RU2328416C1 - Elevation doppler system for emergency object positioning - Google Patents

Elevation doppler system for emergency object positioning Download PDF

Info

Publication number
RU2328416C1
RU2328416C1 RU2007100457/11A RU2007100457A RU2328416C1 RU 2328416 C1 RU2328416 C1 RU 2328416C1 RU 2007100457/11 A RU2007100457/11 A RU 2007100457/11A RU 2007100457 A RU2007100457 A RU 2007100457A RU 2328416 C1 RU2328416 C1 RU 2328416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
frequency
spacecraft
generator
Prior art date
Application number
RU2007100457/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Александр Павлович Ковалев (RU)
Александр Павлович Ковалев
Владимир Васильевич Дрожжин (RU)
Владимир Васильевич Дрожжин
Александр Павлович Доронин (RU)
Александр Павлович Доронин
Алевтин Иванович Юнак (RU)
Алевтин Иванович Юнак
Андрей Александрович Свинарчук (RU)
Андрей Александрович Свинарчук
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 RU2007100457/11A priority Critical patent/RU2328416C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2328416C1 publication Critical patent/RU2328416C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: space-system engineering.
SUBSTANCE: system can be used on the earth satellite vehicle in orbit except geostationary centers which are stabilised by rotation along the vertical axis, and the ground reception centers. The system contains an emergency object transmitter, spacecraft equipment and ground reception center equipment. Spacecraft equipment includes a horizon sensor, receiving antenna, comparison device, receiver, Doppler frequency meter, blocking-generator, two gating circuits, two valves, pulse generator, pulse counter, plug board chart, and magnetic storage device, transmitter, transferring antenna, modulation code generator, high-frequency generator and power amplifier. The ground reception center equipment includes reception antenna, high-frequency amplifier, two mixers, calibration frequency block, phase doublet, three narrowband filter, scale-of-two phase circuit, phase detector, Doppler frequency meter, computing unit and registration block.
EFFECT: it enlarges functional possibilities of the system.
5 dwg

Description

Предлагаемая система относится к космической технике и может быть использована на космических аппаратах, находящихся на орбите искусственного спутника Земли, кроме геостационарной, стабилизируемых вращением вдоль вертикальной оси, и на наземных приемных пунктах.The proposed system relates to space technology and can be used on spacecraft in the orbit of an artificial Earth satellite, except for the geostationary one, stabilized by rotation along the vertical axis, and at ground receiving points.

Известны способы и системы определения координат аварийного объекта (патенты РФ №№2.155.352, 2.158.003, 2.040.860, 2.059.423, 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, с.168 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, 2.059.423, 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, p.168 and others).

Из известных способов и систем наиболее близкой к предлагаемой является система, реализующая «Угломестно-временной доплеровский способ определения координат аварийного объекта» (патент РФ №2.174.092, В64G 1/10, 1999), которая и выбрана в качестве прототипа.Of the known methods and systems, the closest to the proposed one is a system that implements the "Angular-temporal Doppler method for determining the coordinates of an emergency object" (RF patent No. 2.174.092, B64G 1/10, 1999), which is selected as a prototype.

Согласно известной системе 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 system, 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.

Известная система 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 system 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 известная система не полностью реализует свои потенциальные возможности. Она может использоваться и для уточнения элементов орбиты космического аппарата при его прохождении над наземным приемным пунктом.However, the known system 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 системы 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 system by clarifying the elements of the orbit of the spacecraft as it passes above the ground receiving point.

Поставленная задача решается тем, что угломестно-временная доплеровская система для определения координат аварийного объекта, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, передатчик аварийного объекта, бортовую аппаратуру космического аппарата и наземную аппаратуру приемного пункта, при этом ось вращения космического аппарата отклонена от местной вертикали, космический аппарат состоит из корпуса, импульсного инфракрасного датчика горизонта, размещенного на одной оси противоположно приемной антенне, механическая ось которой не совпадает с осью вращения космического аппарата, бортовая аппаратура космического аппарата состоит из последовательно включенных приемной антенны, приемника, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, измерителя частоты Доплера, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, устройства сравнения, блокинг-генератора, первой схемы совпадения, второй вход которой соединен с вторым выходом приемника, второй схемы совпадения, второй вход которой соединен с вторым выходом блокинг-генератора, первого вентиля, второй вход которого через счетчик импульсов соединен с выходом генератора импульсов и датчика горизонта, схемы коммутации и магнитного запоминающего устройства, к второму выходу схемы коммутации последовательно подключены передатчик и передающая антенна, к третьему выходу задающего генератора последовательно подключены временное устройство и второй вентиль, второй вход которого соединен с вторым выходом второй схемы совпадения, а выход подключен к второму входу схемы коммутации, отличается от ближайшего аналога тем, что бортовой передатчик выполнен в виде последовательно подключенных к второму выходу схемы коммутации генератора высокой частоты, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с выходом магнитного запоминающего устройства, и усилителя мощности, подключенного к передающей антенне, наземная аппаратура приемного пункта выполнена в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом блока эталонных частот, усилителя промежуточной, удвоителя фазы, первого узкополосного фильтра, делителя фазы на два, второго узкополосного фильтра, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, вычислительного блока и блока регистрации, причем к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с вторым выходом блока эталонных частот, третий узкополосный фильтр и измеритель частоты Доплера, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока.The problem is solved in that the elevation-time Doppler system for determining the coordinates of the emergency object, containing, in accordance with the closest analogue, the transmitter of the emergency object, onboard equipment of the spacecraft and ground equipment of the receiving station, while the axis of rotation of the spacecraft is deviated from the local vertical, the spacecraft consists of a body, a pulsed infrared horizon sensor, placed on one axis opposite to the receiving antenna, the mechanical axis of which is not coincides with the axis of rotation of the spacecraft, the spacecraft's onboard equipment consists of a series-connected receiving antenna, a receiver, the second input of which is connected to the first output of the master oscillator, a Doppler frequency meter, the second input of which is connected to the second output of the master oscillator, a comparison device, a blocking generator , the first matching circuit, the second input of which is connected to the second output of the receiver, the second matching circuit, the second input of which is connected to the second output of the blocking generator, the first gate, the second input of which is connected through the pulse counter to the output of the pulse generator and the horizon sensor, the switching circuit and the magnetic storage device, the transmitter and the transmitting antenna are connected in series to the second output of the switching circuit, the temporary device and the second valve are connected in series to the third output of the master oscillator, the second input of which is connected to the second output of the second coincidence circuit, and the output is connected to the second input of the switching circuit, differs from the closest analogue m, that the on-board transmitter is made in the form of a high-frequency generator, a phase manipulator connected in series to the second output of the switching circuit, the second input of which is connected to the output of the magnetic storage device and the power amplifier connected to the transmitting antenna through the modulating code generator, and the ground-based equipment of the receiving station is made in the form of series-connected receiving antenna, high-frequency amplifier, first mixer, the second input of which is connected to the first output of the standard unit frequencies, an intermediate amplifier, a phase doubler, a first narrow-band filter, a phase divider into two, a second narrow-band filter, a phase detector, the second input of which is connected to the output of the intermediate-frequency amplifier, a computing unit, and a recording unit, and the second one is connected in series to the output of the second narrow-band filter a mixer, the second input of which is connected to the second output of the reference frequency unit, a third narrow-band filter and a Doppler frequency meter, the output of which is connected to the second input of the calculation solid block.

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 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 one 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 the system 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, первую схему совпадения И 8, второй вход которой соединен с вторым выходом приемника 5, вторую схему совпадения И 9, второй вход которой соединен с вторым выходом блокинг-генератора 7, первый 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, the first matching circuit AND 8, the second input of which is connected to the second output of the receiver 5, the second coincidence circuit AND 9, the second input of which is connected to the second output of the blocking generator 7, the first valve 10, the second input of which is connected through the pulse counter 13 to the outputs of the horizon sensor 2 and the generator An ora of 12 pulses, a switching circuit 14, a magnetic storage device 15, a modulating code driver 21, a phase manipulator 23, the second input of which is connected to the second output of the switching circuit 14 by a high-frequency generator 22, a power amplifier 24 and a transmitting antenna 17. High-frequency generator 22 , the phase manipulator 23 and the power amplifier 24 form a transmitter 16.

К третьему выходу задающего генератора 19 последовательно подключены временное устройство 18 и второй вентиль 11, второй вход которого соединен с вторым выходом второй схемы совпадения 9, а выход подключен к второму входу схемы 14 коммуникации.A temporary device 18 and a second valve 11 are connected to the third output of the master oscillator 19, the second input of which is connected to the second output of the second matching circuit 9, and the output is connected to the second input of the communication circuit 14.

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 contains 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. The second mixer 36, the second input of which is connected to the second output of the reference frequency block 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, is connected in series to the output of the second narrow-band filter 34.

Принцип работы предлагаемой системы 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 principle of the proposed system is to search for 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 SC 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 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 that 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 отсчет 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 the distance is counted. 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
, you 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 течение 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 the ratio of speed
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.

Предлагаемая система работает следующим образом.The proposed system works 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 of 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, равного 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)

uc(t)=Uccos(2πfct+φc), 0≤t≤Тc,u c (t) = U c cos (2πf c t + φ c ), 0≤t≤T c ,

где Uc, fc, φc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания.where U c , f c , φ c , T 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)

u1(t)=Uccos(2πfct+φk(t)+φc), 0≤t≤Tc,u 1 (t) = U c cos (2πf c t + φ k (t) + φ c ), 0≤t≤T c ,

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 (K=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 boundaries between elementary premises (K = 1, 2, ..., N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tcc=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

u2(t)=U2cos(2πf1t+φk(t)+φc), 0≤t≤Tc,u 2 (t) = U 2 cos (2πf 1 t + φ k (t) + φ c ), 0≤t≤T c ,

где f1=fc±F,where f 1 = f c ± F ,

F- 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 - Doppler frequency offset due to the motion of the spacecraft 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

uэ1(t)=Uэ1cos(2πfэ1t+φэ1).u e1 (t) = U e1 cos (2πf e1 t + φ e1 ).

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)

uпр(t)=Uпрcos(2πfпрt+φk(t)+φпр), 0≤t≤Тc,u pr (t) = U pr cos (2πf pr t + φ k (t) + φ pr ), 0≤t≤T c ,

где

Figure 00000013
;Where
Figure 00000013
;

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

fпр=f1-fэ1=fc±F-fэ1 - промежуточная частота;f ave = f 1 -f A1 = f c -f ± F A1 - an intermediate frequency;

φпрcэ1, straight φ = φ cA1,

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)

u3(t)=U3cos(4πfпрt+2φпр), 0≤t≤Tc,u 3 (t) = U 3 cos (4πf pr t + 2φ pr ), 0≤t≤T c ,

где

Figure 00000014
Where
Figure 00000014

K2 - коэффициент передачи перемножителя.K 2 - transfer 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 00000015
, тогда как ширина спектра Δfc ФМн-сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылок
Figure 00000016
, т.е. ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δfc входного сигнала
Figure 00000017
.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 00000015
, while the width of the spectrum Δf c FMN signal is determined by the duration τ e of its elementary premises
Figure 00000016
, i.e. spectrum width Δf 2 of the second harmonic of the signal is N times smaller than the spectrum width Δf c of the input signal
Figure 00000017
.

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)

u4(t)=U4cos(2πfпрt+φпр), 0≤t≤Tc,u 4 (t) = U 4 cos (2πf pr t + φ pr ), 0≤t≤T c ,

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)

uн(t)=Uнcosφк(t),u n (t) = U n cosφ to (t),

где

Figure 00000018
,Where
Figure 00000018
,

К3 - коэффициент передачи фазового детектора,K 3 - the transfer coefficient of the phase detector,

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.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 along 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 horizontal axis determines the location of the emergency facility.

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, the harmonic oscillation u 4 (t) (Fig. 5, f) from the output of the narrow-band filter is supplied to the first input of the second mixer 36, the second input of which is supplied with the voltage of the second reference frequency

uэ2(t)=Uэ2cos(2πfэ2t+φэ2),u e2 (t) = U e2 cos (2πf e2 t + φ e2 ),

где fэ2=fc-fэ1-F0,where f e2 = f c -f e1 -F 0 ,

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

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

up(t)=Upcos(2πFpt+φр),u p (t) = U p cos (2πF p t + φ p ),

где

Figure 00000019
;Where
Figure 00000019
;

φpпрэ2;φ p = φ pre2 ;

Fp=±F+F0,F p = ± F + F 0 ,

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, Fp>F0 или Fp<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 00000020
, в вычислительном блоке 39, определяют элементы орбиты КА.Knowing the velocity V and the wavelength λ, as well as measuring the derivative
Figure 00000020
, in the computing unit 39, determine the elements of the orbit of the spacecraft.

Система 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 system allows you to unambiguously determine the coordinates, reduce the search time for 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, предлагаемая система по сравнению с прототипом позволяет уточнить элементы орбиты космического аппарата при его прохождении над наземным пунктом. Тем самым функциональные возможности системы расширены.Thus, the proposed system 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 system is expanded.

Claims (1)

Угломестно-временная допплеровская система для определения координат аварийного объекта, содержащая передатчик аварийного объекта, бортовую аппаратуру космического аппарата и наземную аппаратуру приемного пункта, при этом ось вращения космического аппарата отклонена от местной вертикали, космический аппарат состоит из корпуса, импульсного инфракрасного датчика горизонта, размещенного на одной оси противоположно приемной антенне, механическая ось которой не совпадает с осью вращения космического аппарата, бортовая аппаратура космического аппарата состоит из последовательно включенных приемной антенны, приемника, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, измерителя частоты Допплера, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, устройства сравнения, блокинг-генератора, первой схемы совпадения, второй вход которой соединен с вторым выходом приемника, второй схемы совпадения, второй вход которой соединен с вторым выходом блокинг-генератора, первого вентиля, второй вход которого через счетчик импульсов соединен с выходом генератора импульсов и датчика горизонта, схемы коммутации и магнитного запоминающего устройства, ко второму выходу схемы коммутации последовательно подключены передатчик и передающая антенна, к третьему выходу задающего генератора последовательно подключены временное устройство и второй вентиль, второй вход которого соединен с вторым выходом второй схемы совпадения, а выход подключен к второму входу схемы коммутации, отличающаяся тем, что бортовой передатчик выполнен в виде последовательно подключенных к второму выходу схемы коммутации генератора высокой частоты, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с выходом магнитного запоминающего устройства, и усилителя мощности, подключенного к передающей антенне, наземная аппаратура приемного пункта выполнена в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом блока эталонных частот, усилителя промежуточной частоты, удвоителя фазы, первого узкополосного фильтра, делителя фазы на два, второго узкополосного фильтра, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, вычислительного блока и блока регистрации, причем к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с вторым выходом блока эталонных частот, третий узкополосный фильтр и измеритель частоты Допплера, выход которого соединен со вторым входом вычислительного блока.Carbon-temporal Doppler system for determining the coordinates of an emergency object, containing the transmitter of the emergency object, the onboard equipment of the spacecraft and the ground equipment of the receiving station, while the axis of rotation of the spacecraft is deviated from the local vertical, the spacecraft consists of a body, a pulsed infrared horizon sensor located on one axis opposite the receiving antenna, the mechanical axis of which does not coincide with the axis of rotation of the spacecraft, onboard space equipment The apparatus consists of a series-connected receiving antenna, a receiver, the second input of which is connected to the first output of the master oscillator, a Doppler frequency meter, the second input of which is connected to the second output of the master oscillator, a comparison device, a blocking generator, the first matching circuit, the second input of which is connected with the second output of the receiver, the second matching circuit, the second input of which is connected to the second output of the blocking generator, the first valve, the second input of which is connected to the pulse counter the output of the pulse generator and the horizon sensor, the switching circuit and the magnetic storage device, a transmitter and a transmitting antenna are connected in series to the second output of the switching circuit, a temporary device and a second valve are connected to the third output of the master oscillator, the second input of which is connected to the second output of the second matching circuit, and the output is connected to the second input of the switching circuit, characterized in that the on-board transmitter is made in the form of series connected to the second output Commutation switching of a high-frequency generator, phase manipulator, the second input of which is connected to the output of a magnetic storage device and a power amplifier connected to a transmitting antenna through a modulating code generator, the ground-based equipment of the receiving station is made in the form of a receiving antenna, a high-frequency amplifier, and a first mixer the second input of which is connected to the first output of the reference frequency block, an intermediate frequency amplifier, a phase doubler, a first narrow-band filter, a phase divider into two, a second narrow-band filter, a phase detector, the second input of which is connected to the output of an intermediate-frequency amplifier, a computational unit, and a registration unit, and a second mixer is connected in series to the output of the second narrow-band filter, the second input of which is connected to the second output of the reference frequency unit, a third narrow-band filter and a Doppler frequency meter, the output of which is connected to the second input of the computing unit.
RU2007100457/11A 2007-01-09 2007-01-09 Elevation doppler system for emergency object positioning RU2328416C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007100457/11A RU2328416C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Elevation doppler system for emergency object positioning

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007100457/11A RU2328416C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Elevation doppler system for emergency object positioning

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2328416C1 true RU2328416C1 (en) 2008-07-10

Family

ID=39680674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007100457/11A RU2328416C1 (en) 2007-01-09 2007-01-09 Elevation doppler system for emergency object positioning

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2328416C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751021C2 (en) * 2016-11-08 2021-07-07 Сигфокс Method for signal transmission by a transmitting device to a non-geosynchronous satellite

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751021C2 (en) * 2016-11-08 2021-07-07 Сигфокс Method for signal transmission by a transmitting device to a non-geosynchronous satellite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419813C2 (en) Method and device for measuring distance
US6111536A (en) System and method for distance measurement by inphase and quadrature signals in a radio system
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
JPH0325752B2 (en)
CN103713286B (en) There is the high-resolution radio altimeter of positioning function and the method for measuring position
US3334344A (en) Doppler radar altimeter
JPH03140889A (en) Method and device for measuring speed of target by utilizing doppler shift of electromagnetic radiation
RU2518428C2 (en) Direction finding phase method and phase direction finder for implementing said method
RU76464U1 (en) SHIP RADAR COMPLEX
Samczynski et al. SARENKA-C-band SAR radar for UAV application
Pierrottet et al. Field demonstration of a precision navigation lidar system for space vehicles
RU2328416C1 (en) Elevation doppler system for emergency object positioning
US6336061B1 (en) System and method for attitude determination in global positioning systems (GPS)
RU2643168C2 (en) Method of height, aircraft actual velocity and aircraft velocity vector inclination measurement in relation to horizon, on-board radar device using method
US10148352B1 (en) Continuous carrier optical phase optometric measurement over coherent optical communication link
RU2313477C1 (en) Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method
RU2083998C1 (en) Doppler sensor of components of velocity vector, altitude and local vertical for helicopters and vertical landing space vehicles
Prats-Iraola et al. The BIOMASS ground processor prototype: An overview
RU2302645C1 (en) Elevation-time doppler method for determining coordinates of emergency object
US20230061894A1 (en) Radio system with multiple antenna arrays and adaptive waveforms
Astanin et al. Ultra-wideband signals-a new step in radar development
RU2305057C1 (en) Determination of emergency object coordinates by elevation angle and time doppler method
RU2368550C1 (en) Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates
RU2706638C2 (en) Method of determining orientation of spacecraft based on signals of navigation satellites

Legal Events

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

Effective date: 20090110