СПУТНИК-РЕТРАНСЛЯТОР
RELAY SATELLITE

Изобретение относится к ретрансляции информации, в частности к спутниковым ретрансляторам.
Известен бортовой комплекс спутника-ретранслятора «Аксай» [см. патент РФ №2097926, Н04В 7/185, приоритет от 19.04.94, бюлл. №33 от 27.11.97], предназначенный для функционирования в многоспутниковой системе связи, в которой соседние спутники могут обмениваться абонентской и служебной информацией, включающий последовательно соединенные блок из к приемных антенн, блок приемников, блок передатчиков и блок из к передающих антенн, коммутационный блок, навигационный блок, блок выделения служебных сигналов, блок формирования служебных сигналов и формирователь сигналов блокировки, причем коммутационный блок включен между выходами блока передатчиков, блок выделения служебных сигналов включен между выходами блока приемников и первыми входами блока формирования служебных сигналов, навигационный блок, блок выделения служебных сигналов, блок формирования служебных сигналов и формирователь сигналов блокировки соединены последовательно и выходы последнего из них подключены к третьим входам коммутационного блока, вторые входы которого подключены к выходам навигационного блока, а выходы блока формирования служебных сигналов подключены к вторым входам блока передатчиков.
Недостатком данного устройства является ограниченность применения, связанная с тем, что абонентский обмен данными через такой ретранслятор производится пакетами фиксированной длины, так как в коммутационном элементе коммутатора данного ретранслятора используется одновибратор, настроенный на фиксированную длительность строба.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту спутника-ретранслятора - прототипом, является спутник-ретранслятор [см. патент РФ №2673060, Н04В 7/185, приоритет от 20.11.17, зарегистрирован в госреестре изобретений РФ 22.11.18], предназначенный для функционирования в многоспутниковой системе связи, в которой соседние спутники могут обмениваться абонентской и служебной информацией, включающий коммутационный блок, блок приемных абонентских радиоантенн и блок абонентских радиоприемников, блок приемных оптических межспутниковых антенн и блок оптических межспутниковых приемников, последовательно соединенные солнечный датчик и блок ориентации, навигационный блок, блок формирования служебных сообщений и формирователь сигналов блокировки, последовательно соединенные блок выделения служебных сигналов, блок выделения сигналов пеленга, блок анализаторов сигнала пеленга и блок управления и селекции модуляторов, блок межспутниковых оптических передатчиков, блок абонентских радиопередатчиков, блоки передающих межспутниковых оптических антенн и абонентских радиоантенн
Недостатком данного устройства является ограниченность применения, связанная с тем, что коммутационные элементы коммутатора построены по схеме трехпозиционной логики, что затрудняет наладку коммутатора и устранение его неисправностей.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение применения.
Технический результат достигается тем, что в спутнике-ретрансляторе, включающем последовательно соединенные блок приемных абонентских антенн, блок абонентских приемников, коммутационный блок, блок абонентских передатчиков и блок передающих абонентских антенн, последовательно соединенные блок приемных межспутниковых антенн, блок межспутниковых приемников, блок выделения служебных сигналов, блок выделения сигнала пеленга, блок анализаторов сигнала пеленга, блок управления и селекции модуляторов, блок формирования служебных сообщений, и формирователь сигналов блокировки, последовательно соединенные солнечный датчик и блок ориентации, к вторым входам последнего и блока управления и селекции модуляторов подключен навигационный блок, в отличие от известного, в спутник-ретранслятор введен блок мультиплексоров коммутатора, подключенный последовательно коммутационному блоку, к первым, вторым и третьим входам которого подключены выходы блока межспутниковых приемников, блока абонентских приемников и блока формирования служебных сообщений, коммутационный блок выполнен в виде ряда каскадов коммутационных элементов, выходы последнего каскада подключены к первым входам блока мультиплексоров, к вторым входам последнего через шифратор подключены выходы навигационного блока и формирователя сигналов блокировки, коммутационные элементы коммутационного блока с двумя независимыми входами и двумя выходами, при каждом входе последовательно соединенные первый элемент И, два полосовых фильтра, подключенные к разноименным входам триггера и второй и третий элементы И, первые входы которых подключены к разноименным выходам триггера, вторые входы подключены к соответствующему входу коммутационного элемента, а выходы объединены с выходами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых подключены к другому входу коммутационного элемента через пятый элемент И, вторые входы первого и пятого элементов И подключены к соответствующему независимому входу коммутационного элемента через формирователь строба, последний содержит подключенные к его входу две пары последовательно соединенных регистра и компаратора, к вторым входам которых подключены выходы запоминающих устройств, выходы компараторов подключены к разноименным входам триггера, и разноименным входам генератора с синхронизацией пуска и останова, к управляющему входу которого подключен блок фазированной автоподстройки частоты, а выход подключен к входам синхронизации регистров каждой группы, корпус спутника-ретранслятора выполнен в форме однополостного гиперболоида, а передающие антенны размещены на противоположных концах стрингеров, соединяющих противоположные стороны корпуса, аналогично размещены приемные антенны.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:
на фиг. 1 приведена функциональная схема спутника-ретранслятора;
на фиг. 2 приведен формат абонентского сообщения;
на фиг. 3 приведен формат служебного сообщения;
на фиг. 4 приведен вид (схематически) конструктивного исполнения корпуса спутника-ретранслятора;
на фиг. 5 приведен вид спутников на орбитах;
на фиг. 6 приведен вид гексагональной схемы трактов связи CP 25 с СР-соседями 26;
на фиг. 7 приведена иллюстрация взаимодействия спутника-ретранслятора с другими спутниками-ретрансляторами при отказе трактов связи с ними;
на фиг. 8 приведена иллюстрация взаимодействия спутника-ретранслятора с другими спутниками-ретрансляторами при пересечении плоскостей их орбит;
на фиг. 9 приведена иллюстрация работы коммутационного блока с битами заголовка сообщения;
на фиг. 10 приведена функциональная схема коммутационного блока;
на фиг. 11 приведена функциональная схема коммутационного элемента (КЭ);
на фиг. 12 приведена функциональная схема построения формирователя строба;
на фиг. 13 приведена схема взаимодействия коммутационного блока, блока мультиплексоров и шифратора;
на фиг. 14 приведена схема разделения поверхности Земли навигационным блоком 20 на зоны работы навигационного блока;
на фиг. 15 приведена функциональная схема блока формирования служебных сообщений;
на фиг. 16 приведена функциональная схема блока управления и селекции модуляторов;
на фиг. 17 приведена функциональная схема блока определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С);
на фиг. 18 приведена функциональная схема блока формирования управляющего сигнала;
в таблице 1 приведено соответствие кодов заголовка абонентского сообщения направлениям трактов связи;
в таблице 2 приведено соответствие выходного кода навигационного блока индексу зоны, над которой находится спутник-ретранслятор;
в таблице 3 приведено соответствие кодов, формируемых формирователем сигналов блокировки отказам трактов спутника-ретранслятора, направленных на соседние спутники-ретрансляторы.
Обозначения на фигурах:
На фиг. 1
1 - блок приемных абонентских антенн;
2 - блок абонентских приемников;
3 - коммутационный блок;
4 - блок мультиплексоров;
5 - блок абонентских передатчиков;
6 - блок передающих абонентских антенн;
7 - блок межспутниковых передатчиков;
8 - блок модуляторов;
9 - блок передающих межспутниковых антенн;
10 - блок приемных межспутниковых антенн;
11 - блок межспутниковых приемников;
12 - блок выделения служебных сигналов;
блок формирования служебных сообщений;
13 - блок выделения сигнала пеленга;
формирователь сигналов блокировки;
14 - блок анализаторов сигнала пеленга;
15 - блок управления и селекции модуляторов;
16 - блок определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С);
17 - регистр угловой скорости (регистр УС)
18 - блок ориентации;
19 - солнечный датчик;
20 - навигационный блок;
21 - блок формирования служебных сообщений;
22 - формирователь сигналов блокировки;
23 - шифратор;
На фиг. 2
ГФ - головной флаг;
ФГ - флаг группы;
ФС - флаг сегмента;
ЗФ - заключительный флаг;
i
i
i
X, Y, N - географические координаты и персональный номер абонента-получателя;
i
i
X, Y - географические координаты спутника - ретранслятора, отправившего данное служебное сообщение;
НОГКСР - код порядкового номера спутника - ретранслятора, отправившего данное служебное сообщение;
КОН - концевик служебного сообщения.
На фиг. 3
ГФ - головной флаг;
ФГ - флаг группы;
ФС - флаг сегмента;
ЗФ - заключительный флаг;
R
R
R
X, Y, N - географические координаты и персональный номер абонента-получателя;
i
i
X, Y - географические координаты спутника - ретранслятора, отправившего данное служебное сообщение;
НОГКСР - код порядкового номера спутника - ретранслятора, отправившего данное служебное сообщение;
КОН - концевик служебного сообщения
На фиг. 4
1
1 - антенна блока приемных абонентских антенн;
1
6 - антенна блока передающих абонентских антенн;
1
9 - антенна блока передающих межспутниковых антенн;
1
10 - антенна блока приемных межспутниковых антенн;
19 - солнечный датчик;
24 - стрингер корпуса CP;
NW - антенна, обслуживающая тракт, направленный на северо-запад;
N - антенна, обслуживающая тракт, направленный на север;
NE - антенна, обслуживающая тракт, направленный на северо-восток;
SE - антенна, обслуживающая тракт, направленный на юго-восток;
S - антенна, обслуживающая тракт, направленный на юг;
SW - антенна, обслуживающая тракт, направленный на юго-восток;
U - антенна, обслуживающая тракт, направленный в зенит;
D - антенна, обслуживающая тракт, направленный в надир.
На фиг. 5
25 - CP;
26 - СР-сосед;
27 - орбиты CP 25 и CP - соседей 25;
28 - оптические тракты (лучи) CP - СР-сосед.
На фиг. 6
25 - CP;
26 - СР-сосед;
NW - тракт, антенна которого направлена на северо-запад;
N - тракт, антенна которого направлена на север;
NE - тракт, антенна которого направлена на северо-восток;
SE - тракт, антенна которого направлена на юго-восток;
S - тракт, антенна которого направлена на юг;
SW - тракт, антенна которого направлена на юго-восток;
Не показаны тракты U - антенна которого направлена в зенит и D - антенна которого направлена в надир.
На фиг. 7
25 - CP;
26 - СР-сосед;
X - отказавший тракт.
На фиг. 8
1
9 - первая антенна блока 9, сопровождающая СР-соседа 25;
2
9 - вторая антенна блока 9, сопровождающая СР-соседа 25;
3
9 - третья антенна блока 9, сопровождающая СР-соседа 25;
19 - солнечный датчик;
24 - CP;
25 - СР-сосед;
26 - орбита СР-соседа 25;
29 - сектор сканирования антенны 9а;
30 - сектор сканирования антенны 9б;
31 - сектор сканирования антенны 9бв.
На фиг. 9
3 - коммутационный блок;
32 - коммутационный элемент.
Коммутационные элементы 32 соединены коммутационном в блоке 3 последовательно в каскады коммутации.
На фиг. 10
32 - коммутационный элемент.
Показана логика работы элемента 32. При поступлении головного бита 0 на вход, все биты, следующие за ним, коммутируются на одноименный выход, а при поступлении головного бита 1 - на противоположный выход. Головной бит на выход не передается.
На фиг. 11
32 - коммутационный элемент;
33 - первый элемент И при первом входе;
34 - формирователь строба при первом входе;
1
35 - полосовой фильтр на частоту f при первом входе;
2
36 - полосовой фильтр на частоту f при первом входе;
37 - триггер при первом входе;
38 - второй элемент И при первом входе;
39 - третий элемент И при первом входе;
а
33 - первый элемент И при втором входе;
2
34 - формирователь строба при втором входе;
2
1
35 - полосовой фильтр на частоту f при втором входе;
2
2
36 - полосовой фильтр на частоту f при втором входе;
2
37 - триггер при втором входе;
2
38 - второй элемент И при втором входе;
2
39 - третий элемент И при втором входе.
На фиг. 12
40 - регистр кода головного флага;
41 - запоминающее устройство кода головного флага;
42 - компаратор кода головного флага;
43 - триггер;
44 - генератор с синхронизацией пуска и останова;
45 - схема фазовой автоматической подстройки частоты;
46 - регистр кода концевика;
47 - запоминающее устройство кода концевика;
48 - компаратор кода концевика.
На фиг. 13
SF1 - шина коммутационного блока;
SF2 - шина шифратора;
3 - коммутационный блок;
23 - шифратор;
4 - блок мультиплексоров;
32 - коммутационный элемент;
48 - мультиплексор.
На фиг. 14
8 - шифратор;
15 - блок управления и селекции модуляторов;
16 - блок определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С);
17 - регистр угловых скоростей (УС);
18 - блок ориентации;
20 - навигационный блок;
21 - блок формирования служебных сообщений;
22 - формирователь сигналов блокировки;
25 - спутник-ретранслятор (CP);
26 - СР-сосед;
49 - параллельно-последовательный регистр;
50 - генератор тактовых импульсов;
51 - регистровый блок;
52 - 1-й блок памяти;
53 - 2-й блок памяти.
На фиг. 16
12 - блок выделения служебных сигналов
15 - блок управления и селекции модуляторов;
16 - блок определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С);
17 - регистр угловых скоростей (УС);
54 - блок формирования управляющего сигнала;
55 - блок выделения кода поправки наведения;
56 - блок формирования кода поправки;
57 - регистровый блок.
На фиг. 17
16 - блок определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С);
58 - блок местного тактирования;
59 - блок задержки;
60 - регистровый блок;
61 - блок формирования разностного кода;
62 - блок расчета знака угловой скорости;
63 - блок расчета модуля угловой скорости.
На фиг. 18
16 - блок определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С);
17 - регистр УС;
54 - блок формирования управляющего сигнала;
55 - блок выделения кода поправки наведения;
56 - блок формирования кода поправки наведения;
64 - регистр солнечного датчика (регистр СД);
65 - регистр сигнала пеленга (регистр СП);
66 - регистр кода поправки наведения (регистр КПН);
67 - формирователь управляющего кода.
В таблице 1 приведено соответствие кодов заголовка направлениям трактов связи. Показаны головные последовательности для коммутации входа коммутационного блока 3 (по вертикали) на его выход. Обозначения в таблице 1:
NW - тракт, направленный на северо-запад;
N - тракт, направленный на север;
NE - тракт, направленный на северо-восток;
SE - тракт, направленный на юго-восток;
S - тракт, направленный на юг;
SW - тракт, направленный на юго-восток;
U - тракт, направленный в зенит;
D - тракт, направленный в надир;
В таблице 2 приведено соответствие выходного кода навигационного блока индексу зоны, над которой находится CP 25;
В таблице 3 приведено соответствие кодов, формируемых формирователем сигналов блокировки отказам трактов CP 25, направленных на CP - соседей 26. Обозначения в таблице 3:
NW - тракт, направленный на северо-запад;
N - тракт, направленный на север;
NE - тракт, направленный на северо-восток;
SE - тракт, направленный на юго-восток;
S - тракт, направленный на юг;
SW - тракт, направленный на юго-восток;
U - тракт, направленный в зенит;
D - тракт, направленный в надир;
«+» - запись отсутствует;
«х» - тракт заблокирован.
Спутник - ретранслятор работает следующим образом.
Спутник ретранслятор включает последовательно включенные (см. фиг. 1) блок приемных абонентских антенн (радиодиапазона) 1, блок абонентских приемников 2, коммутационный блок 3, блок мультиплексоров 4, блок абонентских передатчиков 5, блок передающих абонентских антенн (радиодиапазона) 6, также последовательно включенные блок приемных межспутниковых антенн 10 (оптического диапазона), блок межспутниковых приемников 11, через блоки 3 и 4 подключенные к последовательно включенным блоку межспутниковых передатчиков 7, блоку модуляторов 8 и блоку передающих межспутниковых антенн (оптического диапазона) 9, также блок выделения служебных сигналов 12, входы которого подключены к выходам блоков 2 и 11, а выход подключен первому входу блока управления и селекции модуляторов 15 и к входу блока выделения сигнала пеленга 13, последовательно соединенного с блоком анализаторов сигнала пеленга 14, блоком 15, блоком формирования служебных сообщений 21, формирователем сигналов блокировки 22, шифратором 23 и блоком 4, также навигационный блок 20 подключенный к первым входам шифратора 23 и к последовательно соединенным блокам 21, 15 и 8, также солнечный датчик, подключенный к блоку 15 и блоку ориентации 18, к вторым входам которого подключены выходы блока 20, кроме того, выходы блока 21 подключены к входам блоков 3 и входам последовательно соединенных блока БОВУС-С 16 и регистра УС 17, последний подключен к третьим входам блока 15, а вторые входы блока 16 подключены к выходам блока 14.
R
R
R
R
R
R
R
Приемная антенна блока 1 (см. фиг. 1), принимает абонентское сообщение (см. фиг. 2), сформированное абонентом-отправителем, в виде последовательного кода с группой кода заголовка от ГФ до N, коды X, Y соответствуют кодам таблицы 1, которое далее поступает на блок абонентских приемников 2 и далее через коммутационный блок 3 и блок мультиплексоров 4 отправляется, в соответствии с группой кодов заголовка, через соответствующий передатчик блока абонентских передатчиков 5 и соответствующую антенну блока передающих абонентских антенн 6 - абоненту-получателю в этой же зоне (номера зон спутника-ретранслятора 25 и получателя оба равны X, Y), либо абоненту-получателю с номером зоны X, Y, через соответствующий передатчик блока межспутниковых передатчиков 7, блок модуляторов 8 и соответствующую антенну блока передающих межспутниковых антенн 9 - CP - соседу 26.
Группа кодов, которая использовалась при этом для коммутации с входа на выход блока 3, далее не передается.
Аналогично, абонентское сообщение поступает через антенну блока приемных межспутниковых антенн 10 на блок межспутниковых приемников 11 и далее через коммутационный блок 3 и мультиплексор оказывается на выходе антенны блока 6 или 9 в соответствии с кодом заголовка, пройдя блоки 5 или 7 и 8.
Навигационный блок 20 и формирователь сигналов блокировки 22 через шифратор 23 управляют работой блока мультиплексоров 4, перенаправляя, при необходимости сообщение абонента-отправителя на работоспособного СР-соседа 26 с учетом местоположения CP 25 и работоспособности трактов связи на CP - соседей 26.
0
0
Служебное сообщение (см. фиг. 3), сформированное в CP 25 находящемся над зоной с индексом X, Y, в блоке формирования служебных сообщений 21 из кода навигационного блока 20 и кода служебных сообщений, поступающих через блок управления и селекции модуляторов 15 от блока выделения служебных сигналов 12, отправляется в виде последовательного кода через коммутационный блок 3, блок мультиплексоров 4, соответствующий передатчик блока межспутниковых передатчиков 7, блок модуляторов 8 и соответствующую антенну блока передающих межспутниковых антенн 9 каждому CP-соседу 26.
i
i
0
0
i
i
От СР-соседа 26 над зоной X, Y, служебное сообщение в виде последовательного кода (вместо Х, Y содержит X, Y) поступает в CP 25 на вход приемной антенны блока приемных межспутниковых антенн 10.
Антенны блока приемных межспутниковых антенн 10 включают сегменты фотодетекторов, позволяющие, в зависимости от степени засветки того или иного фотодетектора, определить пеленг на СР-соседа 25, после чего фотодетекторы формируют соответствующие сигналы пеленга, поступающие с выходов фотодетекторов на входы блока выделения служебных сигналов 12 вместе со служебными сообщениями от CP-соседей 26.
Сигналы пеленга и служебные сообщения, далее, через блок межспутниковых приемников 11 поступают на блок выделения служебных сигналов 12, после чего данные из служебного сообщения поступают на блок управления и селекции модуляторов 15 в виде трех кодов:
- в виде последовательного кода, из которого в блоке 15 выделяется код координат СР-соседа 26;
- в виде первого параллельного кода, после обработки служебного сообщения в блоке выделения сигнала пеленга 13 и следом за этим в блоке анализаторов сигнала пеленга 14 для формирования в блоке 15 кода поправки наведения;
- в виде второго параллельного кода после обработки служебного сообщения в блоке БОВУС-С 16 и следом за этим в регистре УС 17, для формирования кода в блоке управления и селекции модулятора 15.
Блок управления и селекции модуляторов 15 из указанных выше трех кодов и сигнала солнечного датчика 19 формирует код управления блоком модуляторов 8, после чего блок 8 осуществляет выбор нужной передающей антенны блока 9 и задает положение ее луча.
Абонентское и служебное сообщения (см. фиг. 2 и фиг. 3) обрабатываются следующим образом.
Абонентское сообщение (см. фиг. 2), адресованное получателю, обрабатывается следующим образом. Головной флаг ГФ обозначает для блоков выделения служебных сигналов 12 и коммутатора 3 начало пакета сообщения, Флаг группы ФГ для служебного и абонентского сообщения различаются, и блок 12 абонентское сообщение далее не обрабатывает. Далее в коммутационном блоке 3 абонентское сообщение проходит с абонентского входа, через ряд коммутационных элементов, в каждом из которых головной бит определяет выход, куда будет отправлено сообщение. При этом головной бит последовательности не регенерируется. Таким образом, на соответствующем выходе коммутационного блока сообщение появляется только сообщение с ЗФ, номером получателя сообщения NR и КОН. Это сообщение транслируется CP 25 в подспутниковую зону, где абонент распознает ЗФ и свой номер и принимает сообщение. Если требуется переадресовать сообщение по сети спутников через несколько CP 25, то в заголовке сообщения будет несколько групп кодов - от «ФГ» до «ФС перед ЗФ». Число таких групп соответствует числу ретрансляций по сети. То есть получатель получит только ЗФ, NR и сообщение с КОН.
i
0
0
Служебное сообщение (см. фиг. 3) включает одну группу от ГФ до ФС после Y, так как предназначено не для ретрансляции, а только для соседнего спутника. В сообщении содержится информация о текущей подспутниковой зоне Земли X, Y, над которой находится CP 25, информация о работоспособности CP 25 и СР-соседей 26 и код пеленга (поправки наведения луча) для СР-соседа 26.
Служебное сообщение в СР-соседе 26 не проходит на абонентский вход коммутатора 3, но проходит через блок 12, после чего обеспечивает в нем коррекцию работы блока мультиплексоров 4 и блока модуляторов 8. В свою очередь, в СР-соседе 26 формируется аналогичное сообщение для CP 25, для коррекции блоков 4 и 8 последнего.
Корпус CP 25 (см. фиг. 4) служит для размещения в нем и на нем блоков от 1 до 23 и выполнен в форме однополостного гиперболоида, которая позволяет минимизировать затенение лучей антенн блоков 1, 5, 6 и 10. Эти антенны расположены на концах стрингеров 24 корпуса CP 25 для минимизации массы и габаритов антенно-фидерных и кабельных соединений и корпуса в целом. Антенны на стрингерах 24 размещены попарно - передающие с передающими, а приемные - с приемными, чтобы улучшить электромагнитную совместимость в ходе их работы.
Антенны блоков 1, 5, 6 и 10 обозначены (см. фиг. 4), в соответствии с направлениями трактов, которые они реализуют на CP 25 для связи с абонентами U или D, или с СР-соседями 26 NW, N, NE, SE, S или SW.
CP 25 взаимодействует с СР-соседями 26 и работает следующим образом.
Выведенный на орбиту, CP 25 по солнечному датчику 19 ориентируется блоком ориентации 18 (см. фиг. 5) на солнце, и продолжает полет на солнечной стороне Земли, продолжая ориентироваться на солнце. При переходе в тень, блок ориентации 18 отрабатывает положение спутника-ретранслятора по сигналам навигационного блока 20 до его возвращения на освещенную сторону Земли. При этом, зоны сканирования межспутниковых лучей 27 спутника 24 ориентированы на СР-соседей 26. СР-соседи 26 обмениваются с CP 25 служебными сообщениями с данными о пеленге от каждого СР-соседа 26 на CP 25 и осуществляют наведение своих оптических антенн в соответствии с этими данными.
Возможно размещение CP слоями, т.е. на разных высотах. На фиг. 5 показан один слой, состоящий из CP 25 и СР-соседей 26.
СР-соседи 26 связаны с CP 25 оптическими приемо-передающими трактами по гексагональной схеме (см. фиг. 6). В плоскости орбиты CP 25 - к северу и югу, в соседних плоскостях к западу - SW и NW и к востоку SE и NE, что позволяет парировать отказы CP - соседей 25 за счет обхода отказавших трактов.
CP 25 продолжает взаимодействовать СР-соседями 26 тех пор, пока не откажут все межспутниковые тракты (см. фиг. 7). Отказавшие тракты обозначены «X» и соответствуют ситуациям от «все тракты исправны» до «все тракты отказали». Если CP 25 отказал, его СР-соседи 26 могут обслужить его абонентов, если их зоны обслуживания перекрывают зону CP 25 (например, при двукратном перекрытии), а отказавший CP 25 при ретрансляции обойти. Аналогично осуществляется сценарий при отказе любого из CP - соседей 26.
Если служебные сообщения перестают поступать по оптическому тракту (лучу) 28 от CP - соседа 26 (например, при выходе из строя), CP 25 в течение заданного временного интервала продолжает его поиск лучом 28, после чего считает данный спутник отказавшим, и блок 21 в составе CP 25 выдает соответствующий код на формирователь 22. При этом, CP 25 на прочих не отказавших СР-соседей 25 формирует блоком 21 и отправляет уведомление (служебное сообщение соответствующего содержания в поле «информация о работоспособности») о том, что направление на отказавший спутник 25 блокировано, для того, чтобы соседние спутники перестроили работу их блоков мультиплексоров 4.
CP 25 также обеспечивает непрерывность связи при пересечении его орбиты СР-соседями 26 (см. фиг. 8), при этом он работает следующим образом.
2
3
CP 25, при приближении, а затем удалении СР-соседа 26, чтобы обеспечить непрерывность межспутниковой связи, осуществляет переключение антенн блока 9 или блока 10 (см. фиг. 4) от одной антенны блока 9 (блока 10) к другой антенне блока 9 (блока 10). При этом, сектор 33 антенны 91 перекрывается сектором 34 антенны 9, а последний - сектором 31 антенны 9. Возможны и другие варианты передачи связи от одной зоны сканирования к другой. Для СР-соседа 26 в таком случае обеспечивается непрерывность связи с CP 25 вне зависимости от значений скорости и знака изменения его угловой скорости по отношению к CP 25. Переключение работы с одной антенны блока 9 (блока 10) к другой осуществляется блоком 8 по управляющему параллельному коду от блока 15.
Коммутационный блок 3 работает следующим образом.
Коммутационный блок 3 включает ряд каскадов коммутационных элементов 32, соединенных последовательно, как в примере (см. фиг. 9) по принципу: первый каскад «через один элемент 32», второй каскад «от крайнего элемента 32 к центральному», третий каскад «с соседним элементом 32». Число элементов, каскадов и чередование приципов соединений может варьироваться, в зависимости от числа трактов (например, в гексагональной схеме их 8, в ортогональной 6)
На каждом каскаде элемент 32 производит перенаправление последовательности на элемент 32 следующего каскада в соответствии со значением бита, ставшего головным, после того, как на предыдущий бит был удален на предыдущем каскаде.
В примере (см. фиг. 9) показано, что из последовательности «10010» на выходе «N» коммутационного блока 3 оказался бит «1».
Передний фронт головного бита группы кодов заголовка сообщения, поступает на один из двух входов коммутационного элемента 32 (см. фиг. 10) и переключает вход, на который он поступил, на один из двух выходов данного элемента 32 в зависимости от значения головного бита. Ввиду конечного времени срабатывания элемента 32, головной бит далее не передается, но передается оставшаяся последовательность сообщения. В примере на фиг. 10 показано, что при нулевом значении головного бита вход подключается к одноименному выходу, при единичном - к противоположному. Однако, возможен вариант исполнения с обратной логикой (при 0 - противоположный, при 1 - одноименный выход).
Для примера (см. таблицу 1) приведено соответствие кодов заголовка, в соответствии с которой может осуществляться работа коммутационного блока 3. По вертикали указан вход, откуда поступает головная группа кода заголовка, по горизонтали - выход, куда поступает сообщение без этой группы.
Коммутационный элемент 32 коммутирует сообщение с входа на заданный выход и работает следующим образом (см. фиг. 11).
Сообщение поступает на первый вход элемента 32. Фронт головного бита (из головной группы кода заголовка) поступает на первый вход элемента «И» 33 и запускает формирователь строба 34, который распознает этот передний фронт и формирует строб, поступающий на второй вход первого элемента «И» 33. На первый вход элемента «И» 33 продолжает поступать головной бит (уже не фронт, а бит целиком) головной группы кодов заголовка сообщения, который, проходя один из полосовых фильтров 35 (если этот бит равен 0) или 36 (если этот бит равен 1) переводит триггер 37 в состояние S (если пройден фильтр 35) или в состояние R (если пройден фильтр 36). Далее, выходной потенциал выхода S или R триггера поступает на первый вход второго элемента «И» 38 или третьего элемента «И» 39 и сообщение отправляется на первый или второй выход коммутационного элемента 32, в соответствии с тем, какой из выходов триггера 37 задействован. Сообщение проходит на выход коммутационного элемента до тех пор, пока триггер 37 находится в состоянии S (или R) или пока первый элемент «И» 33 не закроется из-за завершения строба (который завершится, когда появится бит заключительной группы кодов сообщения). При этом, ввиду конечного времени срабатывания элемента «И» 33, полосовых фильтров 35 (или 36) и триггера 37, головной бит далее не передается.
При появлении заднего фронта бита из заключительной группы кодов сообщения, его (задний фронт) распознает формирователь строба 34 и завершает подачу строба на первый элемент «И» 33. Ретрансляция сообщения завершается.
Вместо переднего и заднего фронта для распознавания могут использоваться также заданные битовые последовательности.
2
2
2
2
2
2
2
Аналогично происходит работа коммутационного элемента для случая, когда сообщение поступает на второй вход элемента 32. При этом задействуются элемент «И» 33, формирователь строба 34, полосовые фильтры 35 или 36, триггер 37 и элементы «И» - 38 или 39.
2
Формирователь строба 34 (34) осуществляет распознавание переднего и заднего фронта головного и заключительного битов и работает следующим образом (см. фиг. 12).
2
Сигналы в виде последовательного кода поступают на входы регистров 40 и 46 непрерывно и записываются в регистр 40 (регистр 46 заперт) с постоянным обновлением содержимого по принципу стека (первый вошел - первый вышел). Передний фронт головного бита группы кодов заголовка сообщения распознается компаратором 42 в результате сравнения содержимого регистра 40 и запоминающего устройства 41, после чего выходной сигнал компаратора 42 переводит триггер 43 в состояние S и на выходе формирователя строба 34 (34), появляется передний фронт строба и, далее - сам строб. Одновременно выходной сигнал компаратора 42 запускает генератор с синхронизацией пуска и останова 44, который запирает через инверсный вход синхронизации регистр 40, одновременно производя через инверсный вход его сброс, и отпирая и подавая синхронизирующий сигнал на синхронизирующий вход регистра 46, куда начинает записываться поступающая битовая последовательность сообщения. Блок фазированной автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) 45 подстраивает частоту генератора 44 в соответствии с доплеровским сдвигом поступающей битовой последовательности.
Задний фронт заключительного бита сообщения распознается компаратором 48 в результате сравнения содержимого регистра 46 и памяти 47, после чего компаратор 48 выдает сигнал на перевод триггера 43 в состояние R, завершая при этом строб и запирая регистр 46, а также сбрасывая его, через соответствующие входы синхронизации и сброса, одновременно с этим отпирая регистр 40.
Блок мультиплексоров 4 работает следующим образом (см. фиг. 13).
0
k
U
D
NW
N
NE
SE
S
SW
Блок мультиплексоров 4 состоит из мультиплексоров 48. С одного из выходов коммутационного блока 3, сообщение в виде последовательного кода, по одному из выходов U…D группы SF1 поступает на одноименный вход группы SF1 каждого из мультиплексоров 48 блока 4. С выходов группы SF2 шифратора 23 управляющий параллельный код А…A поступает на группу входов SF2 каждого из мультиплексоров 48 блока 4. В соответствии с управляющим кодом от шифратора 23, последовательный код поступает на выход Y, либо Y, Y, Y, Y, Y, Y, Y одного из мультиплексоров 48 блока 4.
0
0
i
i
Блок мультиплексоров 4 коммутирует выход коммутационного блока 3 в связи со сменой зон CP Х, Y, СР-соседей X, Y и отказами СР-соседей, поскольку управляющий код шифратора 23 формируется по параллельным кодам от навигационного блока 20 и формирователя сигналов блокировки 22.
U
D
NW
N
NE
SE
S
SW
Последовательный код сообщения с соответствующего выхода Y, либо Y, Y, Y, Y, Y, Y, Y блока 4 поступает на вход передатчика блока абонентских передатчиков 5 и далее, через антенну блока 6 абонентских антенн - абоненту-получателю, либо, на вход передатчика блока 7 межспутниковых передатчиков и далее, через модулятор блока 8 и антенну блока 9 поступает направлении на соседний CP 26. На СР-соседе 26 указанные операции повторяются, и так до тех пор, пока сообщение не достигнет АП.
Навигационный блок 20 работает следующим образом.
CP 25 перемещается относительно поверхности Земли (см. фиг. 14) от одной зоны к другой (число зон соответствует числу CP 25 и 26 в спутниковой группировке, состоящей и этих CP 25 и 26), его навигационный блок 20 вычисляет координаты CP 25, формирует код, соответствующий индексу зоны (см. таблицу 2), которую обслуживает CP 25 и отправляет данный код на шифратор 23, на блок формирования служебных сообщений 12 и на блок ориентации 22. На фиг. 10а показан пример, когда наклонение орбит CP составляет 90 градусов, группировка CP состоит включает 98 CP, равномерно распределенных в 7 плоскостях орбит с высотой 650 км по 14 CP в плоскости по гексагональной схеме. Соответственно, в примере (см. фиг. 10а), зоны обслуживания индексированы от 101 до 114 … от 701 до 714 по номерам плоскостей (головная цифра от 1 до 7) и по номеру CP в плоскости (от 01 до 14). Если группировка CP 25 и 26 включает CP на орбитах различной высоты, то CP на более высокой орбите обслужит сразу несколько зон CP на более низких орбитах. Соответственно его навигационный блок 20 выдаст коды этих зон.
Формирователь сигналов блокировки 22 работает следующим образом.
Формирователь сигналов блокировки 22 включает запоминающее устройство, на входы которого поступает и записывается в соответствующие области этого запоминающего устройства код о пустых или непустых областях от блока формирования служебных сообщений 21, после чего формирователь 22 формирует параллельный код (см. таблицу 3), соответствующий пустым и непустым областям его памяти, для управления работой шифратора 23. В приведенной таблице 3 показано, какой код соответствует пустым или непустым областям и какие тракты при этом блокирует формирователь сигналов блокировки 22 через шифратор 23.
Шифратор 23 по коду формирователя сигналов блокировки и по поступившему коду навигационного блока 20 выдает код управления (см. фиг. 13) на группу входов SF2 блока мультиплексоров 4 в соответствии отказами СР-соседей 26 и в соответствии с текущим положением CP 25.
0
0
6
6
Код, выдаваемый формирователем 22 (см. таблицу 3) для управления шифратором 23 соответствует отсутствию записей в сегментах памяти формирователя 22, обозначенных для XY…XY знаками «+». При этом блокируются передачи на тракты NW или N, NE, SE, S, SW соответственно (показаны знаками «х»), а сообщение перенаправляется на неотказавший тракт.
Если CP 25 не может оправить сообщение по абонентскому тракту U или D, это может сделать CP - сосед 26, чья зона обслуживания перекрывает зону обслуживания СР.
Блок формирования служебных сообщений 21 работает следующим образом (см. фиг. 15).
В соответствующую группу регистров регистрового блока 51 через параллельно-последовательный регистр 49 по тактовым импульсам генератора тактовых импульсов 50 записываются данные от навигационного блока 20 о координатах CP 25, Также, по тактовым импульсам блока 50 данные о координатах СР-соседей 26 от блока управления и селекции модуляторов 15, через соответствующие области 2-го блока памяти 53, записываются в другие группы регистров регистрового блока 51. Совокупный код из регистрового блока 51 поступает в 1-й блок памяти 52, где по тактовым импульсам блока 50 формируется последовательный код служебного сообщения с координатами CP 25 для блока БОВУС-С 16 и регистра УС 17 и для передачи его через блок управления и селекции модуляторов 15 и далее, через коммутационный блок 3 на соседние CP 25, а также параллельный код, поступающий на входы формирователя 22, который, в свою очередь.
Последовательный код служебного сообщения с выхода блока 21 может поступать в коммутационный блок 3 либо на специально выделенный вход, либо, на один из входов, предназначенных для связи абонентами или с СР-соседями 25, например, на вход U или на вход N.
Блок управления и селекции модуляторов 15 работает следующим образом (см. фиг. 16).
Блок 15 задает код для выбора блоком 8 антенны из блока 9 и задания для нее угла наведения, либо режима поиска СР-соседа 25.
На первый вход блока формирования управляющего сигнала 54 поступает последовательный код поправки наведения, выделенный блоком выделения кода поправки наведения 55 из кода служебного сообщения, полученного от блока выделения служебных сигналов 12. На второй вход блока 54 поступает сигнал от солнечного датчика 19. На третьи входы блока 54 поступает параллельный код от анализатора сигнала пеленга 15, на четвертые входы которого поступает параллельный код от регистра УС 17.
На выходе блока 54 формируются сигналы управления в виде параллельного кода, которые поступают на модулятор 8 и на блок формирования кода поправки наведения 56.
1
2
3
Коды на первом, втором и третьих входах блока 54 позволяют задать модулятору 8 направление луча 28 на СР-соседа 26. Код на четвертых входах блока 54 соответствует угловой скорости перемещения соседнего СР-соседа 26 относительно CP 25 и позволяет модулятору 8 выбрать антенну 9 или 9или 9 блока 9 (или 10, если речь идет о приемных антеннах), которая обеспечит связь с CP - соседом 26 в районе пересечения орбит CP 25 и СР-соседа 26 (см. фиг. 8), а также задать первоначальное направление ее луча 28 перед тем, как эта антенна, например, в секторе 30, после сектора 29 продолжит сопровождение СР-соседа 26.
Блок формирования кода поправки наведения 56 на выходе формирует последовательный код (см. фиг. 16), который поступает на первый вход регистрового блока 57, на второй вход которого поступает последовательный код от блока выделения служебных сигналов 12.
Регистровый блок 57 из полученных кодов формирует и отправляет на блок формирования служебных сообщений 21 последовательный код координат СР-соседа 26.
Блок определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С) 16 работает следующим образом (см. фиг. 17).
Блок 16 в CP 25 по параллельному коду от блока анализаторов сигнала пеленга 15 вычисляет угловую скорость взаимного перемещения CP 25 и СР-соседа 26, которая перед пересечением их орбит нарастает, а после - убывает. Блок 16 вычисляет также знак направления связи на СР-соседа 26, который изменяется после пересечения орбит CP 25 и СР-соседа 26. С этой целью, код от блока анализаторов сигнала пеленга 15 поступивший на вход блока задержки 59, с задержкой на заданное число тактов переписывается в регистровый блок 60. Тактирование осуществляется по сигналам от блока формирования служебных сообщений 12, которые распределяются по составным частям блока 16 блоком местного тактирования 58. Значения кода блока 15 и кода от блока 60 обрабатываются блоком формирования разностного кода 56, после чего результаты обработки поступают в блок расчета знака угловой скорости 62 и в блок расчета модуля угловой скорости 63. Сформированные ими коды знака и модуля угловой скорости с выходов блока 16 поступают на регистр УС 17 и далее - на соответствующие входы блока формирования управляющего сигнала 54.
Блок формирования управляющего сигнала 54 работает следующим образом (см. фиг. 18)
Сигнал от солнечного датчика 19 поступает на вход регистра солнечного датчика (СД) 64 и далее на первые входы формирователя управляющего кода 67. Коды знака и модуля угловой скорости от блока определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С) 16 через регистр угловой скорости (УС) 17 поступают на вторые входы формирователя 67. Сигнал пеленга от блока анализаторов сигнала пеленга 15 поступает на вход регистра сигнала пеленга (СП) 65 и далее - на третьи входы формирователя 54. Последовательный код поправки наведения от блока управления и селекции модуляторов 15 поступает на регистр кода поправки наведения (КПН) 66 и далее - в виде параллельного кода - на четвертые входы формирователя 67. Из полученных параллельных кодов формирователь управляющего кода 67 формирует сигналы управления, которые далее отправляются на входы блока модуляторов 8 и блока формирования кода поправки наведения 56.
Литература
1. Патент РФ №№2097926, Н04В 7/185, приоритет от 19.04.94,
2. Патент РФ №2673460, Н04В 7/185, приоритет от 20.11.17.