СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТИ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
METHOD OF TRANSMITTING INFORMATION IN LOW-ORBIT SPACE SATELLITE COMMUNICATION NETWORK

Изобретение относится к системам передачи информации и может найти применение в спутниковых системах связи, в основном низкоорбитальных с несколькими плоскостями построения орбитальной группировки.
Известен способ передачи информации по патенту RU №2302695, H04B 7/185, 2005 г. (1).
Согласно 1 космическая система (КС) включает три группировки космических аппаратов (КА), выведенных на разные орбиты, причем как минимум один КА расположен на геостационарной орбите для ретрансляции сигналов КА, расположенных на средне- и низковысотных орбитах. При этом каждый из КА, расположенных на низковысотной орбите, имеет возможность связи как минимум с одним из КА, расположенных на средневысотной орбите, а каждый из КА, расположенных на данной орбите, - с одним из КА геостационарной орбиты. Таким образом, посредством 1 обеспечивается глобальный охват абонентов практически в режиме реального времени с высококачественной передачей и приемом сигналов.
Недостатком 1 является невозможность обеспечения надежной связи в высокоширотных (выше 65° с. ш. и ниже 65° ю. ш.) регионах, необходимость в большом количестве КА, а также в больших издержках на создание и поддержание КС.
Также известен способ передачи информации в многофункциональной телекоммуникационной КС, включающей две подсистемы - связи и мониторинга. Подсистема связи выстроена на базе КА-ретрансляторов с обеспечением телефонной связи, видеоконференцсвязи, передачи изображений, межмашинного обмена, доступа в "Internet" в глобальных масштабах. Управление работой группировок спутников осуществляется с помощью наземных ретрансляторов, включаемых в состав станций управления, расположенных в расчетных точках земной поверхности в местах пересечения зон радиовидимости соседних КА. Космический сегмент системы включает три группировки КА системы для высоко- и низкоскоростной связи и мониторинга. Из этих группировок - две группировки включают по 24 КА на орбитах с высотой 10360 км, а третья группировка мониторинга включает 8-12 КА на высоте 600 км. Земной сегмент системы состоит из 12-14 координирующих станций, совмещенных со станциями управления подсистемы мониторинга и выполняющих роль региональных станций, а также парка подвижных и стационарных абонентских станций.
В процессе функционирования, служебные сигналы (вызов, запрос, ответ и др.) передаются через ближайший КА по фидерным линиям на координирующую станцию, которая, имея информацию обо всех абонентах системы и их координатах, а также данные о свободных каналах всех КА, осуществляет прокладку маршрутов прохождения сигналов (временных каналов связи) от одного абонента к другому, см. патент RU №2169433, кл. H04B 7/185, 1999 г. (2).
Основным недостатком (2) является большая стоимость из-за необходимости в большом количестве КА (минимум 56) и сложность управления такой группировкой КА. Соответственно, необходимо большое количество наземных станций (НС), при этом связь в системе осуществляется через несколько КА и НС, что увеличивает время прохождения сигналов связи и снижает качество передаваемых сигналов.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа предложенного изобретения, является способ передачи информации в сети космической низкоорбитальной спутниковой связи, см. RU №2434332, H04H 60/97, 2010 г. (3).
Согласно 3 сигналы сообщения передаются абоненту и ретранслируются последовательно между КА для создания временных каналов связи между абонентами, по которым передающие абоненты определяют координаты приемных абонентов и передают предназначенные им сигналы сообщений с координатами приемных абонентов через ближайший к ним КА-ретранслятор, находящийся в зоне их радиовидимости, при этом каждый КА-ретранслятор перетранслирует полученные сигналы сообщений ближайшему к нему КА, находящемуся в зоне его видимости и расположенному в этой же орбитальной плоскости и далее последовательно другим КА, расположенным в одной орбитальной плоскости в область полярных широт, где в зоне пересечения всех орбитальных плоскостей находится зона взаимной радиовидимости КА, расположенных в различных орбитальных плоскостях, причем в этой зоне передаваемые сигналы сообщений с КА-ретранслятора ретранслируют согласно географическим координатам приемного абонента на КА-ретранслятор, расположенный в плоскости орбиты, находящейся в зоне радиовидимости приемного абонента с последующей перетрансляцией сигналов между КА, расположенными в этой же орбитальной плоскости, до момента появления в зоне радиовидимости приемного абонента, которому передают сигналы сообщений.
Таким образом, в 3 для передачи сообщений используются временные межплоскостные каналы и только восходящих витков. Это, хотя и улучшает процесс передачи сообщений, но не позволяет использовать потенциальные возможности КС, что является основным недостатком 3 и, кроме того, снижает гибкость при маршрутизации сообщений, а также повышает загрузку каналов связи и ресурсоемкость системы.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение ресурсоемкости системы, а также повышение технологичности и качества передачи сигналов сообщений.
Решение указанной задачи обеспечено тем, что способ передачи информации в сети низкоорбитальной космической спутниковой связи, включающий использование космических аппаратов-ретрансляторов для создания временных каналов связи между абонентами сети, в процессе создания которых после отклика, т.е. определения координат принимающего абонента, передающий абонент передает принимающему абоненту сообщения с координатами принимающего абонента, согласно изобретению на космических аппаратах-ретрансляторах для создания временного канала связи используют микроконтроллер, выполненный с возможностью коммутации каналов связи по логике один из двух на основании времени получения отклика принимающего абонента, и осуществляют соединение абонентов на основании наиболее короткого времени отклика принимающего абонента, обеспечивая за счет этого создание самого короткого из возможных временного канала связи.
Использование наиболее коротких временных каналов связи позволяет значительно повысить эффективность КС при связи между удаленными абонентами, а также повысить технологичность и качество передачи сообщений.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, на котором схематично показано образование временных каналов связи при передаче сообщений.
Предложенный способ реализуется следующим образом.
Передача сообщений между орбитальными плоскостями обеспечивается за счет наращивания орбитальных плоскостей - до 6-8 по 6-8 КА в каждой плоскости (в прототипе - 3-4 плоскости по 4-6 КА в каждой плоскости), при этом учтено, что проход КА через широту расположения удаленных абонентов возможен как на восходящем, так и на нисходящем витках (см. статью В.Д. Еленева и А.А. Панкова «МЕТОД ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ОРБИТАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ», Самарский государственный аэрокосмический университет, УДК 629.7.02, 2006 г.), что приводит к разным временам отклика.
1
2
1
2
3
4
2
4
В процессе осуществления связи, наземный передающий абонент (см. фиг. 1) A из своей базы данных определяет координаты принимающего абонента А(которые могут быть уточнены по системе GPS/ГЛОНАСС, если абонент подвижный) и передает информацию (включая служебную) на ближайший с ним KAна восходящем витке. На приемник абонента А сообщение может поступать либо по маршруту КА (на нисходящем витке) и КА (на нисходящем витке), либо по маршруту КА (на восходящем витке и КА (на восходящем витке). Более технологичной является передача сообщения по более короткому - первому маршруту. Это позволяет повысить качество передачи сообщений (чем короче маршрут, тем меньше помех и выше оперативность передачи сообщений) и снизить энергозатраты в процессе осуществления связи. В состав связного оборудования космического аппарата-ретранслятора включен микроконтроллер (условно не показан), выполненный с возможностью коммутации каналов связи по логике один из двух на основании времени получения отклика принимающего абонента. Подобные микроконтроллеры широко известны и применяются, например, в оборудовании защиты от аварий каких-либо опасных объектов. Например, в оборудовании защиты ядерного реактора имеется коммутирующее оборудование, для включения прохождения команд какого-либо вида защиты реактора на основании мажоритарной логики (см., например, сайт Северодонецкого НПО «Импульс» www.imp.lg.ua/index.php).
Предложенный способ позволит обеспечить надежную оперативную связь в различных регионах Земли без привлечения сложных наземных телекоммуникационных систем.