СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТИ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ВЫСОКОШИРОТНЫМИ ОРБИТАМИ И НЕСКОЛЬКИМИ ОРБИТАЛЬНЫМИ ПЛОСКОСТЯМИ
METHOD OF TRANSMITTING INFORMATION IN LOW-ORBIT SATELLITE COMMUNICATION NETWORK WITH HIGH-LATITUDE ORBITS AND SEVERAL ORBITAL PLANES

Изобретение относится к многоцелевым космическим системам для осуществления задач связи и мониторинга, содержащим группировки космических аппаратов (КА), выведенных на разновысотные орбиты.
Из уровня техники известен способ передачи информации в многоцелевой космической системе по патенту RU №2169433, 2001 г. Космический сегмент этой системы включает три группировки КА. Первые две группировки включают по 24 КА на орбитах с высотой порядка 10000 км, а третья группировка - 8-12 КА на орбите с высотой 600 км. Наземный сегмент системы содержит 12-14 координирующих станций, а также парк подвижных и стационарных абонентских станций.
Недостатком этого способа является то, что передача информации в этой системе осуществляется через несколько КА и наземных станций, что увеличивает время прохождения сигналов и ухудшает их качество.
Известен также способ передачи информации через космическую систему по патенту RU №2302695, 2005 г. Эта система включает три группировки КА, одна из которых расположена на геостационарной орбите, другая - на низковысотной орбите, и третья - на средневысотной орбите. Кроме того, система содержит, по меньшей мере, один наземный пункт управления. При этом, как минимум, один КА, расположенный на геостационарной орбите, связан с наземным пунктом управления, а КА, выведенные на геостационарную орбиту и связанные друг с другом высокоскоростными линиями связи, предназначены для ретрансляции управляющих сигналов с наземного пункта управления на КА, расположенные на средне- и низковысотных орбитах, с которыми они имеют возможность соединения посредством линий связи, и ретрансляции информационных сигналов, полученных от КА средне- и низковысотных орбит на наземный пункт управления. 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, находящихся на геостационарной орбите.
Этот способ передачи информации и система для его осуществления позволяет осуществить глобальный охват абонентов с возможностью обслуживания регионов любого размера, в том числе обширные географические регионы, включающие расположенную на суше территорию с прилегающими к ней морской и океанской акваториями. Кроме того, способ передачи информации в этой системе обеспечивает передачу и прием сигналов практически в режиме реального времени с обеспечением высокого качества и достоверности.
Однако этот способ передачи информации (включая организацию системы связи) ориентирован на глобальный масштаб использования, вследствие чего является чрезмерно сложным и требует большого количества КА для обслуживании обширных регионов в неглобальном масштабе. Сложность способа передачи информации и системы обусловлена также трехъярусным построением этой системы с наличием горизонтальных связей между КА геостационарной орбиты и вертикальных связей между КА разных ярусов и наземными пунктами связи и управления. В частности этим способом невозможно обеспечить связь между высокоширотными регионами из-за их недоступности.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предложенного изобретения, является способ передачи информации в многофункциональной телекоммуникационной космической системе, включающей две подсистемы - связи и мониторинга. Подсистема связи выстроена на базе КА-ретрансляторов с обеспечением телефонной связи, видеоконференцсвязи, передачу изображений, межмашинный обмен, доступ в "Internet" в глобальных масштабах со скоростями от 1,2 до 2948 кбит/с. 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 для системы высоко- и низкоскоростной связи и мониторинга. Первые две группировки включают по 24 КА на орбитах с высотой 10360 км, а 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 о всех абонентах системы и их координатах, а также данные о свободных каналах всех КА, осуществляет прокладку маршрутов прохождения сигналов от одного абонента к другому.
В варианте способа космическая система мониторинга включает космические аппараты оптического и радиолокационного наблюдения. Для проведения мониторинга объекта информация о необходимости проведения мониторинга передается на координирующую станцию, в зоне которой находится требуемый космический аппарат, а после получения мониторинговой информации она сбрасывается на ближайшую станцию управления и далее - пользователю (см. патент RU №2169433, кл. Н04В 7/185, 1999 г.).
Основным недостатком способа передачи информации в этой системе, так же как и самой системы является необходимость в значительных затратах из-за необходимости в большом количестве КА (минимум 56), что также создает сложности в управлении такой группировкой КА. Также значительно количество наземных станций управления. При этом связь в системе осуществляется через несколько космических аппаратов и наземных станций, что увеличивает срок прохождения сигналов связи и/или мониторинга и ухудшает их качество.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение оперативности передачи сигналов сообщений между абонентами системы (наземными, воздушными, космическими) без существенного усложнения самой системы связи.
Решение указной задачи обеспечено тем, что способ передачи информации в сети низкоорбитальной космической спутниковой связи в нескольких орбитальных плоскостях, при котором сигналы сообщения передаются абоненту и ретранслируются последовательно между космическими аппаратами, до входа конкретного аппарата в зону радиовидимости обслуживаемого абонента, согласно предложенному изобретению передающий абонент определяет координаты премного абонента и передает предназначенные ему сигналы сообщений с координатами приемного абонента ближайшему космическому аппарату-ретранслятору, находящемуся в зоне его радиовидимости, при этом каждый космический аппарат-ретранслятор перетранслирует полученные им сигналы сообщений ближайшему к нему космическому аппарату, находящемуся в зоне его видимости и расположенному в этой же орбитальной плоскости, и далее последовательно другим космическим аппаратам, расположенным в одной орбитальной плоскости, в область полярных широт в зону пересечения всех орбитальных плоскостей, где образуется зона взаимной радиовидимости космических аппаратов, расположенных в различных орбитальных плоскостях, причем в этой зоне передаваемые сигналы сообщений с космического аппарата-ретранслятора ретранслируют согласно географическим координатам приемного абонента на космический аппарат-ретранслятор, расположенный в плоскости орбиты, находящейся в зоне радиовидимости приемного абонента, с последующей переретрансляцией сигналов между космическими аппаратами, расположенными в этой орбитальной плоскости до момента появления в зоне радиовидимости приемного абонента, которому передают сигналы сообщений.
Предложенный способ позволяет упростить построение спутниковой системы связи за счет снижения количества необходимых КА и снизить расходы на ее построение и обслуживание с обеспечением возможности передачи сообщений с улучшением качества их передачи, а также со снижением необходимости использования наземных каналов связи и режима электронной почты.
В дальнейшем изобретение поясняется прилагаемым чертежом.
Суть предлагаемого способа передачи информации заключается в следующем.
Предполагается, что так же как и в прототипе в предложенной системе имеются маршрутизаторы, банки данных по абонентам, включая электронные карты и координаты абонентов.
1
2
А-1
А-2
А-3
A-1
А-2
А-3
А-3
В-1
B-1
В-2
В-3
В-4
2
Наземный передающий абонент А из своей базы данных определяет координаты принимающего абонента А (которые могут быть уточнены по системе GPS, если абонент подвижный) и передает информацию (включая служебную, в т.ч. и координаты принимающего абонента) на ближайший к нему КА. Далее эта информация (см. чертеж) ретранслируется через КА на ближайший к нему КА, находящемуся в этой же орбитальной плоскости. Важно отметить, что KA, КА и КА находятся в одной орбитальной плоскости А-А, при этом смежные из этих КА (при их количестве не менее 5 в одной орбитальной плоскости) всегда находятся во взаимной радиовидимости. Как видно из чертежа, КА в данный момент времени находится в общей зоне 3 - радиовидимости с КА, находящимся в этой зоне и расположенным в другой орбитальной плоскости. Зона 3 пересечения плоскостей орбит расположена в полярной области Земли и является наиболее вероятной зоной (при условии нахождения в ней КА из различных орбитальных плоскостей) радиовидимости между КА, расположенными в разных орбитальных плоскостях, в которых расположена низкоорбитальная космическая группировка КА, являющаяся спутниковой системой связи с высокоширотными орбитами. Далее от KA, через КА, КА и КА информация поступает к абоненту А.
Таким образом, передаваемая информация в виде сигналов от передающих абонентов распространяется от одной орбитальной плоскости к другой по системе КА-ретрансляторов в виде нескольких КА, расположенных в нескольких орбитальных плоскостях на высокоширотных орбитах, и поступает к абонентам. Это позволяет обеспечить возможность передачи сообщений практически в реальном масштабе времени со снижением необходимости в использовании наземных каналов связи и режима электронной почты.
Предложенный способ позволит обеспечить надежную связь в различных регионах Земли, особенно в ее высокоширотных областях, при этом не требуются сложные наземные телекоммуникационные системы и значительные группировки КА.