УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ СТАНЦИИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Устройство определения местоположения земной станции спутниковой связи.
Полезная модель относится к области спутникового радиоконтроля и может быть использована при поиске и локализации земных станций спутниковой связи (далее ЗС) - источников помех ретрансляторам космических аппаратов на геостационарной орбите (далее КА).
i
t
t
t
t
i
T
t
T
Известен способ определения местоположения земной станции спутниковой связи по ретранслированному сигналу в описании изобретения к патенту РФ №2172495, МПК G01S 5/00, G01S 5/06 от 06.05.2000, опубл. 20.08.2001, заключающийся в том, что принимают сигнал от земной станции на приемной земной станции, измеряют значения доплеровского сдвига несущей частоты сигнала для всей трассы "земная станция - спутник-приемная земная станция" в соответствующие моменты времени t с шагом Δ, обрабатывают их, на основе обработки вычисляют значения доплеровского сдвига несущей частоты сигнала для трассы "земная станция-спутник", причем общее число Q измеренных значений, доплеровского сдвига частоты сигнала для трассы "земная станция - спутник-приемная земная станция" и вычисленных значений доплеровского сдвига частоты сигнала для трассы "земная станция - спутник" выбирают из условия 100≤Q≤86400/Δ а значение Δ выбирают в пределах Δ=30…6000 с, запоминают упомянутые Q значения и соответствующие им моменты времени t, вычисляют размер максимальной пеленгационной базы, причем пеленгационной базой являются различные пары точек орбиты спутника, запоминают его, группируют попарно все возможные сочетания пеленгационных баз на интервале упомянутых Q значений с шагом n=Δ/Δ, где Δ - временной шаг формирования пеленгационных баз, сравнивают размеры пеленгационных баз в сгруппированных парах с пороговым значением, выделяют пары пеленгационных баз, в которых обе пеленгационные базы не короче порогового значения, измеряют угол между пеленгационными базами в выделенных парах пеленгационных баз, сравнивают измеренный угол с пороговым значением, выбирают пары пеленгационных баз, в которых измеренный угол между ними не менее порогового значения, и для каждой из выбранных пар пеленгационных баз интегрируют на соответствующем каждой пеленгационной базе интервале времени запомненные значения доплеровского сдвига несущей частоты сигнала для трассы "земная станция-спутник" и определяют разностно-дальномерным способом местоположение земной станции, а после определения местоположения запоминают координаты земной станции, усредняют запомненные координаты, а результат усреднения определяют как окончательное местоположение земной станции.
Недостатками способа являются высокая стоимость, так как при его реализации требуется сопряжение со специальной многостанционной наземной системой контрольной пеленгации для устранения неоднозначности определения местоположения неизвестного передатчика, а также с источником точных координат КА для обеспечения вычисления доплеровского сдвига частоты принимаемых сигналов. Кроме того, удорожание эксплуатации обусловлено тем, что для синхронизации шкал измерений в последовательные момента времени в данном устройстве необходимо дополнительное оснащение рубидиевым стандартома частоты и времени.
Наиболее близким по своей технической сущности прототипом к предлагаемому изобретению является устройство определения местоположения ЗС в описании изобретения к патенту РФ №104324, МПК G01S 5/00, G01S 5/06 от 01.12.2010, опубл. 10.05.2011, содержащее блок приема сигналов, блок измерения параметров сигналов, блок обработки и управления, а также интерфейс ввода-вывода информации, при этом блок приема сигналов представляет собой радиочастотный канал станции спутникового радиоконтроля, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны с системой наведения, малошумящего усилителя ретранслируемых сигналов спутниковой связи и преобразователя частоты, к выходу которого подключен сигнальный вход блока измерения параметров сигналов, в качестве которого используется измерительный приемник, цифровой выход которого подключен к блоку обработки и управления, реализованному на базе персональной электронно-вычислительной машины в составе автоматизированного рабочего места оператора, который посредством интерфейса ввода-вывода информации соединен с системой наведения приемной антенны, монитором и удаленными серверами баз данных учета частотных присвоений и карт облачности.
Недостаток: большой период времени определения местоположения ЗС, связанный с тем, что требуется дополнительное время на ожидание смены погодных условий для определения местоположения ЗС в том случае, когда в сложившихся на момент начала измерений погодных условиях ни одна из трасс сигналов по линии «земля-космос» ЗС с известными географическими координатами (далее опорных ЗС), работающих совместно с искомой ЗС через один и тот же КА, на который наведена приемная антенна блока приема сигналов, не проходит через область объемно распределенных гидрометеоров (далее ОРГ), через которую проходит трасса сигналов по линии «земля-космос» искомой ЗС. Причина указанного недостатка заключается в том, что только после перемещения существующей или образования новой области ОРГ, что возможно по истечению времени смены погодных условий, создаются условия, при которых трасса сигналов по линии «земля-космос» хотя бы одной из опорных ЗС, работающих совместно с искомой ЗС через один и тот же КА, на который наведена приемная антенна блока приема сигналов, станет проходить совместно с трассой сигналов по линии «земля-космос» искомой ЗС через одну и ту же область ОРГ, и эта опорная ЗС может быть выявлена по сходству динамики уровней ретранслируемых сигналов с искомой ЗС и использоваться для географической привязки вероятного местоположения искомой ЗС к карте.
Технический результат: сокращение периода времени определения местоположения ЗС, снижение стоимости устройства.
Технический результат достигается тем, что заявляемое устройство определения местоположения ЗС, содержащее головную станцию спутникового радиоконтроля (далее ГССРК), включающую в себя блок приема сигналов, представляющий собой радиочастотный канал, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны с системой наведения, малошумящего усилителя ретранслируемых сигналов спутниковой связи и преобразователя частоты, к выходу которого подключен сигнальный вход блока измерения параметров сигналов, в качестве которого используется измерительный приемник, цифровой выход которого подключен к блоку обработки и управления на базе персональной электронно-вычислительной машины (далее ПЭВМ) в составе автоматизированного рабочего места (далее АРМ) оператора, который посредством интерфейса ввода-вывода информации соединен с системой наведения приемной антенны, монитором и удаленными серверами баз учетных данных ЗС, работающих через КА, и карт облачности, отличающееся тем, что дополнительно содержит ведомую станцию спутникового радиоконтроля (далее ВССРК), включающую в себя блок приема сигналов, представляющий собой радиочастотный канал, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны с системой наведения, малошумящего усилителя ретранслируемых сигналов спутниковой связи и преобразователя частоты, к выходу которого подключен сигнальный вход блока измерения параметров сигналов, в качестве которого используется измерительный приемник, цифровой выход которого подключен к блоку обработки и управления на базе ПЭВМ в составе АРМ оператора, который посредством интерфейса ввода-вывода информации соединен с системой наведения приемной антенны, монитором и удаленными серверами баз учетных данных ЗС, работающих через КА, и карт облачности, в которой для определения местоположения ЗС используются последовательно соединенные блок приема сигналов ВССРК и блок измерения параметров сигналов ВССРК, причем блок обработки и управления на базе ПЭВМ в составе АРМ оператора ГССРК посредством интерфейса ввода-вывода информации соединяется через линию модемной связи с входом системы наведения приемной антенны в блоке приема сигналов ВССРК и с цифровым выходом измерительного приемника в блоке измерения параметров сигналов ВССРК, кроме того, к входу внешней синхронизации измерительного приемника в составе блока измерения параметров сигналов ГССРК подключен приемник сигналов спутниковой радионавигационной системы (далее СРНС), входящий в состав ГССРК, к входу внешней синхронизации измерительного приемника в составе блока измерения параметров сигналов ВССРК подключен приемник сигналов СРНС, входящий в состав ВССРК, а блок обработки и управления на базе ПЭВМ в составе АРМ оператора ГССРК, посредством интерфейса ввода-вывода информации соединяется с удаленным сервером базы учетных данных орбитальных позиций КА.
Заявляемое устройство позволяет сократить период времени, необходимого для определения местоположения ЗС, по сравнению с прототипом, за счет того, что дополнительно введена ВССРК, имеющая функциональные элементы аналогичные входящим в ГССРК, из которых в заявленном устройстве используются последовательно соединенные блок приема сигналов ВССРК, представляющий собой радиочастотный канал, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны с системой наведения, и блок измерения параметров сигналов ВССРК, в качестве которого используется измерительный приемник, причем блок обработки и управления на базе ПЭВМ в составе АРМ оператора ГССРК посредством интерфейса ввода-вывода информации сопрягается через линию модемной связи с входом системы наведения приемной антенны в блоке приема сигналов ВССРК и с цифровым выходом измерительного приемника в блоке измерения параметров сигналов ВССРК.
При сопряжении ГССРК и блоков из состава ВССРК сигналы, ретранслируемые с основного КА, через который одновременно работают искомая и опорные ЗС, принимаются антенной ГССРК, а сигналы, ретранслируемые с соседнего на геостационарной орбите КА, через который не работает искомая ЗС, но работают другие опорные ЗС - антенной ВССРК. При внешней синхронизации измерительных приемников ГССРК и ВССРК по сигналам СРНС вводится единое начало отсчета времени для регистрации динамики уровней ретранслируемых сигналов, принимаемых ГССРК и ВССРК. В том случае, когда, в сложившихся погодных условиях среди опорных ЗС, работающих совместно с искомой ЗС через КА, на который наведена приемная антенна ГССРК, нет таких опорных ЗС, которые имели бы сходство с искомой ЗС по динамике уровней ретранслируемых сигналов из-за того, что трассы их сигналов по линии «земля-космос» не проходит через одну и ту же область ОРГ с трассой сигналов искомой ЗС, но при этом среди опорных ЗС, работающих через соседний КА, на который наведена приемная антенна ВССРК, есть хотя бы одна опорная ЗС, трасса которой по линии «земля-космос» проходит через одну и ту же область ОРГ с трассой сигналов искомой ЗС и эта опорная ЗС имеет сходство с искомой ЗС по динамике уровней ретранслируемых сигналов, не требуется дополнительное время на ожидание смены погодных условий, заключающейся в перемещении существующей или образовании новой области ОРГ, в результате чего, трасса сигналов по линии «земля-космос» хотя бы одной из опорных ЗС, работающих совместно с искомой ЗС через основной КА, стала бы проходить через одну и ту же область ОРГ с трассой сигналов искомой ЗС и эта опорная ЗС с учетом ее сходства с искомой ЗС по динамике уровней ретранслируемых сигналов смогла бы использоваться для географической привязки вероятного местоположения искомой ЗС к карте, так как для географической привязки вероятного местоположения искомой ЗС к карте может использоваться опорная ЗС, работающая через соседний КА, которая имеет сходство с искомой ЗС по динамике уровней ретранслируемых сигналов.
Снижение стоимости устройства достигается за счет того, что для определения местоположения ЗС, не требуется сопряжение ни с источником точных координат КА, ни со специальной многостанционной наземной системой контрольной пеленгации, используемой в аналоге для устранения неоднозначности определения местоположения искомой ЗС, а также не требуется рубидиевый стандарт частоты, с помощью которого в известном устройстве обеспечивается синхронизация шкал измерений, проводимых при разнесении по месту станций спутникового радиоконтроля. Заявляемое устройство определяет местоположение ЗС физически на базе штатных функциональных элементов и блоков двух станции спутникового радиоконтроля, предназначенных для оценки параметров ретранслируемых сигналов спутниковой связи, штатной линии модемной связи между этими станциями и штатных приемников сигналов СРНС, входящих в состав этих станций. Функциональные элементы с их связями, введенные в заявляемое устройство, проявляют новые свойства, что позволяет использовать данное устройство для определения местоположения ЗС за более короткое время по сравнения с прототипом при реализации возможности использования штатного оборудования ГССРК и ВССРК. Основой для объединения функциональных элементов в заявляемом устройстве являются блок обработки и управления на базе ПЭВМ, входящей в состав АРМ оператора ГССРК, которому обеспечивается доступ к базам учетных данных ЗС, работающих через КА, карт облачности и орбитальных позиций КА на удаленных серверах, и к сопрягаемым по линии модемной связи системе наведения приемной антенны в блоке приема сигналов ВССРК и измерительному приемнику в блоке измерения параметров сигналов ВССРК. При этом какие-либо дополнительные функциональные элементы, помимо штатных функциональных элементов ССРК и ВССРК, в заявляемом устройстве не используется. Все это обеспечивает заявляемому устройству возможность его использовать без дополнительных эксплуатационных затрат.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, неизвестна. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии условию патентоспособности «новизна» и условию промышленной применимости. Использование заявляемого устройства обеспечивает достижение технического результата: сокращение времени определения местоположения ЗС, снижение стоимости устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых
на фиг.1. показана схема заявляемого устройства;
на фиг.2. показано графическое изображение карты облачности, которое выводится на монитор через интерфейс ввода-вывода информации с удаленного сервера базы учетных данных карт облачности.
Устройство определения местоположения земной станции спутниковой связи содержит: блок приема сигналов ГССРК 1, который обеспечивает наведение на основной КА приемной антенны в составе этого блока, прием, усиление и преобразование по частоте принимаемых с основного КА сигналов, блок измерения параметров сигналов ГССРК 2, который обеспечивает регистрацию в дискретные эквидистантные моменты времени среднеквадратичных значений мощности (уровней) сигналов, принимаемых с основного КА блоком приема сигналов ГССРК 1, блок обработки и управления ГССРК 3, который обеспечивает автоматизированное управление наведением приемных антенн из состава блока приема сигналов ГССРК 1 и блока приема сигналов ВССРК 7, работу с базами учетных данных ЗС, работающих через КА, карт облачности и орбитальных позиций КА на удаленных серверах, обработку данных, зарегистрированных блоком измерения параметров сигналов ГССРК 2 и блоком измерения параметров сигналов ВССРК 8, интерфейс ввода-вывода информации ГССРК 4, который обеспечивает доступ блока обработки и управления ГССРК 3 к системам наведения приемных антенн в составе блока приема сигналов ГССРК 1 и в составе блока приема сигналов ВССРК 7, к монитору ГССРК 5, к базам учетных данных ЗС, работающих через КА, карт облачности и орбитальных позиций КА на удаленных серверах, к блоку измерения параметров сигналов ВССРК 8, блок приема сигналов ВССРК 7, который обеспечивает наведение на соседний КА приемной антенны в составе этого блока, прием, усиление и преобразование по частоте принимаемых с соседнего КА сигналов, блок измерения параметров сигналов ВССРК 8, который обеспечивает регистрацию в дискретные эквидистантные моменты времени среднеквадратичных значений мощности (уровней) сигналов, принимаемых с соседнего КА блоком приема сигналов ГССРК 7, приемник сигналов СРНС 6, входящий в состав ГССРК, который обеспечивает внешнюю синхронизацию измерительного приемника, входящего в состав блока измерения параметров сигналов ГССРК 2, приемник сигналов СРНС 9, входящий в состав ВССРК, который обеспечивает внешнюю синхронизацию измерительного приемника, входящего в состав блока измерения параметров сигналов ВССРК 8, монитор ГССРК 5, который обеспечивает вывод карт облачности и выходных данных блока обработки и управления ГССРК 3, линия модемной связи 10, которая обеспечивает сопряжение ГССРК и ВССРК.
Устройство работает следующим образом.
Перед измерениями блок обработки и управления ГССРК 3 посредством интерфейса ввода-вывода информации ГССРК 4 подключают к удаленным серверам баз учетных данных ЗС, работающих через КА, и орбитальных позиций КА. На основе просмотра базы учетных данных орбитальных позиций КА в качестве соседнего КА на геостационарной орбите выбирают КА, ближайший к основному КА, у которого зона покрытия луча по линии «земля - космос» имеет перекрытие по той же линии с зоной покрытия луча основного КА. На основе просмотра базы учетных данных ЗС, работающих через основной и соседний КА, определяют состав опорных ЗС, подлежащих использованию при формировании потоков сигналов на входе блока измерения параметров сигналов ВССРК 2 и блока измерения параметров сигналов ВССРК 8. При определении состава опорных ЗС, подлежащих использованию при формировании потока сигналов на входе блока измерения параметров сигналов ГССРК 2, отбирают такие, которые работают через основной КА одновременно с искомой ЗС. При определении состава опорных ЗС, подлежащих использованию при формировании потока сигналов на входе блока измерения параметров сигналов ГССРК 8, отбирают такие, которые работают через соседний КА и находятся в пределах перекрытия зон покрытия лучей по линии «земля-космос» основного и соседнего КА. В блоке обработки и управления 3 ГССРК сохраняют файл данных с географическими координатами опорных ЗС. Посредством интерфейса ввода-вывода информации 4 обеспечивают передачу команд оператора с блока обработки и управления 3 ГССРК на блок приема сигналов 1 ГССРК для наведения входящей в его состав приемной антенны на основной КА, через который ретранслируются сигналы опорных и искомой ЗС, и по линии модемной связи 10 на блок приема сигналов 7 ВССРК для наведения входящей в его состав приемной антенны на соседний КА, через который ретранслируются сигналы только опорных ЗС. Сигналы с выхода приемной антенны в составе блока приема сигналов ГССРК 1, после ее наведения на основной КА, подают на входящие в этот блок малошумящий усилитель и последовательно соединенный с ним преобразователь частоты. Из блока приема сигналов ГССРК 1, после усиления и переноса по частоте, сигналы поступают на сигнальный вход блока измерения параметров сигналов ГССРК 2, который обеспечивает регистрацию среднеквадратичных значений их мощности (уровней) в дискретные эквидистантные моменты времени. Сигналы с выхода приемной антенны в составе блока приема сигналов ВССРК 7, после ее наведения на соседний КА, подают на входящие в этот блок малошумящий усилитель и последовательно соединенный с ним преобразователь частоты. Из блока приема сигналов ВССРК 7, после усиления и переноса по частоте, сигналы поступают на сигнальный вход блока измерения параметров сигналов ВССРК 8, который обеспечивает регистрацию среднеквадратичных значений их мощности (уровней) в дискретные эквидистантные моменты времени. Динамика уровней ретранслируемых сигналов регистрируется ГССРК и ВССРК при задании единого начала отсчета времени по сигналам СРНС, которые принимаются приемником сигналов СРНС 6, входящим в состав ГССРК, и приемником сигналов СРНС 9, входящим в состав ВССРК, и используются для внешней синхронизации измерительного приемника в составе блока измерения параметров ГССРК 2 и измерительного приемника в составе блока измерения параметров ВССРК 8. В блоке обработки и управления ГССРК 3 по выходным данным блока измерения параметров сигналов ГССРК 2 и блока измерения параметров сигналов ВССРК 8 получают временные зависимости, характеризующие динамику уровней ретранслируемых сигналов, обусловленную прохождением трасс сигналов по линии «земля-космос» через области ОРГ и на основе сравнения этих зависимостей определяют опорную ЗС, которая по параметрам динамики уровней ретранслируемых сигнала (началу, продолжительности, количеству падений уровня) имеет сходство с искомой ЗС. Измерения выполняются до тех пор, пока при пошаговой оценке местоположения ЗС (через 2-2,5 часа) с использованием блока обработки и управления ГССРК 3 по динамике уровней ретранслируемых сигналов не будет установлено сходство искомой ЗС с одной из опорных ЗС. Применительно к географическим координатам выявленной опорной ЗС в файле данных блока обработки и управления ГССРК 3 при подключении этого блока через интерфейс ввода-вывода информации ГССРК 4 к удаленному серверу базы данных учета карт облачности получают фактографические данные об области ОРГ, которые выводят на монитор ГССРК 5 (фиг.2), где показана карта облачности. Местоположение искомой ЗС определяют с точностью до проекции на Землю области ОРГ, взятой с привязкой к выявленной опорной ЗС.
Технико-экономических эффект.
Использование заявляемого устройства с 2011 г. при эксплуатации стационарной станции спутникового радиоконтроля отдела радиоконтроля спутниковых служб радиосвязи филиала ФГУП "РЧЦ ЦФО" в Воронежской области (в качестве ГССРК) совместно со стационарной станцией спутникового радиоконтроля ФГУП "РЧЦ ДФО" (в качестве ВССРК) экспериментально позволяет сократить период времени, необходимого на определение местоположения ЗС, при реализации возможности использования штатного оборудования и устранения расходов на развертывание и эксплуатацию дополнительных технических средств.