СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ОТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (КА) ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

Полезная модель относится к области исследования Земли из космоса, а именно - двухугломестная, полноповоротная приемная станция под радиопрозрачным укрытием с использованием электропривода с применением малогабаритных редукторов циклоидного типа, с использованием разгрузочного устройства пружинного типа, с введением датчиков углового положения антенны на основе инклинометра и оптопар, с использованием современных средств связи типа Wi-Fi.
Во всем мире исследования Земли из космоса приобретают всеобъемлющий характер. Наиболее информативным методом для решения задач дистанционного исследования поверхности Земли из космоса является использование и тематический анализ изображений, полученных приборными комплексами различных частотных диапазонов, установленных на космических аппаратах. Целый ряд спутников, оснащенных приборами дистанционного зондирования (радиолокаторами, скаттерометрами, радиометрами и оптической техникой), выведены на орбиту специально для получения разносторонней геофизической информации, необходимой для оценки состояния окружающей среды и для природо-ресурсных исследований.
Заявленная система может использоваться для создания глобальной системы мониторинга, который предполагает прием, предварительную обработку и хранение информации, получаемой со спутников, получение и обработку космической информации по отдельным районам, сбор и систематизацию дополнительной информации, необходимой для глубокой предварительной обработки материалов космических наблюдений, оперативную передачу потребителям космической информации с различной глубиной предварительной обработки и дополнительных данных, формирование каталога материалов съемки, дополнительных и справочных данных; выборочную прикладную цифровую обработку первичных данных до уровня, позволяющего получать конечный тематический продукт.
Мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также его оценку, прогноз распространения и развития, а кроме того - разработку системы мер по предотвращению опасных последствий или поддержанию благоприятных тенденций.
Известна приемная станция (система получения информации от КА зондирования Земли) включающая опорно-поворотное устройство (ОПУ) и относится к поворотным опорам антенных систем (АС) с механизмами их подъема и вращения, устанавливаемым на подвижных средствах, например автомашинах, а также к ОПУ спутникового телевидения и измерительных антенных систем. ОПУ имеет в своем составе неподвижное основание, вращающуюся платформу, механизм вращения платформы вокруг вертикальной оси и подъема АС относительно горизонтальной оси с помощью электропривода и ручных приводов. Механизм вращения и подъема АС выполнены в виде системы соединенных последовательно планетарной и волновой дифференциальной передач. Одна часть этой системы передач используется для передачи вращающего момента от электродвигателя и ручного привода, вторая и третья части системы ответственны за подъем и вращение АС путем фиксации АС или платформы стопорными устройствами (RU №2134003).
Известна система получения информации от КА зондирования Земли, включающая опорно-поворотную платформу, на которой осуществляют рациональное размещение лазерной приемопередающей оптики и приемопередающей радиоантенны РЛС. Это позволяет конструктивно реализовать двухканальный локационный комплекс, первый информационно-измерительный канал которого осуществляет радиолокационное обнаружение, слежение и сопровождение объекта и тем самым обеспечивает уточненное целеуказание для второго информационно-измерительного канала, а второй информационно-измерительный канал осуществляет лазерную (оптическую) локацию подвижного объекта, обеспечивая высокоточные координатные измерения. Для совмещения оптической и радиотехнической осей систем осуществляется центральное расположение приемопередающей оптики ЛЛС в раскрыве антенного полотна фазированной антенной решетки (ФАР) или неэквидистантной ФАР. При этом приемопередающие оптические антенны и радиоантенну, лазерный передатчик и приемник оптических сигналов конструктивно выполняют в виде единого объединенного модуля, что обеспечивает станции компактность, возможность построения РЛС и ЛЛС в составе одной мобильной конструкции, исключает необходимость применения внешних каналов обмена информационными потоками, повышает точность работы всего комплекса за счет совмещения оптической и радиотехнической осей станции, упрощает юстировку радиооси РЛС за счет использования оптических данных калибровочных измерений, позволяет сократить время локации цели. Кроме того, применение ФАР или НФАР в составе РЛС позволяет расширить тактические свойства объединенного комплекса за счет организации многоцелевой работы РЛС, выбора приоритетных, наиболее опасных целей, использования адаптивных алгоритмов формирования нулей в диаграммах направленности ФАР в направлениях прихода помех и облучения нежелательных объектов, пеленгующих направления приходящих зондирующих импульсов станции. (RU №2263930).
Известна также система получения информации от КА зондирования Земли, содержащая, по меньшей мере, одну двуугломестную наземную станции с антеннами, радиоприемными устройствами, совмещенным облучателем, приемно-демодулирующими устройствами, средства регистрации информации, угломестные датчики связанные с основанием антенны, опорно-поворотное устройство которой подключено через блок управления к блоку выдачи команд (SU №398994, прототип).
Недостатками известных систем являются низкие технические и эксплуатационные характеристики, обусловленные ограничением зоны приема в верхней-зенитной области, что характерно для приводов азимутально-угломестного типа, низкий к.п.д. из-за наличия трения скольжения в зацеплении (кпд с планетарной передачей - 0,75, винт-гайка - 0,3), зависимость работы от ветровой нагрузки, большие габариты, высокий момент инерции, высокий уровень вибрации и шума, ограниченность возможностей восприятия кратковременных перегрузок по крутящему моменту, недостаточные долговечность и надежность.
Для обеспечения приема в зенитной области в приводах азимутально-угломестного типа вводят третью ось, что ведет к усложнению конструкции привода и системы управления им и снижает надежность функционирования станции. Применение азимутально-угломестной системы требует обеспечение скорости перемещения антенны по азимуту (при высоких углах места) до 20/с.
Технической задачей полезной модели является создание станции приема с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в том, что обеспечен прием информации по всей полусфере, увеличена полезная мощность с одновременным уменьшением габаритов и массы, повышены к.п.д., точность и надежность, увеличен ресурс (долговечность), снижены вибрация и шум, сокращены количество и протяженность кабельных линий.
Сущность полезной модели состоит в том, что система получения информации от космических аппаратов (КА) зондирования Земли содержит, по меньшей мере, одну двуугломестную наземную станцию с антеннами, радиоприемными устройствами, совмещенным облучателем Х и L диапазонов, приемно-демодулирующими устройствами для L и Х диапазонов, средства регистрации информации, угломестные датчики связанные с основанием антенны, опорно-поворотное устройство которой подключено через блок управления к блоку выдачи команд, при этом станция снабжена радиопрозрачной оболочкой и пружинным устройством для балансирования веса антенны, а опорно-поворотное устройство снабжено подключенным к блоку управления электроприводом с двумя электродвигателями, кинематически соединенными редукторами циклоидного типа с первым и вторым угломестными датчиками, выполненными в виде инклинометра и оптопар.
Предпочтительно, радиоприемные устройства выполнены с использованием беспроводных средств связи, система дополнительно включает систему единого времени, соединенную с блоком выдачи команд и средствами регистрации информации, малошумящий усилитель-конвертер размещен за зеркалом антенны, приемно-демодулирующие устройства размещены непосредственно вблизи облучателя, один из электродвигателей связан с первым угломестным датчиком через два последовательно связанных редуктора циклоидного типа с передаточными отношениями 23 и 47, а другой из электродвигателей связан со вторым угломестным датчиком через два последовательно связанных редуктора циклоидного типа с передаточными отношениями 17 и 73.
Одновременно система выполнена с антенной - рефлектором а блок управления и блок выдачи команд выполнены на основе программируемых модулей.
На чертеже фиг.1 изображен общий вид системы получения информации от космических аппаратов (КА) зондирования Земли, на фиг.2 - блок-схеме антенного поста станции, на фиг.3 - блок-схема системы управления и регистрации, на фиг.4 - опорно-поворотное устройство станции.
Система получения информации от космических аппаратов зондирования Земли содержит, по меньшей мере, одну двуугломестную наземную станцию с антенной (антенной-рефлектором) 1, совмещенным облучателем 2 Х и L диапазонов, включающем разделители поляризаций L и Х диапазонов вместе с малошумящими усилителями-конвертерами 18-1, 18-2, 18-3 и 18-4, приемно-демодулирующими устройствами 3, 4 для L и Х диапазонов, объединенными в радиоприемное устройство 20, средства 19 регистрации информации (в составе рабочей станции управления приводом), угломестные датчики 5 связанные с основанием антенны 1, опорно-поворотное устройство 21 которой подключено через блок 5 управления к блоку 6 выдачи команд. Блок 5 управления и блок 6 выдачи команд выполнены на основе программируемых модулей.
Станция снабжена основанием 22 и радиопрозрачной оболочкой 7 и пружинным устройством 8 для балансирования веса антенны 1, а опорно-поворотное устройство 21 снабжено подключенным к блоку 5 управления электроприводом с двумя электродвигателями 9, 10, кинематически соединенными редукторами 11, 12, 13, 14 циклоидного типа с первым и вторым угломестными датчиками 15, 16, выполненными в виде инклинометра и оптопары, соответственно. Инклинометр - датчик угла наклона с электрическим выходным сигналом, пропорциональным углу наклона, имеющий высокую точность. Оптопара - микросхема, состоящий из излучателя света и фотоприемника, связанных друг с другом оптически и помещенных в общем корпусе (не изображены).
Радиоприемное устройство 20 выполнено с использованием беспроводных средств связи (типа Wi-Fi).
Система включает систему 17 единого времени, соединенную с блоком 6 выдачи команд и средствами регистрации информации.
Приемно-демодулирующие устройства 3, 4 размещены непосредственно вблизи облучателя 2.
Один электродвигатель 9 связан с первым угломестным датчиком 15 через два последовательно связанных редуктора 11, 12 циклоидного типа с передаточными отношениями 23 и 47. Электродвигатель 10 связан со вторым угломестным датчиком 16 через два последовательно связанных редуктора 13,14 циклоидного типа с передаточными отношениями 17 и 73.
Циклоидные (или подшипниковые) редукторы - тип передач, где вместо зубьев нагрузку передают ролики, расположенные в пазах колес. В результате она распределяется на большое число роликов, что позволяет при заданных габаритах увеличить выходной момент и передаточное отношение. По функциональным возможностям он аналогичен планетарным механизмам. Его конструкция позволяет получать разные передаточные отношения, затормаживая корпус, входной или выходной вал, а также использовать его в качестве дифференциального механизма. Преимуществами циклоидного редуктора являются: компактность; беззазорное зацепление и высокая кинематическая точность (погрешность <1 угловой минуты); высокая нагрузочная и перегрузочная способности (допускает перегрузки по моменту в 5 раз); большие передаточные числа (до 191); низкие шум и вибрации; высокий КПД (90-95%); долговечность, которая определяется ресурсом подшипников; исключительная надежность (аварийные поломки практически исключены).
Система получения информации от космических аппаратов (КА) зондирования Земли работает следующим образом.
В заявляемой системе получения информации от космических аппаратов (КА) зондирования Земли два угломестных привода обеспечивает наведение антенны 1 на КА и его сопровождение во всей полусфере без ограничения зоны приема в верхней-зенитной области. Такая конструкция позволяет сопровождать КА в зените без изменения угла места при скорости 1 м/с, что увеличивает износостойкость системы. При этом использование редукторов 11, 12, 13, 14 циклоидного типа с оптимальными передаточными отношениями обеспечивает:
- высокую удельную мощность (в 2 -:2,5 раза превышающую удельную мощность редукторов с эвольвентным зацеплением);
- высокий кпд - до 97% за счет отсутствия трения скольжения;
- высокую компактность за счет большего диапазона передаточных отношений в одной ступени (вдвое выше, чем в планетарном зацеплении);
- малый момент инерции;
- низкий уровень вибрации и шума;
- высокий номинальный выходной крутящий момент;
- высокую нагрузочную способность (допускает кратковременные перегрузки по крутящему моменту до 500%);
- минимальный уровень технического обслуживания (смена масла в редукторах 1 раз в год);
- низкий уровень энергопотребления;
- высокий эксплуатационный ресурс и надежность функционирования;
- компактность системы.
В облучателе 2 размещены разделители поляризаций L и Х диапазонов вместе с малошумящими усилителями-конвертерами 18-1, 18-2, 18-3 и 18-4, которые преобразуют сигналы соответствующих диапазонов и поляризаций. Соответствующие сигналы на промежуточных частотах по коаксиальным кабелям подаются на приемо-демодулирующих устройства 3 и 4 Х и L диапазонов, объединенные в радиоприемное устройство 20, расположенное непосредственно на антенном посту, что исключает потери и наводки в длинных кабелях и повышает эффективность системы. Выходнгые сигналы радиоприемного устройства 20 передаются на рабочую станцию 19 с помощью системы Wi-Fi.
Устройство 8 пружинного типа для балансирования веса зеркала антенны 1 обеспечивает:
- компактность этого устройства;
- значительно уменьшает нагрузку на опорно-поворотное устройство 21 и основние 22 по сравнению с традиционными противовесами.
Применение датчиков 15, 16 углового положения в виде инклинометра и оптопар позволяет:
- упростить систему индикации углового положения без потери точности по сравнению с традиционными датчиками углового положения;
- исключить специальную юстировку осей привода;
- обеспечить компактность размещения;
- уменьшить количество кабельных соединений;
- упростить систему технического обслуживания;
- повысить эксплуатационный ресурс и надежность функционирования.
Радиотракт выполнен с учетом следующих особенностей:
- уменьшение веса устройств, устанавливаемых в фокусе антенны 1 за счет минимизации габаритно-массовых характеристик совмещенного облучателя 2 и размещенных вместе с ним МШУ-конвертеров 18-1, 18-2, 18-3, 18-4.
- установка приемо-демодулирующих устройства 3 и 4 Х и L диапазонов, непосредственно на антенном посту, а не на рабочем месте оператора, позволяет значительно сократить длину высокочастотных кабелей, что повышает помехозащищенность и надежность функционирования радиотракта.
Использование в системе управления ОПУ современных программируемых модулей - блоков 5, 6, устанавливаемых непосредственно на антенном посту, и малогабаритных двигателей 9, 10 с применением низковольтного питания (до 30 В) позволяет значительно уменьшить габаритно-весовые характеристики блока 5 управления приводами, сократить длину кабельных соединений и исключить подвод непосредственно на антенный пост высокого напряжения (220 В или 380 В).
Использование в антенном комплексе современных беспроводных средств связи типа системы Wi-Fi позволяет исключить информационные и управляющие кабели комплекса, повышая надежность функционирования станции.
Система 17 единого времени обеспечивает синхронизацию всех блоков и обеспечивает рабочую станцию 19 исходной информацией для наведения антенны 1 на КА. Программируемые модули - блоки 5, 6, устанавливаемых непосредственно на антенном посту, получают команды управления по каналу Wi-Fi управляют малогабаритными двигателями 9, 10 опорно-поворотного устройства 21, обеспечивая непрерывное слежение за КА.
Использование радиопрозрачного укрытия 7 позволяет:
- исключить ветровую нагрузку и влияние атмосферных осадков;
- снизить требования к внешним устройствам станции из-за влияния атмосферы;
- повысить эксплуатационный ресурс и надежность функционирования приемной станции в целом.
Использование указанных конструктивных особенностей позволяет значительно уменьшить вес антенного поста, потребляемую мощность, длину кабельной сети, повысить надежность и эксплуатационный ресурс станции.