RU2305057C1 - Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method - Google Patents

Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method Download PDF

Info

Publication number
RU2305057C1
RU2305057C1 RU2006104487/11A RU2006104487A RU2305057C1 RU 2305057 C1 RU2305057 C1 RU 2305057C1 RU 2006104487/11 A RU2006104487/11 A RU 2006104487/11A RU 2006104487 A RU2006104487 A RU 2006104487A RU 2305057 C1 RU2305057 C1 RU 2305057C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
frequency
doppler frequency
voltage
axis
Prior art date
Application number
RU2006104487/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Ипатов (RU)
Александр Васильевич Ипатов
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Борис Васильевич Койнаш (RU)
Борис Васильевич Койнаш
Андрей Михайлович Финкельштейн (RU)
Андрей Михайлович Финкельштейн
Original Assignee
Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук
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 Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук filed Critical Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук
Priority to RU2006104487/11A priority Critical patent/RU2305057C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2305057C1 publication Critical patent/RU2305057C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: space engineering; spacecraft flying in earth artificial satellite orbit, but for geostationary orbit stabilized by rotation along vertical axis.
SUBSTANCE: system used for realization of this method includes spacecraft case, infra-red horizon pulse sensor, receiving antenna, comparison unit, receiver, Doppler frequency meter, biased blocking oscillator, two AND gates, two rectifiers, pulse generator, pulse counter, switching circuit, magnetic storage, transmitter, transmitting antenna, onboard timing device, onboard master oscillator and emergency object transmitter. Doppler frequency meter includes 90-deg phase shifter, two mixers, two difference frequency amplifiers, 180-deg phase inverter, two AND gates and reversible counter. Frequency of received oscillations is preliminarily reduced in two processing channels.
EFFECT: enhanced accuracy of determination of coordinates due to accurate measurement of minor magnitudes of Doppler frequency and recording its zero magnitude.
3 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к космической технике и может быть использован на космических аппаратах, находящихся на орбите искусственного спутника Земли, кроме геостационарной, стабилизируемых вращением вдоль вертикальной оси.The proposed method relates to space technology and can be used on spacecraft located in the orbit of an artificial Earth satellite, in addition to geostationary, stabilized by rotation along the vertical axis.

Известны способы и системы определения координат аварийного объекта (патенты РФ №№2.155.352, 2.158.003, 2.040.860, 2.59.423, 2.174.092, 2.193.990, 2.201.601, 2.206.902, 2.226.479, 2.240.950; патенты США №№4.161.730, 4.646.090, 4.947.177; Скубко Р.А. и др. Спутник у штурвала. - Л.: Судостроение, 1989. - 168 с. и другие).Known methods and systems for determining the coordinates of an emergency object (RF patents Nos. 2.155.352, 2.158.003, 2.040.860, 2.59.423, 2.174.092, 2.193.990, 2.201.601, 2.206.902, 2.226.479, 2.240 .950; US patents Nos. 4.161.730, 4.646.090, 4.947.177; Skubko R.A. et al. Sputnik at the helm. - L .: Shipbuilding, 1989. - 168 p. And others).

Из известных способов и систем наиболее близким к предлагаемому является "Угломестно-временной доплеровский способ определения координат аварийного объекта" (патент РФ №2.174.092, В64G 1/10, 1999), который и выбран в качестве прототипа.Of the known methods and systems closest to the proposed one is the "Angle-time Doppler method for determining the coordinates of the emergency object" (RF patent No. 2.174.092, B64G 1/10, 1999), which is selected as a prototype.

Согласно известному способу производят поиск такого пространственного положения приемной антенны спутника при наличии факта работы передатчика аварийного объекта, когда частота Доплера принимаемого сигнала равна нулю. В этот момент измеряют угол между осью приемной антенны и осью датчика горизонта. Координаты подспутниковой точки трассы космического аппарата в момент измерения вычисляются. Измерения проводят два раза. По координатам двух подспутниковых точек и двум измерениям указанного угла определяют местоположение аварийного объекта.According to the known method, a search is made for such a spatial position of the satellite’s receiving antenna in the presence of the fact of operation of the transmitter of the emergency object when the Doppler frequency of the received signal is zero. At this point, measure the angle between the axis of the receiving antenna and the axis of the horizon sensor. The coordinates of the sub-satellite point of the spacecraft path at the time of measurement are calculated. Measurements are carried out twice. The coordinates of two sub-satellite points and two measurements of the specified angle determine the location of the emergency object.

Известный способ обеспечивает однозначное определение и повышение точности вычисления координат аварийного объекта, находящегося на поверхности Земли, а также расширение площади просматриваемой поверхности и увеличение отношения сигнал/шум в приемной радиолинии.The known method provides an unambiguous definition and increase the accuracy of calculating the coordinates of an emergency object located on the Earth’s surface, as well as expanding the area of the viewing surface and increasing the signal-to-noise ratio in the receiving radio line.

Для реализации известного способа на аварийном объекте размещается передатчик сигналов, обладающий высокой стабильностью частоты. На борту космического аппарата (КА) размещается измерительное устройство, имеющее в своем составе высокостабильный эталон частоты, частота которого равна частоте аварийного передатчика или отличается от нее на строго фиксированную величину. Сравнение частот принимаемых колебаний с частотой эталона позволяет установить величину доплеровского смещения частоты и по нему определить скорость.To implement the known method, a signal transmitter having high frequency stability is located at the emergency facility. On board the spacecraft (SC) is a measuring device that incorporates a highly stable frequency standard, the frequency of which is equal to the frequency of the emergency transmitter or differs from it by a strictly fixed value. A comparison of the frequencies of the received oscillations with the frequency of the reference allows you to set the magnitude of the Doppler frequency offset and determine the speed from it.

Однако при этом необходимо обеспечить весьма высокую стабильность частоты передатчика и эталонного генератора.However, it is necessary to ensure very high frequency stability of the transmitter and the reference generator.

Действительно, только для того, чтобы заметить доплеровское изменение частоты, возникающее при движении КА со скоростью V, необходимо обеспечить относительную нестабильность частоты излучаемого колебания не ниже чемIndeed, only in order to notice the Doppler frequency change that occurs when the spacecraft moves with speed V, it is necessary to ensure the relative frequency instability of the emitted oscillation is not lower than

Figure 00000002
Figure 00000002

где c - скорость распространения радиоволн.where c is the propagation velocity of radio waves.

При условии, что V=8 км/с, имеемProvided that V = 8 km / s, we have

Figure 00000003
Figure 00000003

Если же требуется не только заменить доплеровское смещение частоты, но и измерить модуль скорости с погрешностью ΔV, то нестабильность частоты должна быть еще значительно снижена, а именно по крайней мере в (V/ΔV) раз. Общая нестабильность частоты излучаемых колебаний δ должна составлятьIf it is necessary not only to replace the Doppler frequency shift, but also to measure the velocity modulus with an error ΔV, then the frequency instability should be significantly reduced, namely, at least (V / ΔV) times. The general instability of the frequency of the emitted oscillations δ should be

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, для измерения малых значений доплеровской частоты Fд и фиксации ее нулевого значения при прохождении КА точки траверза стабильность частоты передатчика аварийного объекта должна быть весьма высокой. Это обстоятельство и является недостатком известного способа и препятствием на пути широкого использования беззапросного метода измерения доплеровской частоты.Thus, in order to measure small values of the Doppler frequency F d and fix its zero value when the spacecraft passes the traverse point, the frequency stability of the transmitter of the emergency facility should be very high. This circumstance is a disadvantage of the known method and an obstacle to the widespread use of the unrequited method of measuring Doppler frequency.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения малых значений доплеровской частоты и фиксации ее нулевого значения путем предварительного понижения частоты принимаемых колебаний с помощью гетеродинирования в двух каналах обработки.An object of the invention is to increase the accuracy of measuring small values of the Doppler frequency and fixing its zero value by preliminary lowering the frequency of the received oscillations using heterodyning in two processing channels.

Поставленная задача решается тем, что согласно угломестно-временному доплеровскому способу определения координат аварийного объекта, находящегося на поверхности Земли с помощью космического аппарата, стабилизированного вращением вдоль вертикальной оси, заключающемуся в том, что при появлении сигнала передатчика аварийного объекта на просматриваемой с космического аппарата полосе на поверхности Земли измеряют частоту Доплера беззапросным методом, находят пространственное положение космического аппарата в момент, когда частота Доплера принимаемого сигнала равна нулю, измеряют в этот момент времени угол между механической осью приемной антенны космического аппарата и осью датчика горизонта с привязкой измерения к бортовому времени, вычисляют координаты подспутниковой точки в момент указанного измерения, при этом измерения проводят два раза и по координатам двух подспутниковых точек и двум измерениям угла между механической осью приемной антенны космического аппарата и осью датчика горизонта определяют местонахождение аварийного объекта на поверхности Земли, для измерения частоты Доплера беззапросным методом используют два канала обработки, в которых принимают сигнал, преобразуют по частоте с использованием задающего генератора, при этом в первом канале обработки напряжение задающего генератора сдвигают по фазе на 90°, выделяют напряжения разностной частоты, усиливают и ограничивают их по амплитуде, преобразуя в клиппированные напряжения прямоугольной формы, клиппированное напряжение первого канала обработки преобразуют в последовательность коротких положительных импульсов, временное положение которых соответствует моментам перехода напряжения через нулевой уровень с положительной производной, а клиппированное напряжение второго канала обработки инвертируют по фазе на 180°, полученными короткими положительными импульсами квантуют положительные соседние напряжения клиппированного напряжения второго канала обработки, сравнивают их между собой и автоматически в цифровой форме определяют не только величину доплеровской частоты, но и ее знак, при нулевом значении доплеровской частоты, что соответствует прохождению космическим аппаратом точки траверза, формируют импульс управления для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала.The problem is solved in that according to the time-angle Doppler method for determining the coordinates of an emergency object located on the Earth’s surface with the help of a spacecraft stabilized by rotation along the vertical axis, which means that when the signal from the transmitter of the emergency object appears on the band viewed from the spacecraft on the Earth’s surface is measured by the Doppler frequency by the non-query method, the spatial position of the spacecraft is found at the moment when the frequency To the lera of the received signal is zero, the angle between the mechanical axis of the receiving antenna of the spacecraft and the axis of the horizon sensor is measured at this time, the coordinates of the sub-satellite point are calculated at the time of the specified measurement, and the measurements are carried out twice and at the coordinates of two sub-satellites points and two measurements of the angle between the mechanical axis of the receiving antenna of the spacecraft and the axis of the horizon sensor determine the location of the emergency object on the Earth’s surface, to measure the Doppler frequency by a non-query method, two processing channels are used in which a signal is received, converted in frequency using a master oscillator, while in the first processing channel, the voltage of the master oscillator is phase shifted by 90 °, the differential frequency voltages are isolated, amplified and limited by amplitude, converting into clipped rectangular voltage, the clipped voltage of the first processing channel is converted into a sequence of short positive pulses, temporary the position of which corresponds to the moments when the voltage passes through the zero level with a positive derivative, and the clipped voltage of the second processing channel is inverted by 180 ° phase, the positive adjacent impulses of the clipped voltage of the second processing channel are quantized by short positive pulses, they are compared and automatically determined in digital form not only the magnitude of the Doppler frequency, but also its sign, at a zero value of the Doppler frequency, which corresponds to the passage the spacecraft traverse point, form a control pulse to allow further processing of the received signal.

Геометрическая схема расположения КА и двух подспутниковых точек показана на фиг.1 и 2. Структурная схема бортовой аппаратуры КА изображена на фиг.3.The geometric arrangement of the spacecraft and two sub-satellite points is shown in figures 1 and 2. The structural diagram of the onboard equipment of the spacecraft is shown in figure 3.

Бортовая аппаратура КА содержит корпус 1, импульсный инфракрасный датчик 2 горизонта и последовательно включенные приемную антенну 3, размещенную на одной оси противоположно инфракрасному датчику 2 горизонта, механическая ось которой не совпадает с осью вращения КА, приемное устройство 5, второй вход которого соединен с выходом бортового задающего генератора 19, измеритель 6 частоты Доплера, устройство 4 сравнения, заторможенный блокинг-генератор 7, схему И 9, второй вход которой через схему И 8 соединен с вторыми выходами приемного устройства 5 и блокинг-генератора 7, вентиль 10, схему 14 коммутации, магнитное запоминающее устройство 15, передатчик 16, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы 14 коммутации, и передающую антенну 17. Ко второму выходу бортового задающего генератора 19 последовательно подключены бортовое временное устройство 18 и вентиль 11, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы И 9, а выход подключен к второму входу схемы 14 коммутации. К выходу импульсного инфракрасного датчика 2 горизонта подключен счетчик 13 импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора 12 импульсов, а выход соединен со вторым входом вентиля 10.The spacecraft on-board equipment includes a housing 1, a pulsed infrared sensor 2 of the horizon and series-connected receiving antenna 3, located on one axis opposite the infrared sensor 2 of the horizon, the mechanical axis of which does not coincide with the axis of rotation of the spacecraft, receiving device 5, the second input of which is connected to the output of the onboard a master oscillator 19, a Doppler frequency meter 6, a comparison device 4, a braked blocking generator 7, a circuit And 9, the second input of which is connected through a circuit And 8 to the second outputs of the receiving device and 5 and a blocking generator 7, a valve 10, a switching circuit 14, a magnetic storage device 15, a transmitter 16, the second input of which is connected to the second output of the switching circuit 14, and a transmitting antenna 17. An on-board temporary is connected to the second output of the on-board timing generator 19 a device 18 and a valve 11, the second input of which is connected to the second output of the AND circuit 9, and the output is connected to the second input of the switching circuit 14. A pulse counter 13 is connected to the output of the pulsed infrared sensor 2 of the horizon, the second input of which is connected to the output of the pulse generator 12, and the output is connected to the second input of the valve 10.

Измеритель 6 частоты Доплера содержит два канала обработки, каждый их которых состоит из последовательно подключенных к первому выходу приемного устройства 5, смесителя 22 (23), второй вход которого соединен с первым выходом бортового задающего генератора 19 через фазовращатель 21 на 90° (и непосредственно), усилителя 24 (25) разностной частоты и усилителя-ограничителя 26 (27). К выходу усилителя-ограничителя 26 последовательно подключены формирователь 28 импульсов, первая схема И 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя 27, и суммирующий вход реверсивного счетчика 32, выход которого подключен к входу устройства 4 сравнения. К выходу усилителя-ограничителя 27 последовательно подключены фазоинвертор 29 на 180° и вторая схема И 31, второй вход которой соединен с выходом формирователя 28 импульсов, а выход подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика 32.The Doppler frequency meter 6 contains two processing channels, each of which consists of a mixer 22 (23) connected in series to the first output of the receiving device 5, the second input of which is connected to the first output of the onboard master oscillator 19 through 90 ° phase shifter 21 (and directly) , a difference frequency amplifier 24 (25) and a limit amplifier 26 (27). The output of the amplifier-limiter 26 is connected in series to the pulse shaper 28, the first circuit And 30, the second input of which is connected to the output of the amplifier-limiter 27, and the summing input of the reverse counter 32, the output of which is connected to the input of the comparison device 4. To the output of the amplifier-limiter 27, a 180 ° phase inverter 29 and a second circuit And 31 are connected in series, the second input of which is connected to the output of the pulse shaper 28, and the output is connected to the subtracting input of the reversible counter 32.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.

Поступательное движение КА по орбите осуществляется с линейной скоростью V. Небольшой отрезок орбиты вблизи от точки А траверза будем считать отрезком прямой линии. Ось вращения КА отклонена от местной вертикали, она не совпадает с механической осью приемной антенны 3. Импульсный датчик 2 горизонта размещен на одной оси противоположно приемной антенне 3 (фиг.1, 2).The translational motion of the spacecraft in orbit is carried out with a linear velocity V. We will consider a small segment of the orbit near point A of the beam to be a segment of a straight line. The axis of rotation of the spacecraft is deviated from the local vertical, it does not coincide with the mechanical axis of the receiving antenna 3. The pulse sensor 2 of the horizon is placed on one axis opposite to the receiving antenna 3 (Fig.1, 2).

Поступательное движение КА, ось вращения которого отклонена от местной вертикали, обеспечивает перемещение линии сканирования диаграммы направленности приемной антенны 3 и последовательный просмотр полосы на поверхности Земли вдоль орбиты космического аппарата. Частота вращения КА выбирается из условия просмотра поверхности Земли без пропуска. Приемная антенна 3 выбирается такой, чтобы ось диаграммы направленности совпадала с механической осью антенны. Для устранения неоднозначности механическая ось приемной антенны 3 космического аппарата сдвигается относительно оси вращения на угол β, равный ширине диаграммы направленности приемной антенны (фиг.1, 2).The translational motion of the spacecraft, the axis of rotation of which is deviated from the local vertical, provides movement of the scanning line of the radiation pattern of the receiving antenna 3 and sequential viewing of the strip on the Earth's surface along the orbit of the spacecraft. The SC rotation frequency is selected from the condition of viewing the Earth's surface without a gap. The receiving antenna 3 is selected so that the axis of the radiation pattern coincides with the mechanical axis of the antenna. To eliminate the ambiguity, the mechanical axis of the receiving antenna 3 of the spacecraft is shifted relative to the axis of rotation by an angle β equal to the width of the radiation pattern of the receiving antenna (Figs. 1, 2).

При появлении сигналаWhen a signal appears

uc(t)=Uccos(ωct+φc), 0≤t≤Tc,u c (t) = U c cos (ω c t + φ c ), 0≤t≤T c ,

где Uc, ωc, φc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигналаwhere U c , ω c , φ c , T c - amplitude, carrier frequency, initial phase and signal duration

передатчика 20 аварийного объекта в просматриваемой полосе на поверхности Земли, он с выхода приемника 5 поступает на первый вход смесителей 22 и 23 измерителя 6 частоты Доплера, на второй вход которых подается напряжение бортового задающего генератора 19 через фазовращатель 21 на 90° и непосредственно соответственно:the transmitter 20 of the emergency object in the visible strip on the Earth’s surface, it is fed from the output of the receiver 5 to the first input of the mixers 22 and 23 of the Doppler frequency meter 6, the second input of which is supplied with the voltage of the onboard master oscillator 19 through the phase shifter 21 by 90 ° and directly, respectively:

uг1(t)=UГ·sin(ωгt+φг),u g1 (t) = U Г sin (ω g t + φ g ),

uг2(t)=UГ·cos(ωгt+φг),u g2 (t) = U Г cos (ω g t + φ g ),

где UГ, ωГ, φГ - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения задающего генератора 19.where U Г , ω Г , φ Г - amplitude, frequency and initial phase of the voltage of the master oscillator 19.

На выходе смесителей 22 и 23 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 24 и 25 выделяются напряжения разностной частоты, т.е. частоты расстройки (частоты биений):At the output of the mixers 22 and 23, voltages of combination frequencies are generated. Amplifiers 24 and 25 are allocated voltage differential frequency, i.e. detuning frequency (beat frequency):

up1(t)=Up·sin(ωpt+φp),u p1 (t) = U p sin (ω p t + φ p ),

up2(t)=Up·cos(ωpt+φp),u p2 (t) = U p cos (ω p t + φ p ),

где

Figure 00000005
Where
Figure 00000005

K1 - коэффициент передачи смесителей;K 1 - gear ratio of the mixers;

ωрcГ - промежуточная частота;ω p = ω cG is the intermediate frequency;

φрсГ,φ p = φ sG ,

которые поступают на входы усилителей-ограничителей 26 и 27 соответственно. При этом если частота ωс принимаемого сигнала выше частоты ωГ задающего генератора 19, то напряжения разностной частоты up1(t) и up2(t), выделяемые усилителями 24 и 25 разностной частоты, будут сдвинуты относительно друг друга на 90°, в противном случае на -90°. Следовательно, фазовый сдвиг на разностной частоте ωр меняется скачком на 180° при изменении знака расстройки.which go to the inputs of the amplifier-limiters 26 and 27, respectively. Moreover, if the frequency ω from the received signal is higher than the frequency ω G of the master oscillator 19, then the voltage of the difference frequency u p1 (t) and u p2 (t), allocated by the amplifiers 24 and 25 of the difference frequency, will be shifted relative to each other by 90 °, otherwise at -90 °. Therefore, the phase shift at the difference frequency ω p changes stepwise by 180 ° with a change in the sign of the detuning.

Измерение разностной частоты ωр производится электронно-счетным методом. Для этого напряжения разностной частоты up1(t) и up2(t) преобразуются с помощью усилителей-ограничителей 26 и 27 в клиппированные напряжения прямоугольной формы. Причем напряжение прямоугольной формы с выхода усилителя-ограничителя 26 с помощью формирователя 28 импульсов преобразуется в последовательность коротких положительных импульсов, временное положение которых соответствует моментам перехода напряжения через нулевой уровень с положительной производной. Напряжение прямоугольной формы с выхода усилителя-ограничителя 27 инвертируется по фазе на 180° с помощью фазоинвертора 29. Полученные короткие положительные импульсы поступают на первые входы схем совпадения И 30 и И 31, на вторые входы которых подается напряжение прямоугольной формы с выхода усилителя-ограничителя 27. Короткие положительные импульсы появляются на выходе той схемы совпадения И 30 и И 31, на выходе которой моменты появления коротких положительных импульсов совпадают с положительным значением прямоугольного напряжения, а их количество будет определяться частотой расстройки ωр. При этом показания реверсивного счетчика 32 будут соответствовать величине и знаку данной расстройки (доплеровской частоты).The measurement of the difference frequency ω r is carried out by the electron-counting method. For this, the voltage of the difference frequency u p1 (t) and u p2 (t) are converted using clipping amplifiers 26 and 27 into clipped square-shaped voltages. Moreover, the voltage of a rectangular shape from the output of the amplifier-limiter 26 with the help of the pulse shaper 28 is converted into a sequence of short positive pulses, the temporary position of which corresponds to the moments of the voltage transition through the zero level with a positive derivative. The rectangular voltage from the output of the amplifier-limiter 27 is inverted 180 ° phase-wise using the phase inverter 29. The received short positive pulses are fed to the first inputs of the matching circuits I 30 and I 31, the second inputs of which are supplied with a rectangular voltage from the output of the amplifier-limiter 27 Short positive impulses appear at the output of the coincidence circuit of I 30 and I 31, at the output of which the moments of occurrence of short positive impulses coincide with the positive value of the rectangular voltage, and their t he will be determined by the frequency detuning ω p. In this case, the readings of the reverse counter 32 will correspond to the magnitude and sign of this detuning (Doppler frequency).

Таким образом, измеритель 6 частоты Доплера позволяет автоматически определять не только величину доплеровской частоты, но и ее знак.Thus, the Doppler frequency meter 6 allows you to automatically determine not only the magnitude of the Doppler frequency, but also its sign.

Достоинством данного измерителя является высокая точность измерения и представление результата измерения в двоичном коде.The advantage of this meter is the high accuracy of the measurement and the presentation of the measurement result in binary code.

При достижении частоты Доплера значения, равного нулю, механическая ось приемной антенны 3 находится в точке траверза. В этот момент устройством 4 сравнения формируется импульс управления для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала. В этот же момент времени измеряется значение угла между осью датчика 2 горизонта и положением механической оси приемной антенны 3 (угла α). Измерения привязываются к бортовому времени устройством 18 и записываются в магнитное запоминающее устройство 15 или передаются через передатчик 16 на наземный приемный пункт. Для определения координат аварийного объекта необходимо измерить угол α и вычислить координаты подспутниковой точки. По координатам двух подспутниковых точек и двум измеренным углам α1 и α2 однозначно определяется местоположение аварийного объекта.When the Doppler frequency reaches a value of zero, the mechanical axis of the receiving antenna 3 is at the point of the beam. At this point, the control device 4 generates a control pulse to enable further processing of the received signal. At the same time, the angle between the axis of the horizon sensor 2 and the position of the mechanical axis of the receiving antenna 3 (angle α) is measured. The measurements are tied to the on-board time by the device 18 and recorded in the magnetic storage device 15 or transmitted through the transmitter 16 to the ground receiving station. To determine the coordinates of the emergency object, it is necessary to measure the angle α and calculate the coordinates of the sub-satellite point. The coordinates of two sub-satellite points and two measured angles α 1 and α 2 uniquely determine the location of the emergency object.

Вычисление координат аварийного объекта возможно на борту КА при наличии бортовой цифровой вычислительной машины либо на наземном приемном пункте.Calculation of the coordinates of the emergency facility is possible on board the spacecraft in the presence of an on-board digital computer or at a ground-based receiving point.

В исходном состоянии до попадания сигнала с передатчика 20 аварийного объекта в диаграмму направленности приемной антенны 3 на выходе приемника 5 сигнал отсутствует. На выходе схемы совпадения И 8 - нуль. Схема совпадения И 9 закрыта, на выходах схемы совпадения И 9 - нуль. Импульсный или инфракрасный датчик 2 горизонта в момент пересечения трассы космического аппарата вырабатывает импульс, который обнуляет счетчик 13 импульсов. С генератора 12 импульсов импульсы поступают на счетчик 13. Схема совпадения И 9 закрыта, вентили 10, 11 - закрыты.In the initial state, before the signal from the transmitter 20 of the emergency object hits the radiation pattern of the receiving antenna 3, there is no signal at the output of the receiver 5. At the output of the coincidence circuit And 8 is zero. The coincidence circuit And 9 is closed, at the outputs of the coincidence circuit And 9 is zero. A pulse or infrared sensor 2 of the horizon at the moment of crossing the path of the spacecraft generates a pulse, which resets the counter 13 pulses. From the generator 12 pulses, the pulses are fed to the counter 13. The coincidence circuit And 9 is closed, valves 10, 11 are closed.

При появлении сигнала с передатчика 20 аварийного объекта в полосе земной поверхности, просматриваемой диаграммой направленности приемной антенны 3, появляется сигнал на выходе приемника 5. На выходе схемы совпадения И 8 - единица. При достижении значения частоты Доплера на выходе измерителя 6, равного нулю, открывается устройство 4 сравнения, которое формирует импульс управления. Последний запускает заторможенный блокинг-генератор 7, на выходах схемы совпадения И 9 появляется единица. Открываются вентили 10, 11. Информация о значении угла α (количество импульсов, записанных в счетчик 13 импульсов) и времени измерения записывается через схему 14 коммутации на магнитное запоминающее устройство 15. В зоне приема наземного пункта управления космическим аппаратом информация сбрасывается с магнитного запоминающего устройства 15 через передатчик 16 и передающую антенну 17.When a signal appears from the transmitter 20 of the emergency object in the strip of the earth’s surface viewed by the radiation pattern of the receiving antenna 3, a signal appears at the output of the receiver 5. At the output of the matching circuit, And 8 is one. Upon reaching the value of the Doppler frequency at the output of the meter 6, equal to zero, opens the device 4 comparison, which generates a control pulse. The latter starts the braked blocking generator 7, at the outputs of the matching circuit And 9 a unit appears. Valves 10, 11 open. Information about the value of the angle α (the number of pulses recorded in the pulse counter 13) and the measurement time is recorded through the switching circuit 14 to the magnetic storage device 15. In the reception area of the ground control unit of the spacecraft, the information is reset from the magnetic storage device 15 through the transmitter 16 and the transmitting antenna 17.

При срабатывании импульсного датчика 2 горизонта система возвращается в исходное состояние.When triggered by a pulse sensor 2 horizon, the system returns to its original state.

Последовательность описанных выше операций позволяет однозначно определять координаты аварийного объекта, сократить время его поиска, увеличить площадь просматриваемой поверхности Земли за счет сканирования приемной диаграммы направленности, увеличить соотношение сигнал/шум приемной радиолинии за счет использования приемных антенн с узкой диаграммой направленности.The sequence of operations described above allows you to uniquely determine the coordinates of the emergency object, reduce its search time, increase the area of the Earth’s surface by scanning the receiving radiation pattern, and increase the signal-to-noise ratio of the receiving radio line by using receiving antennas with a narrow radiation pattern.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение точности измерения малых значений доплеровской частоты и фиксацию ее нулевого значения. Это достигается путем предварительного понижения частоты принимаемых колебаний с помощью гетеродинирования в двух каналах обработки. Достоинством предлагаемого способа является также представление результата измерения в двоичном коде.Thus, the proposed method in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides increased accuracy of measurement of small values of the Doppler frequency and fixation of its zero value. This is achieved by preliminary lowering the frequency of the received oscillations by heterodyning in two processing channels. The advantage of the proposed method is also the presentation of the measurement result in binary code.

В системе, реализующей предложенный способ, не проявляется каких-либо специфических жестких требований к стабильности несущей частоты ωс, излучаемой передатчиком аварийного объекта. Это является ее существенным преимуществом.In the system that implements the proposed method, there are no specific strict requirements for the stability of the carrier frequency ω s emitted by the transmitter of the emergency facility. This is its significant advantage.

Claims (1)

Угломестно-временной доплеровский способ определения координат аварийного объекта, находящегося на поверхности Земли, с помощью космического аппарата, стабилизируемого вращением вдоль вертикальной оси, заключающийся в том, что при появлении сигнала передатчика аварийного объекта на просматриваемой с космического аппарата полосе на поверхности Земли измеряют частоту Доплера беззапросным методом, находят пространственное положение космического аппарата в момент, когда частота Доплера принимаемого сигнала равна нулю, измеряют в этот момент времени угол между механической осью приемной антенны космического аппарата и осью датчика горизонта с привязкой измерения к бортовому времени, вычисляют координаты подспутниковой точки в момент указанного измерения, при этом измерения проводят два раза и по координатам двух подспутниковых точек и двум измерениям угла между механической осью приемной антенны космического аппарата и осью датчика горизонта определяют местоположение аварийного объекта на поверхности Земли, отличающийся тем, что для измерения частоты Доплера беззапросным методом используют два канала обработки, в которых принимаемый сигнал преобразуют по частоте с использованием бортового задающего генератора, при этом в первом канале обработки напряжение задающего генератора сдвигают по фазе на 90°, выделяют напряжения разностной частоты, усиливают и ограничивают их по амплитуде, преобразуют в клиппированные напряжения прямоугольной формы, клиппированное напряжение первого канала обработки преобразуют в последовательность коротких положительных импульсов, временное положение которых соответствует моментам перехода напряжения через нулевой уровень с положительной производной, а клиппированное напряжение второго канала обработки инвертируют по фазе на 180°, полученными короткими положительными импульсами квантуют положительные соседние напряжения клиппированного напряжения второго канала обработки, сравнивают их между собой и автоматически в цифровой форме определяют не только величину доплеровской частоты, но и ее знак, при нулевом значении доплеровской частоты, что соответствует прохождению космическим аппаратом точки траверза, формируют импульс управления для разрешения дальнейшей обработки принимаемого сигнала.An angular-temporal Doppler method for determining the coordinates of an emergency object located on the Earth’s surface using a spacecraft stabilized by rotation along the vertical axis, namely, when a signal from the transmitter of an emergency object appears on a strip viewed from the spacecraft on the Earth’s surface, the Doppler frequency is measured without a query method, find the spatial position of the spacecraft at the moment when the Doppler frequency of the received signal is zero, measure it moment of time, the angle between the mechanical axis of the receiving antenna of the spacecraft and the axis of the horizon sensor with reference to the flight time, calculate the coordinates of the sub-satellite point at the time of the specified measurement, while the measurements are carried out twice and the coordinates of the two sub-satellite points and two measurements of the angle between the mechanical axis of the receiving the antennas of the spacecraft and the axis of the horizon sensor determine the location of the emergency object on the Earth's surface, characterized in that for measuring the Doppler frequency b by request, two processing channels are used in which the received signal is converted in frequency using the onboard master oscillator, while in the first processing channel, the voltage of the master oscillator is phase shifted by 90 °, the differential frequency voltages are isolated, amplified and limited in amplitude, converted into clipped rectangular voltage, the clipped voltage of the first processing channel is converted into a sequence of short positive pulses, the temporary position of which corresponds to the moments of voltage transition through the zero level with a positive derivative, and the clipped voltage of the second processing channel is inverted by 180 ° phase, the positive adjacent voltage of the clipped voltage of the second processing channel is quantized by short positive pulses, they are compared with each other and not only automatically determined digitally the magnitude of the Doppler frequency, but also its sign, at a zero value of the Doppler frequency, which corresponds to the passage of the spacecraft th point of the beam on, generating a control pulse to permit further processing of the received signal.
RU2006104487/11A 2006-02-13 2006-02-13 Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method RU2305057C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006104487/11A RU2305057C1 (en) 2006-02-13 2006-02-13 Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006104487/11A RU2305057C1 (en) 2006-02-13 2006-02-13 Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2305057C1 true RU2305057C1 (en) 2007-08-27

Family

ID=38597071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006104487/11A RU2305057C1 (en) 2006-02-13 2006-02-13 Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2305057C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116886133A (en) * 2023-09-06 2023-10-13 北京奥威通科技有限公司 Intelligent reflecting surface optimization method and system for rail traffic communication

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116886133A (en) * 2023-09-06 2023-10-13 北京奥威通科技有限公司 Intelligent reflecting surface optimization method and system for rail traffic communication
CN116886133B (en) * 2023-09-06 2024-02-13 北京奥威通科技有限公司 Intelligent reflecting surface optimization method and system for rail traffic communication

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7298325B2 (en) Technique for accurate estimate of large antenna inertial two dimensional orientation using relative GPS spatial phase
US6111536A (en) System and method for distance measurement by inphase and quadrature signals in a radio system
Moccia et al. Spaceborne bistatic synthetic aperture radar for remote sensing applications
EP1279970A2 (en) A system for monitoring a feature of a surface with broad swath and high resolution
US20060262004A1 (en) Method for producing map images of surface sea current velocity vectors and altimetric radar system using the method
Pierrottet et al. Flight test performance of a high precision navigation Doppler lidar
Zhang et al. An innovative push-to-talk (PTT) synchronization scheme for distributed SAR
Fried Principles and performance analysis of Doppler navigation systems
Martin-Neira et al. Study of a constellation of bistatic radar altimeters for mesoscale ocean applications
RU2275650C1 (en) Method for location of space vehicles
RU2305057C1 (en) Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method
RU2329921C2 (en) Elevation-time doppler method of determination of spacecraft in distress coordinates
WO1984001832A1 (en) Method and apparatus for deriving pseudo range from earth-orbiting satellites
US3141167A (en) Navigation system
RU2726916C1 (en) Method of determining orientation of spacecraft based on signals of navigation satellites
Vavriv et al. Cost-effective Ku-band airborne SAR with Doppler centroid estimation, autofocusing, and indication of moving targets
RU2706638C2 (en) Method of determining orientation of spacecraft based on signals of navigation satellites
RU2328416C1 (en) Elevation doppler system for emergency object positioning
Clegg et al. Doppler navigation
RU2764935C1 (en) Method for determining the orientation of a space vehicle based on signals from navigation satellites
RU2302645C1 (en) Elevation-time doppler method for determining coordinates of emergency object
Sauta et al. Principles of radio navigation for ground and ship-based aircrafts
RU2174092C2 (en) Doppler method of determining coordinates of emergency object by elevation angle and time
RU2313477C1 (en) Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method
Van Baelen Comparison of clear air atmospheric radar techniques for the study of atmospheric dynamics in the troposphere and the stratosphere

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080214