RU2299837C1 - Method of construction of low-orbital satellite navigation system - Google Patents
Method of construction of low-orbital satellite navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299837C1 RU2299837C1 RU2006101382/11A RU2006101382A RU2299837C1 RU 2299837 C1 RU2299837 C1 RU 2299837C1 RU 2006101382/11 A RU2006101382/11 A RU 2006101382/11A RU 2006101382 A RU2006101382 A RU 2006101382A RU 2299837 C1 RU2299837 C1 RU 2299837C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spacecraft
- orbit
- earth
- radio
- navigational
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к спутниковым навигационным системам и может быть использовано для создания глобального радионавигационного поля для навигации морских, наземных, воздушных, а также низкоорбитальных и высокоорбитальных космических потребителей.The invention relates to satellite navigation systems and can be used to create a global radio navigation field for navigating marine, land, air, as well as low orbit and high orbit space consumers.
Известны спутниковые навигационные системы (RU 2001109386, B64G 1/00, 2003, RU 2181927, H04B 7/185, 2002, US 51129095 Н04В 1/185, 1992, RU 2118055, Н04В 7/185, 1998).Known satellite navigation systems (RU 2001109386,
Известны спутниковые навигационные системы Глонасс и GPS, разработанные в середине восьмидесятых годов двадцатого столетия, и Глонасс - К и Галилео, разрабатываемые в настоящее время. Орбитальная группировка каждой из этих систем состоит из 24-х космических аппаратов (КА), выведенных на орбиты высотой около 20000 км над уровнем поверхности Земли (Ю.А.Степанов. Спутниковая навигация и ее приложение. Москва: Эко-трендз, 2003 с 35-54).Glonass and GPS satellite navigation systems developed in the mid-eighties of the twentieth century, and Glonass-K and Galileo are currently being developed are known. The orbital constellation of each of these systems consists of 24 spacecraft (SC) launched into orbits about 20,000 km above the surface of the Earth (Yu.A. Stepanov. Satellite navigation and its application. Moscow: Eco-Trends, 2003, p. 35 -54).
Такая высота орбиты выбиралась в основном из условия удобства сверки частоты бортовых цезиевых стандартов с частотой наземного водородного стандарта частоты, так как КА этих систем проходят над наземным пунктом управления в одно и то же время каждый день, и из условия уменьшения влияния неоднородностей гравитационного поля Земли. Однако построение группировки навигационных КА производилось в условиях отсутствия в системах межспутниковых, охватывающих всю группировку КА ретрансляторных и измерительных радиолиний, и не является оптимальной с точки зрения стоимости формирования группировки КА и поддержания ее количественного состава, поэтому предлагается способ оптимального с точки зрения стоимости построения системы.Such an orbit altitude was chosen mainly from the convenience of reconciling the frequency of the onboard cesium standards with the frequency of the ground hydrogen frequency standard, since the spacecraft of these systems pass above the ground control point at the same time every day, and from the condition of reducing the influence of inhomogeneities of the Earth's gravitational field. However, the construction of a group of navigation spacecraft was carried out in the absence of inter-satellite systems covering the entire spacecraft group of relay and measuring radio lines, and is not optimal in terms of the cost of forming a spacecraft group and maintaining its quantitative composition, therefore, a method is proposed that is optimal in terms of the cost of building a system.
Технический результат реализации предлагаемого способа заключается в создании низкоорбитальной группировки навигационных КА, которая в сочетании с помехоустойчивой сетью ретрансляционных и измерительных радиолиний, связывающей все КА группировки, с навигационной радиолинией, освещающей верхнюю полусферу, позволяет с гораздо меньшими затратами, чем у существующих и разрабатываемых навигационных систем обеспечить более достоверные и высокоточные навигационные определения сухопутных, морских, воздушных и космических низкоорбитальных и высокоорбитальных потребителей.The technical result of the implementation of the proposed method is to create a low-orbit grouping of navigation satellites, which, in combination with a noise-free network of relay and measuring radio links connecting all the satellites of the constellation, with a navigation radio line illuminating the upper hemisphere, allows for much lower costs than existing and developing navigation systems provide more reliable and high-precision navigation definitions of land, sea, air and space low orbit high-orbit consumers.
Для достижения указанного результата предлагается:To achieve the specified result, it is proposed:
Низкоорбитальная сетевая навигационная система, содержащая N космических аппаратов (КА), число которых определяется из выраженияLow-orbit network navigation system containing N spacecraft (SC), the number of which is determined from the expression
N=mnN = mn
m - число КА в одной орбитальной плоскости,m is the number of spacecraft in one orbital plane,
n - число орбитальных плоскостей в системе.n is the number of orbital planes in the system.
гдеWhere
[] - целая часть числа,[] - the integer part of number,
i - наклонение орбиты КА,i is the inclination of the orbit of the spacecraft,
α - угловой радиус видимости КА с поверхности Земли,α is the angular radius of visibility of the spacecraft from the Earth’s surface,
R3 - радиус Земли,R 3 is the radius of the Earth,
Н - высота орбиты КА,N is the spacecraft orbit,
β - наименьший допустимый угол места видимости КА наземным потребителем, при этом каждый космический аппарат помимо навигационной аппаратуры содержит узел связи, обеспечивающий связь в поглощаемой атмосферой Земли части миллиметрового диапазона волн данного космического аппарата с двумя космическими аппаратами в своей орбитальной плоскости и двумя космическими аппаратами из соседних орбитальных плоскостей, при этом по крайней мере один космический аппарат содержит высокоточный синхрогенератор.β is the smallest permissible elevation angle of the spacecraft’s visibility by the ground consumer, and each spacecraft, in addition to navigation equipment, contains a communication node that provides communication in the Earth’s atmosphere absorbed by a part of the millimeter wave range of this spacecraft with two spacecraft in its orbital plane and two spacecraft from neighboring orbital planes, with at least one spacecraft containing a high-precision synchro-generator.
Конкретно предлагается следующее:Specifically, the following is proposed:
- создать низкоорбитальную группировку КА при высоте орбит КА от 6000 км до 9000 км.- create a low-orbit spacecraft grouping with spacecraft orbits ranging from 6,000 km to 9,000 km.
- обеспечить стабилизацию частоты и времени на КА с помощью защищенных от помех Земли радиолиний.- to provide stabilization of the frequency and time on the spacecraft using radio links protected from Earth interference.
- возложить на эти линии функции измерения взаимного местоположения КА.- assign to these lines the functions of measuring the relative position of the spacecraft.
- обеспечить каждый КА антенной для создания радионавигационного поля в верхней по отношению к КА полусфере.- provide each spacecraft with an antenna to create a radio navigation field in the upper hemisphere with respect to the spacecraft.
Если стабилизацию бортовой частоты КА осуществлять не от атомных стандартов частоты, а с помощью ретрансляционных и измерительных радиолиний, связывающих все КА, то становится возможной оптимизация высоты орбиты КА по стоимости формирования группировки КА. При этом число КА для каждой высоты орбиты подсчитывается по формуле:If stabilization of the onboard frequency of the spacecraft is carried out not from atomic frequency standards, but with the help of relay and measuring radio links connecting all the spacecraft, it becomes possible to optimize the height of the spacecraft's orbit according to the cost of forming the spacecraft grouping. In this case, the number of spacecraft for each height of the orbit is calculated by the formula:
где р - чило КА в одной плоскости орбиты;where p is the spacecraft head in one plane of the orbit;
m - число орбитm is the number of orbits
где:Where:
[] - целая часть числа, 1 - наклонение орбиты КА,[] is the integer part of the number, 1 is the inclination of the orbit of the spacecraft,
α - угловой радиус видимости КА с поверхности Земли,α is the angular radius of visibility of the spacecraft from the Earth’s surface,
R3 - радиус Земли,R 3 is the radius of the Earth,
Н - высота орбиты КА,N is the spacecraft orbit,
β - наименьший допустимый угол места видимости КА наземным потребителем.β is the smallest allowable elevation angle of the spacecraft visibility by the ground consumer.
Затраты L на вывод группировки КА на орбиты могут быть оценены при помощи выражения:The costs L for the derivation of the spacecraft grouping into orbits can be estimated using the expression:
где М - масса КА,where M is the mass of the spacecraft,
- отношение стартовой массы ракеты к массе полезной нагрузки. может быть получен расчетным путем или из многочисленных данных, полученных при выводах полезных нагрузок на орбиты разных высот. - the ratio of the starting mass of the rocket to the mass of the payload. can be obtained by calculation or from numerous data obtained by deriving payloads into orbits of different heights.
Взяв отношение L, соответствующее высоте 20000 км, к L, соответствующему нужной высоте орбиты, мы получим коэффициент В, характеризующий выигрыш при формировании группировки навигационных КА на требуемой высоте орбит КА по сравнению с затратами на формирование группировки КА, имеющих высоты орбит 20000 км. Значения В, рассчитанные для высот орбит от 20000 до 5000 км, и βмин=5° приведены на графике (чертеж)Taking the ratio L corresponding to an altitude of 20,000 km to L corresponding to a desired orbit height, we obtain a coefficient B characterizing the gain in forming a grouping of navigation spacecraft at the required spacecraft orbit compared with the cost of forming a grouping of spacecraft having orbit heights of 20,000 km. The values of B calculated for the altitudes of the orbits from 20,000 to 5,000 km and β min = 5 ° are shown in the graph (drawing)
Ряд 1 - βмин=0°, ряд 2 - βмин=5°, ряд 3 - βмин=10°Row 1 - β min = 0 °, row 2 - β min = 5 °, row 3 - β min = 10 °
Ломаный характер графика значений В и максимумы в районах 7000 км и 14000 км определяются сменой числа КА в группировке на этих высотах.The broken nature of the graph of B values and maxima in the regions of 7000 km and 14000 km are determined by the change in the number of spacecraft in the group at these altitudes.
Максимум коэффициента В в диапазоне высот орбит от 5000 до 20000 км приходится на Н=7000 км, и на этой высоте затраты на формирование группировки навигационных КА будут минимальны.The maximum of coefficient B in the range of orbit heights from 5000 to 20,000 km falls on H = 7000 km, and at this altitude the costs of forming a grouping of navigation spacecraft will be minimal.
Однако точность прогнозирования орбиты КА на такой малой высоте будет ниже, поэтому ниже будет и точность навигационного определения потребителей системы. Но снабдив КА низкоорбитальной группировки сетью межспутниковых измерителей положений КА, мы не только получим уменьшение затрат на формирование группировки, но и высокую точность знания положения КА, а следовательно, и более высокую точность навигационного определения потребителей. Особенно выигрышным такое решение проблемы будет в случае построения измерительной сети в защищенной от помех с поверхности Земли части миллиметрового диапазона радиоволн.However, the accuracy of predicting the spacecraft’s orbit at such a low altitude will be lower, therefore, the accuracy of the navigation determination of system consumers will also be lower. But having equipped the SC of a low-orbit group with a network of inter-satellite satellite position meters, we will not only get a reduction in the cost of forming a group, but also a high accuracy in knowing the position of the SC, and, consequently, a higher accuracy in the navigation determination of consumers. Such a solution to the problem will be especially advantageous if the measuring network is built in the part of the millimeter-wave range of radio waves protected from interference from the Earth's surface.
Одновременно на миллиметровую радиосеть можно возложить и ретрансляцию синхронизации частот навигационных сигналов между КА группировки. Проработки показали, что замена цезиевых стандартов частоты ретрансляторами уменьшит массу каждого КА, что даст дополнительный выигрыш в стоимости его вывода на орбиту.At the same time, a relay of synchronization of frequencies of navigation signals between the spacecraft constellations can be assigned to the millimeter-wave radio network. Studies have shown that replacing cesium frequency standards with repeaters will reduce the mass of each spacecraft, which will give an additional gain in the cost of putting it into orbit.
Таким образом, создав группировку навигационных КА на высоте 7000 км в сочетании с обеспечением этих КА межспутниковыми миллиметрового диапазона радиолиниями ретрансляции синхронизирующих сигналов и измеряющих расстояние между КА группировки, исключив из состава аппаратуры КА цезиевые стандарты частоты, добавив в аппаратуру КА дополнительные навигационные передатчики с антеннами, смотрящими вверх, мы получаем новое качество - повышение точности навигационного определения потребителей системы, дополнительное сплошное радионавигационное поле для навигации высокоорбитальных космических аппаратов при более чем в 2 раза меньших затратах на формирование группировки. Межспутниковые радиолинии должны работать в поглощаемой атмосферой Земли части миллиметрового диапазона волн. Это сделает их устойчивыми к помехам с поверхности Земли.Thus, having created a grouping of navigation satellites at an altitude of 7000 km in combination with providing these satellites with inter-satellite millimeter-band radio links for relaying synchronizing signals and measuring the distance between the satellites, eliminating cesium frequency standards from the spacecraft, adding additional navigation transmitters with antennas to the satellite’s equipment, looking up, we get a new quality - improving the accuracy of the navigation definition of consumers of the system, an additional continuous radio navigation This field for navigation of high-orbit spacecraft at more than 2 times less cost for the formation of the constellation. Inter-satellite radio links should operate in the part of the millimeter wave range absorbed by the Earth’s atmosphere. This will make them resistant to interference from the surface of the Earth.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006101382/11A RU2299837C1 (en) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | Method of construction of low-orbital satellite navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006101382/11A RU2299837C1 (en) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | Method of construction of low-orbital satellite navigation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2299837C1 true RU2299837C1 (en) | 2007-05-27 |
Family
ID=38310667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006101382/11A RU2299837C1 (en) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | Method of construction of low-orbital satellite navigation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2299837C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496233C2 (en) * | 2011-12-09 | 2013-10-20 | Александр Васильевич Гармонов | Low-orbit satellite communication system |
RU2591006C2 (en) * | 2014-09-04 | 2016-07-10 | Открытое акционерное общество "Спутниковая система "Гонец" | Method for controlling space communication system |
RU2690966C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-06-07 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Satellite system controlled by inter-satellite radio link |
-
2006
- 2006-01-18 RU RU2006101382/11A patent/RU2299837C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496233C2 (en) * | 2011-12-09 | 2013-10-20 | Александр Васильевич Гармонов | Low-orbit satellite communication system |
RU2591006C2 (en) * | 2014-09-04 | 2016-07-10 | Открытое акционерное общество "Спутниковая система "Гонец" | Method for controlling space communication system |
RU2690966C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-06-07 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Satellite system controlled by inter-satellite radio link |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Parkinson et al. | A history of satellite navigation | |
US5619211A (en) | Position locating and communication system using multiple satellite constellations | |
US5995040A (en) | Global space radiopositioning and radionavigation system, beacon and receiver used in this system | |
Ai et al. | A positioning system based on communication satellites and the Chinese Area Positioning System (CAPS) | |
US5363110A (en) | Positioning system utilizing artificial satellites and positioning method | |
Ilčev | Global Mobile Satellite Communications Theory | |
RU2299837C1 (en) | Method of construction of low-orbital satellite navigation system | |
Tan | GNSS systems and engineering: the Chinese Beidou navigation and position location satellite | |
Won | Regional navigation system using geosynchronous satellites and stratospheric airships | |
CN111190196B (en) | Detection of spoofing of signals | |
Kanamori et al. | A map-matching based positioning method using Doppler tracking and estimation by a software-defined receiver for multi-constellation LEO satellites | |
Rowlands et al. | Space shuttle precision orbit determination in support of SLA-1 using TDRSS and GPS tracking data | |
EP3771110A1 (en) | Dual channel intermediate frequency combiner | |
RU2009118225A (en) | METHOD FOR CONSTRUCTING A GLOBAL SATELLITE INFORMATION RELAY SYSTEM BETWEEN LOW-ORBIT SPACE INSTRUMENTS AND GROUND RECEIVER TRANSMISSIONS WITH RETURN-RETRO-SATELLITES | |
Ito et al. | Differential positioning experiment using two geostationary satellites | |
Owens et al. | The Feasibility of a VDE-SAT Ranging Service as an Augmentation to GNSS for Maritime Applications | |
Ilcev | Architecture of the global navigation satellite system for maritime applications | |
MacDoran et al. | Codeless GPS systems for positioning of offshore platforms and 3D seismic surveys | |
Stojče Ilčev | Implementation of african satellite augmentation system (ASAS) for maritime applications | |
Revnivykh | Development trends in global satellite navigation | |
Nicol et al. | Future satellite communications to military aircraft | |
RU2181927C1 (en) | Satellite radio navigation system | |
Ilcev | Introduction to polar earth orbits (PEO) in the function of the satellite distress and safety systems (SDSS) | |
Long et al. | Relative navigation of formation-flying satellites | |
Ott et al. | The'STARFIX'satellite navigation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170119 |