RU2313477C1 - Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method - Google Patents

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

Info

Publication number
RU2313477C1
RU2313477C1 RU2006122642/11A RU2006122642A RU2313477C1 RU 2313477 C1 RU2313477 C1 RU 2313477C1 RU 2006122642/11 A RU2006122642/11 A RU 2006122642/11A RU 2006122642 A RU2006122642 A RU 2006122642A RU 2313477 C1 RU2313477 C1 RU 2313477C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
frequency
phase
axis
receiving antenna
Prior art date
Application number
RU2006122642/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Александр Павлович Ковалев (RU)
Александр Павлович Ковалев
Александр Павлович Доронин (RU)
Александр Павлович Доронин
Алевтин Иванович Юнак (RU)
Алевтин Иванович Юнак
Владимир Александрович Кузнецов (RU)
Владимир Александрович Кузнецов
Original Assignee
Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
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 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского filed Critical Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
Priority to RU2006122642/11A priority Critical patent/RU2313477C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2313477C1 publication Critical patent/RU2313477C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: space engineering; operation of spacecraft flying in orbit of artificial earth satellite, but for geostationary orbit, which are stabilized by rotation along vertical axis, as well as ground reception points.
SUBSTANCE: system used for realization of this method includes emergency object transmitter, onboard equipment of spacecraft and ground equipment of reception point. Onboard equipment of spacecraft includes horizon sensor, receiving antenna, comparison unit, receiver, Doppler frequency meter, blocking oscillator, two AND gates, two rectifiers, pulse generator, pulse counter, switching circuit, magnetic memory, transmitter, transmitting antenna, modulating code shaper, RF generator and power amplifier. Ground equipment of reception point includes receiving antenna, RF amplifier, two mixers, standard frequency unit, phase doubler, three narrow-band filters, phase scale-of-two circuit, phase detector, Doppler frequency meter, computer and recording unit. Proposed method consists in search of such space position of space object by receiving antenna when Doppler frequency of received signal is equal to zero. Measurement at this moment of angle between mechanical axle of receiving antenna and horizon axis is carried out referring to onboard receiving unit.
EFFECT: extended functional capabilities; enhanced accuracy of determination of spacecraft orbit elements; reduction of time required for search of emergency object.
5 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, и на наземных приемных пунктах.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 the geostationary, stabilized by rotation along the vertical axis, and at ground receiving points.

Известны способы и системы определения координат аварийного объекта (патенты РФ №2155352, 2158003, 2040860, 2059423, 2174092, 2193990, 2201601, 2206902, 2226479, 2240950; патенты США №4161730, 4646090, 4947177; Скубко Р.А. и др. Спутник у штурвала. - Л.: Судостроение, 1989, с.168 и другие).Known methods and systems for determining the coordinates of an emergency object (RF patents No. 2155352, 2158003, 2040860, 2059423, 2174092, 2193990, 2201601, 2206902, 2226479, 2240950; US patents No. 4161730, 4646090, 4947177; Skubko R.A. et al. Sputnik at the helm. - L .: Shipbuilding, 1989, p.168 and others).

Из известных способов и систем наиболее близким к предлагаемому является «Угломестно-временной доплеровский способ определения координат аварийного объекта» (патент РФ №2174092, 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 an emergency object" (RF patent No. 2174092, 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.

Однако известный способ не полностью реализует свои потенциальные возможности. Он может использоваться и для уточнения элементов орбиты космического аппарата при его прохождении над наземным приемным пунктом.However, the known method does not fully realize its potential capabilities. It can also be used to clarify the elements of the orbit of the spacecraft as it passes over the ground receiving point.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем уточнения элементов орбиты космического аппарата при его прохождении над наземным приемным пунктом.An object of the invention is to expand the functionality of the method by clarifying the elements of the orbit of the spacecraft as it passes above the ground receiving point.

Поставленная задача решается тем, что согласно угломестно-временному доплеровскому способу определения координат аварийного объекта, находящегося на поверхности Земли, с помощью космического аппарата, стабилизируемого 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 местоположение аварийного объекта на поверхности Земли, на борту космического аппарата формируют модулирующий код, содержащий информацию о значении угла между механической осью приемной антенны космического аппарата и осью датчика горизонта, манипулируют им фазу высокочастотного колебания, формируя сложный сигнал с фазовой манипуляцией, усиливают его по мощности, излучают в эфир, принимают на наземном приемном пункте при прохождении над ним космического аппарата, преобразуют принимаемый сложный сигнал с фазовой манипуляцией по частоте с использованием напряжения первой эталонной частоты, выделяют напряжение промежуточной частоты, последовательно умножают и делят его фазу на два, выделяют гармоническое колебание промежуточной частоты, используют его для синхронного детектирования принимаемого сложного сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и используют его для определения местоположения аварийного объекта на поверхности Земли, одновременно гармоническое колебание промежуточной частоты преобразуют по частоте с использованием напряжения второй эталонной частоты, выделяют колебание доплеровской частоты, определяют величину, знак и нулевое значение доплеровской частоты и используют их для уточнения элементов орбиты космического аппарата.The problem is solved in that according to the angle-time 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, which consists in the fact that when the signal from the transmitter of the emergency object appears on the band viewed from the spacecraft on the surface of the Earth, the Doppler frequency is measured by a non-query method, the spatial position of the spacecraft is found at the moment when the Doppler frequency The received signal is equal to 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 this measurement, and the measurements are made twice and 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, a modulating code is generated on board the spacecraft containing information about the angle between the mechanical axis of the receiving antenna of the spacecraft and the axis of the horizon sensor, manipulate it with the phase of high-frequency oscillations, form a complex signal with phase manipulation, amplify it by power, radiate it into the air, receive it at the ground receiving paragraph when passing over it a spacecraft, convert the received complex signal with phase shift keying in frequency using the voltage of the first reference frequency, isolate the intermediate frequency voltage, multiply and divide its phase by two, isolate the harmonic oscillation of the intermediate frequency, use it to synchronously detect the received complex signal with phase manipulation at the intermediate frequency, isolate a low-frequency voltage proportional to the modulating code, and use it to determine the location of the emergency of an object on the Earth’s surface, at the same time the harmonic oscillation of the intermediate frequency is converted in frequency using m second voltage reference frequency oscillation isolated Doppler frequency value is determined, the sign and the value zero Doppler frequency and use them to update the elements of the spacecraft's orbit.

Геометрическая схема расположения космического аппарата 1, импульсного инфракрасного датчика 2 горизонта и приемной антенны 3, размещенной на одной оси противоположно датчику 2 горизонта, показана на фиг.1. Принцип определения доплеровского сдвига частоты передатчика КА иллюстрируется на фиг.2. Зависимость доплеровской частоты от времени изображена на фиг.3. Структурная схема системы, реализующей предлагаемый способ, представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие работу системы, изображены на фиг.5.The geometric arrangement of the spacecraft 1, the pulsed infrared sensor 2 of the horizon and the receiving antenna 3, located on the same axis opposite the sensor 2 of the horizon, is shown in figure 1. The principle of determining the Doppler frequency shift of the spacecraft transmitter is illustrated in figure 2. The dependence of the Doppler frequency on time is shown in Fig.3. The structural diagram of a system that implements the proposed method is presented in figure 4. Timing diagrams explaining the operation of the system are depicted in figure 5.

Система содержит передатчик 20 аварийного объекта (аварийного радиобуя АРБ), бортовую аппаратуру космического аппарата и наземную аппаратуру приемного пункта.The system comprises a transmitter 20 of the emergency facility (emergency ARB beacon), spacecraft onboard equipment and ground receiving equipment.

Бортовая аппаратура КА содержит последовательно включенные приемную антенну 3, приемник 5, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора 19, измеритель 6 частоты Доплера, устройство 4 сравнения, заторможенный блокинг-генератор 7, схему совпадения И 8, второй вход которой соединен с вторым выходом приемника 5, схему совпадения И 9, второй вход которой соединен с вторым выходом блокинга-генератора 7, вентиль 10, второй вход которого через счетчик 13 импульсов соединен с выходами датчика 2 горизонта и генератора 12 импульсов, схему коммутации 14, магнитное запоминающее устройство 15, формирователь 21 модулирующего кода, фазовый манипулятор 23, второй вход которого через генератор 22 высокой частоты соединен с вторым выходом схемы 14 коммутации, усилитель 24 мощности и передающую антенну 17. Генератор 22 высокой частоты, фазовый манипулятор 23 и усилитель 24 мощности образуют передатчик 16.The spacecraft on-board equipment contains a receiving antenna 3 in series, a receiver 5, the second input of which is connected to the first output of the master oscillator 19, a Doppler frequency meter 6, a comparison device 4, a braked blocking generator 7, a matching circuit And 8, the second input of which is connected to the second the output of the receiver 5, the coincidence circuit And 9, the second input of which is connected to the second output of the blocking generator 7, a valve 10, the second input of which is connected through the pulse counter 13 to the outputs of the horizon sensor 2 and the pulse generator 12, mu switching 14, magnetic storage device 15, driver 21 of the modulating code, phase manipulator 23, the second input of which is connected via the high-frequency generator 22 to the second output of the switching circuit 14, power amplifier 24 and transmitting antenna 17. High-frequency generator 22, phase manipulator 23 and a power amplifier 24 forms a transmitter 16.

Наземная аппаратура приемного пункта 25 содержит последовательно включенные приемную антенну 26, усилитель 27 высокой частоты, первый смеситель 28, второй вход которого соединен с первым выходом блока 29 эталонных частот, усилитель 30 промежуточной частоты, удвоитель 31 фазы, первый узкополосный фильтр 32, делитель 33 фазы на два, второй узкополосный фильтр 34, фазовый детектор 35, второй вход которого соединен с выходом усилителя 30 промежуточной частоты, вычислительный блок 39 и блок 40 регистрации. К выходу второго узкополосного фильтра 34 последовательно подключены второй смеситель 36, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 29 эталонных частот, третий узкополосный фильтр 37 и измеритель 38 частоты Доплера, выход которого подключен к второму входу вычислительного блока 39.The ground equipment of the receiving station 25 includes a receiving antenna 26 connected in series, a high-frequency amplifier 27, a first mixer 28, the second input of which is connected to the first output of the reference frequency unit 29, an intermediate frequency amplifier 30, a phase doubler 31, a first narrow-band filter 32, a phase divider 33 two, a second narrow-band filter 34, a phase detector 35, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier 30, a computing unit 39 and a recording unit 40. To the output of the second narrow-band filter 34, a second mixer 36 is connected in series, the second input of which is connected to the second output of the reference frequency unit 29, the third narrow-band filter 37 and the Doppler frequency meter 38, the output of which is connected to the second input of the computing unit 39.

Сущность предлагаемого способа состоит в поиске такого пространственного положения приемной антенны 3 КА, стабилизируемого вращением вдоль вертикальной оси, при наличии факта работы передатчика 20 аварийного объекта, когда частота Доплера принимаемого сигнала равна нулю, измерение в этот момент времени угла между механической осью приемной антенны 3 КА и осью горизонта с привязкой измерения к бортовому временному устройству 18. Измерения записываются в магнитное запоминающее устройство 15 и передаются по радиолинии на наземный приемный пункт 25. Координата подспутниковой точки в момент измерений вычисляется. Измерения проводятся не менее двух раз. По координатам двух подспутниковых точек и двум измеренным углам между механической осью приемной антенны 3 КА и осью горизонта определяется местоположение аварийного объекта.The essence of the proposed method consists in finding such a spatial position of the receiving antenna 3 KA, stabilized by rotation along the vertical axis, if there is a fact of operation of the transmitter 20 of the emergency object, when the Doppler frequency of the received signal is zero, the measurement at this point in time of the angle between the mechanical axis of the receiving antenna 3 KA and the axis of the horizon with reference measurements to the on-board temporary device 18. The measurements are recorded in the magnetic storage device 15 and transmitted over the air to the ground receiving paragraph 25. The coordinate of the sub-satellite point at the time of measurement is calculated. Measurements are taken at least two times. The coordinates of the two sub-satellite points and the two measured angles between the mechanical axis of the receiving antenna 3 KA and the axis of the horizon determines the location of the emergency object.

Принцип определения параметров орбиты КА с помощью доплеровской беззапросной системы, при которой на борту КА расположен передатчик, а на Земле - измерительное устройство, иллюстрируется фиг.2 и 3.The principle of determining the parameters of the spacecraft’s orbit using the Doppler unquestioning system, in which a transmitter is located on board the spacecraft and a measuring device is located on Earth, is illustrated in FIGS. 2 and 3.

Доплеровская частота определяется на основании соотношенияDoppler frequency is determined based on the ratio

Figure 00000002
Figure 00000002

где λ - рабочая длина волны,where λ is the working wavelength,

r - текущее расстояние от КА до наземного приемного пункта (0).r is the current distance from the spacecraft to the ground receiving point (0).

Вектор движения КА

Figure 00000003
может быть направлен под любым углом к линии радиосвязи. Связь радиальной составляющей Vr с модулем V находится при задании конкретного закона движения КА, определяющего вид функции r=r(t).Spacecraft motion vector
Figure 00000003
can be directed at any angle to the radio link. The connection of the radial component V r with the module V is determined by specifying a specific law of motion of the spacecraft, which determines the form of the function r = r (t).

Пусть наблюдаемая траектория движения КА S1-S2 не проходит через наземный приемный пункт О, относительно которого ведется отчет расстояний. Кратчайшее расстояние между приемником и передатчиком при нахождении последнего в точке S0 составляет r0 (фиг.2). Это так называемая точка траверза. Время отсчитывается от момента t=0, соответствующего прохождению КА через точку S1. Расстояние между S1 и S0 обозначим через l0, момент прохождения точки S0 - через t0.Let the observed trajectory of the spacecraft S 1 -S 2 not pass through the ground receiving point O, relative to which a distance report is conducted. The shortest distance between the receiver and the transmitter when the latter is at the point S 0 is r 0 (figure 2). This is the so-called traverse point. The time is counted from the moment t = 0, corresponding to the passage of the spacecraft through the point S 1 . The distance between S 1 and S 0 is denoted by l 0 , the moment of passage of the point S 0 - by t 0 .

Зависимость доплеровской частоты от времени имеет следующий вид:The time dependence of the Doppler frequency has the following form:

Figure 00000004
Figure 00000004

где знак «плюс» соответствует условию 0≤t≤t0 (сближение), а знак «минус» - условию t0<t≤∞ (удаление).where the plus sign corresponds to the condition 0≤t≤t 0 (rapprochement), and the minus sign corresponds to the condition t 0 <t≤∞ (deletion).

Указанное выражение показывает, что доплеровская частота зависит как от V и λ, так и от t, r0 и l0. Причем зависимость от времени нелинейная (фиг.3).The indicated expression shows that the Doppler frequency depends on both V and λ, as well as t, r 0 and l 0 . Moreover, the dependence on time is nonlinear (Fig. 3).

На линейном участке вблизи точки перегибаIn a linear section near the inflection point

Figure 00000005
Figure 00000005

и тогдаand then

Figure 00000006
Figure 00000006

Дифференцируя это выражение по времени, можно найти выражение для производной от доплеровской частоты:Differentiating this expression with respect to time, we can find an expression for the derivative of the Doppler frequency:

Figure 00000007
Figure 00000007

Видно, что значение

Figure 00000008
не зависит от начала наблюдений (l0).It is seen that the value
Figure 00000008
independent of the start of observations (l 0 ).

Из последнего выражения следует, что, зная скорость V и длину волны λ, а также измерив производную

Figure 00000009
можно найти кратчайшее расстояниеIt follows from the last expression that, knowing the velocity V and the wavelength λ, as well as measuring the derivative
Figure 00000009
can find the shortest distance

Figure 00000010
Figure 00000010

По величинам V и r0 рассчитывают элементы орбиты КА.The values of V and r 0 calculate the elements of the orbit of the spacecraft.

Особенностью беззапросного метода измерения радиальной скорости является необходимость использования эталонов частоты. При условии, что погрешность измерения радиальной скорости не должна превышать десятой доли метра в секунду, допустимая относительная нестабильность эталонов частоты в течении всего времени функционирования системы не должна превышать 10-10. Столь высоким требованиям к стабильности частоты удовлетворяют квантовые эталоны частоты.A feature of the non-request method of measuring radial velocity is the need to use frequency standards. Provided that the error in measuring the radial velocity should not exceed a tenth of a meter per second, the permissible relative instability of the frequency standards during the entire time the system operates should not exceed 10 -10 . Such high requirements for frequency stability are satisfied by quantum frequency standards.

В приемнике беззапросной системы измерения радиальной скорости осуществляется двухкратное преобразование частоты. Оно необходимо потому, что относительное значение доплеровского сдвига

Figure 00000011
равное отношению скорости
Figure 00000012
не превышает 10-4. В этих условиях выделение доплеровского сдвига при однократном преобразовании частоты требует использования контуров с очень высокой, практически недостижимой добротностью.In the receiver of a non-requesting radial velocity measurement system, frequency conversion is performed twice. It is necessary because the relative value of the Doppler shift
Figure 00000011
equal to speed ratio
Figure 00000012
does not exceed 10 -4 . Under these conditions, the separation of the Doppler shift during a single frequency conversion requires the use of circuits with a very high, almost unattainable quality factor.

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

Поступательное движение космического аппарата, 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. Для устранения неоднозначности механическая ось приемной антенны 3 КА сдвигается относительно оси вращения на угол β, равной ширине диаграммы направленности приемной антенны.The translational motion of the spacecraft, the axis of rotation of which is deviated from the local vertical, ensures the 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. To eliminate the ambiguity, the mechanical axis of the receiving antenna 3 KA is shifted relative to the axis of rotation by an angle β equal to the width of the radiation pattern of the receiving antenna.

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 схем совпадения И 8, 9 - нуль. Импульсный датчик 2 горизонта в момент пересечения трассы КА вырабатывает импульс, который обнуляет счетчик 13 импульсов. Вентили 10 и 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 coincidence circuits And 8, 9 is zero. The pulse sensor 2 of the horizon at the moment of crossing the spacecraft path generates a pulse, which resets the counter 13 pulses. Valves 10 and 11 are closed.

При появлении сигнала с передатчика 20 аварийного объекта в просматриваемой полосе на поверхности Земли измеритель 6 начинает измерение частоты Доплера беззапросным методом. При достижении частоты Доплера значения, равного нулю, механическая ось приемной антенны 3 находится в точке траверза. В этот момент измеряется значение угла между осью датчика 2 горизонта и положения механической оси приемной антенны 3 (угла α). Измерения привязываются к бортовому временному устройству 18.When a signal appears from the transmitter 20 of the emergency object in the visible band on the Earth’s surface, meter 6 starts measuring the Doppler frequency using an inapplicable method. When the Doppler frequency reaches a value equal to zero, the mechanical axis of the receiving antenna 3 is at the point of the beam. At this moment, the angle between the axis of the horizon sensor 2 and the position of the mechanical axis of the receiving antenna 3 (angle α) are measured. The measurements are tied to the on-board temporary device 18.

При достижении значения частоты Доплера на выходе измерителя 6, равном нулю, открывается устройство 4 сравнения и запускается заторможенный блокинг-генератор 7, на выходах схемы совпадения И 9 появляется единица. Открываются вентили 10 и 11. Информация о значении угла α (количество импульсов, записанных в счетчик 13 импульсов) и времени измерения записывается через схему коммутации 14 на магнитное запоминающее устройство 15 и поступает на вход формирователя 21 модулирующего кода, где формируется код M(t) (фиг.5,б), который поступает на первый вход фазового манипулятора 23. На второй вход последнего подается высокочастотное колебание с выхода генератора 22 высокой частоты (фиг.5,а)When the value of the Doppler frequency is reached at the output of the meter 6, which is equal to zero, the comparison device 4 opens and the braked blocking generator 7 starts, at the outputs of the matching circuit And 9 a unit appears. Valves 10 and 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 via the switching circuit 14 to the magnetic storage device 15 and fed to the input of the shaper 21 of the modulating code, where the code M (t) is generated (Fig.5, b), which is fed to the first input of the phase manipulator 23. At the second input of the latter, a high-frequency oscillation is output from the output of the high-frequency generator 22 (Fig. 5, a)

Figure 00000013
Figure 00000013

где Uc, fc, φc, - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания.where U c , f c , φ c , is the amplitude, carrier frequency, initial phase, and duration of the high-frequency oscillation.

На выходе фазового манипулятора 23 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5,в)At the output of the phase manipulator 23, a complex signal with phase shift keying (QPSK) is generated (Fig. 5, c)

Figure 00000014
Figure 00000014

где φk(t)={0,π} - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.5,б), причем φk(t)=const при kτэ<t<(k+1)τэ и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е на границах между элементарными посылками (К=1, 2,...,N-1);where φ k (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the modulating code M (t) (Fig. 5, b), and φ k (t) = const for kτ e < t <(k + 1) τ e and can change abruptly at t = kτ e , i.e. at the borders between elementary premises (K = 1, 2, ..., N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc=Nτэ),τ e , N is the duration and number of chips that make up the signal of duration T c (T c = Nτ e ),

который после усиления в усилителе 23 мощности с помощью антенны 17 излучается в эфир. При прохождении КА над наземным приемным пунктом 25 указанный сигнал улавливается приемной антенной 26. На выходе приемника 27 в этом случае появляется сигналwhich after amplification in the power amplifier 23 with the help of the antenna 17 is radiated into the air. When passing the SC over the ground receiving point 25, the specified signal is captured by the receiving antenna 26. At the output of the receiver 27, in this case, a signal appears

Figure 00000015
Figure 00000015

где f1=fc±Fд,where f 1 = f c ± F d ,

Fд - доплеровское смещение частоты, обусловленное движением КА относительно наземного приемного пункта, который поступает на первый вход первого смесителя 28, на второй вход которого подается напряжение первой эталонной частоты с первого выхода блока 29 эталонных частотF d - Doppler frequency offset due to the motion of the SC relative to the ground receiving station, which is fed to the first input of the first mixer 28, the second input of which is supplied with the voltage of the first reference frequency from the first output of the block 29 of the reference frequencies

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

На выходе смесителя 28 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 30 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.5,г)At the output of the mixer 28, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 30 is allocated the voltage of the intermediate (differential) frequency (figure 5, g)

Figure 00000017
Figure 00000017

где

Figure 00000018
Where
Figure 00000018

К1 - коэффициент передачи смесителя;To 1 - gear ratio of the mixer;

Figure 00000019
- промежуточная частота;
Figure 00000019
- intermediate frequency;

Figure 00000020
Figure 00000020

которое поступает на информационный вход фазового детектора 35 и на вход удвоителя 31 фазы. На выходе последнего образуется гармоническое колебание (фиг.5,д)which is fed to the information input of the phase detector 35 and to the input of the phase doubler 31. At the output of the latter, harmonic oscillation is formed (Fig. 5, e)

Figure 00000021
Figure 00000021

где

Figure 00000022
Where
Figure 00000022

К2 - коэффициент передачи перемножителя.K 2 is the transmission coefficient of the multiplier.

Следует отметить, что удвоитель 31 фазы представляет собой перемножитель, на два входа которого подается ФМн-сигнал промежуточной частоты uпр(t).It should be noted that the phase doubler 31 is a multiplier, at the two inputs of which the PSK signal of intermediate frequency u pr (t) is supplied.

Так как 2φk(t)={0,2π}, то в указанном колебании манипуляция фазы уже отсутствует. Ширина спектра Δf2 второй гармоники определяется длительностью Tc сигнала

Figure 00000023
тогда как ширина спектра Δfc ФМн-сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылок
Figure 00000024
т.е. ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δfс входного сигнала
Figure 00000025
Since 2φ k (t) = {0.2π}, phase manipulation is already absent in the indicated oscillation. The width of the spectrum Δf 2 of the second harmonic is determined by the duration T c of the signal
Figure 00000023
while the width of the spectrum Δf c FMN signal is determined by the duration τ e of its elementary premises
Figure 00000024
those. spectrum width Δf 2 of the second harmonic of the signal is N times smaller than the spectrum width Δf from the input signal
Figure 00000025

Следовательно, при удвоении фазы ФМн-сигнала его спектр «сворачивается» в N раз.Therefore, when the phase of the QPSK signal is doubled, its spectrum “folds” N times.

Гармоническое колебание u3(t) выделяется узкополосным фильтром 32 и поступает на вход делителя 33 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое колебание (фиг.5,е)The harmonic oscillation u 3 (t) is allocated by a narrow-band filter 32 and is fed to the input of a phase divider 33 into two, the output of which is a harmonic oscillation (Fig. 5, e)

Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000026
Figure 00000027

которое выделяется узкополосным фильтром 34 и подается на опорный вход фазового детектора 35.which is allocated by a narrow-band filter 34 and fed to the reference input of the phase detector 35.

Следовательно, опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигналов и работы фазового детектора, выделяется непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.Therefore, the reference voltage necessary for the synchronous detection of the PSK signals and the operation of the phase detector is extracted directly from the received PSK signal.

На выходе фазового детектора 35 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5,ж)At the output of the phase detector 35, a low-frequency voltage is generated (Fig. 5, g)

Figure 00000028
Figure 00000028

где

Figure 00000029
Where
Figure 00000029

К3 - коэффициент передачи фазового детектора, пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5,б), которое поступает на первый вход вычислительного блока 39. В вычислительном блоке 39 по координатам двух подспутниковых точек и двум измеренным углам α1 и α2 между механической осью приемной антенны космического аппарата и осью горизонта определяется местоположение аварийного объекта.To 3 - the transfer coefficient of the phase detector, proportional to the modulating code M (t) (Fig.5, b), which is fed to the first input of the computing unit 39. In the computing unit 39 at the coordinates of two sub-satellite points and two measured angles α 1 and α 2 between the mechanical axis of the receiving antenna of the spacecraft and the axis of the horizon, the location of the emergency object is determined.

Одновременно гармоническое колебание u4(t) (фиг.5,е) с выхода узкополосного фильтра поступает на первый вход второго смесителя 36, на второй вход которого подается напряжение второй эталонной частотыAt the same time, harmonic oscillation u 4 (t) (Fig.

Figure 00000030
Figure 00000030

где

Figure 00000031
Where
Figure 00000031

F0 - частота подставки, которая вводится для определения знака доплеровского смещения Fд.F 0 is the frequency of the stand, which is introduced to determine the sign of the Doppler shift F d .

На выходе второго смесителя 36 формируется колебаниеAt the output of the second mixer 36, an oscillation is formed

Figure 00000032
Figure 00000032

где

Figure 00000033
Where
Figure 00000033

Figure 00000034
Figure 00000034

Fp=±Fд+Fо,F p = ± F d + F o ,

которое выделяется узкополосным фильтром 37 и подается на вход измерителя 38 частоты Доплера.which is allocated by the narrow-band filter 37 and is fed to the input of the Doppler frequency meter 38.

В зависимости от того, Fр>F0 или Fр<F0, определяют знак доплеровского смещения, а следовательно, и направление радиальной скорости.Depending on whether F p > F 0 or F p <F 0 , the sign of the Doppler shift, and therefore the direction of the radial velocity, is determined.

Зная скорость V и длину волны λ, а также измерив производную

Figure 00000035
в вычислительном блоке 39 определяются элементы орбиты КА.Knowing the velocity V and the wavelength λ, as well as measuring the derivative
Figure 00000035
in the computing unit 39, the spacecraft orbit elements are determined.

Способ позволяет однозначно определить координаты, сократить время поиска аварийного объекта, увеличить площадь просматриваемой поверхности Земли за счет сканирования приемной диаграммы направленности, увеличить соотношение сигнал/шум радиолинии за счет использования приемной антенны с узкой диаграммой направленности.The method allows you to uniquely determine the coordinates, reduce the search time of an emergency object, increase the area of the Earth’s viewing surface by scanning the receiving radiation pattern, increase the signal-to-noise ratio of the radio line by using a receiving antenna with a narrow radiation pattern.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет уточнить элементы орбиты космического аппарата при его прохождении над наземным пунктом. Тем самым функциональные возможности способа расширены.Thus, the proposed method in comparison with the prototype allows you to specify the elements of the orbit of the spacecraft during its passage above the ground point. Thus, the functionality of the method is expanded.

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 на борту космического аппарата формируют модулирующий код, содержащий информацию о значении угла между механической осью приемной антенны космического аппарата и осью датчика горизонта, манипулируют им фазу высокочастотного колебания, формируя сложный сигнал с фазовой манипуляцией, усиливают его по мощности, излучают в эфир, принимают на наземном приемном пункте при прохождении над ним космического аппарата, преобразуют принимаемый сложный сигнал с фазовой манипуляцией по частоте с использованием напряжения первой эталонной частоты, выделяют напряжение промежуточной частоты, последовательно умножают и делят его фазу на два, выделяют гармоническое колебание промежуточной частоты, используют его для синхронного детектирования принимаемого сложного сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, и используют его для определения местоположения аварийного объекта на поверхности Земли, одновременно гармоническое колебание промежуточной частоты преобразуют по частоте с использованием напряжения второй эталонной частоты, выделяют колебание доплеровской частоты, определяют величину, знак и нулевое значение доплеровской частоты и используют их для уточнения элементов орбиты космического аппарата.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 surface of the Earth, characterized in that on board the spacecraft They form a modulating code containing information about the value of the angle between the mechanical axis of the receiving antenna of the spacecraft and the axis of the horizon sensor, manipulate it with the phase of high-frequency oscillations, form a complex signal with phase manipulation, amplify it by power, radiate it, and receive it at the ground receiving point when passing through above it a spacecraft, the received complex signal is converted with phase shift keying in frequency using the voltage of the first reference frequency, the voltage between frequency, sequentially multiply and divide its phase into two, isolate the harmonic oscillation of the intermediate frequency, use it to synchronously detect the received complex signal with phase manipulation at the intermediate frequency, select a low-frequency voltage proportional to the modulating code, and use it to determine the location of the emergency object by of the Earth’s surface, at the same time the harmonic oscillation of the intermediate frequency is converted in frequency using the voltage of the second reference frequency oscillation isolated Doppler frequency value is determined, the sign and the value zero Doppler frequency and use them to update the elements of the spacecraft's orbit.
RU2006122642/11A 2006-06-23 2006-06-23 Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method RU2313477C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006122642/11A RU2313477C1 (en) 2006-06-23 2006-06-23 Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006122642/11A RU2313477C1 (en) 2006-06-23 2006-06-23 Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2313477C1 true RU2313477C1 (en) 2007-12-27

Family

ID=39018870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006122642/11A RU2313477C1 (en) 2006-06-23 2006-06-23 Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2313477C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3790939A (en) Real time synthetic radar
EP1397697B1 (en) Synthetic aperture ladar system using incoherent laser pulses
US8077078B1 (en) System and method for aircraft altitude measurement using radar and known runway position
JP4496954B2 (en) Interferometric radar
US2837738A (en) Passive range measuring device
RU2682661C1 (en) Method of active review single-pulse radiolocation with an inverse synthesis of antenna aperture
WO1999061936A1 (en) System and method for distance measurement by inphase and quadrature signals in a radio system
US5495248A (en) Stabilizing method of synthetic aperture radar and position determining method thereof
US20110273324A1 (en) Continuous high-accuracy locating method and apparatus
US3334344A (en) Doppler radar altimeter
Rodriguez-Morales et al. An improved UWB microwave radar for very long-range measurements of snow cover
RU2518428C2 (en) Direction finding phase method and phase direction finder for implementing said method
CN103713286A (en) High-resolution radio altimeter with positioning function and method for measuring position
US4131891A (en) Passive microwave velocity sensor
Pisanu et al. Upgrading the Italian BIRALES system to a pulse compression radar for space debris range measurements
Cerutti-Maori et al. A novel high-precision observation mode for the tracking and imaging radar TIRA—Principle and performance evaluation
Zhang et al. An innovative push-to-talk (PTT) synchronization scheme for distributed SAR
Liang et al. Phase synchronization techniques for bistatic and multistatic synthetic aperture radar: Accounting for frequency offset
US3550130A (en) Passive direction finder
RU2313477C1 (en) Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method
RU2328416C1 (en) Elevation doppler system for emergency object positioning
RU2083998C1 (en) Doppler sensor of components of velocity vector, altitude and local vertical for helicopters and vertical landing space vehicles
US10148352B1 (en) Continuous carrier optical phase optometric measurement over coherent optical communication link
Prats-Iraola et al. The BIOMASS ground processor prototype: An overview
RU2302645C1 (en) Elevation-time doppler method for determining coordinates of emergency object

Legal Events

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

Effective date: 20080624