СПОСОБ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ, СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ И БОРТОВОЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НИЗКООРБИТАЛЬНОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
SATELLITE COMMUNICATION METHOD, SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM AND ON-BOARD RADIO SYSTEM FOR LOW-ORBITING SPACECRAFT

Предлагаемое изобретение относится к области космонавтики и является дальнейшим развитием систем связи, обеспечивающих связь между низкоорбитальными космическими аппаратами и наземными станциями.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения могут быть выбраны способ и соответствующая система спутниковой связи, описанная в патенте RU 2344457, опубликованном 20.01.2009, и включающая группировку низкоорбитальных спутников и группировку геостационарных спутников-ретрансляторов. Для установления устойчивой связи между низкоорбитальными космическими аппаратами и наземными станциями предусматривается оповещение спутников-ретрансляторов об эфемеридах низкоорбитальных космических аппаратов. Для передачи указанных сведений об эфемеридах используется бортовой радиотехнический комплекс низкоорбитального космического аппарата, включающий активную фазированную антенную решетку (схемы активных фазированных антенных решеток достаточно широко известны, например, из патента RU 2162260, публикация 20.01.2001, заявки US 2010099370, публикация 22.04.2010, патента RU 2408140, публикация 27.10.2010). Недостатком известных из RU 2344457 способа и системы космической связи является ее недостаточно высокая надежность, связанная с возможными погрешностями при вычислении эфемерид и/или требующая выделения дополнительных запоминающих устройств бортового радиотехнического комплекса для хранения баз данных, содержащих эфемериды. В свою очередь, предлагаемое изобретение позволит устранить указанные выше недостатки и повысить надежность эксплуатации систем космической связи.
Описанный выше технический результат достигается при использовании способа спутниковой связи, системы спутниковой связи и бортового радиотехнического комплекса низкоорбитального космического аппарата.
Предложенный способ спутниковой связи предусматривает проведение, по меньшей мере, одного сеанса связи между, по меньшей мере, одним низкоорбитальным космическим аппаратом и, по меньшей мере, одной наземной станцией через группировку геостационарных спутников-ретрансляторов системы связи, например системы Inmarsat. Каждый из указанных геостационарных спутников-ретрансляторов системы связи обеспечивает формирование глобального луча, покрывающего всю видимую подспутниковую область, совокупности широких фиксированных лучей, расположенных поверх глобального луча во всей видимой подспутниковой области, и совокупности узких управляемых лучей, расположенных поверх широких лучей во всей видимой подспутниковой области.
В ходе сеанса связи выполняют: передачу со спутника-ретранслятора на низкоорбитальный космический аппарат в глобальном луче несущей частоты и широковещательной системной информации, включающей карту узких управляемых лучей упомянутых геостационарных спутников-ретрансляторов и перечень несущих частот в каждом широком фиксированном луче упомянутого спутника-ретранслятора. Затем выполняют передачу со спутника-ретранслятора на низкоорбитальный космический аппарат в выбранном широком луче инструкции о несущих частотах узкого луча, выделенных для проведения сеанса связи. Далее определяют пространственное положение низкоорбитального космического аппарата по данным, по меньшей мере, одной спутниковой системы позиционирования и выполняют ответную передачу в выбранном широком луче с низкоорбитального космического аппарата на спутник-ретранслятор регистрационного сигнала на осуществление связи, содержащего информацию о пространственном положении этого низкоорбитального космического аппарата. Для осуществления сеанса связи спутник-ретранслятор на основе полученных данных о пространственном положении низкоорбитального космического аппарата определяет узкий управляемый луч, в зоне покрытия которого находится низкоорбитальный космический аппарат, и выполняет передачу информации в узком управляемом луче.
Предложенная система спутниковой связи, обеспечивающая осуществление описанного выше способа спутниковой связи, включает, по меньшей мере, один низкоорбитальный космический аппарат, оснащенный активной фазированной антенной решеткой и приемником сигнала, по меньшей мере, одной спутниковой системы позиционирования, и группировку геостационарных спутников-ретрансляторов системы связи, например системы Inmarsat. Каждый из геостационарных спутников-ретрансляторов системы связи обеспечивает формирование глобального луча, покрывающего всю видимую подспутниковую область, совокупности широких фиксированных лучей, расположенных поверх глобального луча во всей видимой подспутниковой области, и совокупности узких управляемых лучей, расположенных поверх широких лучей во всей видимой подспутниковой области. Бортовой радиотехнический комплекс низкоорбитального космического аппарата включает активную фазированную антенную решетку, включающую тракт приема данных и тракт передачи данных, бортовое устройство связи, блок управления. Тракт приема данных содержит последовательно расположенные: блок излучателей приемных, блок фазовращателей, соединенных с платой управления, обеспечивающей управление наведением луча в соответствии с предложенным способом спутниковой связи, сумматор, блок фильтров приемных, блок малошумящего усилителя. Тракт передачи данных содержит последовательно расположенные блок фильтров передающих, делитель, блок фазовращателей, соединенных с платой управления, обеспечивающей управление наведением луча в соответствии с предложенным способом спутниковой связи, блок излучателей передающих.
Предложенная система спутниковой связи включает группировку низкоорбитальных космических аппаратов и группировку геостационарных спутников-ретрансляторов (см. фиг.1 и 2). Группировка геостационарных спутников-ретрансляторов представляет собой совокупность спутников какой-либо системы связи, например системы Inmarsat или же подобной системы. Каждый из низкоорбитальных космических аппаратов оснащен активной фазированной антенной решеткой, являющейся частью бортового радиотехнического комплекса, и приемником сигнала одной или же нескольких спутниковых систем позиционирования, например GPS Navstar, ГЛОНАСС, Бейдоу, Galileo или GPS Navstar/ГЛОНАСС, GPS Navstar/ГЛОНАСС/Galileo и т.п. В свою очередь каждый из геостационарных спутников-ретрансляторов системы связи обеспечивает формирование глобального луча, покрывающего всю видимую подспутниковую область, совокупности широких фиксированных лучей (например, 19 широких лучей системы Inmarsat), расположенных поверх глобального луча во всей видимой подспутниковой области, и совокупности узких управляемых лучей (например, 228 узких управляемых лучей системы Inmarsat), расположенных поверх широких лучей во всей видимой подспутниковой области. Бортовой радиотехнический комплекс низкоорбитального космического аппарата включает активную фазированную антенную решетку, включающую тракт приема данных и тракт передачи данных, бортовое устройство связи, блок управления. Тракт приема данных содержит последовательно расположенные: блок излучателей приемных (ИПРМ), блок фазовращателей (ФВ), соединенных с платой управления (Упр.), сумматор, блок фильтров приемных (ФПРМ), блок малошумящего усилителя (МШУ). Тракт передачи данных содержит последовательно расположенные: блок фильтров передающих (ФПРД), делитель, блок фазовращателей (ФВ), соединенных с платой управления (Упр.), блок излучателей передающих (ИПРД). Плата управления (Упр.) обеспечивает наведение узкого управляемого луча низкоорбитального космического аппарата на геостационарный спутник-ретранслятор с использованием данных целеуказания о его положении, полученных от приемника спутниковой системы позиционирования.
При осуществлении предложенного способа спутниковой связи со спутника-ретранслятора на низкоорбитальный космический аппарат в глобальном луче передают несущую частоту и широковещательную системную информацию, включающую карту узких управляемых лучей упомянутых геостационарных спутников-ретрансляторов и перечень несущих частот в каждом широком фиксированном луче упомянутого спутника-ретранслятора. Далее со спутника-ретранслятора на низкоорбитальный космический аппарат в выбранном широком луче передают инструкции о несущих частотах узкого луча, выделенных для проведения сеанса связи. Определяют пространственное положение низкоорбитального космического аппарата по данным, по меньшей мере, одной спутниковой системы позиционирования. Выполняют ответную передачу в выбранном широком луче с низкоорбитального космического аппарата на спутник-ретранслятор регистрационного сигнала на осуществление связи, содержащего информацию о пространственном положении этого низкоорбитального космического аппарата. Затем наводят узкий управляемый луч спутника-ретранслятора на низкоорбитальный космический аппарат и осуществляют передачу информации в узком управляемом луче. После завершения сеанса связи в узком луче низкоорбитальный космический аппарат настраивается обратно на широкий луч.
Таким образом предложены средства, обеспечивающие надежную связь низкоорбитальных космических аппаратов с наземной станцией.