек сигнала Δτm,m+1, а в функции НКА дополнительно входит отражение лазерных излучений, формируемых КОС, с помощью уголковых отражателей.The stated objective is achieved by the fact that in the known method of determining the location of satellite communications using a retransmitted signal, which consists of using an earth station for determining the location as part of an antenna system, a multi-channel coherent radio receiver with a coordinate calculation unit and a radio transmitter, M, M≥2 low-orbit spacecraft SC2, KA3,…, KAM+1, the control point of the spacecraft; automatic tracking of the direction of the antennas Ant.2, …, Ant. M+1 to the corresponding spacecraft, orientation of Ant. 1 in the direction of the “main” spacecraft1,located in geostationary orbit and providing retransmission of signals of the 1st ES along the main lobe of the directional aperture, detection of signals of the l -th ES in the coordinate calculation unit of the 3COM RPU based on the downlink of KA signalsl,technical analysis, determining the central frequency F£and the spectral width ΔFi, determined on the basis of the spacecraft frequency plan1frequency parameters Fbiand ΔFbjascending line of the l -th ZS, transmission of the values of F received in ZSOMbjand ΔFbjat the NSC launch site, the results of the forecast of the date and time of the NSC's location2,., KAM+1in the electromagnetic availability zone of the l-th ZS, 3COM and PU, the task from the PU of the NSC to all M NSC via a low-speed communication channel of the turn-on timeand turning off repeaters on board, parameters of the retransmitted signal Fi, ΔFiand FBi, ΔFBi, the time of transmission of messages to the control unit about the current coordinates of the corresponding m-th NSC (x, y, z, tn)m, n=1,2,…,N, N - the number of messages during the flight over the search area, tn- time of measurement of the coordinates of the navigation spacecraft at the n-th point, m=2,3,…, M+1, m is the number of the navigation spacecraft, coordinate-time data from all M navigation spacecraft, sequential transmission to the control unit and then to 3COM of coordinate-time data from all M navigation spacecraft, timely orientation of Ant. 2,…, Ant. M+1 to the corresponding navigation spacecraft based on the TLE parameters of their orbits, elimination of the current instability of all M+1 receiving channels of the control unit in the frequency band ΔFiat times tnbased on the results of receiving a test radio signal emitted by a radio-frequency device, determining the coordinates of the l-th ES of the M NKA by receiving signals from the l-th ES in the frequency band ΔFBiand their retransmission to 3COM in the ΔF bandi, which through Ant.2,…, Ant. M+1 are sent to the corresponding inputs of the radio receiver, simultaneously the signals of the l -th ground station, retransmitted by the satellite1,through Δnt. 1 are fed to the first input of the RPU, determining M delays in receiving signals Δτ1,Mat each of the N points of the spacecraft's spatial position based on the spacecraft's coordinates1and M NSC and the signals of the l-th ES relayed by them, determining the location of the l-th ES using the difference-ranging method, while additionally using Q≥3 M-channel spatially separated quantum-optical stations (QOS), the control and synchronization of the operation of which is carried out by 3COM by setting the orbital parameters of the NSC KA2, …, KAM+1, forecast of their availability in the controlled area, on their basis at Q quantum-optical stations the angles of inclination of laser channels for each NCA at the n-th point, n=1,2,…, N, are calculated in tn-th moments of time, where N is the number of measurement points of the coordinates of the NSC, channels 1 through M of each of the Q quantum-optical stations are oriented in the direction of the corresponding NSC and their movement is automatically tracked, the distance of the NSC is measured at each n-th point from the corresponding QOS at moments of time tn,the obtained results are transmitted to 3COM, where the signal of the l-th station, retransmitted by the satellite1with a positive signal-to-noise ratio, used at each of the N time points tnas reference, the refined coordinates of all M NKA are calculated on 3COM, and the measurement of delays Δτ1,Min the reception of signals from the 1st ES in each of the Trays, a correlation method is used based on the use of refined coordinates of the NSC and the signals retransmitted by them; the coordinates of the ES of the differential RDS are determined based on measurements of the signal delays Δτm,m+1,and the functions of the NCA additionally include the reflection of laser radiation generated by the COS using corner reflectors.
Заявляемый способ поясняется чертежами:The claimed method is illustrated by drawings:
на фиг. 1 показаны условия, когда в зоне электромагнитной доступности ЗС находятся 3 КОС, 3COM, ПУ НКА, космический аппарат КА1 на геостационарной орбите и два (КА2 и КА3) на низкоорбитальной орбите;Fig. 1 shows the conditions when in the zone of electromagnetic availability of the Earth station there are 3 satellites, 3 COM, a launcher for a spacecraft, a spacecraft KA 1 in a geostationary orbit and two (KA 2 and KA 3 ) in a low-orbit orbit;
на фиг. 2 приведен обобщенный алгоритм определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу;Fig. 2 shows a generalized algorithm for determining the location of a satellite earth station using a retransmitted signal;
на фиг. 3 показан внешний вид НКА на базе CubeSat U12 с установленным на него уголковым отражателем;Fig. 3 shows the external appearance of the U12 CubeSat-based NSC with a corner reflector installed on it;
на фиг. 4 приведена обобщенная структурная схема НКА;Fig. 4 shows a generalized structural diagram of the NCA;
на фиг. 5 приведен обобщенный алгоритм функционирования НКА;Fig. 5 shows a generalized algorithm for the operation of the NCA;
на фиг. 6 показаны результаты моделирования предлагаемого способа:Fig. 6 shows the results of modeling the proposed method:
а) зависимость среднеквадратической ошибки (СКО) местоопределения НКА от значения «худшего» (максимально отличающегося от 90°) угла из трех возможных, формируемых лазерными лучами КОС:a) dependence of the root mean square error (RMS) of the positioning of the NSC on the value of the “worst” (maximum difference from 90°) angle of the three possible angles formed by the laser beams of the KOS:
б) зависимость СКО местоопределения ЗС от ОСШ для различных значений «наихудшего» угла зондирующих лучей;b) dependence of the standard deviation of the position of the ground station on the SNR for different values of the “worst” angle of the probing beams;
в) зависимость максимальной ошибки ОМ ЗС дифференциальным РДС от точности ОМ НКА для различного ОСШ на входе РПУ.c) the dependence of the maximum error of the differential RDS OM on the accuracy of the NCA OM for different SNR at the input of the RPU.
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. Существенное влияние на точность ОМ ЗС оказывают погрешность в местоопределении задействованных в измерениях КА и вектора их скорости.The essence of the proposed method is as follows. Geolocation systems using three or more satellites in geostationary orbit to determine the location of an earth station are currently widely used. A number of requirements must be met for these systems to function. These include the presence of at least two additional relay satellites ("mirror" or adjacent satellites) that have identical uplink frequencies, antenna system polarization, and coverage areas. The accuracy of the EOSS is significantly impacted by the location error of the satellites involved in the measurements and their velocity vectors.
Мультиспутниковая 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).The multi-satellite architecture for determining the location of ground stations involves the use of differential-range, differential-Doppler methods, or their combinations (see Char M. Application of a dual satellite geolocation system on locating sweeping interference // World Academy of Science, Engineering Technology. -2012. V. 6, #9, p.1029-1034).
Спутник-ретранслятор КА1 является «основным», так как он обеспечивает ретрансляцию сигнала 1-я ЗС по основному лепестку ДН. В аналогах 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 3COM 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. Данная проблема в прототипе решена с помощью М,М≥2, низкоорбитальных космических аппаратов с размещенными на их борту ретрансляторами сигналов. В этом случае уровень ретранслированных сигналов ЗС составляет +5…-25 дБ для СВЧ(с учетом антенны меньшего диаметра и меньшего расстояния до НКА). В результате увеличения уровня сигнала (на 45 дБ) 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 KA1 Ha геостационарной орбите и двумя НКА. Использование одного НКА позволяет определить координаты стационарной ЗС.Перемещение в пространстве НКА позволяет проводить последовательные во времени измерения Δτ1,n,n=1,2,…,N, 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 tn. В качестве НКА предложено использовать Кубсат (англ. CubeSat←cube+satellite) - формат малых (сверхмалых) искусственных спутников Земли, имеющих габариты от 30×10×10 см при массе от 1,33 кг (см. Электронный ресурс https://www.webcitation.org/6ABSpR8qR?url=http://www.cubesat.org/images/developers/cds_r ev12.pdf. Обр. 17.03.2025 г. ).Repeater satellite KA 1 is the "primary" one, as it relays the signal from the first ES along the main beam pattern. In analogs, the second and third KA are adjacent, located at some distance from KA 1 , and capable of transmitting the same radiation received along the side lobes of the ES pattern, but with greater attenuation. Their level typically fluctuates between -70 dB and -40 dB. If 3COM is located within the EMD zone formed by the antenna systems of these KA, its multi-channel radio receiver will be able to receive signals from these KA, process them, and determine the ES coordinates. However, situations are not uncommon where auxiliary spacecraft KA 2 and KA 3 are absent, or there is only one. This problem is solved in the prototype using M,M≥2 low-orbit spacecraft with signal repeaters onboard. In this case, the level of the retransmitted signals from the ES is +5…-25 dB for microwave frequencies (taking into account the smaller diameter antenna and the shorter distance to the NS). As a result of the increase in the signal level (by 45 dB) in relation to the auxiliary NS in GEO, the signal-to-noise ratio increases. The latter entails an increase in the accuracy characteristics of the proposed method. Fig. 1 shows a variant of such a solution, when the source signals are retransmitted by NS 1 in geostationary orbit and two NS. The use of one NS makes it possible to determine the coordinates of a stationary ES. The movement of the NS in space makes it possible to carry out successive measurements of Δτ 1,n , n=1,2,…,N, over time, obtaining not only the position lines but also the coordinates of the ES over the time interval. However, to measure the coordinates of a moving ES, the simultaneous use of two or more NS is necessary. As a result, it becomes possible to determine the current coordinates of a moving ES by obtaining two or more position lines at moments in time t n . It is proposed to use CubeSat (CubeSat←cube+satellite) as a satellite - a format of small (ultra-small) artificial Earth satellites with dimensions of 30×10×10 cm and a mass of 1.33 kg (see Electronic resource https://www.webcitation.org/6ABSpR8qR?url=http://www.cubesat.org/images/developers/cds_r ev12.pdf. Rev. 03/17/2025).
Известно, что точностные характеристики реализаций разностно-дальномерного способа ОТ ЗС определяются в том числе и точностью определения координат ретрансляторов (в данном случае KAl, КА2, КА3). Допустимая ошибка ОМ КА на ГСО по TLE определяется требованиями по сопровождению КА связными антеннами и составляет от единиц километров до 10 км (см. Электронный ресурсIt is known that the accuracy characteristics of the implementation of the differential ranging method of EOTS are determined, among other things, by the accuracy of determining the coordinates of the repeaters (in this case, KA 1, KA 2 , KA 3 ). The permissible error of the OM of the spacecraft in GSO according to TLE is determined by the requirements for tracking the spacecraft with communication antennas and ranges from a few kilometers to 10 km (see Electronic resource
https://cyberleninka.m/article/.n/raschyot-dvizhemya-kosmichtskogo-apparata-na-okolo-krugovoy-orbite-po-dannym-tle-po-uproschyonnoy-modeli-sgp.Обр. 20.03.2025 г.).https://cyberleninka.m/article/.n/raschyot-dvizhemya-kosmichtskogo-apparata-na-okolo-krugovoy-orbite-po-dannym-tle-po-uproschyonnoy-modeli-sgp.Obr. 20.03.2025 g.).
Использование разнесенных в пространстве синхронных передающих реперных станций, приемников сигналов КА позволяет повысить точность ОМ КА на ГСО до субкилометровой (см. Р.Д. Галл. Определение местоположения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные спутники - ретрансляторы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Санкт-Петербург: ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина), 2021; Р.В. Волков, В.В. Свидов, А.О. Чемаров. Точность геолокации разностно-дальномерным методом с использованием спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите // Радиоэлектроника и телекоммуникации. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», №9/2014, с. 12-19).The use of spatially distributed synchronous transmitting reference stations and receivers of spacecraft signals makes it possible to increase the accuracy of the spacecraft OM in GSO to subkilometer (see R.D. Gall. Determining the location of ground-based radio sources operating via geostationary repeater satellites. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences. - St. Petersburg: ETU named after V.I. Ulyanov (Lenin), 2021; R.V. Volkov, V.V. Svidov, A.O. Chemarov. Accuracy of geolocation by the difference-ranging method using repeater satellites in geostationary orbit // Radioelectronics and Telecommunications. Bulletin of ETU "LETI", No. 9/2014, pp. 12-19).
Дальнейшее повышение точности ОМ КА на ГСО возможно путем прогнозирования баллистической траектории движения КА на основе массива измерений уточненных координат с учетом влияния возмущающих факторов (см. Пат.РФ № 2550814, МПК G01S 19/27 (2010.01), опубл. 20.05.2015 г., бюл. №14). Однако выполнение любого маневра КА приводит к необходимости накопления нового массива для прогнозирования.Further improvement of the accuracy of the spacecraft's OM in geostationary orbit is possible by predicting the spacecraft's ballistic trajectory based on an array of measurements of refined coordinates, taking into account the influence of disturbing factors (see Russian Patent No. 2550814, IPC G01S 19/27 (2010.01), published on May 20, 2015, Bulletin No. 14). However, the execution of any spacecraft maneuver leads to the need to accumulate a new array for prediction.
Точность ОК НКА ограничена характеристиками навигационных приемников (~100 наносекунд), что приводит к среднеквадратическому отклонения (СКО) определения координат не менее 30 м (см. Пат.РФ №2550814, МПК G01S 19/27 (2010.01), опубл. 20.05.2015 г., бюл. №14). Существует возможность снижения СКО координат НКА до единиц метров. Однако это возможно в условиях отсутствия маневров НКА и установки на его борт мультимедийных приемников спутниковых навигационных сигналов систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo и BeiDou с поддержкой режимов сетевого и автономного ассистирования в части эфемеридной информации (см. там же).The accuracy of the navigation satellite system is limited by the characteristics of the navigation receivers ( ~ 100 nanoseconds), which leads to a root mean square deviation (RMS) of coordinate determination of at least 30 m (see Russian Patent No. 2550814, IPC G01S 19/27 (2010.01), published on 20.05.2015, Bulletin No. 14). It is possible to reduce the RMS of the navigation satellite coordinates to units of meters. However, this is possible under conditions of the absence of maneuvers of the navigation satellite and the installation on board of multimedia receivers of satellite navigation signals of the GLONASS, GPS, Galileo and BeiDou systems with support for network and autonomous assistance modes in terms of ephemeris information (see ibid.).
Существенное повышение точности определения координат НКА может быть достигнуто благодаря использованию в геолокации решений, нашедших свое применение в радионавигации. Предполагается, что шкалы времени всех используемых в системе КОС и ПУ НКА должны быть синхронизированы с высокой точностью. Необходимое взаимное удаление между КОС определяется высотой полета НКА и может, например, составлять 500 км при высоте полета последних 500 км. На сегодняшний день наилучшую точность синхронизации шкал времени удаленных объектов на дистанциях в несколько сотен километров обеспечивают системы, использующие волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) между объектами (см. Донченко СС, Колмогоров О.В., Прохоров Д.В. и др. Система сравнения и синхронизации шкал времени эталонов частоты и времени удаленных объектов// «Радиоинфоком-2017». Сборник научных трудов международной научно-практической конференции. СЗ17-321).A significant increase in the accuracy of determining the coordinates of the navigation spacecraft can be achieved through the use of solutions in geolocation that have found application in radio navigation. It is assumed that the time scales of all the navigation spacecraft coordinate systems and control units used in the system must be synchronized with high accuracy. The required mutual distance between the coordinate systems is determined by the flight altitude of the navigation spacecraft and can, for example, be 500 km with the latter flying at an altitude of 500 km. Currently, the best accuracy in synchronizing the time scales of remote objects at distances of several hundred kilometers is provided by systems using fiber-optic communication lines (FOCL) between the objects (see Donchenko SS, Kolmogorov OV, Prokhorov DV et al. System for Comparison and Synchronization of Time Scales of Frequency and Time Standards of Remote Objects // "Radioinfocom-2017". Collection of scientific papers of the international scientific and practical conference. SZ17-321).
В свою очередь использование современных радио-лазерных станций нового поколения типа «Точка» и их модификаций в качестве КОС позволяют получить прецизионные (миллиметровой точности) лазерные измерения двухсторонней наклонной дальности до НКА (см.. Борисов БА, Донченко СИ., Жабин А.С и др. О создании радиолазерных комплексов «Точка» для решения задач космической геодезии и навигации //Радиофотоника, том 16, №5, 2022 г. с.370-379). При этом усредненная точность измерения наклонной дальностью до объекта составляет 1 мм, а ошибка единичного измерения не превышает 10 мм.In turn, the use of modern new-generation radio-laser stations of the "Tochka" type and their modifications as a COS allows for precision (millimeter accuracy) laser measurements of the two-way slant range to the NSC (see Borisov BA, Donchenko SI, Zhabin AS, et al. On the creation of "Tochka" radio-laser complexes for solving problems of space geodesy and navigation // Radiophotonics, Vol. 16, No. 5, 2022, pp. 370-379). Moreover, the average accuracy of measuring the slant range to an object is 1 mm, and the error of a single measurement does not exceed 10 mm.
Высокоточное определение координат НКА предполагает размещение на его борту панели уголковых отражателей (так называемых ретрорефлекторов). Назначение последних состоит в отражении луча лазерного дальномера от НКА обратно к приемнику КОС для прецизионного измерения дальности. Для достижения требуемых энергетических и точностных характеристик необходимо, чтобы конструкция уголковых отражателей (УО) обеспечивала оптимальную диаграмму направленности отраженного излучения. Известна малогабаритная ретрорефлекторная система «Пирамида», предназначенная для низкоорбитальных КА (см. Акентьев А.С, Соколов А.Л. Малогабаритная ретрорефлекторная система для космического аппарата «Ломоносов»// Фотоника, №5/59/2016, с. 50-53.). Ошибка измерений при ее использовании мала за счет малого размера УО и соединения их вершин. В целом расчетная величина ошибки цели при измерении дальности до НКА не превышает 0,5 мм.High-precision determination of the coordinates of the NS requires the placement of a panel of corner reflectors (the so-called retroreflectors) on board. The purpose of the latter is to reflect the laser rangefinder beam from the NS back to the KOS receiver for precise range measurement. To achieve the required energy and accuracy characteristics, the design of the corner reflectors (CR) must ensure an optimal directivity pattern of the reflected radiation. A compact retroreflector system called "Pyramid" is known, designed for low-orbit spacecraft (see Akentyev A.S., Sokolov A.L. Compact retroreflector system for the Lomonosov spacecraft // Photonics, No. 5/59/2016, pp. 50-53.). The measurement error when using it is small due to the small size of the CR and the connection of their vertices. In general, the calculated value of the target error when measuring the range to the NS does not exceed 0.5 mm.
В результате повышения точности определения координат М НКА становится возможным с более высокой точностью определять координаты ЗС. Использование данных только от НКА при решении задачи ОМ ЗС затруднено. Это обусловлено тем, что ширина основного лепестка диаграммы направленности ИРИ СВЧ-диапазоне составляет от долей до единиц градусов. В результате рентранслированный НКА сигнал находится в общем случае ниже уровня шума, что затрудняет его обнаружение.By improving the accuracy of M satellite coordinate determination, it becomes possible to determine the coordinates of ground stations with greater precision. Using data from the satellite alone to solve the problem of ground station detection is difficult. This is due to the fact that the width of the main lobe of the microwave ray beam ranges from fractions to units of a degree. As a result, the signal transmitted by the satellite is generally below the noise level, making it difficult to detect.
На подготовительном этапе КОС размещают по кругу, в центре которого находятся 3COM и ПУ НКА. В качестве КОС целесообразно использовать изделие «Точка» АО «НПК «Системы прецизионного приборостроения» г. Москва. Много-канальность КОС достигается совокупностью их использования в каждом позиционном районе. Взаимное удаление КОС между собой зависит от высоты полета НКА для реализации геометрического фактора при измерениях и может составлять, например, 500 км.During the preparatory phase, the satellite communications stations are deployed in a circle, with the 3COM and the satellite launcher at the center. It is advisable to use the "Tochka" product from JSC Scientific and Production Corporation "Precision Instrument Systems" (Moscow) as the satellite communications station. Multi-channel satellite communications station capability is achieved by using them simultaneously in each positional area. The distance between the satellite communications stations depends on the satellite's flight altitude to ensure the geometric factor during measurements and can be, for example, 500 km.
Управление работой КОС (включая синхронизацию) осуществляют с 3COM.The operation of the KOS (including synchronization) is controlled by 3COM.
Далее (см. фиг. 1,2) с помощью РПД излучают шумоподобный тестовый радиосигнал в полосе рабочих частот КА AF и принимают его первым каналом РПУ на интервале времени ΔГ, 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 сигнала). 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 D1=с⋅Δr1/2 от 3COM до KAl, находящегося на геостационарной орбите с последующей коррекцией на ее основе координат КА1. Здесь Δτ1 - измеренное значение задержки принятого после ретрансляции ТРС через КС 1, с - скорость света. Далее осуществляют обнаружение сигналов 1-й ЗС путем сравнения заранее измеренных и запомненных шумовых уровней P1(ΔFi) в полосе частот ΔFj,ΔFj ∈.ΔF, с их текущим уровнем P1,тек(ΔFj). В случае превышения уровня шумов в KA1ΔP1(ΔFi) порогового уровня Δd1 ΔP1(ΔFi)=P1,тек(ΔFi)-P1,(ΔFi), принимают решение о появлении в полосе частот ΔFi сигналов 1-й ЗС, ретранслируемых КА1.Next (see Figs. 1, 2), a noise-like test radio signal is emitted using the radio frequency transmitter (RPT) in the satellite's operating frequency band AF and received by the first channel of the radio receiver (RTU) over a time interval of ΔГ. The frequency instability of the first channel of the RTU is compensated for based on the results of TRS reception. The low TRS power used in this case does not have a destructive effect on the operation of the satellite communication system. Using this reference signal, the satellite's frequency plan (uplink frequencies based on the observed frequencies of the downlink signal) is determined or refined. The implementation of these procedures is known (see Russian Federation Patent No. 2172495, IPC G01S 5/00 (2000.01), G01S 5/06 (2000.01), published on August 20, 2001, Bulletin No. 23; Volkov R.V. et al. Fundamentals of the Design and Operation of Difference-Range Measuring Systems for Radio Emission Sources. St. Petersburg: VAS, 2003. — 116 p.). In turn, the definition of EMD zones formed by spacecraft antenna systems is known (see Chelyshev V.D., Yakimovets V.V. Radioelectronic Systems of Administrative and Military Control. Part One. Radio Interfaces of Mobile Radio Service Systems: Textbook. St. Petersburg: VAS, 2006 — 576 p.). The slant range D 1 = c⋅Δr 1 /2 from 3COM to KA l, located in geostationary orbit, is calculated, followed by correction of the coordinates of KA 1 based on this range. Here Δτ 1 is the measured value of the delay received after retransmission of the TRS through KS 1, c is the speed of light. Next, the signals of the 1st ES are detected by comparing the previously measured and stored noise levels P 1 (ΔF i ) in the frequency band ΔF j ,ΔF j ∈ .ΔF, with their current level P 1,current (ΔF j ). If the noise level in KA 1 ΔP1(ΔF i ) exceeds the threshold level Δd 1 ΔP 1 (ΔF i )=P 1,tek (ΔF i )-P 1, (ΔF i ), a decision is made about the appearance in the frequency band ΔF i of signals of the 1st ES, retransmitted by KA 1 .
После этого выделяют обнаруженный сигнал 1-й ЗС КА 1:After this, the detected signal of the 1st ZS KA 1 is selected:
где - совокупность сигналов 1-й ЗС, координаты которой подлежат определению, и шумов. На его основе выполняют оценку характеристик Sl(ΔFi): рабочей полосы частот Fi, значения несущей частоты Fi, вида модуляции и манипуляции, скорости манипуляции.Where - a set of signals from the first station, the coordinates of which are to be determined, and noise. Based on this, the characteristics S l (ΔF i ) are assessed: the operating frequency band F i , the carrier frequency F i , the type of modulation and manipulation, and the manipulation speed.
На основе полученных значений ΔFi и Fi по частотному плану определяют характеристики сигналов восходящей линии 1-й ЗС FBi и ΔFBi, что необходимо для постановки задачи геолокации НКА.Based on the obtained values of ΔF i and F i , the characteristics of the signals of the uplink of the 1st ES F Bi and ΔF Bi are determined according to the frequency plan, which is necessary for setting the task of geolocation of the NSC.
Планирование сеанса геолокации включает следующее. На основе TLE-параметров орбиты НКА определяют дату и время нахождения каждого m-го НКА в зоне ЭМД 1-й ЗС, время включения и выключения ретранслятора m-го НКА, параметры ретранслируемых сигналов Fi, ΔFi и Fbi, ΔFbi, время передачи сообщений на ПУ о текущих координатах НКА (х, у, z, tn)m, n=1,2,…,N, N-количество сообщений за время пролета над районом поиска, tn- время измерения координат НКА. Названные величины из 3COM поступают на ПУ и далее по низкоскоростному каналу связи на борт каждого НКА. Параметры НКА (х, у, z, tn)m также используют для своевременной ориентации Ант.2,…, Ант.М+1.Planning a geolocation session includes the following. Based on the TLE parameters of the satellite orbit, the date and time of each m-th satellite's presence in the EMD zone of the 1st ES are determined, as well as the time of activation. and turning off repeater of the m-th navigation satellite, parameters of the relayed signals F i , ΔF i and F bi , ΔF bi , the time of transmission of messages to the control unit about the current coordinates of the navigation satellite (x, y, z, t n ) m , n=1,2,…,N, N is the number of messages during the flight over the search area, t n is the time of measuring the coordinates of the navigation satellite. The named values from 3COM are sent to the control unit and then via a low-speed communication channel to each navigation satellite. The parameters of the navigation satellite (x, y, z, t n ) m are also used for timely orientation of Ant.2,…, Ant.M+1.
При планировании сеанса геолокации с ПУ НКА на КОС передают моменты времени tn выполнения измерений и TLE-параметры орбит задействованных для этого НКА. На КОС рассчитывают наклонную дальность DQm от их местоположения до каждого из М НКА в момент времени tn DQm=с⋅ΔτQm/2. Полученные результаты DQm по ВОЛС передают на 3COM для выполнения операции коррекции информации о координатах НКА.When planning a geolocation session, the measurement times t n and the TLE orbital parameters of the satellites involved are transmitted from the satellite control unit to the satellite communication station. The satellite communication station calculates the slant range D Qm from their location to each of the M satellites at time t n , D Qm = с⋅Δτ Qm /2. The obtained results D Qm are transmitted via fiber-optic communication lines to 3COM for correction of the satellite coordinates.
В течение интервала времени ΔТ осуществляют прием ретранслированных от КА1 и М НКА сигналов 1-й ЗС и определение в момент времени tn корреляционным методом М задержек сигнала Для нахождения последних используют уточненные координаты НКА с использованием КОС. Однако подобным образом уточнить координаты КА1 на ГСО невозможно (отсутствует лазерный уголковый отражатель). Это влечет за собой значительные погрешности измерений. Для устранения последних предлагается использовать дифференциальный РДС ОМ ЗС (см. Кисин Ю.К. Определение координат летательных аппаратов по разностно-дальномерным измерениям при наличии индивидуальных систематических погрешностей. - Северодвинск, 2013. Электронный ресурс https://elibrary.ru/item.asp?id=20299533. обращ. 10.04.2025). Последний предполагает нахождение задержек сигнала без использования «токсичных» измерений, полученных от KA1. Для этого определяют задержки сигнала During the time interval ΔT, signals of the 1st ES retransmitted from KA 1 and M NKA are received and the signal delays are determined at the time t n using the correlation method M To find the latter, the refined coordinates of the NSC using the laser corner reflector are used. However, it is impossible to refine the coordinates of SC 1 in a GSO in this way (there is no laser corner reflector). This entails significant measurement errors. To eliminate the latter, it is proposed to use the differential RDS OM ZS (see Kisin Yu.K. Determining the coordinates of aircraft from differential range measurements in the presence of individual systematic errors. - Severodvinsk, 2013. Electronic resource https://elibrary.ru/item.asp?id=20299533. accessed 10.04.2025). The latter involves finding signal delays without using "toxic" measurements obtained from SC 1. For this, signal delays are determined
В следующий tn+1 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(при М>2) и текущее местоположение (при М=2) l -й ЗС. Определение местоположения ЗС дифференциальным РДС выполняют по двум независимым измерениям разности разностей дальности. Для этого используют известный способ координатометрии (см. Дворников СВ., Саяпин В.Н., Симонов А.Н. Теоретические основы координатометрии источников радиоизлучений. - СПб: ВАС, 2007). Последний включает этапы:At the next t n+1 moment in time, the procedures for testing the receiving paths, refining the coordinates of the satellite 1 and the satellite and measuring delays repeat. As a result of the spacecraft's flight over the search area, N signal delay values are obtained N>3, which allows one to determine the trajectory of movement (for M>2) and the current location (for M=2) of the l-th ES. The determination of the ES location by differential radar is performed by two independent measurements of the difference in range differences. For this purpose, a well-known method of coordinate measurement is used (see Dvornikov SV, Sayapin VN, Simonov AN Theoretical Foundations of Coordinate Measurement of Radio Emission Sources. - St. Petersburg: VAS, 2007). The latter includes the following stages:
измерение одного из координатно-информационных параметров (КИП) радиосигналов ЗС, ретранслированных КА;measurement of one of the coordinate-information parameters (CIP) of radio signals of the earth, retransmitted by the spacecraft;
определение параметров положения, соответствующих каждому КИП;determination of the position parameters corresponding to each control and measuring instrument;
построение линий (поверхностей) положения по его параметрам;construction of lines (surfaces) of position based on its parameters;
определение местоположения ЗС на поверхности линий (поверхностей) положения.determination of the location of the ground station on the surface of the position lines (surfaces).
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).The physical coordinates of the ES are found from the system of equations given in Patent of the Russian Federation No. 2663193, p. 6, the solution of which is known (see Sevidov V.V. Implementation options for the difference-range method for determining the coordinates of earth stations using signals from repeater satellites // Radio engineering, electronics and communications (RE i S - 2015). International scientific and technical conference. - St. Petersburg: VAS, 2015. pp. 303-308).
На фиг. 3 показан внешний вид НКА 12U с установленным лазерным уголковым отражателем. 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, магнитометр 16, лазерный уголковый отражатель 17 и двигательную установку 18. Последняя предназначена для формирования из нескольких независимых НКА баллистически связанного кластера. На фиг. 4 приведена обобщенная структурная схема НКА. Порядок работы НКА известен и рассмотрен в описании способа-прототипа (см. Пат. РФ № 2837386). На фиг. 5 приведен обобщенный алгоритм функционирования НКА.Fig. 3 shows the external appearance of the 12U NSC with a laser corner reflector installed. The latter contains an antenna system consisting of: UHF antenna 1, global navigation satellite system antenna 2, 6-18 GHz range antenna 3, 0.8-6 GHz range antenna 4, X-band antenna 5, solar panel 6, spatial orientation sensor unit 7, repeater module 8, NSC control unit (on-board computer) 9, radio modem 10, power supply 11, batteries 12, flywheel and magnetic coil control unit 13, flywheel unit 14, magnetic coil unit 15, magnetometer 16, laser corner reflector 17 and propulsion system 18. The latter is intended for forming a ballistic linked cluster from several independent NSC. Fig. 4 shows a generalized structural diagram of the NSC. The operating procedure of the NCA is known and is discussed in the description of the prototype method (see Russian Patent No. 2837386). Fig. 5 shows a generalized algorithm for the functioning of the NCA.
Оценка эффективности предлагаемого способа выполнения на основе моделирования в среде MATLAB (см. фиг. 6а, б, в).В качестве исходных данных использованы: диапазон частот 12,75-14,5 ГГц, ширина полосы сигнала ИРИ 1 МГц, диаметр передающей антенны 1,2 м, соотношение сигнал/шум в КА1 10 дБ, ошибка синхронизации шкалы времени между КОС и ПУ НКА не более 100 не, топология взаимного размещения КОС и трассы пролета НКА, обеспечивающие углы прихода на НКА сигналов КОС от 1 до 179 градусов.Evaluation of the efficiency of the proposed method of implementation based on modeling in the MATLAB environment (see Fig. 6a, b, c). The following were used as initial data: frequency range of 12.75-14.5 GHz, bandwidth of the RES signal of 1 MHz, diameter of the transmitting antenna of 1.2 m, signal/noise ratio in the spacecraft of 1 10 dB, synchronization error of the time scale between the COS and the NSC PU of no more than 100 ns, topology of the relative placement of the COS and the NSC flight path, providing angles of arrival of the COS signals to the NSC from 1 to 179 degrees.
Топология движения баллистически связанного кластера НКА относительно ЗС СВЧ-диапазона: в кластере 2 НКА, дистанция между которыми 200 км, высота полета НКА 500 км, трасса пролета проходит не далее 50 км от луча, соединяющего ЗС и КА1.The topology of the movement of a ballistically linked cluster of spacecraft relative to a microwave station: there are 2 spacecraft in the cluster, the distance between them is 200 km, the flight altitude of the spacecraft is 500 km, the flight path passes no further than 50 km from the beam connecting the station and spacecraft 1.
Известно, что при величине ошибки регистрации сигнала (синхронизации), не превышающей 0,1 нс и отсутствии ошибки ОМ НКА, максимальная ошибка ОМ ЗС в указанной топологии не превысит одного метра (см. Дворников СВ., Саяпин В.Н., Симонов А.Н., Теоретические основы координатометрии источников радиоизлучений. - Спб; ВАС, 2007.)It is known that with the signal registration (synchronization) error value not exceeding 0.1 ns and the absence of an error in the OM of the NKA, the maximum error in the OM of the ZS in the specified topology will not exceed one meter (see Dvornikov SV, Sayapin VN, Simonov AN, Theoretical foundations of coordinate measurement of radio emission sources. - St. Petersburg; VAS, 2007.)
На сегодняшний день технологически достижимая усредненная точность измерения наклонной дальности существующими КОС не превышает 1 мм, а ошибка единичного измерения составляет 10 мм (см. Борисов Б.А., Донченко СИ., Жабин А.С.и др. О создании радиолазерных комплексов «Точка» для решения задач космической геодезии и навигации//Радиофотоника, том 16, №5, 2022 г., с. 370-379).To date, the technologically achievable average accuracy of measuring the slant range by existing COS does not exceed 1 mm, and the error of a single measurement is 10 mm (see Borisov B.A., Donchenko S.I., Zhabin A.S., et al. On the creation of Tochka radio laser complexes for solving problems of space geodesy and navigation//Radiophotonics, Vol. 16, No. 5, 2022, pp. 370-379).
В свою очередь технологически достижимая в настоящее время ошибка синхронизации удаленных объектов, расположенных на поверхности Земли, не превышает 100 нс (см. Донченко С.С, Колмогоров О.В., Прохоров Д.В. и др.//Система сравнения и синхронизации шкал времени эталонов частоты и времени удаленных объектов// Радиоинфоком-2017. Сборник научных трудов международной научно-практической конференции, с. 317-321).In turn, the currently technologically achievable error in synchronization of remote objects located on the Earth’s surface does not exceed 100 ns (see Donchenko S.S., Kolmogorov O.V., Prokhorov D.V. et al. // System for comparison and synchronization of time scales of frequency and time standards of remote objects // Radioinfocom-2017. Collection of scientific papers of the international scientific and practical conference, pp. 317-321).
Значения результатов ОМ КА при оптимальной геометрии прихода измеряющих лазерных лучей (угол между каждыми из них составляет 90 градусов) не выходит за границы куба с ребрами d'=2⋅10 мм, а собственно ошибка измерений не превышает половину длины диагонали куба 17,32 мм для названных исходных данных.The values of the results of the OM KA with the optimal geometry of the arrival of the measuring laser beams (the angle between each of them is 90 degrees) do not go beyond the boundaries of a cube with edges d'=2⋅10 mm, and the actual measurement error does not exceed half the length of the cube diagonal 17.32 mm for the named initial data.
На фиг. 6а иллюстрируется влияние геометрического фактора размещения КОС относительно траектории полета НКА на точностные характеристики определения координат последних. Здесь приведена зависимость СКО ОМ НКА β, км от значения «худшего» (максимально отличающегося от 90°) угла α, гр. из трех, формируемых лазерными лучами КОС. Выбор этого угла связан с тем, что его наличие обуславливает основной вклад в суммарную погрешность определения МО НКА. Из его рассмотрения следует, что ошибка ОМ НКА недопустимо возрастает при углах от 1 до 17 и от 163 до 179 градусов.Fig. 6a illustrates the influence of the geometric factor of the COS placement relative to the NS flight path on the accuracy of the latter's coordinate determination. It shows the dependence of the NS RMSE β, in km, on the value of the "worst" (maximum deviation from 90°) angle α, of the three formed by the COS laser beams. This angle was chosen because its presence is the main contributor to the total error in determining the NS's coordinates. From this analysis, it follows that the NS RMSE error increases unacceptably at angles from 1 to 17 and from 163 to 179 degrees.
На фиг. 6б приведена зависимость СКО ОМ ЗС γ разностно-дальномерным способом от отношения сигнал/шум при точности синхронизации 3COM и КОС 0,1нс для случая, когда «худший» угол между всеми зондирующими лучами оптимален (равен 90°), составляет 60° или 120°, 30° или 150°, 10° или 170° и 5° или 175°. Представленные результаты свидетельствуют о значительном влиянии ОСШ в сигнале на входе ретранслятора НКА на точностные характеристики предлагаемого способа. Кроме того, в условиях измерений с низким ОСШ достижение необходимых точностных характеристик возможно за счет использования геометрического фактора: оптимизации трассы пролета НКА.Fig. 6b shows the dependence of the standard deviation of the OM ES γ by the difference-ranging method on the signal-to-noise ratio with a synchronization accuracy of 3COM and a 0.1 ns SNR for the case when the "worst" angle between all probing beams is optimal (equal to 90°), is 60° or 120°, 30° or 150°, 10° or 170°, and 5° or 175°. The presented results indicate a significant influence of the SNR in the signal at the input of the NSC repeater on the accuracy characteristics of the proposed method. Moreover, under measurement conditions with a low SNR, achieving the required accuracy characteristics is possible through the use of a geometric factor: optimization of the NSC flight path.
На фиг. 6в представлена зависимость максимальной ошибки ОМ ЗС γ,м дифференциальным РДС от точности ОМ НКА , м при точности синхронизации 3COM и КОС 0,1 нс. Геометрия размещения КОС обеспечивает «худший» угол между всеми парами зондирующих лучей от 30 до 150 градусов, ОСШ в сигнале, ретранслированном НКА от 0 до -20 дБ. Приведенные результаты свидетельствуют о необходимости принятия мер по повышению точности определения местоположения ЗС. При обеспечении СКО ОМ НКА в 30 м, обеспечиваемых в аналогах и прототипе, для различных ОСШ достигается СКО ОМ ЗС в пределах 500-700 м, что часто не удовлетворяет потребителей. Повышение точности МО НКА с помощью предлагаемого способа хотя бы до 1 м позволяет определить местоположение ЗС с точностью 10-50 м.Fig. 6c shows the dependence of the maximum error of the EO γ,m differential RDS on the accuracy of the NSC EO , m with a synchronization accuracy of 3COM and a 0.1 ns COS. The geometry of the COS placement provides a "worst" angle between all pairs of probing beams from 30 to 150 degrees, the SNR in the signal retransmitted by the NSC from 0 to -20 dB. The presented results indicate the need to take measures to improve the accuracy of EO location determination. While ensuring the 30 m standard deviation of the EO γ, achieved in analogs and the prototype, for various SNRs, the EO RMSD is achieved in the range of 500-700 m, which often does not satisfy consumers. Increasing the accuracy of the EO γ using the proposed method to at least 1 m makes it possible to determine the EO location with an accuracy of 10-50 m.
Таким образом, максимальная суммарная ошибка ОМ ЗС при реализации заявленного способа существенно ниже известных аналогов и прототипа. Повышение количества М НКА, М>2, одновременно с находящимися в зоне ЭМД ЗС, ПУ и 3COM, и соответствующее увеличение канальности КОС позволяет повысить точность ОМ ЗС благодаря увеличению одновременно получаемых пространственно некоррелированных измерений задержек ее сигналов Δτ1,М. Увеличение количества КОС, Q>3, позволяет повысить точность ОМ ЗС благодаря повышению точности ОМ НКА в пространстве.Thus, the maximum total error of the OM ES when implementing the claimed method is significantly lower than that of known analogs and the prototype. Increasing the number of M NSCs, M>2, simultaneously with those in the EMD zone of the ES, PU, and 3COM, and the corresponding increase in the channel number of the COS allows for an increase in the accuracy of the OM ES by increasing the simultaneously obtained spatially uncorrelated measurements of its signal delays Δτ 1,M . Increasing the number of COSs, Q>3, allows for an increase in the accuracy of the OM ES by increasing the spatial accuracy of the OM ES.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2849445C1 true RU2849445C1 (en) | 2025-10-27 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6246361B1 (en) * | 1999-06-28 | 2001-06-12 | Gary Sutton | Method and apparatus for determining a geographical location of a mobile communication unit |
| EP1896868B1 (en) * | 2005-06-30 | 2009-04-01 | SES Astra S.A. | Method and apparatus for determining the location of a stationary satellite receiver |
| RU2442996C1 (en) * | 2010-08-27 | 2012-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Радиочастотный центр Центрального федерального округа" | Method for locating satellite communication earth station |
| RU2653866C1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-05-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Главный радиочастотный центр" (ФГУП "ГРЧЦ") | Method of determining the location of satellite earth station |
| RU2755058C1 (en) * | 2020-10-15 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" | Method for determining the location of a ground satellite communication station by a retransmitted signal |
| RU2834416C1 (en) * | 2024-07-09 | 2025-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" (ООО "СТЦ") | Method of locating satellite communication earth station from relayed signal |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6246361B1 (en) * | 1999-06-28 | 2001-06-12 | Gary Sutton | Method and apparatus for determining a geographical location of a mobile communication unit |
| EP1896868B1 (en) * | 2005-06-30 | 2009-04-01 | SES Astra S.A. | Method and apparatus for determining the location of a stationary satellite receiver |
| RU2442996C1 (en) * | 2010-08-27 | 2012-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Радиочастотный центр Центрального федерального округа" | Method for locating satellite communication earth station |
| RU2653866C1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-05-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Главный радиочастотный центр" (ФГУП "ГРЧЦ") | Method of determining the location of satellite earth station |
| RU2755058C1 (en) * | 2020-10-15 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" | Method for determining the location of a ground satellite communication station by a retransmitted signal |
| RU2834416C1 (en) * | 2024-07-09 | 2025-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" (ООО "СТЦ") | Method of locating satellite communication earth station from relayed signal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113281747B (en) | Satellite based on SAR imaging | |
| AU2012245010B2 (en) | Process and system to determine temporal changes in retransmission and propagation of signals used to measure distances, syncronize actuators and georeference applications | |
| AU2012245010A1 (en) | Process and system to determine temporal changes in retransmission and propagation of signals used to measure distances, syncronize actuators and georeference applications | |
| Jędrzejewski et al. | Passive Space Object Observation using LOFAR Radio Telescope and Software-defined Radio Receiver | |
| Lee et al. | Machine learning approach to initial orbit determination of unknown LEO satellites | |
| Malanowski et al. | Satellite orbit refinement based on passive bistatic radar measurements | |
| US7312746B2 (en) | Method and system for calibration of a radio direction finder | |
| Henault et al. | Orbit determination of a LEO satellite with passive RF observation of a single pass by two collocated antennas | |
| RU2849445C1 (en) | Method for determining location of satellite communication ground station by retransmitted signal | |
| US11300687B2 (en) | Discriminating and mitigating SNS spoofing signals | |
| Jędrzejewski | Emerging Trends in Radar: Passive Radiolocation of Space Objects in Low-Earth Orbits | |
| Yoon et al. | A modified SweepSAR mode with dual channels for high resolution and wide swath | |
| RU2834416C1 (en) | Method of locating satellite communication earth station from relayed signal | |
| RU2837386C1 (en) | Method of locating satellite communication earth station from relayed signal | |
| RU2663193C1 (en) | Method of determining location of satellite earth station according to a repeated signal | |
| RU2842471C1 (en) | Method of locating mobile radio-frequency radiation sources using cluster of spacecraft | |
| Podda et al. | Exploitation of bi-static radar architectures for LEO Space Debris surveying and tracking: The BIRALES/BlRALET project | |
| Yin et al. | The First Moon Bistatic SAR Imaging Experiment Based on FAST Radio Telescope | |
| Vilnrotter et al. | Uplink array calibration via lunar Doppler-delay imaging | |
| Schaire et al. | Analysis of Improved Navigation Data for NASA Near Space Network (NSN) Direct-to-Earth (DTE) Ground Stations | |
| Pisanu et al. | The Italian Biralet Radar System To Perform Range And Range Rate Measurements In The Eusst European Space Surveillance And Tracking Program | |
| Carreño-Megias et al. | Bistatic SAR imaging and precise orbit determination using geostationary telecommunication satellites | |
| Geldzahler | Coherent uplink arraying techniques for next generation space communications and planetary radar systems | |
| Minear et al. | Widely-Spaced Large Reflector Arraying for Space Surveillance | |
| Minear et al. | Equatorial Radar Array for Detection and Characterization of Earth-Orbiting Objects |