BG64662B1

BG64662B1 - Метод за разпознаване на група от сателити, разположени на геостационарна орбита

Info

Publication number: BG64662B1
Application number: BG105680A
Authority: BG
Original assignee: Skygate International Technology N.V.
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2005-10-31
Also published as: BG105680A; WO2003005483A1; US6900757B1; EP1417728A1

Abstract

Методът се състои в приемане на сигналите, излъчвани от сателитите, определяне мощността на всеки лъч на антената, дефиниране на лъчите с локални максимуми съобразно структурата на антената, зависещаот броя на лъчите и техните координати в равнината на антената, и апроксимиране на геостационарната орбита в съответствие с информацията за мощността на приетите сигнали. Разпознаването на сателититесе извършва по лъчите с локални максимуми, разположени на апроксимираната геостационарна орбита, съобразно информация за географското местоположение на всеки сателит и за ориентацията на антената. Заразпознаване на сателитите се използва коефициент за вероятност на проекцията на даден сателит в дадена област от равнината на антената. Информацията за географското местоположение на всеки сателит може да се коригира съобразно неточността при монтиране на антената по азимут, елевация и рол ъглите. Възможно е при определянето мощността на всеки лъч да се внася корекция, отразяваща съотношението между сигнал и шум, при което сигналите, съответстващи на мощността на приетите сигнали, е целесъобразно да се усилват квадратично или биквадратично.

Description

Област на техниката

Настоящото изобретение се отнася до метод за разпознаване на група от сателити, разположени на геостационарна орбита с приложение в телекомуникациите.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е метод за разпознаване на сателити, разположени на геостационарна орбита, при който сателитите излъчват специфични опознавателни кодове, които се приемат от наземната апаратура на антенната решетка, декодират се и съответно се определя кой сателит е излъчил даден приет от антената сигнал.

Недостатъкът на този известен метод е голямото времетраене за идентификация и възможността за поява на грешки в опознавателните кодове, дължащи се на промени в атмосферните условия, флуктуации на сигналите в електронните устройства на антената и други. Освен това методът изисква специфични хардуерни средства за излъчване, приемане и декодиране на опознавателните сигнали, което води до усложняване на апаратурата, реализираща метода, и до намаляване надеждността на телекомуникациите.

От патент RU 2 14 675 е известен метод за определяне местоположението на източник на радиоизлъчване при многолъчевост на излъчванията. Методът се състои в приемане на сигнали от N-елементна антенна решетка, формиране на сканиращи сигнали в зададен ъглов сектор, определяне на тегловни коефициенти и умножаване на тези коефициенти със съответните сканиращи сигнали, запомняне на получените сигнали, и избор от тях на стойности на ъгъла с максимална амплитуда на приетия сигнал. Този известен метод е предназначен за осъществяване на подвижна радиовръзка и не предвижда мерки за опознаване на източника на радиоизлъчване.

Техническа същност на изобретението

Цел на настоящото изобретение е създаването на метод за разпознаване на група сателити, разположени на геостационарна орбита, който да позволява коректна идентификация на два или повече сателити при опростяване на предавателната и приемната част на системите за телекомуникации и съответно повишаване надеждността на телекомуникациите.

Целта е постигната със създаването на метод за разпознаване на група от сателити, разположени на геостационарна орбита, при който се приемат сигналите, излъчвани от сателитите, характеризиращ се с това, че се определя мощността на всеки лъч на антената, определят се лъчите с локални максимуми съобразно структурата на антената, определена от броя на лъчите и техните координати в равнината на антената, апроксимира се геостационарната орбита в съответствие с информацията за мощността на приетите сигнали, при което разпознаването на сателитите се извършва по лъчите с локални максимуми, разположени на апроксимираната геостационарна орбита, съобразно информация за географското местоположение на всеки сателит и за ориентацията на антената.

В един вариант на изпълнение на метода за разпознаване на сателитите се използва коефициент за вероятност на проекцията на даден сателит в дадена област от равнината на антената.

Целесъобразно е информацията за географското местоположение на всеки сателит да се коригира съобразно неточността при монтиране на антената по азимут, елевация и ролъглите.

Също така е подходящо при определянето мощността на всеки лъч да се внася корекция, отразяваща отношението сигнал/шум. При това е целесъобразно сигналите, съответстващи на мощността на приетите сигнали, да се усилват квадратично или би-квадратично.

Предимствата на метода за разпознаване на група от сателити, разположени на геостационарна орбита, се заключават в коректното разпознаване на всеки сателит от групата, без необходимост от използване на сложни и скъпи апаратури за излъчване, приемане и декодиране на опознавателни кодове. Благодарение на това с реализацията на метода съгласно изобретението се повишава и надеждността на телекомуникациите, тъй като с намаляване броя на елементите, изграждащи една телекомуникационна система, намалява и вероятността за отказ на някои от тези елементи.

Пояснение на приложените фигури

Методът за разпознаване на група от сателити, разположени на геостационарна орбита, е пояснен с помощта на приложените фигури, от които:

Фигура 1 представлява блокова схема, отразяваща алгоритъма за разпознаване на сателити по метода съгласно изобретението;

Фигура 2 представлява графика, поясняваща понятието “Първа съседна група на даден лъч”;

Фигура 3 е блокова схема, илюстрираща начина за определяне на статистическата вероятност за проектиране на група сателити в равнината на антената;

Фигура 4 е графика, илюстрираща проекцията на три сателита в равнината на антената;

Фигура 5 е графика, илюстрираща всички сигнали, приети от лъчите на антената;

Фигура 6 е блокова схема, отразяваща подхода за намиране на всички локални максимуми;

Фигура 7 е блокова схема, показваща алгоритъма за апроксимация на геостационарната орбита;

Фигура 8 е графика, отразяваща геостационарна орбита, апроксимирана с крива от първи ред;

Фигура 9 е графика, отразяваща геостационарна орбита, апроксимирана с крива от втори ред;

Фигура 10 е блокова схема, илюстрираща алгоритъма за намиране на локалните максимуми, разположени на апроксимираната геостационарна орбита;

Фигура 11 показват блокова схема, отразяваща алгоритъма за идентификация на сателити;

Фигури 12а, 12в и 12с показват блокова схема, отразяваща алгоритъма за идентификация на сателити в критични обстоятелства;

Фигури 13а и 13в показват блокова схема на блока “намиране на липсващи сателити” от фиг. 12а;

Фигура 14 е графика, показваща резултата от разпознаването на сателитите.

Примери за изпълнение на изобретението

Методът за разпознаване на група от сателити, разположени на геостационарна орбита, съгласно изобретението е илюстриран с помощта на алгоритъма, отразен като блокова схема на фиг. 1. Входните данни, необходими за разпознаване на сателитите, са променливи и константни. Променливите данни отразяват силата на приетия сигнал във всеки лъч на антената и обобщено са посочени като RSSI. Константните или апаратно зависими данни са за:

- местоположение на сателитите - информация за географската дължина на разполагане на сателитите;

- структура на антената - информация относно броя на лъчите и техните координати в равнината на антената;

- подредба на лъчите (LINK LIST) - дава информация за индексите на лъчите от първа съседна група за всеки лъч на антената. На фиг. 2, нагледно е илюстрирано какво се разбира под “първа съседна група на даден лъч”. На фиг.2 тази група е маркирана със защриховане на лъчите, формиращи тази първа съседна група;

- допълнителна информация относно подредбата на лъчите (END ADJ SET) - списък, съдържащ броя на лъчите от първа съседна група за даден лъч;

- статистическа вероятност на проекциите на групата сателитивравнината на антената (PROBPROJ - определя вероятността даден лъч от антената да бъде насочен към даден сателит. Тази вероятност се изчислява предварително за определен географски регион, в който ще се експлоатира антената и за група желани сателити. Определянето на статистическата вероятност е илюстрирано на фиг. 3. Определени променливи величини, като дължина и ширина на географската област на антената, местоположението на сателитите, и константи, отразяващи структурата на антената, радиуса на земята (6378.16 km) и височина на геостационарната орбита (например 35786.43 km), се подават към блок “Ориентация на антената”, където се изчисляват ъглите по азимут и елевация с цел ориентация на централния лъч (за многолъчева антена) или ориентация на самата антена (при обикновена антена) към даден сателит, след което се пресмята вероятността даден сателит да попадне в даден лъч от антената В блока “PROB PROJ” се генерира масив от тегловни коефициенти, които са пропорционални на вероятността даден лъч да е насочен към даден сателит. Разпределението на вероятностните стойности върху равнината на антената е показано на фиг. 4, като областите с по-светло оцветяване са с по-голяма вероятност за проекция на даден сателит.

Входните данни (фиг. 1) се подлагат на обработка в блока за обработка на входния PSSI. С оглед потискане на шума и усилване мощността на полезния сигнал тук е подходящо да се извърши нормализиране на сигнала. За тази цел PSSI стойностите се подлагат например на квадратично или би-квадратично усилване.

По-нататък нормализираните стойности се използват за намиране на всички локални максимуми. Това става, като последователно се анализират всички лъчи (фиг. 6). Проверява се дали PSSI стойностите на даден лъч са по-големи от PSSI стойностите на съседните лъчи и ако това е така, този лъч представлява локален максимум. Ако се окаже, че

PSSI стойностите на дадения лъч не са по-големи от тези на съседните лъчи, се преминава към анализ на следващ лъч и това се повтаря до съставяне на пълен списък на лъчите с локални максимуми.

След намиране на всички локални максимуми се пристъпва към апроксимация на геостационарната орбита. За целта се използва полиноминална апроксимация от първи ред по метода за минимум на средноквадратичната грешка. Изборът на апроксимация зависи от максимално допустимата грешка за даден случай. За апроксимацията се използват нормализираните RSSI стойности като теглови коефициенти на търсената функция с цел намаляване влиянието на шумовите сигнали, респективно за по-точна апроксимация. От фиг. 7 се вижда, че по предварителните данни за максимално допустимата грешка и RSSI стойностите на всички лъчи се изчисляват коефициентите на правата и грешката от апроксимацията на дадени лъчи, след което се намира точката (лъча) с най-голяма грешка. За целта се проверява дали грешката на дадения лъч е по-голяма от максимално допустимата и ако това е така, този лъч се изключва от апроксимацията. Ако грешката на даден лъч е по-малка от максимално допустимата, на негова база се изчисляват коефициентите на апроксимиращата права. Геостационарна орбита, апроксимирана с крива от първи ред (права), е показана на фиг. 8. Възможно е апроксимацията да се извърши с крива от втори ред, който случай е показан на фиг. 9.

След апроксимация на геостационарната орбита се пристъпва към намиране на локалните максимуми, разположени на апроксимираната геостационарна орбита (фиг. 10). За целта се използват изчислените вече коефициенти на апроксимираната геостационарна орбита и списъка на локалните максимуми. Проверяват се последователно всички локални максимуми от списъка, като се избират само тези от тях, чието разстояние до апроксимираната геостационарна орбита е по-малко от максимално допустимото. По този начин се съставя списък на локални максимуми, разположени на апроксимираната геостационарна орбита.

Посредством така определения списък на локални максимуми се осъществява идентификация на сателитите, като се прилага алгоритъмът, показан на фиг. 11. Локалните максимуми се сортират по оста X в равнината на антената. Когато броят на локалните максимуми е по-голям от 2, последователно се оценяват разстоянията между текущата група локални максимуми и ако то е равно на разстоянията между желаната група сателити, се изчислява корелативната сума за текущата група локални максимуми. След като се оценят всички локални максимуми, от получените групи се избира тази с найголяма изчислена (максимална) корелативна сума. Тази група съдържа лъчите, сочещи към желаната група сателити.

Ако са разпознати по-малък брой от търсените сателити, се работи с алгоритъма от фиг. 12а, 126 и 12с. Този алгоритъм подобно на описания във фиг. 11 цели определяне на група лъчи, сочещи към група сателити, като недостигът на входни данни - локални максимуми, се допълва с вероятностни данни. Последните са лъчи на основа вероятностна проекция за дадени сателити (PROBPROJ) и разположени на апроксимираната геостационарна орбита, така наречени РРвалидни лъчи. При липса на сателитни сигнали се избират изкуствени (несъществуващи) лъчи -РР валидни лъчи, които да сочат към липсващите сателити. В алгоритъма последователно се оценяват разстоянията между текущите локални максимуми, като при необходимост групата лъчи се допълва с РР валидни лъчи (фиг. 1 За и 136). Ако получените разстояния са равни на разстоянията между съответните сателити, се изчислява корелативната сума за дадената група лъчи. След като се оценят всички лъчи, от получените групи се избира тази с най-голяма изчислена корелативна сума. Тази група съдържа лъчите, сочещи към желаната група сателити, като в групата са включени лъчи, сочещи предполагаемото местоположение на липсващите сателити.

Определянето на така наречените РР валидни лъчи е заложено в алгоритъма от фиг. 13а и 136Блок “Намиране на липсващия/липсващите сателит/ и”. За сателити, от които не е приет сигнал, се търсят фиктивни (несъществуващи) лъчи, който да сочат към тях. Минималният брой сателити, от които се приема сигнал, е два сателита. Фиктивните лъчи трябва да са разположени на апроксимираната геостационарна орбита и да са с максимална стойност на вероятностна проекция (PROB PROJ) за дадените сателити. На основа локалните максимуми (лъчи, сочещи сателити, от които е приет сигнал) и РР валидни лъчи (лъчи към липсващи сателити) се определя група лъчи, отговарящи на дадени условия. А те са, че разстоянията между РР валидни лъчи и другите лъчи (локални максимуми), сочещи сателити, от които е приет сигнал, са в дадени граници, определени от минималното и максимално допустимо разстояние между всеки два сателита в равнината на антената.

Фиг. 14 показва резултата от разпознаващия алгоритъм, като в дадения случай броят на търсените и разпознати сателити е три.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за разпознаване на група от сателити, разположени на геостационарна орбита, при който се приемат сигналите, излъчвани от сателитите, характеризиращ се с това, че се определя мощността на всеки лъч на антената, определят се лъчите с локални максимуми съобразно структурата на антената, определена от броя на лъчите и техните координати в равнината на антената, апроксимира се геостационарната орбита в съответствие с информацията за мощността на приетите сигнали, при което разпознаването на сателитите се извършва по лъчите с локални максимуми, разположени на апроксимираната геостационарна орбита, съобразно информация за географското местоположение на всеки сателит и за ориентацията на антената.
2. Метод за разпознаване на група от сатели- ти съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че за разпознаване на сателитите се използва коефициент за вероятност на проекцията на даден сателит в дадена област от равнината на антената.

5
3. Метод за разпознаване на група от сателити съгласно претенция 1 или 2, характеризиращ се с това, че информацията за географското местоположение на всеки сателит се коригира съобразно неточността при монтиране на антената по азимут, елевация и ролътлите.
4. Метод за разпознаване на група от сателити съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че при определянето мощността на всеки лъч се внася корекция, отразяваща отношението сигнал/шум.
5. Метод за разпознаване на група от сателити съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че сигналите, съответстващи на мощността на приетите сигнали, се усилват квадратично или би-квадратично.