RU2124270C1 - System for satellite communication - Google Patents

System for satellite communication Download PDF

Info

Publication number
RU2124270C1
RU2124270C1 RU94006987A RU94006987A RU2124270C1 RU 2124270 C1 RU2124270 C1 RU 2124270C1 RU 94006987 A RU94006987 A RU 94006987A RU 94006987 A RU94006987 A RU 94006987A RU 2124270 C1 RU2124270 C1 RU 2124270C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
antenna
phase meter
antennas
Prior art date
Application number
RU94006987A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94006987A (en
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн космической связи "КОСС"
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 Акционерное общество "Концерн космической связи "КОСС" filed Critical Акционерное общество "Концерн космической связи "КОСС"
Priority to RU94006987A priority Critical patent/RU2124270C1/en
Publication of RU94006987A publication Critical patent/RU94006987A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2124270C1 publication Critical patent/RU2124270C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: antenna equipment. SUBSTANCE: on-board equipment of system has digital computer 1, receiving-transmitting transponder antenna 2, which are located on gyro-stabilized platform 3 which also carries system for additional stabilization of antenna beam pattern, which has n receiving antennas 4, where n= 3, 5, one of which is reference antenna which is located in center of circle which radius is
Figure 00000003
, where θr - is error of gyro-stabilization. n-1 receiving antennas are arranged along this circle and spaced by 1/4 of its length. In addition device has n input microwave amplifiers 6, frequency converters 7, local oscillator 8, n-1 channel commutator 9, phase meter 10. Ground station equipment comprises transmitter, which consists of serial circuit of microwave generator 11, power amplifier 12 and transmitting antenna 13. Outputs of receiving antennas 4 and 5 are connected through corresponding microwave amplifier 6 to input of corresponding frequency converter 7. Output of local oscillator 8 is connected to heterodyne inputs of frequency converters 7. Output of n-1 frequency converters are connected to corresponding inputs of n-1 channel commutator 9, which output is connected to measuring input of phase meter 10, which reference input is connected to output of frequency converter 7, which belongs to channel of reference antenna 5. Output of phase meter 10 and control input of n-1 channel commutator 9 are connected to computer 1. EFFECT: increased precision of additional three-dimensional stabilization of transponder beam pattern towards service region, decreased cost of satellite communication system, increased speed of its operations. 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для дополнительной стабилизации диаграммы направленности антенной системы спутника связи, расположенного на геостационарной орбите. The invention relates to antenna technology and is intended to further stabilize the radiation pattern of the antenna system of a communication satellite located in a geostationary orbit.

Траектория движения искусственных спутников Земли /ИСЗ/, расположенных на геостационарной орбите, определяется многими факторами. Самый значимый дестабилизирующий фактор - действие вращающего момента, вызывающего вращение ИСЗ. Это приводит к отклонению луча диаграммы направленности /ДН/ антенной системы ИСЗ от зоны обслуживания. Следствием этого является обрыв связи или потеря информации, которые в ряде случаев могут иметь катастрофические последствия. The trajectory of the motion of artificial Earth satellites / satellites / located in the geostationary orbit is determined by many factors. The most significant destabilizing factor is the action of the torque causing the rotation of the satellite. This leads to a deviation of the beam pattern / DN / antenna system of the satellite from the service area. The consequence of this is a disconnection or loss of information, which in some cases can have disastrous consequences.

Для устранения этого недостатка применяются различные устройства стабилизации пространственной ориентации ИСЗ. To eliminate this drawback, various devices are used to stabilize the spatial orientation of the satellite.

Наиболее применимой является гироскопическая система стабилизации [1], состоящая из стабилизированной платформы, связной антенной, двух гироскопов, шестеренки, двигателя. Однако гироскопическая стабилизация имеет точность порядка /0,5 - 1,5/o и малоэффективна для остронаправленных антенн с шириной ДН порядка 1o и меньше.The most applicable is a gyroscopic stabilization system [1], consisting of a stabilized platform, a connected antenna, two gyroscopes, a gear, an engine. However, gyroscopic stabilization has an accuracy of the order of / 0.5 - 1.5 / o and is ineffective for highly directional antennas with a beam width of the order of 1 o or less.

Известна также многоотражательная антенна с согласованной диаграммой направленности [2] , позволяющая облучать точно очерченные участки земной поверхности. Антенна состоит из основного отражателя и по меньшей мере одного вспомогательного отражателя, при этом активные поверхности отражателей деформированы так, чтобы имелось соответствие с областью земной поверхности с точно очерченными границами за счет выполнения условия Мичугуча для исключения скрещенной поляризации. Однако эта система обладает низкой точностью вследствие атмосферных воздействий на поляризационные свойства. A multi-reflector antenna with a consistent radiation pattern [2] is also known, which makes it possible to irradiate precisely defined sections of the earth's surface. The antenna consists of a main reflector and at least one auxiliary reflector, while the active surfaces of the reflectors are deformed so that there is a correspondence with the region of the earth's surface with precisely defined boundaries due to the fulfillment of the Michuguch condition to eliminate crossed polarization. However, this system has low accuracy due to atmospheric effects on polarization properties.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является система спутниковой связи [3], предназначенная для сохранения положения ДН-излучения первого сигнала, излучаемого антенной спутниковой системы связи, расположенной на геосинхронной орбите для перекрытия определенной области на Земле, в которой расположены наземные станции. Вторая спутниковая антенна излучает сигнал радиомаяка с ДН, перекрывающей область на Земле больше заданной и включающей в себя заданную область. Каждая из наземных станций, расположенных внутри и по периферии области, принимает первый и второй сигналы и определяет между принятым сигналом радиомаяка и первым сигналом с целью создания сигнала наземной станции, пропорционального этому отношению. Сигналы наземных станций сравниваются один с другим только для периферических станций с целью определения ошибки в положении диаграммы направленности системы связи относительно заданной области. Положение спутника корректируется по сигналу ошибки в положении диаграммы. Closest to the technical nature of the claimed invention is a satellite communications system [3], designed to maintain the position of the DN radiation of the first signal emitted by the antenna of a satellite communications system located in geosynchronous orbit to cover a specific area on Earth in which ground stations are located. The second satellite antenna emits a beacon signal with an antenna beam that covers an area on Earth larger than a predetermined one and includes a predetermined area. Each of the ground stations located inside and around the periphery of the region receives the first and second signals and determines between the received beacon signal and the first signal in order to create a ground station signal proportional to this ratio. The signals of ground stations are compared with one another only for peripheral stations in order to determine the error in the position of the radiation pattern of the communication system relative to a given area. The position of the satellite is corrected by an error signal in the position of the diagram.

Однако такая система обладает недостаточной точностью дополнительной стабилизации ДН из-за влияния атмосферных воздействий (град, дождь), солнца, использование такой системы обходится очень дорого, так как является многопозиционной системой, к тому же быстродействие этой системы достаточно большое. However, such a system has insufficient accuracy of additional stabilization of the DN due to the influence of atmospheric influences (hail, rain), the sun, the use of such a system is very expensive, since it is a multi-position system, and the speed of this system is quite large.

Целью изобретения является повышение точности дополнительной стабилизации пространственного направления луча ДН ретранслятора на зону обслуживания, удешевление спутниковой системы связи, а также повышение ее быстродействия. The aim of the invention is to increase the accuracy of the additional stabilization of the spatial direction of the beam of the transponder beam on the service area, the cost of a satellite communications system, as well as increasing its speed.

Поставленная цель достигается тем, что в системе спутниковой связи, состоящей из бортовой части, включающей бортовую вычислительную машину /БЦВМ/ и приемопередающие антенны ретранслятора, находящиеся на гиростабилизированной платформе, и наземной части, наземная часть представляет собой передатчик, состоящий из последовательно соединенных генератора СВЧ, возбужденного на частоте, соответствующей длине волны λ, усилителя мощности и передающей антенны, а на гиростабилизированной платформе ретранслятора установлена система дополнительной стабилизации ДН ретранслятора, состоящая из n приемных антенн, где n=3, 5, одна из которых, являясь опорной, находится в центре окружности с радиусом

Figure 00000004

где θr - погрешность гироскопической стабилизации, o, а /n-1/ приемные антенны расположены по этой окружности с интервалом в 1/4 ее длины, n входных усилителей СВЧ, n преобразователей частоты, гетеродина, /n-1/канального коммутатора, фазометра, при этом выход каждой из n приемных антенн через соответствующий усилитель СВЧ соединен со входом соответствующего преобразователя частоты, а выход гетеродина соединен с гетеродинными входами n преобразователей частоты, выходы /n-1/ преобразователей частоты соединены с соответствующими входами /n-1/-канального коммутатора, выход которого соединен с измерительным входом фазометра, опорный вход которого соединен с выходом преобразователя частоты, находящегося в опорном канале, а выход фазометра и управляющий вход /n-1/-канального коммутатора соединены с БЦВМ.This goal is achieved by the fact that in a satellite communication system consisting of an onboard part, including an onboard computer / BTsVM / and transceiver antennas of the repeater located on the gyro-stabilized platform, and the ground part, the ground part is a transmitter consisting of a series-connected microwave generator, excited at a frequency corresponding to the wavelength λ, a power amplifier and a transmitting antenna, and an additional system is installed on the gyrostabilized platform of the repeater stabilization of the bottom of the repeater, consisting of n receiving antennas, where n = 3, 5, one of which, being the reference, is in the center of the circle with a radius
Figure 00000004

where θ r is the error of gyroscopic stabilization, o , and / n-1 / receiving antennas are located on this circle with an interval of 1/4 of its length, n microwave input amplifiers, n frequency converters, local oscillator, / n-1 / channel switch, a phase meter, with the output of each of the n receiving antennas through a corresponding microwave amplifier connected to the input of the corresponding frequency converter, and the local oscillator output connected to the heterodyne inputs of n frequency converters, the outputs of / n-1 / frequency converters are connected to the corresponding inputs / n-1 / - channel second switch, whose output is connected to a measuring input of the phase meter, the reference input of which is connected to the output of the frequency converter, located in the reference channel, and an output and a control input of the phase meter / n-1 / -channel switch connected to the onboard computer.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой системы спутниковой связи. Figure 1 presents the structural diagram of the proposed satellite communications system.

На фиг.2 изображено расположение плоскости платформы ретранслятора до и после дестабилизирующего вращения. Figure 2 shows the location of the plane of the platform of the repeater before and after the destabilizing rotation.

Система спутниковой связи состоит из бортовой части, включающей БЦВМ 1, приемопередающие антенны ретранслятора 2, расположенные на гидростабилизированной платформе 3, на которой также размещена система дополнительной стабилизации ДН ретранслятора, состоящая из приемных антенн 4,5, входных усилителей СВЧ 6, преобразователей частоты 7, гетеродина 8, четырехканального коммутатора 9, фазометра 10. Наземная часть представляет собой передающую станцию, состоящую из генератора СВЧ 11, усилителя мощности 12 и передающей антенны 13. The satellite communication system consists of an onboard part, including a digital computer 1, transceiver antennas of the repeater 2, located on the hydrostabilized platform 3, which also houses the additional stabilization system of the transponder DN, consisting of receiving antennas 4,5, input microwave amplifiers 6, frequency converters 7, a local oscillator 8, a four-channel switch 9, a phase meter 10. The ground part is a transmitting station, consisting of a microwave generator 11, a power amplifier 12 and a transmitting antenna 13.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

БЦВМ 1, управляя четырехканальным коммутатором 9, подключает на измерительный вход фазометра 10 сигналы приемных антенн 4, расположенных по окружности с радиусом d на расстоянии друг от друга в 1/4 длины окружности /назовем их реперными антеннами/, а в центре этой окружности расположена опорная приемная антенна 5, производит измерения фаз этих сигналов относительно сигнала опорной приемной антенны 5, и на основании этих измерений производит подстройку плоскости платформы 3 к плоскости фазового сигнала наземной передающей антенны 13. The BTSVM 1, controlling a four-channel switch 9, connects the signals of the receiving antennas 4 located on a circle with a radius d at a distance of 1/4 of the circumference of each other / to be called reference antennas / at the center of this circle receiving antenna 5, measures the phases of these signals relative to the signal of the reference receiving antenna 5, and based on these measurements, adjusts the plane of the platform 3 to the plane of the phase signal of the ground transmitting antenna 13.

Рассмотрим механизм восстановления параметров оси дестабилизирующего по измерениям фазы электромагнитной волны от реперных антенн 4, вызванных этим вращением. Consider the mechanism for restoring the parameters of the axis of the electromagnetic wave destabilizing from measurements of the phase of the electromagnetic wave from the reference antennas 4 caused by this rotation.

Как правило, гиростабилизированные платформы расположены из ИСЗ в плоскости, перпендикулярной направлению на Землю. При дестабилизирующих воздействиях, вызывающих вращение ИСЗ вокруг оси, расположенной в плоскости платформы, происходит наибольшее смещение ДН ретранслятора из зоны обслуживания. Этим объясняется выбор расположения системы дополнительной стабилизации на борту ИСЗ. As a rule, gyrostabilized platforms are located from a satellite in a plane perpendicular to the direction to the Earth. With destabilizing influences causing the rotation of the satellite around an axis located in the plane of the platform, the largest displacement of the transponder beam from the service area occurs. This explains the choice of the location of the additional stabilization system on board the satellite.

Как сказано выше, систему дополнительной стабилизации ДН следует расположить в плоскости, нормальной к направлению на Землю /на наземную станцию/. Зона обслуживания, на которую направлен луч ретранслятора ИСЗ, может не совпадать с местом расположения наземной станции. Важно, чтобы связанные с этим погрешности наведения луча ДН на зону обслуживания были незначительными и приемлемыми. As mentioned above, the system of additional DN stabilization should be located in a plane normal to the direction to the Earth / to the ground station /. The service area to which the satellite relay beam is directed may not coincide with the location of the ground station. It is important that the associated errors in directing the beam of the beam to the service area are small and acceptable.

На фиг.2 изображено пространственное расположение платформы ретранслятора 3 до и после дестабилизирующего вращения. Figure 2 shows the spatial location of the platform of the relay 3 before and after the destabilizing rotation.

Свяжем с первоначальной ориентацией приемных антенн 4,5 правую декартовую прямоугольную систему координат /СК/

Figure 00000005
так, что ее центр 0 расположен в центре масс ИСЗ /опорная антенна 5/. Ось
Figure 00000006
направим на первую реперную антенну, ось
Figure 00000007
на вторую /нормальную к первой/. Тогда направление на наземную станцию будет определяться единичным вектором
Figure 00000008
а направление луча ДН - единичным вектором
Figure 00000009

Координаты реперных антенн в СК 0
Figure 00000010

Figure 00000011

где dx, dy-расстояние от опорной антенны к реперным антеннам.We associate with the initial orientation of the receiving antennas 4.5 the right Cartesian rectangular coordinate system / SK /
Figure 00000005
so that its center 0 is located in the center of mass of the satellite / reference antenna 5 /. Axis
Figure 00000006
we direct to the first reference antenna, the axis
Figure 00000007
to the second / normal to the first /. Then the direction to the ground station will be determined by a unit vector
Figure 00000008
and the direction of the beam of the beam is a unit vector
Figure 00000009

Coordinates of reference antennas in SK 0
Figure 00000010

Figure 00000011

where d x , d y is the distance from the reference antenna to the reference antennas.

Измеренная фаза электромагнитной волны жестко связана с проекцией расположения реперных антенн

Figure 00000012
на направление
Figure 00000013
соотношением
Figure 00000014

где φ - фаза электромагнитной волны;
λ - длина волны.The measured phase of the electromagnetic wave is rigidly connected with the projection of the location of the reference antennas
Figure 00000012
to direction
Figure 00000013
the ratio
Figure 00000014

where φ is the phase of the electromagnetic wave;
λ is the wavelength.

Поэтому во всех дальнейших вычислениях будем оперировать только с проекциями ΔRi.
Отметим также, что явная избыточность количества реперных точек (для однозначного определения ориентации плоскости, достаточно опорной, и двух реперных антенн

Figure 00000015
) нужна на тот случай, если антенна опорного канала 5 находится не в центре масс ИСЗ. Тогда при вращениях ИСЗ она также будет претерпевать пространственные перемещения, и изменения проекций двух противоположных реперных антенн, связанные с этим вращением, будут различными. Учесть это явление в первом приближении /для малых смещений опорной антенны от центра масс ИСЗ/ можно простым вычислением среднего арифметического 2-х изменений проекций реперных антенн, расположенных на одной диагонали на направлении
Figure 00000016
Поэтому, не ограничивая общности, дальнейшие вычисления будем производить только для двух реперных антенн
Figure 00000017

Для проекций векторов
Figure 00000018
на направление
Figure 00000019
получим:
Figure 00000020

Под действием дестабилизирующего поворота на угол θ вокруг оси, определяемой в СК
Figure 00000021
единичным вектором
Figure 00000022
, произойдет изменение ориентации векторов реперных антенн
Figure 00000023

Figure 00000024

Изменятся и проекции векторов
Figure 00000025
на направление nc, которые примут значение
Figure 00000026

Фазометр зафиксирует изменение этих проекций относительно первоначальных значений
Figure 00000027

Ограничиваясь членами нулевого и первого порядка малости по параметру θ (ввиду малости угла поворота θ), получим
Figure 00000028

Система уравнений /7/ численно неразрешима. Поэтому, восстанавливая параметры оси дестабилизирующего вращения, примем методическое допущение, что ось вращения находится в плоскости расположения приемных антенн 4,5:
Figure 00000029

Тогда, представляя /8/ в /7/ и производя необходимые вычисления, получим систему уравнений
Figure 00000030

Отсюда следуют расчетные формулы:
Figure 00000031

Figure 00000032

Итак, в предположении, что ось вращения находится в плоскости платформы 3 /COS
Figure 00000033
= 0/ формулы /10/, находим ее параметры: единичный вектор, определяющий направление оси
Figure 00000034
и угол - θ , на который нужно повернуть платформу для того, чтобы вернуть ее в первоначальное положение
Общая погрешность системы стабилизации складывается из методической и аппаратной погрешности, включающей в себя погрешность измерительных приборов.Therefore, in all further calculations we will operate only with projections ΔR i .
We also note that the apparent redundancy of the number of reference points (for unambiguous determination of the orientation of the plane, a sufficient reference, and two reference antennas
Figure 00000015
) is needed in case the antenna of the reference channel 5 is not in the center of mass of the satellite. Then, during the rotation of the satellite, it will also undergo spatial displacements, and the changes in the projections of the two opposite reference antennas associated with this rotation will be different. To take this phenomenon into a first approximation / for small displacements of the reference antenna from the center of mass of the satellite / it is possible to simply calculate the arithmetic average of 2 changes in the projections of the reference antennas located on the same diagonal in the direction
Figure 00000016
Therefore, without loss of generality, further calculations will be performed only for two reference antennas
Figure 00000017

For vector projections
Figure 00000018
to direction
Figure 00000019
we get:
Figure 00000020

Under the influence of a destabilizing rotation through an angle θ around an axis defined in the SK
Figure 00000021
unit vector
Figure 00000022
will change the orientation of the vectors of the reference antennas
Figure 00000023

Figure 00000024

Change and projection vectors
Figure 00000025
in the direction n c , which will take the value
Figure 00000026

The phasometer will record the change in these projections relative to the initial values
Figure 00000027

Restricting ourselves to terms of zero and first order of smallness with respect to the parameter θ (due to the small angle of rotation θ), we obtain
Figure 00000028

The system of equations / 7 / is numerically insoluble. Therefore, restoring the parameters of the axis of the destabilizing rotation, we accept the methodological assumption that the rotation axis is in the plane of the receiving antennas 4,5:
Figure 00000029

Then, introducing / 8 / in / 7 / and making the necessary calculations, we obtain the system of equations
Figure 00000030

Hence the calculated formulas follow:
Figure 00000031

Figure 00000032

So, under the assumption that the axis of rotation is in the plane of the 3 / COS platform
Figure 00000033
= 0 / of the formula / 10 /, we find its parameters: a unit vector that determines the direction of the axis
Figure 00000034
and the angle - θ, on which you need to rotate the platform in order to return it to its original position
The total error of the stabilization system consists of a methodological and hardware error, which includes the error of the measuring instruments.

Под методической погрешностью будем понимать величину угла между первоначальным направлением произвольного единичного вектора

Figure 00000035
луча ДН ретранслятора ИСЗ и его направлением nл после дестабилизирующего вращения вокруг оси
Figure 00000036
на угол θ и восстанавливающим поворотом оси
Figure 00000037
на угол - θx, произведенным по расчетным формулам /10/. Методическая погрешность зависит от взаимного расположения векторов
Figure 00000038
где
Figure 00000039
единичный вектор, задающий ориентацию антенной системы стабилизации, нормальный к плоскости расположения системы дополнительной стабилизации. Еще точнее от величин
Figure 00000040
и
Figure 00000041
(т.к.
Figure 00000042
по условию) в большей степени и от других сочетаний этих векторов в гораздо меньшей степени.By methodological error we mean the value of the angle between the initial direction of an arbitrary unit vector
Figure 00000035
the beam of the AES repeater's beam and its direction n l after destabilizing rotation around the axis
Figure 00000036
angle θ and restoring rotation of the axis
Figure 00000037
angle θ x produced by the calculation formulas / 10 /. The methodological error depends on the relative position of the vectors
Figure 00000038
Where
Figure 00000039
a unit vector defining the orientation of the antenna stabilization system normal to the plane of the location of the additional stabilization system. More precisely from the values
Figure 00000040
and
Figure 00000041
(since
Figure 00000042
by assumption) to a greater extent and from other combinations of these vectors to a much lesser extent.

Таким образом, погрешность стабилизации направления луча ДН ИСЗ минимальна в направлении луча на наземную станцию, минимальная методическая погрешность соответствует вращениям вокруг оси

Figure 00000043
расположенной в плоскости системы дополнительной стабилизации. Последний вывод не является неожиданностью, так как при решении задачи использовалось методическое допущение, что ось вращения лежит в плоскости системы стабилизации, а значит именно такие вращения данная методика отрабатывает лучше всего, с минимальной, практически нулевой методической погрешностью. Максимальная погрешность соответствует дестабилизирующим вращениям при
Figure 00000044
т.е. когда ось вращения направлена на наземную станцию В качестве методической погрешности следует принять ее максимальное значение при
Figure 00000045
При этом направление луча ДН ИСЗ будет определяться выражением
Figure 00000046

а погрешность стабилизации - выражением /12/
Figure 00000047

Формула определяет максимальное значение методической погрешности в зависимости от угла между векторами
Figure 00000048
Так, если предположить, что этот угол равен 6o /зона на Земле с радиусом примерно 4 тыс.км с центром в точке расположения наземной станции/, методическая погрешность не превышает величины, составляющей 0,1 от величины составляющей угла дестабилизирующего вращения, которая полностью определяется гироскопической системой стабилизации.Thus, the error in stabilizing the direction of the beam of the AES DN beam is minimal in the direction of the beam to the ground station, the minimum methodological error corresponds to rotations around the axis
Figure 00000043
located in the plane of the additional stabilization system. The last conclusion is not unexpected, since in solving the problem, the methodological assumption was used that the axis of rotation lies in the plane of the stabilization system, which means that this methodology fulfills such rotations best, with a minimal, practically zero methodological error. The maximum error corresponds to destabilizing rotations at
Figure 00000044
those. when the rotation axis is directed to the ground station As its methodological error, its maximum value should be taken at
Figure 00000045
In this case, the beam direction of the satellite AES beam will be determined by the expression
Figure 00000046

and the stabilization error is expressed by the expression / 12 /
Figure 00000047

The formula determines the maximum value of the methodological error depending on the angle between the vectors
Figure 00000048
So, if we assume that this angle is 6 o / zone on Earth with a radius of about 4 thousand km centered at the location of the ground station /, the methodological error does not exceed a value of 0.1 of the magnitude of the component of the angle of destabilizing rotation, which is completely determined by the gyroscopic stabilization system.

Таким образом, предлагаемая система стабилизации направления луча ДН ретранслятора ИСЗ позволяет на порядок повысить точность любой существующей и установленной на ИСЗ гироскопической системы стабилизации. Thus, the proposed stabilization system for the direction of the beam of the DN of the satellite repeater allows an order of magnitude to increase the accuracy of any gyroscopic stabilization system existing and installed on the satellite.

Аппаратная погрешность незначительна по сравнению с методической, она накладывает лишь определенные требования на основные элементы системы стабилизации. The hardware error is insignificant in comparison with the methodological one; it imposes only certain requirements on the main elements of the stabilization system.

Аппаратная погрешность в основном определяется погрешностью измерения фазы. Связать погрешность стабилизации направления ДН ретранслятора ИСЗ с погрешностью измерения фазы фазометром 10 можно следующим образом. Методически возврат луча ДН осуществляется вращением вокруг оси, находящейся в плоскости системы стабилизации, по формулам /10/, откуда простым дифференцированием в приближении малых θ получим

Figure 00000049

где K = 2π/λ,
λ - длина волны электромагнитного излучения;
dx - радиус окружности, в центре которой находится опорная приемная антенна 5;
δφ - погрешность измерения фазы наземной станции.The hardware error is mainly determined by the phase measurement error. To connect the error in stabilizing the direction of the DN of the satellite repeater with the error in measuring the phase with phase meter 10 can be as follows. Methodically, the return of the MD beam is carried out by rotation around an axis located in the plane of the stabilization system according to the formulas / 10 /, whence we obtain by simple differentiation in the approximation of small
Figure 00000049

where K = 2π / λ,
λ is the wavelength of electromagnetic radiation;
d x is the radius of the circle in the center of which is the reference receiving antenna 5;
δφ is the measurement error of the phase of the ground station.

Выражение /13/ показывает, что аппаратная погрешность восстановления луча ДН в Kdx раз меньше погрешности фазометра. Однако линейные размеры системы приемных антенн нельзя делать сколь угодно большими, т.к. при дестабилизирующим вращении набег фазы электромагнитной волны от реперных антенн 4, вызванный этим вращением, может выйти за диапазон ±180o, что приведет к катастрофическим последствиям.Expression / 13 / shows that the hardware error of the reconstruction of the beam of the beam in Kd x times less than the error of the phase meter. However, the linear dimensions of the receiving antenna system cannot be made arbitrarily large, because with a destabilizing rotation, the incursion of the phase of the electromagnetic wave from the reference antennas 4 caused by this rotation can go beyond the range of ± 180 o , which will lead to catastrophic consequences.

Целесообразный выбор минимального радиуса окружности, на которой расположены реперные антенны 4, определяется тем, что фазовый набег от реперных антенн не должен быть меньше 180o при изменении ориентации ИСЗ в пределах гироскопической погрешности ±θr. То есть

Figure 00000050

Подставляя /14/ в /12/, найдем
Figure 00000051

Выражение /15/ дает максимальную оценку погрешности стабилизации луча ДН в зависимости от ошибки измерения фазы фазометром. Ее можно уменьшить, увеличивая фазовый радиус окружности расположения приемных антенн 4. Но даже эта максимальная оценка не накладывает жестких условий на точность измерения фазы фазометром 10. Так, если положить, что погрешность фазометра составляет 2o (δθ≢2o), то выражение /15/ показывает, что связанная с этим погрешность стабилизации направления луча ДН ретранслятора δθ на два порядка меньше гироскопической погрешности θr, а значит ею можно пренебречь по сравнению с методической погрешностью.A reasonable choice of the minimum radius of the circle on which the reference antennas 4 are located is determined by the fact that the phase incursion from the reference antennas should not be less than 180 o when the satellite orientation changes within the gyroscopic error ± θ r . I.e
Figure 00000050

Substituting / 14 / in / 12 /, we find
Figure 00000051

Expression / 15 / gives the maximum estimate of the error of stabilization of the beam of the beam depending on the error of phase measurement by a phase meter. It can be reduced by increasing the phase radius of the circumference of the location of the receiving antennas 4. But even this maximum estimate does not impose stringent conditions on the accuracy of the phase measurement by the phase meter 10. So, if we assume that the error of the phase meter is 2 o (δθ≢2 o ), then the expression / 15 / shows that the associated error in stabilizing the direction of the beam of the DN of the transponder δθ is two orders of magnitude smaller than the gyroscopic error θ r , which means that it can be neglected in comparison with the methodological error.

Быстродействие системы стабилизации в системе спутниковой системы связи, описанной в прототипе, в целом определяется временем отклика измерительной системы наземных станций и временем приема и выдачи команды управления на борт ИСЗ по командной радиолинии. Быстродействие предлагаемой системы стабилизации будет определяться временем отклика измерительной системы, расположенной на борту ИСЗ. The speed of the stabilization system in the satellite communication system described in the prototype is generally determined by the response time of the measuring system of ground stations and the time of receipt and issuance of a control command on board the satellite via a command radio link. The speed of the proposed stabilization system will be determined by the response time of the measuring system located on board the satellite.

Таким образом, предлагаемая система спутниковой связи обладает следующими преимуществами:
- не задействуются командные радиолинии;
- более высокое быстродействие системы, что следует из предыдущих выводов, а значит улучшается ограничение, накладываемое на величину дестабилизирующего момента вращения;
- низкая стоимость наземной передающей станции позволяет располагать ее в каждой зоне обслуживания, тем самым сводя к минимуму погрешность стабилизации направления луча на зону обслуживания;
- уменьшение потребления энергоресурсов борта ИСЗ, т.к. система дополнительной стабилизации работает на прием, а не на излучение больших мощностей сигналов;
- нет перерыва в работе системы стабилизации при прохождении спутником диска Солнца;
- автономность системы. Из внешних систем требуется только передающая наземная станция, которая фактически является маяком.
Thus, the proposed satellite communications system has the following advantages:
- command radio links are not involved;
- higher system performance, which follows from previous conclusions, which means that the restriction imposed on the value of the destabilizing torque is improved;
- the low cost of the ground-based transmitting station allows it to be located in each service area, thereby minimizing the error in stabilizing the beam direction to the service area;
- a decrease in the consumption of energy resources onboard the satellite, since the additional stabilization system works on reception, and not on the emission of large signal powers;
- there is no interruption in the stabilization system when the satellite passes through the solar disk;
- autonomy of the system. Of external systems, only a transmitting ground station is required, which is actually a beacon.

Источники информации:
1. H 01 Q 1/18, заявка ЕПВ N 0209216, 1987 г.
Sources of information:
1. H 01 Q 1/18, EPO application N 0209216, 1987

2. H 01 Q 21/34, заявка Франции N 2577074, 1987 г. 2. H 01 Q 21/34, French application N 2577074, 1987

3. H 01 Q 3/00, патент США N 4630058, 1986 г. 3. H 01 Q 3/00, US patent N 4630058, 1986

Claims (1)

Система спутниковой связи, состоящая из бортовой части, включающей бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ) и приемопередающие антенны ретранслятора, находящиеся на гиростабилизированной платформе, и наземной части, состоящей из СВЧ передатчика с подключенной к нему передающей антенной, излучающей сигнал на частоте, соответствующей длине волны λ, отличающаяся тем, что на гиростабилизированной платформе ретранслятора установлена система дополнительной стабилизации диаграммы направленности ретранслятора, состоящая из n приемных антенн, где n = 3,5, одна из которых, являясь опорной, находится в центре окружности с радиусом
Figure 00000052

где θr погрешность гироскопической стабилизации,
а (n - 1) антенны расположены по этой окружности с интервалом 1/4 ее длины, n входных усилителей СВЧ, n преобразователей частоты, гетеродина, коммутатора с (n - 1) входами и одним выходом, фазометра, при этом выход каждой из приемных антенн через соответствующий усилитель СВЧ соединен с входом соответствующего преобразователя частоты, а выход гетеродина соединен с гетеродинными входами преобразователей частоты, выходы (n - 1) преобразователей частоты соединены с соответствующими (n - 1) входами коммутатора, выход которого соединен с измерительным входом фазометра, опорный вход которого соединен с выходом преобразователя частоты, находящегося в опорном канале, а выход фазометра и управляющий вход коммутатора соединен с БЦВМ, предназначенной для подключения на измерительный вход фазометра сигналов (n - 1) приемных антенн, измерения фаз этих сигналов посредством фазометра и подстройки плоскости фазового фронта сигналов наземной передающей антенны на основании этих измерений.
Satellite communication system, consisting of an onboard part, including an onboard digital computer (BCM) and transceiver antennas of a repeater located on a gyro-stabilized platform, and a terrestrial part, consisting of a microwave transmitter with a transmitting antenna connected to it, emitting a signal at a frequency corresponding to the wavelength λ, characterized in that on the gyrostabilized platform of the repeater installed system of additional stabilization of the radiation pattern of the repeater, consisting of n receiving x antennas, where n = 3.5, one of which, being a reference, is located in the center of a circle with a radius
Figure 00000052

where θ r the error of gyroscopic stabilization,
and (n - 1) antennas are located along this circle with an interval of 1/4 of its length, n microwave input amplifiers, n frequency converters, local oscillator, a switch with (n - 1) inputs and one output, a phase meter, while the output of each of the receiving antennas through an appropriate microwave amplifier is connected to the input of the corresponding frequency converter, and the local oscillator output is connected to the heterodyne inputs of the frequency converters, the outputs (n - 1) of the frequency converters are connected to the corresponding (n - 1) inputs of the switch, the output of which is connected to the measuring input a phase meter house, the reference input of which is connected to the output of the frequency converter located in the reference channel, and the phase meter output and the control input of the switch are connected to the digital computer, designed to connect the receiving antennas to the measurement input of the phase meter of the signal, measure the phases of these signals by means of the phase meter and adjusting the plane of the phase front of the signals of the ground transmitting antenna based on these measurements.
RU94006987A 1994-02-25 1994-02-25 System for satellite communication RU2124270C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94006987A RU2124270C1 (en) 1994-02-25 1994-02-25 System for satellite communication

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94006987A RU2124270C1 (en) 1994-02-25 1994-02-25 System for satellite communication

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94006987A RU94006987A (en) 1996-04-10
RU2124270C1 true RU2124270C1 (en) 1998-12-27

Family

ID=20152996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94006987A RU2124270C1 (en) 1994-02-25 1994-02-25 System for satellite communication

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124270C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU94006987A (en) 1996-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4599619A (en) Satellite dual antenna pointing system
US4509052A (en) RF Interferometer/Doppler target location system
US5072228A (en) Phased array antenna with temperature compensating capability
CA1314609C (en) Distributed-array radar system comprising an array of interconnected elementary satellites
US5587714A (en) Spacecraft antenna pointing error correction
US5880693A (en) Method and apparatus for the wireless exchange of information between stations
US6825806B2 (en) Satellite methods and structures for improved antenna pointing and wide field-of-view attitude acquisition
US4768034A (en) Radar system for multiple object tracking and discrimination
US4355313A (en) Satellite antenna orientation control method and sensor configuration applying said method
US4057803A (en) Adaptive direction of arrival antennae system
US4157544A (en) Hybrid terminal assist landing
RU2354590C2 (en) Method of controlling orientation of geostationary spacecraft equipped with beacon
US7633432B2 (en) Method and apparatus for precision antenna boresight error estimates
US5771019A (en) Method and system for determining the location of a sense antenna associated with a phased array communication system
US6216983B1 (en) Ephemeris/attitude reference determination using communications links
Murasaki et al. Equivalent edge currents by the modified edge representation: Physical optics components
RU2124270C1 (en) System for satellite communication
US11901630B1 (en) Confocal phased array fed reflector antenna beam stabilization
Linnes et al. Ground antenna for space communication system
JPS6352802B2 (en)
US20240103169A1 (en) Leo satellite, leo satellite system, and control method
Romaniello Advancing technology in electronic surveying
KR20180062920A (en) Satellite collocation orbit controlling method and apparatus
Dickinson et al. A phase-control approach for a large-element coherent microwave power uplink system
Anegawa et al. Tracking laser radar for rendezvous docking-A conceptual design