EA005559B1 - Система измерения расстояния для определения информации о расстоянии до космического аппарата - Google Patents

Система измерения расстояния для определения информации о расстоянии до космического аппарата Download PDF

Info

Publication number
EA005559B1
EA005559B1 EA200301071A EA200301071A EA005559B1 EA 005559 B1 EA005559 B1 EA 005559B1 EA 200301071 A EA200301071 A EA 200301071A EA 200301071 A EA200301071 A EA 200301071A EA 005559 B1 EA005559 B1 EA 005559B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
spacecraft
satellite
reference signal
signal
receiving
Prior art date
Application number
EA200301071A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200301071A1 (ru
Inventor
Ги Арль
Original Assignee
Сес Астра С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сес Астра С.А. filed Critical Сес Астра С.А.
Publication of EA200301071A1 publication Critical patent/EA200301071A1/ru
Publication of EA005559B1 publication Critical patent/EA005559B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18578—Satellite systems for providing broadband data service to individual earth stations
    • H04B7/18597—Arrangements for system physical machines management, i.e. for construction, operations control, administration, maintenance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/878—Combination of several spaced transmitters or receivers of known location for determining the position of a transponder or a reflector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S2013/466—Indirect determination of position data by Trilateration, i.e. two antennas or two sensors determine separately the distance to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, i.e. the distance between the antennas or sensors, the position data of the target is determined

Abstract

Изобретение относится к системе измерения расстояния, обеспечивающей определение информации о расстоянии до космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи. Для создания системы измерения расстояния, обеспечивающей определение информации о расстоянии до спутника, являющегося носителем ретранслятора, а также соответствующего способа, дающего достаточную точность без дополнительных затрат в случае использования узкосфокусированных лучей, генерируемых ретранслятором, в настоящем изобретении предложена система измерения расстояния, содержащая множество приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, причем каждая приемная станция выполнена с возможностью приема опорного сигнала из вышеупомянутого компонента; средство синхронизации, обеспечивающее синхронизированную привязку по времени между множеством приемных станций; вычислительное средство, обеспечивающее вычисление вышеупомянутой информации о расстоянии в соответствии со временем прохождения каждого принятого опорного сигнала и с синхронизированной привязкой по времени; при этом по меньшей мере одна приемная станция содержит корреляционный приемник, обеспечивающий прием опорного сигнала.

Description

Изобретение относится к системе измерения расстояния и к способу измерения расстояния, предназначенных для определения информации о расстоянии до космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи. Кроме того, изобретение относится к приемной станции и к способу функционирования приемной станции, к станции обработки и к способу обработки, к космическому аппарату и к способу функционирования космического аппарата, а также к передающему устройству и к способу функционирования передающего устройства.
Геостационарные спутники связи должны быть расположены в точно заданных участках пространства, выделенных Международным союзом по телекоммуникациям (1ТИ). Однако совместный эффект, обусловленный колебаниями с 24-часовым периодом вследствие наклона и эксцентриситета и долговременным дрейфом основной долготы, приводит к явному отклонению спутника относительно его номинального местоположения. Следовательно, необходимо обеспечивать управление положением спутника с учетом этих возмущающих воздействий путем периодической коррекции орбиты наиболее экономичным способом, выполняемой таким образом, чтобы спутник оставался в пределах так называемой области удержания спутника в заданной точке орбиты. Для обеспечения такого управления необходимо точно определить местоположение и/или перемещение спутника, что обычно именуют термином измерение расстояния (дальности).
В последнее время возросли требования к точности измерения расстояния, что обусловлено появлением сложных способов позиционирования геостационарных спутников на орбите. Из документа ЭЕ 19836602 А1 известно, что для лучшего использования ограниченного орбитального пространства спутники размещают в так называемом кластере (созвездии) спутников, расположенном в одном и том же месте одной геостационарной орбиты. Это означает, что в одной и той же области удержания спутника в заданной точке орбиты необходимо обеспечивать управление не одним спутником, а множеством спут ников.
Основной способ определения пространственных координат спутника основан на описанном ниже способе трилатерации. На фиг. 1 показана основная схема, используемая при измерениях способом трилатерации. Три передающих станции 101, 102 и 103 расположены на Земле, при этом местоположение Р1, Р2 и Р3 каждой из передающих станций является известным. Если могут быть измерены расстояния 61, 62 и 63, то может быть определено неизвестное местоположение Р4 спутника 104. Допустим, что расстояние, полученное при соответствующем измерении каждой передающей станции, обозначено как 6Ь а декартовы координаты спутника 104 и каждой из передающих станций Р3 обозначены, соответственно, как (х, у, ζ) и (х3, уь Ζΐ). В этом случае справедливо следующее соотношение:
где 4 -[χ’?’ζΓ - неизвестный вектор положения спутника 104.
Вектор измеренного расстояния выражен в следующем виде: а = гр) (2)
Для решения этого нелинейного уравнения относительно ς обычно используют итерационный способ
Гаусса-Ньютона. Наилучшим оценочным значением ч · полученным в результате итерационной аппроксимации, является следующее:
аг. аг.
Эх ау Эг
2Д 20
Эх ау Эг
20 20
. ау Эг
Однако на практике может быть использована не только схема трилатерации согласно фиг. 1, но и любая иная схема, например схема измерения с двух сторон (способом билатерации) или схема измерения с четырех сторон (способом квадрилатерации).
Несмотря на то, что в схеме измерения с двух сторон не может быть получена полная информация о расстоянии до космического аппарата, схема измерения с двух сторон, тем не менее, может быть пригодной в том случае, если интерес представляет только определенная координата космического аппарата.
Кроме того, схема измерения с четырех сторон дает позволяет получить решение для дополнительной неизвестной величины. На фиг. 2 показана целесообразная схема измерения с четырех сторон. Например, предположим, что дополнительной неизвестной величиной помимо пространственных координат космического аппарата является задержка Э ретранслятора, носителем которого является спутник.
- 1 005559
Как правило, такой ретранслятор содержит преобразователи частоты, усилители большой мощности и т.д. В этом случае принцип измерения каждого расстояния ф является следующим:
Ф = ϋ + 7(χ-χ()2 +(у-У()2 + (ζ-ζ,)2 -7(χ-χ0)2 +(У-Уо)2 +(ζ-ζ0)2 = ίϊς ί = 1, 2, 3, 4 , (5) где 4 = [χ’γ’ζΓ опять представляет собой неизвестный вектор положения спутника. Решение этого уравнения относительно ς может быть получено путем соответствующей перезаписи формул (2), (3) и (4). В этом случае матрица Якобиана имеет вид:
ч аг. аг. аг,'
дк ау аг аэ
а^ а^_ аг2
дк ау дг ао
ац ац
дк ау дг ао
Дополнительной неизвестной величиной является временная задержка, вносимая приемным устройством, которая обусловлена наличием неизвестных задержек, возникающих, например, при использовании средств восстановления данных при наличии ошибок.
Из документа 4О 00/48018 известно, что для компенсации неизвестных задержек этого типа используют два отдельных приемных устройства, расположенных в одной передающей/приемной станции. На фиг. 3 показана соответствующая передающая/приемная станция, в которой обеспечена компенсация временной задержки, вносимой приемным устройством. Приемопередающая станция 301 содержит мультиплексор/устройство кодирования 302, модулятор 303 КФМн (квадратурной фазовой манипуляции ^Р8К)), устройство 304 преобразования с повышением частоты и спутниковую антенну 305. Цифровые сигналы 306 полезной нагрузки, состоящие из элементарных потоков данных, подают в мультиплексор/устройство кодирования 302, которое осуществляет преобразование множества цифровых сигналов полезной нагрузки в единый цифровой транспортный поток, например, согласно стандартам МРБС-2 (алгоритма сжатия подвижных изображений) и ОУВ (цифрового телевизионного вещания). Посредством модулятора 303 КФМн осуществляют модуляцию цифрового транспортного потока и подают его в преобразователь 304 с повышением частоты, который представляет собой устройство, необходимое для преобразования сигнала, полученного на выходе модулятора 303 КФМн, в такой сигнал, который может быть подан в спутниковую антенну 305 для передачи в ретранслятор, носителем которого является спутник. Как правило, такой ретранслятор содержит преобразователи частоты, усилители высокой мощности и т.д.
Сигнал с выхода модулятора 303 КФМн, то есть модулированный цифровой транспортный поток, также подают в первое приемное устройство 307. Процессор 308 анализирует последовательность выборок, отслеживая заданный шаблон сигнала. При обнаружении заданного шаблона сигнала процессор 308 осуществляет передачу сигнала запуска СТАРТ в схему 309 измерения времени. После получения сигнала запуска СТАРТ схема 309 измерения времени начинает измерять время до тех пор, пока ею не будет получен сигнал остановки СТОП.
Генерацию сигнала остановки СТОП осуществляет второй процессор 308', получающий сигнал с выхода второго приемного устройства 307'. Первое и второе приемные устройства 307 и 307' являются идентичными по своей конструкции и по компонентам. Сигнал на вход второго приемного устройства 307' подают из преобразователя 310 с понижением частоты, осуществляющего прием сигнала из спутниковой антенны 305 и содержащего все аппаратные средства, необходимые для преобразования сигнала, принятого из спутниковой антенны 305, в сигнал, соответствующий выходному сигналу модулятора 303 КФМн.
Однако возникает задержка принятого сигнала, обусловленная прохождением сигнала от спутниковой антенны 305 до ретранслятора, носителем которого является спутник 312, и обратно.
Для генерации сигнала остановки СТОП второй процессор 308' отслеживает заданную последовательность битов в выходном сигнале второго приемного устройства 307' тем же самым способом, что и первый процессор 308. После обнаружения заданной последовательности битов второй процессор 308' передает сигнал остановки СТОП в схему 309 измерения времени, которая прекращает измерение времени. Измеренное время соответствует удвоенному расстоянию между наземной станцией 305 и ретранслятором, носителем которого является спутник 312, при этом из него могут быть соответственно вычтены постоянные временные задержки, имеющиеся в преобразователе 304 с повышением частоты, в спутниковой антенне 305, в ретрансляторе, носителем которого является спутник 312, и в преобразователе 310 с понижением частоты. Поскольку имеется два идентичных приемных устройства 307 и 307', то следовательно неизвестные задержки, обусловленные, например, средствами восстановления данных при наличии ошибок, могут быть скомпенсированы.
На фиг. 4 показана диаграмма транспортного потока согласно стандарту МРБС-2. Транспортный поток ТП (Т8) представляет собой последовательность пакетов, по существу, состоящих из заголовка Н
- 2 005559 (4 бита) и полезной нагрузки Р (184 бита). Заголовок Н содержит информацию о синхронизации (1 бит), различные флаги (указатель ошибки при транспортировке, указатель начала единицы полезной нагрузки, приоритет транспортировки и т.д.), идентификатор полезной нагрузки ИПН (РЮ) (13 бит) и счетчик непрерывности (4 бита). Идентификатор полезной нагрузки ИПН необходим для демультиплексирования отдельных элементарных потоков данных. Поле адаптации является необязательным, но его передают по меньшей мере через каждые 0,1 с, и оно содержит вспомогательные данные программы, в частности опорные тактовые импульсы программы ОТИП (РСК.), служащие для регенерации тактовых импульсов частотой 27 МГц на приемной стороне.
Затем осуществляют обработку транспортного потока ТП в соответствии с различными стандартами в зависимости от канала передачи. Для передачи через спутники может быть использован европейский стандарт (ΌνΒ-8) цифрового спутникового телевещания, в котором помимо иных способов предусмотрены способы сверточного кодирования и кодирования Рида-Соломона, а также наличие дополнительных битов контроля ошибок, которые добавлены для обеспечения возможности прямого исправления ошибок (ПИО) (ТЕС). Существуют аналогичные европейские стандарты цифрового телевещания (ΌνΒ) для наземного вещания (ΌνΒ-Τ) и для кабельного вещания (ΌνΒ-С).
Для генерации сигналов запуска или заданных шаблонов сигнала может быть использована заданная последовательность битов в транспортном потоке ТП, на основании которой может быть вычислена задержка, обусловленная трактом прохождения сигнала от наземной станции спутниковой связи до ретранслятора, носителем которого является спутник, и обратно. Заданная последовательность битов может быть вставлена в транспортный поток ТП с наземной стороны линии связи Земля-спутник (восходящей линии связи), например, в виде конкретной полезной нагрузки Р. Во избежание введения дополнительных пакетов, в качестве заданной последовательности битов может быть использован идентификатор ИПН программы или его часть. Некоторые ИПН должны присутствовать в транспортном потоке ТП, но могут иметь частоту повторения, которая является слишком высокой для определения информации о расстоянии. В этом случае заданная последовательность битов может быть получена путем объединения ИПН с другой информацией заголовка Н транспортного потока, например со счетчиком непрерывности.
На основе схемы из фиг. 2 каждая станция может выполнять измерение расстояния самостоятельно. На последующем этапе в центральной станции обработки может быть осуществлено вычисление местоположения спутника на основе вышеописанных формул (5) и (6). Однако для обеспечения независимости станций каждая станция должна быть снабжена надлежащей передающей аппаратурой, что обуславливает необходимость значительных капиталовложений.
Альтернативным техническим решением является использование так называемой схемы измерения псевдорасстояния (псевдодальности). На фиг. 5 показана целесообразная схема измерения псевдорасстояния с четырех сторон. В настоящей заявке на изобретение подразумевают, что измерение псевдорасстояния представляет собой просто измерение времени задержки, прошедшего между моментом передачи сигнала из одного места (точки) и моментом приема того же самого сигнала в другом месте (точке). Одна передающая станция и множество приемных станций фактически расположены так, как показано на фиг. 5. В предпочтительном варианте одна приемная станция объединена с передающей станцией. Однако для того, чтобы каждая станция могла определять задержку передачи сигналов, теперь необходимо ввести синхронизацию по времени между всеми станциями. Измерение задержки или так называемого псевдорасстояния может быть осуществлено только в том случае, если приемник также имеет сведения о том моменте времени, когда передатчик фактически осуществил передачу сигнала. Однако при измерении расстояния до геостационарного спутника задержка является относительно короткой (приблизительно 250 мс), поэтому должна быть обеспечена очень высокая устойчивость синхронизации по времени в течение коротких промежутков времени. В частности, точность синхронизации должна быть, по меньшей мере, не хуже, чем 10 нс (наносекунд).
Естественно, известный способ компенсации, описанный в документе XVО 00/48018, может быть использован также и для измерения псевдорасстояния. На фиг. 6 показаны отдельные передающие и приемные станции с введенной посредством приемного устройства компенсацией временной задержки. Передающая станция 601 содержит мультиплексор/устройство кодирования 602, модулятор 603 КФМн, преобразователь 604 с повышением частоты и первую спутниковую антенну 605. Цифровые сигналы 606 полезной нагрузки, представляющие собой элементарные потоки данных, подают в мультиплексор/устройство кодирования 602, осуществляющее преобразование множества цифровых сигналов полезной нагрузки в единый цифровой транспортный поток, например, согласно стандартам МРЕС-2 и ΌνΒ, описанным со ссылкой на фиг. 3. Посредством модулятора 603 КФМн осуществляют модуляцию цифрового транспортного потока и подают его в преобразователь 604 с повышением частоты, который представляет собой устройство, необходимое для преобразования сигнала, полученного на выходе модулятора 603 КФМн, в сигнал, который может быть подан в спутниковую антенну 605 для передачи в ретранслятор, носителем которого является спутник 614. Как правило, такое устройство содержит преобразователи частоты, усилители высокой мощности и т. д.
- 3 005559
Сигнал с выхода модулятора 603 КФМн, то есть модулированный цифровой транспортный поток, также подают в первое приемное устройство 607. Сигнал с выхода приемного устройства 607 подвергают обработке посредством процессора 608, который отслеживает наличие заданного шаблона сигнала в выходном сигнале. При обнаружении процессором 608 заранее заданного шаблона сигнала он передает в схему 609 измерения времени первый сигнал запуска ПЕРЕДАЧА (ΕΜΙ88ΙΟΝ). После получения первого сигнала запуска ПЕРЕДАЧА, схема 609 измерения времени регистрирует информацию об отметке времени (момента времени передачи), полученную из первой схемы 611 синхронизации по времени.
Кроме того, приемная станция 612 содержит вторую спутниковую антенну 613 и преобразователь 610' с понижением частоты, осуществляющий прием сигнала из второй спутниковой антенны 613 и содержащий все аппаратные средства, необходимые для преобразования сигнала, принятого из спутниковой антенны 613, в сигнал, соответствующий выходному сигналу модулятора 603 КФМн. Однако принятый сигнал имеет задержку, поскольку этот сигнал прошел от первой спутниковой антенны 605 через ретранслятор, носителем которого является спутник 614, до второй спутниковой антенны 613.
Выходной сигнал преобразователя 610' с понижением частоты подают во второе приемное устройство 607'. Первое и второе приемные устройства 607 и 607' являются идентичными по своей конструкции и по компонентам, то есть по их воздействию на сигнал, подвергнутый обработке. Второй процессор 608' осуществляет прием сигнала с выхода второго приемного устройства 607' и отслеживает наличие заданного шаблона сигнала в выходном сигнале. После обнаружения заданного шаблона сигнала второй процессор 608' посылает сигнал запуска ПРИЕМ в схему 609' измерения времени, которая регистрирует информацию об отметке времени (то есть, момент времени приема), полученную из второй схемы 611' синхронизации по времени.
Затем вторая схема 609' измерения времени передает информацию об отметке времени (о моменте времени приема) в первую схему 609 измерения времени, которая вычисляет задержку сигнала, исходя из информации об отметке времени, полученной из второй схемы 609' измерения времени, и из информации об отметке времени (о моменте времени передачи), ранее зарегистрированной первой схемой 609 измерения времени.
Для будущих спутников связи запланировано использование узкосфокусированных лучей вместо применяемых в настоящее время широких лучей, охватывающих большую территорию.
На фиг. 7 показан спутник, являющийся носителем обычного ретранслятора с глобальной зоной покрытия (охвата). Антенна ретранслятора имеет ширину диаграммы направленности, равную 17,5° на уровне 3 дБ, поэтому видимая часть поверхности Земли охвачена широким лучом, покрывающим большую территорию. Следовательно, все передающие станции расположены под одним широким лучом, охватывающим большую территорию, при этом возможно использование схем из фиг. 2 или фиг. 5. Однако, как описано выше, для будущих спутников запланировано использование узкосфокусированных лучей вместо применяемых в настоящее время широких лучей, охватывающих большую территорию.
На фиг. 8 показан спутник, являющийся носителем ретранслятора, соединенного с антенной, имеющей несколько узких лепестков диаграммы направленности. В качестве примера показана ширина диаграммы направленности, равная 1,75° на уровне 3 дБ. Например, в качестве линии связи Земляспутник (восходящей линии связи) может быть использован узкосфокусированный луч 801, а в качестве линии связи спутник-Земля (нисходящей линии связи) может быть использован один или несколько узкосфокусированных лучей 802. Однако, для этих будущих спутников, имеющих только асимметричные узкосфокусированные лучи, возникает проблема, заключающаяся в том, что станция, измеряющая расстояние, может осуществлять только передачу, но не прием своего собственного сигнала измерения расстояния, если она не расположена в месте пересечения лучей передачи и приема. Это означает, что схема на фиг. 2 является неприемлемой, а может быть использована только схема на фиг. 5. Кроме того, вследствие малого размера сфокусированного луча пространственное разнесение между различными станциями, измеряющими псевдорасстояние, должно быть значительно меньшим, что следовательно приводит к снижению точности определения параметров орбиты. В частности, для множества спутников, расположенных рядом друг с другом на одном и том же участке орбиты (в кластере спутников), теперь уже не будет обеспечена достаточная точность.
На фиг. 9 показано влияние уменьшения пространственного разнесения между различными станциями, измеряющими расстояние. Чертеж изображен в двумерном представлении для упрощения и может быть легко распространен на трехмерный случай. В левой части чертежа показана схема с оптимальным пространственным разнесением. Две станции (станция Ι и станция ΙΙ) расположены на Земле на расстоянии, определяемом базисом Ь. Каждая станция выполняет измерение расстояния либо посредством схемы из фиг. 2 с использованием двусторонней связи, либо посредством схемы измерения псевдорасстояния по фиг. 5. Можно продемонстрировать, что погрешность измерений является различной по отношению к направлению распространения. Погрешность измерения расстояния в направлении, перпендикулярном к направлению распространения, является относительно низкой, а погрешность измерения расстояния вдоль направления распространения является относительно высокой. Этот эффект символически изображен в виде двух эллипсов ошибок, при этом один эллипс ошибок соответствует станции Ι, а другой эллипс ошибок соответствует станции ΙΙ. В том случае, когда два луча от станций Ι и ΙΙ пересека
- 4 005559 ются под прямым углом, ошибка заданного положения спутника может быть изображена в виде круга, определяемого пересечением обоих эллипсов ошибок. Это означает, что большая погрешность вдоль направления распространения скомпенсирована за счет малой погрешности в направлении, перпендикулярном к направлению распространения сигнала другой станции.
В правой части чертежа фиг. 9 показана схема с низким пространственным разнесением между двумя различными станциями I и II, измеряющими расстояние. В этом случае угол пересечения является значительно меньшим, чем прямой угол, поэтому большая погрешность вдоль направления распространения больше не может быть скомпенсирована за счет другой станции. Следовательно, погрешность заданного положения спутника, характеризующаяся пересечением, может быть описана обычным эллипсом ошибок станций I и II. Это приводит к большой погрешности при измерении расстояния в направлении, перпендикулярном к направлению распространения сигнала от обеих станций I и II.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание системы измерения расстояния, предназначенной для определения информации о расстоянии до спутника, являющегося носителем ретранслятора, а также создание соответствующего способа, обеспечивающего достаточную точность без дополнительных затрат в случае использования узкосфокусированных лучей, получаемых посредством вышеупомянутого ретранслятора.
Эта задача решается посредством системы измерения расстояния и способа измерения расстояния по пп.1 и 2 формулы изобретения. Дополнительными техническими решениями, предназначенными для решения задачи изобретения, являются приемная станция и способ функционирования приемной станции по пп.3 и 4 формулы изобретения, станция обработки и способ обработки по пп.5 и 6 формулы изобретения, космический аппарат и способ функционирования космического аппарата по пп.7 и 8 формулы изобретения, а также передающее устройство и способ функционирования передающего устройства по пп.9 и 10 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению система измерения расстояния основана на схеме измерения псевдорасстояния, показанной на фиг. 5 и содержащей средство синхронизации, обеспечивающее синхронизированную привязку по времени, по меньшей мере, между множеством приемных станций. Кроме того, в дополнение к синхронизированной привязке по времени, по меньшей мере, одна приемная станция содержит корреляционный приемник, осуществляющий прием опорного сигнала. Вышеупомянутая, по меньшей мере, одна приемная станция, содержащая корреляционный приемник, может быть расположена вне зоны охвата сигналом полезной нагрузки. За счет этого базис между различными станциями, измеряющими расстояние, может быть увеличен, что приводит к наличию большего угла пересечения и, следовательно, к более высокому пространственному разнесению, что объяснено согласно фиг. 9.
На фиг. 10 показан спутник, являющийся носителем ретранслятора, который дает зону 1001 охвата за счет сфокусированного луча. Однако согласно изобретению, приемник, осуществляющий прием опорного сигнала, может быть размещен вне зоны 1001 охвата за счет использования корреляционного приемника. В принципе, такой приемник может быть размещен внутри зоны 1002 охвата. Сфокусированный луч 1001 может опять-таки иметь ширину диаграммы направленности, равную 1,75° на уровне 3 дБ, и может быть использован для передачи как сигнала полезной нагрузки, так и опорного сигнала. Для того, чтобы несколько приемных станций можно было разместить вне зоны 1001 обслуживания сфокусированного луча, приемные станции 1003 и 1004 снабжены корреляционными приемниками, осуществляющими прием опорного сигнала. Следует отметить, что обработка опорного сигнала не является критичной ко времени, и ее не обязательно выполнять в реальном масштабе времени в отличие от сигнала полезной нагрузки. Следовательно, может быть предусмотрено наличие длинного заданного шаблона сигнала, обработка которого может быть выполнена автономно. Чем более высоким является корреляционное усиление, тем более низким может быть отношение сигнал-шум для принятого сигнала, то есть в иной формулировке это означает, что тем дальше от зоны 1001 обслуживания может находиться приемная станция.
На фиг. 11 изображена диаграмма направленности спутниковой антенны. На графике показана зависимость эффективной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ) (ЕШР), соответственно, от азимутального угла (ΑΖ) или от угла возвышения (ЕЬ). Этот график также может быть истолкован как изменение ЭИИМ в зависимости от местоположения соответствующей приемной станции по отношению к центру зоны обслуживания антенны спутника. Например, при перемещении приемной станции из главного лепестка наружу на 0,75 градуса (что соответствует 500 км на расстоянии 38400 км), мощность приема сигнала полезной нагрузки снижается с 50 до 46,7 дБВт (децибел по отношению к 1 Вт). При дальнейшем перемещении наружу от центра зоны обслуживания приблизительно на 1,25 градуса (приблизительно на 840 км) ЭИИМ снижается до 40 дБВт.
Однако существенное значение для принятия решения о качестве принятого сигнала полезной нагрузки имеет не ЭИИМ, а отношение мощности сигнала на несущей к шуму (Н/Ш) (С/Ν). Поэтому, в качестве примера на фиг. 12 показана зависимость между ЭИИМ канала связи спутник-Земля и отношением Н/Ш для сигнала, принятого в приемной станции. Кривая А показывает эту зависимость для обычного сигнала полезной нагрузки с шириной полосы частот, равной 36 МГц, а кривая В показывает эту зависимость для сигнала с расширением по спектру при очень высоком выигрыше в усилении за счет
- 5 005559 обработки сигнала, передачу которого осуществляют одновременно с сигналом полезной нагрузки. Обе кривые приведены с учетом предположения, что прием сигнала полезной нагрузки из ретранслятора Кидиапазона осуществлен посредством параболической антенны диаметром 1,2 м.
Во-первых, очевидно, что зависимость отношения мощности сигнала полезной нагрузки на несущей к шуму (Н/Ш) от ЭИИМ является линейной согласно кривой А. Может быть сделано предположение, что для обеспечения правильного приема сигнала полезной нагрузки необходимо, чтобы значение Н/Ш было равно, как минимум, 6 дБ. Следовательно, необходимо, чтобы соответствующее значение ЭИИМ в приемной станции было равно 40 дБВт. Из пояснений, относящихся к фиг. 11, следует, что приемная станция не может быть расположена дальше, чем на расстоянии 840 км от центра зоны обслуживания спутниковой антенны, предполагая, что прием сигнала полезной нагрузки от спутника, находящегося на геостационарной орбите на расстоянии 38400 км, осуществляют посредством параболической антенны диаметром 1,2 м. Следовательно, при желании увеличить расстояние от центра зоны обслуживания из соображений повышения точности, как изложено в описании фиг. 9, необходимо увеличить коэффициент усиления антенны и, соответственно, диаметр параболической антенны. Например, при желании разместить приемную станцию в первом боковом лепестке согласно фиг. 11 необходимо скомпенсировать потери ЭИИМ на величину приблизительно 20 дБ за счет увеличения коэффициента усиления антенны. Это приводит к тому, что необходимый размер параболической антенны, обладающей коэффициентом усиления антенны, равным 61 дБ, должен быть равен приблизительно 10 м по сравнению с параболической антенной диаметром 1,2 м, имеющей коэффициент усиления антенны, равный 41 дБ для Ки-диапазона частот.
Однако, согласно изобретению используют корреляционный приемник, который дает корреляционное усиление и следовательно позволяет осуществлять обработку опорного сигнала без увеличения размера антенны даже в том случае, если сигнал полезной нагрузки имеет отрицательное отношение Н/Ш.
Настоящим изобретением охвачены всевозможные способы корреляции, в результате которых получают корреляционное усиление. Ниже приведено более подробное описание двух способов корреляционной обработки применительно к фиг. 12, а именно способа обработки заданного шаблона сигнала и способа модуляции и демодуляции с расширением по спектру.
Использование заданного шаблона сигнала, введенного в сигнал полезной нагрузки или в отдельные опорные сигналы, проводит, в принципе, к получению той же самой вышеописанной кривой А. Однако в этом случае кривая А будет сдвинута вверх вследствие наличия корреляционного усиления. Поэтому даже отрицательное отношение Н/Ш согласно кривой А теперь может быть скомпенсировано за счет соответствующего корреляционного усиления, что следовательно позволяет использовать антенну того же самого размера. Следует отметить, что в отличие от сигнала полезной нагрузки, обработку опорного сигнала не обязательно следует осуществлять в квазиреальном времени. Следовательно приемные станции могут быть фактически расположены вне заданной зоны обслуживания узкосфокусированного луча даже в том случае, если корреляционный приемник считает, что его сигнал принят с очень низким или даже с отрицательным отношением сигнал-шум. Обработка, тем не менее, возможна в том случае, если известен момент времени приема заданного шаблона сигнала и если этот шаблон сигнала обладает корреляцией с заданным шаблоном сигнала, имеющимся в корреляционном приемнике. В этом случае допустимый уровень шумов в принимаемом сигнале определяется длиной зондирующего сигнала, служащего для измерения расстояния, и высотой корреляционного максимума между переданным сигналом и принятым сигналом. Чем выше корреляционное усиление, тем более низким может быть отношение сигнал-шум в принятом сигнале, то есть в иной формулировке, это означает, что тем дальше от зоны обслуживания может находиться приемная станция. Таким образом, расстояние между различными приемными станциями может быть существенно увеличено.
Другим способом корреляционной обработки является модуляция и демодуляция с расширением по спектру. В этом случае сигнал полезной нагрузки может представлять собой модулированный сигнал несущей, а опорным сигналом является сигнал с расширением по спектру. В способе модуляции и демодуляции с расширением по спектру передаваемый модулированный сигнал подвергают операции расширения (увеличения) по ширине полосы частот до его передачи по каналу, а затем в приемнике подвергают операции сжатия (уменьшения) по ширине полосы частот на ту же самую величину. Безусловно, наиболее широко распространенными способами расширения по спектру являются модуляция с прямой последовательностью (Ό8) и модуляция со скачкообразной перестройкой частоты (БК).
Модуляцию с прямой последовательностью осуществляют путем линейной модуляции цепочки импульсов, каждый из которых имеет длительность, именуемую временем элемента кода, последовательностью, полученной на выходе генератора псевдослучайных чисел. Этот тип модуляции обычно используют для информационных сигналов, подвергнутых операции двухпозиционной фазовой манипуляции (ДФМн) (ВР8К). Модулированный сигнал создают, по существу, путем выполнения сначала умножения (по модулю 2) потока, состоящего только из информационных битов, на псевдошумовую последовательность с последующей модуляцией фазы чистого сигнала несущей результирующим сигналом.
- 6 005559
Что касается приемника, то обычно сведения о форме ПШ (псевдошумового) сигнала содержатся в приемнике (однако также существует вариант применения, в котором сведения о форме ПШ сигнала получают из принятого сигнала). Сведения о форме ПШ сигнала, имеющиеся в приемнике, используют для сжатия принятого сигнала по спектру до его исходной ширины полосы частот.
Модуляцию со скачкообразной перестройкой частоты осуществляют путем нелинейной модуляции цепочки импульсов последовательностью сдвигов частоты, полученных путем псевдослучайной генерации. Этот модулирующий сигнал умножают на комплексный информационный сигнал, подвергнутый многочастотной манипуляции (МЧМн) (МЕ8К). В приемнике выполняют комплексное умножение суммы переданного сигнала и помех в канале на идентичный модулирующий сигнал со скачкообразной перестройкой частоты, в результате чего переданный сигнал возвращают в его исходный вид по отношению к МЧМн. Аналогично варианту с использованием прямой последовательности приемник содержит сведения о форме сигнала, обеспечивающие восстановление сигналов со скачкообразной перестройкой частоты, или в альтернативном варианте должен осуществлять захват и отслеживание сигнала со скачкообразной перестройкой частоты.
Использование спектральной модуляции опорных сигналов приводит к получению кривой В, показанной на фиг. 12. Кривая В отличается от кривой А, поскольку в опорный сигнал ОС (КБ) внесены возмущения, обусловленные не только шумом N от антенны, но также и самим сигналом полезной нагрузки. Для высоких значений ЭИИМ ухудшение качества зондирующего сигнала в основном обусловлено уровнем несущей вследствие того, что Н»Ш (С+Ν). Например, при высоких значениях ЭИИМ отношение Н/Ш обычно составляет, приблизительно, 12 ... 14 дБ. Если приемная станция расположена вне зоны обслуживания, то происходит ослабление Н и ОС на одинаковую величину. С другой стороны, величина Ш остается постоянной. Это объясняет то, почему уменьшение величины ОС/(Н+Ш) (Κ8/(Ο+Ν)) происходит в гораздо меньшей степени, чем Н, что позволяет использовать способ модуляции с расширением по спектру, а также способ корреляционной обработки. Например, в центре зоны обслуживания величина Н/Ш равна, приблизительно, 16 дБ, а полученное значение ОС/(Н+Ш) равно -25 дБ. Если выигрыш в усилении за счет обработки опорного сигнала составляет, приблизительно, 40 дБ, то прием и обработка этого сигнала все еще могут быть осуществлены. При величине ЭИИМ, равной 40 дБВт, Н/Ш уменьшается на 10 дБ, приблизительно, до 6 дБ, тогда как сигнал с расширением по спектру просто уменьшается до -25,8 дБ, что всего лишь на 0,8 дБ меньше, чем в центре зоны обслуживания. Кроме того, если величина ЭИИМ уменьшается на 20 дБ до 30 дБВт, то Н/Ш сигнала полезной нагрузки уменьшается на 20 дБ до величины, равной -3 дБ, что не позволяет осуществить декодирование стандартного видеосигнала. Однако, опорный сигнал уменьшается только на 5 дБ, приблизительно, до -30 дБ, при этом все еще возможно осуществить его декодирование, предполагая, что выигрыш в усилении за счет обработки > 35 дБ.
Известен еще один корреляционный способ приема потока данных в формате МРЕО, описанный в документе ЕР 1041397 А2. Обычно заданный шаблон сигнала в потоке формата МРЕО не может быть использован для запуска имеющегося в приемнике блока измерения времени, поскольку разрешающая способность по времени является недостаточно высокой вследствие недетерминированных задержек сигнала в устройстве декодирования. Для повышения точности предложен двухступенчатый способ, в котором используют совокупность непосредственной обработки потока в формате МРЕО после устройства декодирования и непосредственной корреляционной обработки аналогового сигнала до устройства декодирования. В результате непосредственной обработки потока в формате МРЕО после устройства декодирования получают грубое оценочное значение времени прохождения заданного шаблона сигнала, включая недетерминированные задержки сигнала в устройстве декодирования. Исходя из этого грубого оценочного значения, выполняют высокоточную корреляционную обработку цифрового аналогового сигнала до устройства декодирования. Результат высокоточной корреляционной обработки используют для коррекции определенного грубого значения. Однако в этом способе, тем не менее, необходимо наличие достаточного уровня Н/Ш для обеспечения возможности грубой обработки демодулированного сигнала. Если на первом этапе грубая обработка невозможна, то для обеспечения возможности применения операции корреляции для аналогового опорного сигнала должен быть известен точный шаблон модулированного сигнала после малошумящего блочного, МШБ (ΕΝΒ) конвертора и до демодулятора.
В конечном счете, само собой разумеется, что для еще большего увеличения корреляционного усиления также могут быть использованы всевозможные комбинации способов корреляционной обработки. В частности, можно использовать опорный сигнал с расширением по спектру, содержащий заданный шаблон сигнала, при этом сигнал, подвергнутый операции сжатия по спектру, снова подвергают операции взаимной корреляции с предварительно запомненным заданным шаблоном сигнала или подвергают операции автокорреляции.
Следовательно, во всех случаях использование корреляционного приемника в приемной станции имеет преимущество, заключающееся в том, что наличие дополнительного корреляционного усиления и/или выигрыша в усилении за счет обработки может обеспечить компенсацию низкого отношения сигнал-шум, что, следовательно, обеспечивает возможность приема опорного сигнала без увеличения размера антенны.
- 7 005559
Существует несколько возможных вариантов обеспечения синхронизации по времени между различными приемными станциями. Один из возможных вариантов состоит в обеспечении передачи значений времени с высокой точностью посредством глобальной системы определения местоположения, ГСОМ (СР8). Глобальная система определения местоположения (ГСОМ) представляет собой не только навигационную систему, но также и систему передачи значений времени. Существующая в настоящее время точность передачи значений времени посредством ГСОМ составляет порядка 10-20 нс для межконтинентальных расстояний и 2-3 нс в пределах одного континента. Были предложены различные способы передачи значений времени посредством глобальной системы определения местоположения (ГСОМ), изложенные, например, в статье ОР8 Т1те ТгаикГет, \У1обхшиег/ Ге\уапбо\\ък| аиб С1аибше Т1юта5. Ргосееб1п§5 оГ 1йе ΙΕΕΕ, νοί. 79, Νο. 1, 1и1у 1991. Другим способом передачи значений времени является так называемый способ двусторонней передачи значений времени через спутники связи, подробное объяснение которого приведено, например, в статье Т\то-\Уау Т1те ТтаикГет νία СоттишсаДюи ЗаДеШДек, 0|е1ег Кйсйиег, Ргосеебшдк оГ 1йе ΙΕΕΕ, νο1. 79, №. 7, 1и1у 1991. В отличие от обычного одностороннего режима работы, в двустороннем способе станции, участвующие в передаче значений времени, должны производить обмен сигналами временной синхронизации через спутник и, следовательно, для этого способа требуются приемные и передающие станции, схема расположения которых аналогична, например, схеме, изображенной на фиг. 2. В общем случае это означает использование более дорогостоящего оборудования и более сложных рабочих процедур, чем в одностороннем способе. Кроме того, поскольку двусторонний режим представляет собой способ двухточечной передачи, то абоненты должны работать попарно и должны осуществлять обмен своими данными измерений. Основное преимущество двустороннего способа передачи времени состоит в том, что в отличие от одностороннего способа сведения о месторасположении спутников и абонентов не является фактором, ограничивающим достижимую точность, поскольку для способа передачи туда и обратно задержки на трассе распространения в трактах между станциями взаимно уничтожаются и, следовательно, их не нужно вычислять. Поэтому двусторонний способ потенциально может являться самым точным способом передачи значений времени и, следовательно, могут найтись некоторые области применения даже для двустороннего способа передачи значений времени.
Еще одним техническим решением, предложенным в настоящем изобретении, является способ синхронизации по времени, который является неизвестным в существующем уровне техники. Этот новый способ синхронизации по времени основан на знании того, что синхронизацию по времени обеспечивают посредством общей привязки по времени в совокупности с коррекцией погрешности синхронизации общей привязки по времени с использованием информации об эталонном расстоянии до опорного спутника. Следовательно, помимо спутника, местоположение которого необходимо определить, нужен другой опорный спутник, местоположение которого известно заранее с высокой точностью. При наличии такого опорного спутника можно увидеть, что погрешность синхронизации для одной приемной станции по отношению к центральной передающей станции является приблизительно одинаковой для этих двух спутников. Это означает, что за счет компенсации погрешностей синхронизации по времени с использованием измеренного расстояния до опорного спутника, местоположение которого является известным, может быть использована даже общая привязка по времени, обычно не обеспечивающая достаточно точную синхронизацию по времени.
Согласно настоящему изобретению, существует несколько возможных вариантов размещения приемных станций по отношению к центру зоны обслуживания антенны ретранслятора, носителем которого является спутник. В любом случае приемные станции стремятся разместить таким образом, чтобы достичь оптимальной точности вычисления вышеупомянутой информации о расстоянии. Обычным вариантом может являться схема, состоящая из одной передающей станции и четырех приемных станций, при этом передающая станция уже содержит одну приемную станцию. При наличии такой схемы оптимальная точность вычислений может быть достигнута в том случае, если три приемные станции расположены по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга, а передающая станция расположена в ее середине, тем самым они образуют равносторонний треугольник по отношению к спутнику.
Понятно то, что настоящее изобретение не ограничено спутником, являющимся носителем ретранслятора, а измерение расстояния до спутника связи является всего лишь предпочтительным техническим решением, предложенным в настоящем изобретении. В общем случае, согласно изобретению могут быть определены координаты любого космического аппарата, который является носителем одного из компонентов канала связи, позволяющего осуществлять измерение задержки в цепи передачи между этим компонентом и множеством приемных станций. Это означает, что таким компонентом может являться не только ретранслятор, но также и повторитель, отражатель и т.д. Кроме того, термин космический аппарат, используемый в настоящем изобретении, охватывает собой любой перемещающийся или подвижный объект.
Еще одним техническим решением, предложенным в настоящем изобретении, является устройство управления и способ функционирования устройства управления, обеспечивающие возможность управления местоположением космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи.
- 8 005559
Функциональные возможности станции управления спутником описываются в итоге терминами телеметрия, слежение и управление (ТСУ) (ТТС). Термин ТСУ относится к следующим операциям:
- осуществляют прием управляющих сигналов с Земли для начала маневрирования и изменения положения или режима работы аппаратуры;
- осуществляют передачу на Землю результатов измерений, информации о функционировании спутника, о функционировании аппаратуры и о проверке выполнения команд;
- выдают разрешение на выполнение операции измерения расстояния от Земли до спутника и, возможно, радиальной скорости для обеспечения возможности определения местоположения спутника.
Итак, вышеуказанную задачу изобретения решают за счет приведенных ниже признаков, которые перечислены в порядке их зависимости в соответствии с сущностью изобретения.
1. Система, обеспечивающая общую привязку по времени между различными точками на Земле, содержащая космический аппарат, являющийся носителем компонента канала связи, при этом местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, множество приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема опорного сигнала из вышеупомянутого компонента, средство синхронизации, выполненное с возможностью обеспечения синхронизированной привязки по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций, и средство коррекции, выполненное с возможностью осуществления коррекции погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения каждого принятого опорного сигнала.
Возможен любой компонент, позволяющий поддерживать взаимную связь между космическим аппаратом и множеством приемных станций. Это означает, что могут быть использованы как передатчики, так и ретрансляторы. В случае отсутствия линии связи Земля-спутник используют передатчик, а для обеспечения взаимной связи между линией связи Земля-спутник и линией связи спутник-Земля используют ретранслятор.
Настоящее изобретение также позволяет использовать приемные станции с дешевыми компонентами приемника. Кроме того, корреляционный приемник позволяет расположить соответствующую приемную станцию вне зоны обслуживания вышеупомянутого компонента спутника для достижения более высокой точности вычисления информации о расстоянии.
Согласно изобретению, возможно применение всех типов корреляционных приемников, дающих нечто вроде корреляционного усиления, которое обеспечивает улучшение отношения сигнал-шум для опорного сигнала. В частности, возможно применение корреляционных приемников следующих типов.
2. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна приемная станция содержит корреляционный приемник, обеспечивающий корреляционное усиление при приеме опорного сигнала.
3. Система по п.2, в которой работа корреляционного приемника основана на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в опорном сигнале.
4. Система по п.2, в которой работа корреляционного приемника основана на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
5. Система по п.4, в которой спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
Другой важной особенностью настоящего изобретения является синхронизация множества приемных станций по времени. При измерении расстояния до спутника, находящегося на геостационарной орбите, задержка все еще является относительно короткой (равной приблизительно 250 мс (миллисекунд)), поэтому синхронизация по времени должна быть высокостабильной в течение коротких промежутков времени. В частности, точность синхронизации должна быть, по меньшей мере, не хуже чем 10 нс.
Предпочтительными способами синхронизации по времени являются следующие.
6. Способ обеспечения общей привязки по времени между различными точками на Земле при помощи космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи, причем местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, заключающийся в том, что осуществляют прием опорного сигнала из вышеупомянутого компонента посредством множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, обеспечивают синхронизированную привязку по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций и осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения опорного сигнала до каждой приемной станции.
7. Способ по п.6, в котором, по меньшей мере, в одной приемной станции применяют способ корреляционной обработки, дающий корреляционное усиление при приеме опорного сигнала.
8. Способ по п.7, в котором способ корреляции корреляционной обработки основан на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в опорном сигнале.
- 9 005559
9. Способ по п.7, в котором способ корреляционной обработки основан на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
10. Способ по п.9, в котором спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
11. Станция обработки, обеспечивающая общую привязку по времени между различными точками на Земле при помощи космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи, причем местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, содержащая средство приема данных о времени прохождения сигнала, выполненное с возможностью приема данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема опорного сигнала из вышеупомянутого компонента, а между вышеупомянутым множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени, и средство коррекции, выполненное с возможностью осуществления коррекции погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения опорного сигнала до каждой приемной станции.
12. Способ обработки, обеспечивающий общую привязку по времени между различными точками на Земле при помощи космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи, причем местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, заключающийся в том, что осуществляют прием данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема опорного сигнала из вышеупомянутого компонента, а между вышеупомянутым множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени, и осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения опорного сигнала до каждой приемной станции.
13. Система измерения расстояния, определяющая информацию о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, содержащая множество приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, средство синхронизации, выполненное с возможностью обеспечения синхронизированной привязки по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций, и вычислительное средство, выполненное с возможностью вычисления вышеупомянутой информации о расстоянии в соответствии со временем прохождения первого опорного сигнала до каждой приемной станции, при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
14. Система измерения расстояния по п.13, в которой по меньшей мере одна приемная станция содержит корреляционный приемник, обеспечивающий корреляционное усиление при приеме первого опорного сигнала и/или второго опорного сигнала.
15. Система измерения расстояния по п.14, в которой корреляционный приемник основан на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в первом опорном сигнале и/или во втором опорном сигнале.
16. Система измерения расстояния по п.14, в которой корреляционный приемник основан на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
17. Система измерения расстояния по п.16, в которой спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
Само собой разумеется, что сигнал полезной нагрузки и опорный сигнал могут быть частью одного информационного потока, передаваемого по каналу связи.
Пункты 13-17, описание которых приведено для системы измерения расстояния, также применимы и для объектов изобретения иных категорий. Дополнительными категориями объектов изобретения являются следующие.
18. Способ определения информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2 А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого
- 10 005559 компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, заключающийся в том, что независимо осуществляют прием первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента посредством множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, обеспечивают синхронизированную привязку по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций, осуществляют вычисление вышеупомянутой информации о расстоянии в соответствии со временем прохождения первого опорного сигнала до каждой приемной станции, при этом осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
19. Способ по п. 18, в котором по меньшей мере в одной приемной станции применяют способ корреляции, дающий корреляционное усиление при приеме первого опорного сигнала и/или второго опорного сигнала.
20. Способ по п. 19, в котором способ корреляции основан на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в первом опорном сигнале и/или во втором опорном сигнале.
21. Способ по п. 19, в котором способ корреляции основан на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
22. Способ по п. 21, в котором спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
23. Приемная станция, обеспечивающая получение информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, содержащая антенну, выполненную с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, средство синхронизации, выполненное с возможностью обеспечения синхронизированной привязки по времени между вышеупомянутой приемной станцией и опорной точкой на Земле, при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А), и средство измерения, выполненное с возможностью измерения времени прохождения первого опорного сигнала в соответствии со скорректированной синхронизированной привязкой по времени.
24. Способ функционирования приемной станции, обеспечивающей получение информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, заключающийся в том, что осуществляют прием первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, обеспечивают синхронизированную привязку по времени между вышеупомянутой приемной станцией и опорной точкой на Земле, при этом осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А), и осуществляют измерение времени прохождения первого опорного сигнала в соответствии со скорректированной синхронизированной привязкой по времени.
25. Станция обработки информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2 А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, содержащая средство приема данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, причем каждая из приемных станций выполнена с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, а между множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени, при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
- 11 005559
26. Способ обработки информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2 А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, заключающийся в том, что осуществляют прием данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, причем каждая из приемных станций выполнена с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, а между множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени, и при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
Понятно, что все описанные выше технические решения, предложенные в настоящем изобретении, могут быть применены не только в описанной комбинации, но также и в иных комбинациях или по одному.
Ниже приведено описание примера варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:
на фиг. 1 показана основная схема измерения с трех сторон (способом трилатерации), на фиг. 2 - практическая схема измерения с четырех сторон (способом квадрилатерации), на фиг. 3 - приемопередающая станция, обеспечивающая компенсацию временной задержки, введенной приемным устройством, на фиг. 4 - диаграмма транспортного потока, соответствующего стандарту МРЕС-2, на фиг. 5 - используемая практическая схема измерения псевдорасстояния с четырех сторон (способом квадрилатерации), на фиг. 6 - отдельные приемные и передающие станции, обеспечивающие компенсацию временной задержки, введенной приемным устройством, на фиг. 7 - спутник, являющийся носителем ретранслятора с глобальной зоной покрытия, на фиг. 8 - спутник, являющийся носителем ретранслятора с зоной охвата, обеспечиваемой несколькими узкими лучами, на фиг. 9 - влияние уменьшения пространственного разнесения между различными станциями, измеряющими расстояние, на фиг. 10 - спутник, являющийся носителем ретранслятора с зоной охвата, обеспечиваемой сфокусированным лучом и корреляционным приемником, на фиг. 11 - диаграмма направленности спутниковой антенны, на фиг. 12 - зависимость между ЭИИМ линии связи спутник-Земля и отношением Н/Ш для сигнала, принятого в приемной станции, на фиг. 13 - соединение станции обработки с удаленными приемными станциями, на фиг. 14-17 показаны различные способы передачи значений времени, на фиг. 18 - результаты измерения погрешности синхронизации по времени для различных приемных станций по отношению к одному и тому же спутнику, на фиг. 19 - результаты измерения погрешности синхронизации по времени для различных приемных станций по отношению к двум различным спутникам, на фиг. 20 - основная схема измерения псевдорасстояния по отношению к двум различным спутникам и на фиг. 21 - аппаратура обработки данных для одной из приемных станций, входящих в состав основной схемы, изображенной на фиг. 20.
Описание фиг. 1-12 уже было приведено выше во вводной части описания.
На фиг. 13 показано соединение станции обработки с удаленными приемными станциями. Может быть сделано предположение, что схема измерения псевдорасстояния для приемных станций соответствует фиг. 5. Следовательно, предполагают, что станции 1303, 1304 и 1305 являются приемными станциями, а станция 1302 представляет собой приемопередающую станцию. Внутренняя аппаратура станции 1302 может быть выполнена согласно фиг. 3, а внутренняя аппаратура станций 1303, 1304 и 1305 может быть выполнена согласно фиг. 6. Целесообразным вариантом является встраивание станции 1301 обработки в приемопередающую станцию 1302, при этом между приемными станциями 1303, 1304 и 105 и станцией 1301 обработки создают линии 1306, 1307 и 1308 связи. Для вычисления информации о расстоянии до соответствующего спутника станция 1301 обработки осуществляет прием данных о времени прохождения сигнала из каждой приемной станции. Вычисление выполняют по вышеописанным формулам (1)-(6).
Поскольку по меньшей мере одна приемная станция содержит корреляционный приемник, то регистрация значений времени прохождения сигнала может быть осуществлена вне зависимости от зоны об
- 12 005559 служивания, поэтому может быть достигнута более высокая точность вычисления вышеупомянутой информации о расстоянии. Кроме того, имеется возможность введения операций проверки неоднозначности и правдоподобия данных, выполняемых в станции обработки, на основе данных об ожидаемом времени прохождения сигнала.
На фиг. 14-17 показаны различные способы передачи значений времени, реализуемые на основе глобальной системы определения местоположения (ГСОМ).
На фиг. 14 показан принцип способа передачи сигналов точного времени. Этот способ является самым простым и наименее точным, но имеет глобальную зону покрытия и не требует иных данных, чем те, которые дает приемник. Точность доступа к значениям времени, обеспечиваемым посредством глобальной системы определения местоположения (ГСОМ), зависит от локальных условий наблюдения, главным образом, от качества координат антенны приемника и от количества требуемых данных. В том случае, когда погрешность определения координат антенны равна 10 м, эта точность находится в пределах 100 нс для 13-минутного тракта.
На фиг. 15 показан способ транспортировки сигналов точного времени. Транспортировка сигналов точного времени представляет интерес для сравнения значений времени с высокой точностью, равной 10 нс или меньшей. Сравнение показаний часов А и В, расположенных в любых различных местах на Земле, может быть осуществлено путем выполнения последовательных наблюдений одного и того же спутника или группы спутников при задержке времени просмотра меньшей чем 12 ч. Это дает преимущество, заключающееся в том, что наблюдение спутников можно осуществлять в максимуме возвышения их орбиты, уменьшая тем самым чувствительность до величины, соответствующей моделям преломления. Однако этот способ подвержен воздействию, обусловленному нестабильностью генераторов тактовых импульсов, имеющихся на спутниках, которая составляет приблизительно 5 нс за 12 ч.
На фиг. 16 показан способ общего обзора, обеспечиваемого ГСОМ. Станции А и В или большее количество станций осуществляют одновременный прием сигналов, поступающих с одного и того же спутника и передачу данных друг другу для сравнения их тактовых импульсов. Основное преимущество этого способа заключается в том, что погрешности генераторов тактовых импульсов, имеющихся на спутниках, не оказывают воздействия на результат, поскольку значение времени, обеспечиваемое ГСОМ, сокращается за счет операции вычитания. Предельная точность режима общего обзора составляет приблизительно 1 нс.
На фиг. 17 показаны способы ИСДБ (УЪВ1) на коротких базисах. В этом способе используют способы интерферометрии с сверхдлинной базой (ИСДБ), и он может быть использован для сравнения значений времени с точностью выше чем 1 нс при наличии базисных расстояний порядка 100 км.
Помимо способов передачи значений времени посредством ГСОМ, ниже приведено описание иного способа синхронизации по времени согласно другому техническому решению, предложенному в настоящем изобретении, со ссылкой на фиг. 18-21. Принципиальная идея этого способа синхронизации по времени состоит в обеспечении общей привязки по времени для различных приемных станций, при этом осуществляют коррекцию погрешности синхронизации общей привязки по времени, исходя из информации об эталонном расстоянии до опорного спутника, пространственные координаты которого являются известными с высокой точностью.
На фиг. 18 показаны результаты измерения погрешности синхронизации по времени для различных приемных станций по отношению к одному и тому же спутнику. Вновь сделано предположение, что схема измерения псевдорасстояния соответствует изображенной на фиг. 5, в которой в одном и том же месте на орбите расположен спутниковый кластер со спутниками 1А, 1В, 1С, ГО, ΙΕ, ΙΕ, 1С и 1Н. Из результатов измерений, приведенных на фиг. 18, видно, что погрешность синхронизации по времени для станций ΙΙΙ и ΙΙ не является коррелированной. Однако согласно изобретению известно, что для одной станции погрешность синхронизации по времени по отношению к различным спутникам является почти одинаковой. Этот результат показан на фиг. 19.
На фиг. 19 показаны результаты измерения погрешности синхронизации по времени для различных приемных станций по отношению к двум различным спутникам. И вновь со ссылкой на фиг. 5 выбраны спутники 1А и 1В, расположенные в одном и том же месте орбиты, при этом результаты измерения погрешности измеряемого расстояния во времени приведены для станции ΙΙΙ. Как видно из чертежа, в его левой части погрешность измерения расстояния является почти одинаковой, а в его правой части видно различие между результатами обоих измерений.
Фиг. 19 дает следующий результат: если известно положение одного из двух спутников, допустим спутника 1В, то имеется возможность вычислить погрешность синхронизации между каждой приемной станцией и передающей станцией. Зная эту погрешность синхронизации, измеренные данные о псевдорасстоянии до спутника 1А могут быть скорректированы. Полученная в итоге схема для осуществления такого измерения показана на фиг. 20.
На фиг. 20 показана основная схема измерения псевдорасстояния по отношению к двум различным спутникам. Сделано предположение, что станция Ι является главной станцией, снабженной передающей и приемной аппаратурой.
- 13 005559
С другой стороны, остальные станции являются приемными станциями, при этом станция III приведена просто в качестве примера. Сделано предположение, что положение спутника 1А является известным в месте расположения станции I. В этом случае приемная станция III выполняет измерение псевдорасстояния посредством следующих операций.
При первой операции осуществляют передачу двух заданных шаблонов сигнала из станции I в приемную станцию III через спутники 1А и 2 А. При следующей операции приемная станция III осуществляет передачу в станцию I данных о времени прохождения сигнала, исходя из измеренного псевдорасстояния до орбиты 1 и орбиты 2. Поскольку согласно сделанному предположению в станции I расстояние до орбиты 1 является известным, то вычисление величины коррекции может быть выполнено согласно приведенному выше описанию, относящемуся к фиг. 19. Таким образом, может быть вычислена информация о расстоянии до спутника 2А и может быть выполнена ее коррекция с учетом известной погрешности синхронизации по отношению к спутнику 1А.
В результате, может быть выполнено измерение псевдорасстояния на основании произвольной общей привязки по времени с ограниченной точностью, при этом осуществляют коррекцию общей привязки по времени, исходя из информации об эталонном расстоянии до опорного спутника 1А. Следовательно, может быть создана система измерения псевдорасстояния, независимая от глобальной системы определения местоположения (ГСОМ).
На фиг. 21 показана аппаратура обработки, имеющаяся в одной из приемных станций, входящей в состав основной схемы по фиг. 20. Из чертежа видно, что приемная аппаратура может быть создана очень простыми средствами, а это приводит к тому, что приемные станции являются недорогими по своей конструкции. Каждая приемная станция содержит два аналогичных приемных устройства, каждое из которых содержит МШБ-конвертор 2101, 2104, соединенный с приемной антенной 2107, 2108, преобразователь 2102, 2105 с понижением частоты и демодулятор 2103, 2106. Управление этими компонентами осуществляют посредством счетчика 2109 частоты и времени, который содержит также общую базу данных, например простой приемник глобальной системы определения местоположения. Для определения данных о времени прохождения сигнала от орбиты 1 и от орбиты 2 осуществляют сбор данных в устройстве 2110 сбора данных.

Claims (26)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система, обеспечивающая общую привязку по времени между различными точками на Земле, содержащая космический аппарат, являющийся носителем компонента канала связи, при этом местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, множество приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема опорного сигнала из вышеупомянутого компонента, средство синхронизации, выполненное с возможностью обеспечения синхронизированной привязки по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций, и средство коррекции, выполненное с возможностью осуществления коррекции погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения каждого принятого опорного сигнала.
  2. 2. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна приемная станция содержит корреляционный приемник, обеспечивающий корреляционное усиление при приеме опорного сигнала.
  3. 3. Система по п.2, в которой работа корреляционного приемника основана на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в опорном сигнале.
  4. 4. Система по п.2, в которой работа корреляционного приемника основана на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
  5. 5. Система по п.4, в которой спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
  6. 6. Способ обеспечения общей привязки по времени между различными точками на Земле при помощи космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи, причем местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, заключающийся в том, что осуществляют прием опорного сигнала из вышеупомянутого компонента посредством множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, обеспечивают синхронизированную привязку по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций и осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения опорного сигнала до каждой приемной станции.
  7. 7. Способ по п.6, в котором по меньшей мере в одной приемной станции применяют способ корреляционной обработки, дающий корреляционное усиление при приеме опорного сигнала.
    - 14 005559
  8. 8. Способ по п.7, в котором способ корреляции корреляционной обработки основан на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в опорном сигнале.
  9. 9. Способ по п.7, в котором способ корреляционной обработки основан на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
  10. 10. Способ по п.9, в котором спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
  11. 11. Станция обработки, обеспечивающая общую привязку по времени между различными точками на Земле при помощи космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи, причем местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, содержащая средство приема данных о времени прохождения сигнала, выполненное с возможностью приема данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема опорного сигнала из вышеупомянутого компонента, а между вышеупомянутым множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени и средство коррекции, выполненное с возможностью осуществления коррекции погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения опорного сигнала до каждой приемной станции.
  12. 12. Способ обработки, обеспечивающий общую привязку по времени между различными точками на Земле при помощи космического аппарата, являющегося носителем компонента канала связи, причем местоположение вышеупомянутого космического аппарата является известным, заключающийся в том, что осуществляют прием данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема опорного сигнала из вышеупомянутого компонента, а между вышеупомянутым множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени и осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени с учетом известного местоположения космического аппарата и в соответствии со временем прохождения опорного сигнала до каждой приемной станции.
  13. 13. Система измерения расстояния, определяющая информацию о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, содержащая множество приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, при этом каждая приемная станция выполнена с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, средство синхронизации, выполненное с возможностью обеспечения синхронизированной привязки по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций, и вычислительное средство, выполненное с возможностью вычисления вышеупомянутой информации о расстоянии в соответствии со временем прохождения первого опорного сигнала до каждой приемной станции, при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии с временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
  14. 14. Система измерения расстояния по п.13, в которой по меньшей мере одна приемная станция содержит корреляционный приемник, обеспечивающий корреляционное усиление при приеме первого опорного сигнала и/или второго опорного сигнала.
  15. 15. Система измерения расстояния по п.14, в которой корреляционный приемник основан на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в первом опорном сигнале и/или во втором опорном сигнале.
  16. 16. Система измерения расстояния по п.14, в которой корреляционный приемник основан на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
  17. 17. Система измерения расстояния по п.16, в которой спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
  18. 18. Способ определения информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, заключающийся в том, что
    - 15 005559 независимо осуществляют прием первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента посредством множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, обеспечивают синхронизированную привязку по времени между вышеупомянутым множеством приемных станций, осуществляют вычисление вышеупомянутой информации о расстоянии в соответствии со временем прохождения первого опорного сигнала до каждой приемной станции, при этом осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
  19. 19. Способ по п.18, в котором по меньшей мере в одной приемной станции применяют способ корреляции, дающий корреляционное усиление при приеме первого опорного сигнала и/или второго опорного сигнала.
  20. 20. Способ по п.19, в котором способ корреляции основан на корреляционной обработке заданного шаблона сигнала, содержащегося в первом опорном сигнале и/или во втором опорном сигнале.
  21. 21. Способ по п.19, в котором способ корреляции основан на спектральной демодуляции сигнала с расширением по спектру.
  22. 22. Способ по п.21, в котором спектральная демодуляция дает выигрыш в усилении за счет обработки, соответствующий корреляционному усилению.
  23. 23. Приемная станция, обеспечивающая получение информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, содержащая антенну, выполненную с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, средство синхронизации, выполненное с возможностью обеспечения синхронизированной привязки по времени между вышеупомянутой приемной станцией и опорной точкой на Земле, при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А), и средство измерения, выполненное с возможностью измерения времени прохождения первого опорного сигнала в соответствии со скорректированной синхронизированной привязкой по времени.
  24. 24. Способ функционирования приемной станции, обеспечивающей получение информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, заключающийся в том, что осуществляют прием первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, обеспечивают синхронизированную привязку по времени между вышеупомянутой приемной станцией и опорной точкой на Земле, при этом осуществляют коррекцию погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А), и осуществляют измерение времени прохождения первого опорного сигнала в соответствии со скорректированной синхронизированной привязкой по времени.
  25. 25. Станция обработки информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2 А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого является известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, содержащая средство приема данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, причем каждая из приемных станций выполнена с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, а между множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени, при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
  26. 26. Способ обработки информации о расстоянии до первого космического аппарата (спутника 2А) при помощи второго космического аппарата (спутника 1А), информация о расстоянии до которого явля
    - 16 005559 ется известной, при этом первый космический аппарат (спутник 2А) является носителем первого компонента канала связи, а второй космический аппарат (спутник 1А) является носителем второго компонента канала связи, заключающийся в том, что осуществляют прием данных о времени прохождения сигнала из множества приемных станций, расположенных в различных точках на Земле, причем каждая из приемных станций выполнена с возможностью приема первого опорного сигнала из вышеупомянутого первого компонента и второго опорного сигнала из вышеупомянутого второго компонента, а между множеством приемных станций обеспечена синхронизированная привязка по времени, и при этом осуществляется коррекция погрешности синхронизации синхронизированной привязки по времени в соответствии со временем прохождения второго опорного сигнала до каждой приемной станции, исходя из известной информации о расстоянии до второго космического аппарата (спутника 1А).
EA200301071A 2001-03-29 2002-01-15 Система измерения расстояния для определения информации о расстоянии до космического аппарата EA005559B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01108029A EP1245967A1 (en) 2001-03-29 2001-03-29 Ranging system for determining ranging information of a spacecraft
PCT/EP2002/000350 WO2002079800A1 (en) 2001-03-29 2002-01-15 Ranging system for determining ranging information of a spacecraft

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200301071A1 EA200301071A1 (ru) 2004-04-29
EA005559B1 true EA005559B1 (ru) 2005-04-28

Family

ID=8176996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200301071A EA005559B1 (ru) 2001-03-29 2002-01-15 Система измерения расстояния для определения информации о расстоянии до космического аппарата

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7512505B2 (ru)
EP (3) EP1380853A3 (ru)
JP (1) JP4421819B2 (ru)
CN (1) CN1294707C (ru)
AR (1) AR033076A1 (ru)
AU (1) AU2002226413B2 (ru)
BR (1) BR0208538A (ru)
CA (1) CA2442253A1 (ru)
EA (1) EA005559B1 (ru)
WO (1) WO2002079800A1 (ru)

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10259638B4 (de) * 2002-12-18 2004-12-09 Intersecure Logic Limited Servicefahrzeug zur Ausführung von Handlungen an einem Ziel-Raumfahrzeug, Wartungssystem und Verfahren zur Nutzung eines Servicefahrzeugs
US20050027450A1 (en) * 2003-08-01 2005-02-03 Cox Geoffrey F. Altitude aiding in a satellite positioning system
CN1954556B (zh) * 2004-06-09 2010-05-05 国际商业机器公司 距离测定系统、距离测定方法、信息处理装置
US7183969B2 (en) * 2004-12-22 2007-02-27 Raytheon Company System and technique for calibrating radar arrays
EP1739450A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-03 SES Astra S.A. Method and apparatus for determining the location of a stationary satellite receiver
KR20070041923A (ko) * 2005-10-17 2007-04-20 김정선 구명동의용 지피에스(ＧＰＳ) 단말기의 주파수 대역130ｄＢｍ 주파수확장변조 복합멀티기능시스템
US10834531B2 (en) 2005-12-15 2020-11-10 Polte Corporation Multi-path mitigation in rangefinding and tracking objects using reduced attenuation RF technology
US10281557B2 (en) 2005-12-15 2019-05-07 Polte Corporation Partially synchronized multilateration/trilateration method and system for positional finding using RF
ES2407817T3 (es) * 2006-01-19 2013-06-14 Thales Dispositivo de control de posición(es) relativa(s) mediante medidas de potencia de la señal, para un ingenio espacial de un grupo de ingenios espaciales en formación
US7489271B2 (en) * 2006-03-22 2009-02-10 Lockheed Martin Corporation Optimized receive antenna and system for precision GPS-at-GEO navigation
CN101127555B (zh) * 2006-08-18 2011-12-07 北京华信泰科技有限公司 地面增补转发器及无线数字广播同步的系统和方法
RU2467467C2 (ru) * 2008-01-24 2012-11-20 Ажанс Спасьяль Эропеен Способ компенсации искажения сигнала в излучающей полезной нагрузке
ES2371120T3 (es) 2008-07-24 2011-12-27 Ses Astra S.A. Sistema y procedimiento de estimación de posición de nave espacial.
JP2012515899A (ja) * 2009-01-27 2012-07-12 エックスワイゼッド・インタラクティヴ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド 単一のデバイスおよび／または複数のデバイスの測距探知、配向決定、および／または測位のための方法および装置
EP2549287B1 (en) * 2010-03-19 2020-03-18 Sky Perfect JSAT Corporation Positioning system for geostationary artificial satellite
FR2960653B1 (fr) 2010-06-01 2012-07-27 Thales Sa Systeme de positionnement d'un satellite geostationnaire
US11835639B2 (en) 2011-08-03 2023-12-05 Qualcomm Technologies, Inc. Partially synchronized multilateration or trilateration method and system for positional finding using RF
US11125850B2 (en) 2011-08-03 2021-09-21 Polte Corporation Systems and methods for determining a timing offset of emitter antennas in a wireless network
US8736487B2 (en) 2011-09-21 2014-05-27 Csr Technology Inc. Method and apparatus of using height aiding from a contour table for GNSS positioning
CN102523016B (zh) * 2011-12-15 2013-04-10 中国电子科技集团公司第十研究所 用跳频图案解距离模糊的测距方法
FR2985121B1 (fr) * 2011-12-22 2014-01-17 Astrium Sas Procede et systeme d'estimation d'une difference de marche d'un signal cible emis par un engin en orbite terrestre ou aerien
US9019155B2 (en) 2012-05-03 2015-04-28 Raytheon Company Global positioning system (GPS) and doppler augmentation (GDAUG) and space location inertial navigation geopositioning system (SPACELINGS)
US9365303B2 (en) * 2012-05-03 2016-06-14 Raytheon Company Position and elevation acquisition for orbit determination
CN102752012A (zh) * 2012-05-15 2012-10-24 北京航空航天大学 一种上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统
US9386550B2 (en) * 2012-06-11 2016-07-05 Viasat Inc. Tandem satellite frame synchronization
US9075126B2 (en) 2012-06-28 2015-07-07 Raytheon Company Ground location inertial navigation geopositioning system (groundlings)
US10863313B2 (en) 2014-08-01 2020-12-08 Polte Corporation Network architecture and methods for location services
US10845453B2 (en) 2012-08-03 2020-11-24 Polte Corporation Network architecture and methods for location services
US10440512B2 (en) 2012-08-03 2019-10-08 Polte Corporation Angle of arrival (AOA) positioning method and system for positional finding and tracking objects using reduced attenuation RF technology
CN103529454A (zh) * 2013-11-06 2014-01-22 中国科学院上海天文台 一种多望远镜激光测距系统及其方法
JP6320029B2 (ja) * 2013-12-25 2018-05-09 三菱電機株式会社 測位装置及び測位方法
WO2015175839A1 (en) 2014-05-14 2015-11-19 California Institute Of Technology Large-scale space-based solar power station: packaging, deployment and stabilization of lightweight structures
JP6693889B2 (ja) 2014-05-14 2020-05-13 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー 大規模宇宙太陽光発電所：誘導可能ビームを用いる送電
EP3149777B1 (en) 2014-06-02 2024-02-14 California Institute of Technology Large-scale space-based solar power station: efficient power generation tiles
EP3175668A4 (en) * 2014-08-01 2018-08-15 Polte Corporation Partially synchronized multilateration/trilateration method and system for positional finding using rf
JP2017537309A (ja) 2014-10-07 2017-12-14 エックスワイゼッド・インタラクティヴ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド 向き付けおよび位置付けのための装置および方法
JP6715317B2 (ja) 2015-07-22 2020-07-01 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー コンパクトパッケージング用の大面積構造体
WO2017027617A1 (en) 2015-08-10 2017-02-16 California Institute Of Technology Systems and methods for performing shape estimation using sun sensors in large-scale space-based solar power stations
US10992253B2 (en) 2015-08-10 2021-04-27 California Institute Of Technology Compactable power generation arrays
US10509097B2 (en) * 2016-03-31 2019-12-17 Hughes Network Systems, Llc Correcting satellite pointing direction
CN106772510B (zh) * 2016-12-15 2019-05-31 浙江大学 一种基于载波相位测量的跳频测距方法
US11255945B2 (en) 2018-03-27 2022-02-22 Polte Corporation Multi-path mitigation in tracking objects using compressed RF data
US11634240B2 (en) 2018-07-17 2023-04-25 California Institute Of Technology Coilable thin-walled longerons and coilable structures implementing longerons and methods for their manufacture and coiling
CN109307875A (zh) * 2018-10-28 2019-02-05 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 空中目标多站交会实时导航定位方法
US11772826B2 (en) 2018-10-31 2023-10-03 California Institute Of Technology Actively controlled spacecraft deployment mechanism
CN111343579B (zh) * 2018-12-19 2021-08-06 大唐移动通信设备有限公司 一种定位方法和相关设备
RU2749878C1 (ru) * 2020-11-06 2021-06-18 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения ортогональных составляющих векторов скоростей и способ определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций
RU2750753C1 (ru) * 2020-11-06 2021-07-02 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения ортогональных составляющих вектора скорости и способ определения координат космического аппарата с использованием земных станций
RU2750228C1 (ru) * 2020-11-06 2021-06-24 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения ортогональных составляющих вектора скорости и способ определения координат космического аппарата с использованием земных станций
RU2750983C1 (ru) * 2020-11-06 2021-07-07 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ определения ортогональных составляющих векторов скоростей и способ определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций
CN113671544A (zh) * 2021-05-21 2021-11-19 中国科学院国家授时中心 一种基于同频模式的高精度星地时间比对方法及系统
CN114325596B (zh) * 2022-03-17 2022-06-14 中国西安卫星测控中心 一种大范围机动下的实时测距解模糊算法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812852A (en) 1987-02-20 1989-03-14 Scientific Development Corporation Locating system and method
JP2979582B2 (ja) 1990-05-23 1999-11-15 ソニー株式会社 伝送システム
US5596330A (en) 1992-10-15 1997-01-21 Nexus Telecommunication Systems Ltd. Differential ranging for a frequency-hopped remote position determination system
US5515056A (en) * 1993-08-11 1996-05-07 Intelsat Burst tone range processing system and method
WO1996022546A1 (en) * 1995-01-17 1996-07-25 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Wide area differential gps reference system and method
US5570096A (en) 1995-03-24 1996-10-29 Interferometrics, Inc. Method and system for tracking satellites to locate unknown transmitting accurately
US5717406A (en) 1995-06-07 1998-02-10 Sanconix Inc. Enhanced position calculation
FR2739938B1 (fr) 1995-10-17 1997-11-07 Sextant Avionique Recepteur de determination d'une position a partir de reseaux de satellites
EP0779717A3 (en) * 1995-12-13 2000-08-02 Nec Corporation Method and system for controlling TDMA timing in satellite communication network
JP2967738B2 (ja) 1995-12-13 1999-10-25 日本電気株式会社 衛星通信ネットワークにおけるｔｄｍａタイミング制御システムとその方法
RU2133489C1 (ru) 1997-07-09 1999-07-20 Акционерное общество закрытого типа Фирма "Котлин" Система формирования временных поправок по сигналам спутниковой радионавигационной системы к шкалам времени пространственно разнесенных пунктов
US6307840B1 (en) * 1997-09-19 2001-10-23 Qualcomm Incorporated Mobile station assisted timing synchronization in CDMA communication system
US6181912B1 (en) 1998-09-09 2001-01-30 Qualcomm Inc System and method for user terminal clock error measurement and correction
US6229477B1 (en) 1998-10-16 2001-05-08 Hughes Electronics Corporation Method and system for determining a position of a communication satellite utilizing two-way ranging
PT1026519E (pt) * 1999-02-08 2010-07-26 Ses Astra Sa SISTEMA DE CAPTAÆO E MéTODO PARA SATéLITES
DE19913075A1 (de) 1999-03-23 2000-10-26 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des auf eine Zeitbasis bezogenen Auftrittszeitpunkt eines Informationsworts in einem codierten Signal und Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Laufzeit eines codierten Signals von einem Sender zu einem Empfänger
US6556809B1 (en) * 1999-11-22 2003-04-29 Motorola, Inc. Method and apparatus for controlling communication beams within a cellular communication system
FI20001298A (fi) * 2000-05-30 2001-12-01 Nokia Networks Oy Kehyslähetysten synkronointi tietoliikenneverkossa
WO2002027974A2 (en) 2000-09-28 2002-04-04 Ses Astra S.A. Satellite communications system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002079800A1 (en) 2002-10-10
BR0208538A (pt) 2004-08-10
AR033076A1 (es) 2003-12-03
CN1294707C (zh) 2007-01-10
EP1380853A3 (en) 2008-04-23
CN1511265A (zh) 2004-07-07
US20040140930A1 (en) 2004-07-22
EP1380853A2 (en) 2004-01-14
AU2002226413B2 (en) 2007-11-08
JP4421819B2 (ja) 2010-02-24
US7512505B2 (en) 2009-03-31
EP1245967A1 (en) 2002-10-02
AU2002226413A2 (en) 2002-10-15
JP2004534212A (ja) 2004-11-11
EA200301071A1 (ru) 2004-04-29
CA2442253A1 (en) 2002-10-10
EP1381883A1 (en) 2004-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA005559B1 (ru) Система измерения расстояния для определения информации о расстоянии до космического аппарата
AU2002226413A1 (en) Ranging system for determining ranging information of a spacecraft
US5365447A (en) GPS and satelite navigation system
US6107959A (en) Positioning determination using one low-Earth orbit satellite
RU2256935C2 (ru) Система, способ и пользовательский терминал в системе однозначного определения местоположения с использованием двух спутников на низкой околоземной орбите
US8451166B2 (en) Distributed distance measurement system for locating a geostationary satellite
EP0929823B1 (en) Passive position determination using two low-earth orbit satellites
US5570096A (en) Method and system for tracking satellites to locate unknown transmitting accurately
US9851429B2 (en) Terrestrial position and timing system
CN108076445B (zh) 使用无线通信网络的gnss信号传输
US6437732B1 (en) Information terminal with positioning function, positioning system, method of positioning, storage medium, and computer program product
KR100275458B1 (ko) 정지궤도위성을 이용한 시각/주파수 동기시스템에서의 시각/주파수 동기 구현 방법
AU2003200955B2 (en) Passive position determination using two low-earth orbit satellites
AU761156B2 (en) Passive position determination using two low-earth orbit satellites
WO2024028359A1 (en) Satellite payloads and methods of operating same
Takahashi et al. The On-board and ground time management system of QZSS
Mansoor et al. Globalstar Satellites system for ranging and positioning analytical study
AU5685998A (en) Passive position determination using two low-earth orbit satellites

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU