RU2368550C1 - Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates - Google Patents

Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates Download PDF

Info

Publication number
RU2368550C1
RU2368550C1 RU2008116515/11A RU2008116515A RU2368550C1 RU 2368550 C1 RU2368550 C1 RU 2368550C1 RU 2008116515/11 A RU2008116515/11 A RU 2008116515/11A RU 2008116515 A RU2008116515 A RU 2008116515A RU 2368550 C1 RU2368550 C1 RU 2368550C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
amplifier
frequency
mixer
Prior art date
Application number
RU2008116515/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Адамович Заренков (RU)
Вячеслав Адамович Заренков
Дмитрий Вячеславович Заренков (RU)
Дмитрий Вячеславович Заренков
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Борис Васильевич Койнаш (RU)
Борис Васильевич Койнаш
Original Assignee
Вячеслав Адамович Заренков
Дмитрий Вячеславович Заренков
Виктор Иванович Дикарев
Борис Васильевич Койнаш
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 Вячеслав Адамович Заренков, Дмитрий Вячеславович Заренков, Виктор Иванович Дикарев, Борис Васильевич Койнаш filed Critical Вячеслав Адамович Заренков
Priority to RU2008116515/11A priority Critical patent/RU2368550C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2368550C1 publication Critical patent/RU2368550C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: transportation.
SUBSTANCE: system comprises transmitter (20) of emergency object, spacecraft (SC) and ground control station. SC has body, comprises infrared horizon detector (2) and board equipment. Equipment includes receiving antenna (3), comparison device (4), receiving device (5), the first metre (6) of Doppler frequency, blocking-generator (7), circuits "AND" (8), (9), valves (10), (11), pulse generator (12), pulse counter (13), switching circuit (14), memorizing device (15), transmitter (16), transmitting antenna (17), time device (18), setting generator (19), high frequency amplifier (28), the second heterodyne (29), the second mixer (30), amplifier (31) of the second intermediate frequency, amplitude detector (32), switch (33), modeling code shaper (34), phase manipulator (35) and power amplifier (36). Ground control station comprises high frequency generator (21), the first heterodyne (22), the first mixer (23), amplifier (24) of the first intermediate frequency, the first power amplifier (25), duplexer (26), transceiving antenna (27), the third power amplifier (37), the third heterodyne (38), the third mixer (39), amplifier (40) of the third intermediate frequency, phase doubler (41), the first (42), second (44) and third (47) narrow band filters, phase divider in two (43), phase detector (45), the fourth mixer (46), the second metre (48) of Doppler frequency and computing unit (49).
EFFECT: expansion of system functional resources by provision of control over information sending from SC to ground control station and specification of SC orbit elements.
8 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 наземном пункте управления.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 the ground control station.

Известны способ и системы, использующие космические аппараты для определения местоположения аварийных объектов (патенты РФ №№ 2.027.195, 2.040.860, 2.059.423, 2.158.003, 2.174.092, 2.177.437, 2.201.601, 2.206.902, 2.240.950; патенты США №№ 4.161.730, 5.860.842; патенты Германии №№ 4.311.473, 4.322.288; Скубко Р.А. и др. Спутник у штурвала. - Л.: Судостроение, 1989. -168 с. и другие).A known method and system using spacecraft to determine the location of emergency objects (RF patents Nos. 2.027.195, 2.040.860, 2.059.423, 2.158.003, 2.174.092, 2.177.437, 2.201.601, 2.206.902, 2.240.950; US patents Nos. 4.161.730, 5.860.842; German patents Nos. 4.311.473, 4.322.288; Skubko R.A. et al. Sputnik at the helm. - L .: Shipbuilding, 1989. -168 S. and others).

Из известных способов и систем наиболее близкой к предлагаемой системе 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 system 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.

Известная система позволяет одновременно определить координаты аварийного объекта, сократить время его поиска, увеличить площадь просматриваемой поверхности Земли за счет сканирования приемной диаграммы направленности, увеличить соотношение сигнал/шум в приемной радиолинии за счет использования приемных антенн с узкой диаграммой направленности.The known system allows you to simultaneously determine the coordinates of an emergency object, reduce its search time, increase the area of the Earth’s viewing surface by scanning the receiving radiation pattern, and increase the signal-to-noise ratio in the receiving radio line by using receiving antennas with a narrow radiation pattern.

При этом на аварийном объекте размещается передатчик сигналов, обладающий высокой стабильностью частоты. На борту КА размещается измерительное устройство, имеющее в своем составе высокостабильный эталон частоты, частота которого равна частоте аварийного передатчика или отличается от нее на строго фиксированную величину. Сравнение частоты принимаемых колебаний с частотой эталона позволяет установить величину доплеровского смещения частоты и по нему определить радиальную скорость.At the same time, a signal transmitter with high frequency stability is located at the emergency facility. On board the spacecraft is a measuring device that incorporates a highly stable frequency standard, the frequency of which is equal to the frequency of the emergency transmitter or differs from it by a strictly fixed value. Comparison of the frequency of the received oscillations with the frequency of the reference makes it possible to establish the magnitude of the Doppler frequency shift and determine the radial velocity from it.

Однако потенциальные возможности известной системы используются не в полной мере. Данную систему можно использовать и для управления сбросом информации с космического аппарата на наземный пункт управления и уточнения элементов орбиты космического аппарата.However, the potential capabilities of the known system are not fully utilized. This system can also be used to control the discharge of information from the spacecraft to the ground control point and to clarify the elements of the orbit of the spacecraft.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем управления сбросом информации с КА на наземный пункт управления и уточнения элементов орбиты КА.An object of the invention is to expand the functionality of the system by controlling the discharge of information from the spacecraft to the ground control point and clarifying the elements of the orbit of the spacecraft.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемая угломестно-временная доплеровская система определения координат аварийного объекта, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, передатчик аварийного объекта и космический аппарат, ось вращения которого отклонена от местной вертикали, состоящий из корпуса, импульсного инфракрасного датчика горизонта, размещенного на одной оси противоположно приемной антенне, механическая ось которой не совпадает с осью вращения космического аппарата, и бортовой аппаратуры, содержащей последовательно подключенные к приемной антенне приемное устройство, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, первый измеритель частоты Доплера, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, устройство сравнения, блокинг-генератор, первую схему И, второй вход которой соединен с вторым выходом приемного устройства, вторую схему И, второй вход которой соединен с вторым выходом блокинг-генератора, первый вентиль, второй вход которого через счетчик импульсов соединен с выходом импульсного инфракрасного датчика горизонта и генератора импульсов, схему коммутации, запоминающее устройство, передатчик, второй вход которого соединен с вторым выходом схемы коммутации, и передающая антенна, при этом к третьему выходу задающего генератора последовательно подключены временное устройство и второй вентиль, второй вход которого соединен с вторым выходом второй схемы И, а выход подключен к входу схемы коммутации, отличается от ближнего аналога тем, что она снабжена наземным пунктом управления, состоящим из последовательно включенных генератора высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, третьего усилителя мощности, третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, усилителя третьей промежуточной частоты, удвоителя фазы, первого узкополосного фильтра, делителя фазы на два, второго узкополосного фильтра, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя третьей промежуточной частоты, и вычислительного блока, из последовательно подключенных к выходу второго узкополосного фильтра четвертого смесителя, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора высокой частоты, третьего узкополосного фильтра и второго измерителя частоты Доплера, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, бортовая аппаратура космического аппарата снабжена усилителем высокой частоты, вторым гетеродином, вторым смесителем, усилителем второй промежуточной частоты и амплитудным детектором, причем передатчик выполнен в виде последовательно подключенных к выходу запоминающего устройства ключа, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, формирователя модулирующего кода, второй вход которого соединен с вторым выходом схемы коммутации, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и второго усилителя мощности, выход которого соединен с передающей антенной, к выходу приемной антенны последовательно подключены усилитель высокой частоты, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты и амплитудный детектор.The problem is solved in that the proposed elevation-time Doppler system for determining the coordinates of an emergency object, containing, in accordance with the closest analogue, a transmitter of the emergency object and a spacecraft, the axis of rotation of which is deviated from the local vertical, consisting of a housing, 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, and on-board equipment containing the receiving device is properly connected to the receiving antenna, the second input of which is connected to the first output of the master oscillator, the first 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 circuit And, the second input of which is connected to the second the output of the receiving device, the second circuit And, 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 through the pulse counter to the output of the pulse infrared an alternating horizon sensor and a pulse generator, a switching circuit, a storage device, a transmitter, the second input of which is connected to the second output of the switching circuit, and a transmitting antenna, while 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 the output of the second circuit And, and the output is connected to the input of the switching circuit, differs from the near analogue in that it is equipped with a ground control point, consisting of series-connected generators a high frequency torus, a first mixer, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator, an amplifier of the first intermediate frequency, a first power amplifier, a duplexer, the input-output of which is connected to a transceiver antenna, a third power amplifier, a third mixer, the second input of which is connected to the output of the third a local oscillator, an amplifier of the third intermediate frequency, 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 amplifier of the third intermediate frequency, and the computing unit, from the fourth mixer in series connected to the output of the second narrow-band filter of the fourth mixer, the second input of which is connected to the second output of the high-frequency generator, the third narrow-band filter and the second Doppler frequency meter, the output of which is connected to the second input of the computing unit, the spacecraft’s onboard equipment is equipped with a high-frequency amplifier, a second local oscillator, a second mixer, a second intermediate-frequency amplifier, and an amplitude detector, the transmitter being made in the form of a key sequentially connected to the output of the memory device, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector, modulator code generator, the second input of which is connected to the second output of the switching circuit, a phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the amplifier the intermediate frequency, and the second power amplifier, the output of which is connected to the transmitting antenna, a high-power amplifier is connected in series to the output of the receiving antenna a frequency eye, a second mixer, the second input of which is connected to the output of the second local oscillator, an amplifier of the second intermediate frequency and an amplitude detector.

Геометрические схемы расположения КА и аварийного объекта представлены на фиг.1 и 2. Структурные схемы бортовой аппаратуры КА и наземного пункта управления представлены на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая процесс преобразования сигналов по частоте, изображена на фиг.4.The geometric layout of the spacecraft and the emergency object are presented in figures 1 and 2. Structural diagrams of the spacecraft onboard equipment and ground control point are presented in figure 3. A frequency diagram explaining the process of converting signals by frequency is shown in FIG. 4.

Временные диаграммы, поясняющие работу системы, показаны на фиг.6. Зависимость доплеровской частоты от времени изображена на фиг.5.Timing diagrams explaining the operation of the system are shown in Fig.6. The dependence of the Doppler frequency on time is shown in Fig.5.

Аппаратура, размещенная на борту космического аппарата, ось вращения которого отклонена от местной вертикали, содержит корпус 1, инфракрасный датчик 2 горизонта, размещенный на одной оси противоположно приемной антенне 3, механическая ось которой не совпадает с осью вращения космического аппарата, и последовательно подключенные к приемной антенне 3 приемное устройство 5, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора 19, измеритель 6 частоты Доплера, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора 19, заторможенный блокинг-генератор 7, схема И 8, второй вход которой соединен с вторым выходом приемного устройства 5, схема И 9, второй вход которой соединен с выходом блокинг-генератора 7, первый вентиль 10, второй вход которого через счетчик 13 импульсов соединен с выходом датчика 2 горизонта и генератора 12 импульсов, схема 14 коммутации, магнитное запоминающее устройство 15, ключ 33, формирователь 34 модулирующего кода, второй вход которого соединен с вторым выходом схемы 14 коммутации, фазовый манипулятор 35, второй вход которого соединен с выходом усилителя 31 второй промежуточной частоты, второй усилитель 36 мощности и передающая антенна 17, к третьему выходу задающего генератора 19 последовательно подключены временное устройство 18 и второй вентиль 11, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы И 9, а выход подключен к второму входу схемы 14 коммутации, к выходу приемной антенны 3 последовательно подключены усилитель 28 высокой частоты, второй смеситель 30, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 29, усилитель 31 второй промежуточной частоты и амплитудный детектор 32, выход которого соединен с вторым входом ключа 33. Ключ 33, формирователь 34 модулирующего кода, фазовый манипулятор 35 и второй усилитель 36 мощности образуют передатчик 16.The equipment located on board the spacecraft, the axis of rotation of which is deviated from the local vertical, contains a housing 1, an infrared sensor 2 of the horizon, placed on one axis opposite to the receiving antenna 3, the mechanical axis of which does not coincide with the axis of rotation of the spacecraft, and connected in series to the receiving antenna 3, a receiving device 5, the second input of which is connected to the first output of the master oscillator 19, a Doppler frequency meter 6, the second input of which is connected to the second output of the master oscillator 1 9, a braked blocking generator 7, circuit I 8, the second input of which is connected to the second output of the receiving device 5, circuit I 9, the second input of which is connected to the output of the blocking generator 7, the first valve 10, the second input of which is connected through the pulse counter 13 with the output of the horizon sensor 2 and the pulse generator 12, a switching circuit 14, a magnetic storage device 15, a key 33, a modulating code driver 34, the second input of which is connected to the second output of the switching circuit 14, a phase manipulator 35, the second input of which is connected to the output an amplifier 31 of a second intermediate frequency, a second power amplifier 36 and a transmitting antenna 17, 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 circuit And 9, and the output is connected to the second input of the circuit 14 switching, to the output of the receiving antenna 3, a high-frequency amplifier 28, a second mixer 30, a second input of which is connected to the output of the second local oscillator 29, an amplifier 31 of a second intermediate frequency and amplitude detectors are connected in series ctor 32, the output of which is connected to the second input of the key 33. The key 33, the generator 34 of the modulating code, the phase manipulator 35 and the second power amplifier 36 form a transmitter 16.

Аппаратура, размещенная на наземном пункте управления, содержит последовательно включенные генератор 21 высокой частоты, первый смеситель 23, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 22, усилитель 24 первой промежуточной частоты, первый усилитель 25 мощности, дуплексер 26, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 27, третий усилитель 37 мощности, третий смеситель 39, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 38, усилитель 40 третьей промежуточной частоты, удвоитель 41 фазы, первый узкополосный фильтр 42, делитель 43 фазы на два, второй узкополосный фильтр 44, фазовый детектор 45, второй вход которого соединен с выходом усилителя 40 третьей промежуточной частоты, и вычислительный блок 49, последовательно подключенные к выходу второго узкополосного фильтра 44 четвертый смеситель 46, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора 21 высокой частоты, третий узкополосный фильтр 47 и второй измеритель 48 частоты Доплера, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока 49.The equipment located at the ground control point contains a high-frequency generator 21 connected in series, a first mixer 23, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator 22, an amplifier 24 of the first intermediate frequency, a first power amplifier 25, a duplexer 26, the input-output of which is connected to transceiver antenna 27, third power amplifier 37, third mixer 39, the second input of which is connected to the output of the third local oscillator 38, amplifier 40 of the third intermediate frequency, phase doubler 41, first narrow-band filter p 42, a phase divider 43 into two, a second narrow-band filter 44, a phase detector 45, the second input of which is connected to the output of the amplifier 40 of the third intermediate frequency, and a computing unit 49 connected in series to the output of the second narrow-band filter 44 is a fourth mixer 46, the second input of which connected to the second output of the high-frequency generator 21, a third narrow-band filter 47 and a second Doppler frequency meter 48, the output of which is connected to the second input of the computing unit 49.

Предлагаемая система работает следующим образом.The proposed system works as follows.

Поступательное движение КА, ось вращения которого отклонена от местной вертикали, обеспечивает перемещение линии сканирования диаграммы направленности приемной антенны 3 и последовательный просмотр полосы на поверхности Земли вдоль орбиты КА. Частота вращения КА выбирается из условия просмотра поверхности Земли без пропуска. Выбирается такая приемная антенна, чтобы ось диаграммы направленности совпадала с механической осью антенны. Для устранения неоднозначности механическая ось приемной антенны 3 КА сдвигается относительно оси вращения на угол β, равный ширине диаграммы направленности приемной антенны 3.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. A receiving antenna is selected such that the axis of the radiation pattern coincides with the mechanical axis of the antenna. To eliminate the ambiguity, the mechanical axis of the receiving antenna 3 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 3.

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

При появлении сигнала с передатчика 20 аварийного объекта в полосе земной поверхности, просматриваемой диаграммой направленности приемной антенны 3, появляется сигнал на выходе приемного устройства 5. На выходе схемы И 8 - единица.When a signal appears from the transmitter 20 of the emergency object in the strip of the earth’s surface viewed by the radiation pattern of the receiving antenna 3, a signal appears at the output of the receiving device 5. At the output of the circuit And 8 is one.

При достижении значения частоты Доплера на выходе измерителя 6, равного нулю, открывается устройство 4 сравнения и запускается заторможенный блокинг-генератор 7, на выходах схем И 9 появляется единица. Вентили 10, 11 открываются. В этом случае механическая ось приемной антенны 3 находится в точке траверза. В этот момент измеряется значение угла α между осью датчика 2 горизонта и положением механической оси приемной антенны 3. Измерения привязываются к бортовому временному устройств 18 и записываются в магнитное запоминающее устройство 15 через схему 14 коммутации в виде количества импульсов, находящихся в счетчике 13.When the value of the Doppler frequency is reached at the output of the meter 6 equal to zero, the comparison device 4 opens and the braked blocking generator 7 starts, at the outputs of the circuits And 9, a unit appears. Valves 10, 11 open. In this case, the mechanical axis of the receiving antenna 3 is at the point of the beam. At this moment, the value of the angle α is measured between the axis of the horizon sensor 2 and the position of the mechanical axis of the receiving antenna 3. The measurements are tied to the on-board temporary devices 18 and recorded in the magnetic storage device 15 through the switching circuit 14 in the form of the number of pulses in the counter 13.

Координата подспутниковой точки в момент измерений вычисляется. Измерения проводятся не менее двух раз. По координатам двух подспутниковых точек и двум измеренным углам α1 и α2 между механической осью приемной антенны 3 КА и осью датчика 2 горизонта определяется местоположение аварийного объекта.The coordinate of the sub-satellite point at the time of measurement is calculated. Measurements are taken at least two times. The coordinates of two sub-satellite points and two measured angles α 1 and α 2 between the mechanical axis of the receiving antenna 3 KA and the axis of the sensor 2 horizon determines the location of the emergency object.

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

При появлении КА в зоне приема на наземном пункте управления включается генератор 21 высокой частоты, который формирует высокочастотное колебание (фиг.6, а)When the spacecraft appears in the reception area at the ground control point, a high-frequency generator 21 is turned on, which generates a high-frequency oscillation (Fig. 6, a)

Figure 00000001
Figure 00000001

где Uс, ωс, φс, Tс - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания.where U s , ω s , φ s , T s - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of the oscillation.

Это колебание поступает на первый вход первого смесителя 23, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 22This oscillation is fed to the first input of the first mixer 23, the second input of which is supplied with the voltage of the first local oscillator 22

Figure 00000002
Figure 00000002

На выходе смесителя 23 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 24 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частотыAt the output of the mixer 23, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 24 is allocated the voltage of the first intermediate (total) frequency

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
Where
Figure 00000004

K1 - коэффициент передачи смесителя;K 1 - gear ratio of the mixer;

ωпр1сг11 - первая промежуточная (суммарная) частота;ω pr1 = ω s + ω g1 = ω 1 - the first intermediate (total) frequency;

φпр1сг1,φ pr1 = φ s + φ g1 ,

которое после усиления в усилителе 25 мощности через дуплексер 26 поступает в приемопередающую антенну 27, излучается в эфир на частоте ω1пр1, улавливается приемной антенной 3 КА и через усилитель 28 высокой частоты поступает на первый вход второго смесителя 30, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 29which after amplification in the power amplifier 25 through the duplexer 26 enters the transceiver antenna 27, is broadcast on the frequency ω 1 = ω CR1 , is captured by the receiving antenna 3 KA and through the high-frequency amplifier 28 is fed to the first input of the second mixer 30, to the second input of which voltage of the second local oscillator 29 is applied

Figure 00000005
Figure 00000005

На выходе смесителя 30 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 31 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.6, б)At the output of the mixer 30, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 31 is allocated the voltage of the second intermediate (differential) frequency (Fig.6, b)

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
Where
Figure 00000007

ωпр2пр1г22 - вторая промежуточная (разностная) частота; np2 ω = ω z2pr1 = ω 2 - second intermediate (difference) frequency;

φпр2пр1г2, WP2 cp = φ pr1r2,

которое поступает на вход амплитудного детектора 32 и на первый вход фазового манипулятора 35. Амплитудный детектор 32 выделяет огибающую напряжения Uпр2(t), которая поступает на управляющий вход ключа 33 и открывает его. В исходном состоянии ключ 33 всегда закрыт. При этом информация о значении углов α1, α2 и времени измерения, записанная в магнитное запоминающее устройство 15, через открытый ключ 33 поступает на вход формирователя 34, где формируется модулирующий код M(t) (фиг.6, в).which is fed to the input of the amplitude detector 32 and to the first input of the phase manipulator 35. The amplitude detector 32 selects the voltage envelope U pr2 (t), which is fed to the control input of the key 33 and opens it. In the initial state, the key 33 is always closed. In this case, information about the value of the angles α 1 , α 2 and the measurement time recorded in the magnetic memory 15, through the public key 33 is fed to the input of the shaper 34, where the modulating code M (t) is generated (Fig.6, c).

Этот код подается на второй вход фазового манипулятора 35, на выходе которого образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.6, г)This code is fed to the second input of the phase manipulator 35, the output of which forms a complex signal with phase manipulation (PSK) (Fig.6, g)

Figure 00000008
Figure 00000008

где φk(t)={0,π}- манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.6, в), 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);where φ k (t) = {0, π} is the manipulated component of the phase that displays the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M (t) (Fig.6c), 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);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сложный сигнал длительностью Тсс=Nτэ). Данный сигнал усиливается по мощности в усилителе 36 мощности и излучается передающей антенной 17 в эфир на частоте ω2пр2±Ωд, улавливается приемопередающей антенной 27 и через дуплексер 26 и усилитель 37 мощности поступает на первый вход третьего смесителя 39τ e , N - the duration and number of chips that make up a complex signal of duration T s (T s = Nτ e ). This signal is amplified by power in the power amplifier 36 and radiated by the transmitting antenna 17 at a frequency ω 2 = ω pr2 ± Ω d , is captured by the transceiver antenna 27, and through the duplexer 26 and the power amplifier 37 is supplied to the first input of the third mixer 39

Figure 00000009
Figure 00000009

где Ωд - доплеровское смещение частоты;where Ω d - Doppler frequency shift;

знак «плюс» соответствует сближению приемника и передатчика, «минус» - удаление, т.е. знак определяет направление вектора радиальной скорости.the plus sign corresponds to the approximation of the receiver and the transmitter, the minus sign deletes, i.e. the sign determines the direction of the radial velocity vector.

На второй вход третьего смесителя 39 подается напряжение третьего гетеродина 38The second input of the third mixer 39 is supplied with the voltage of the third local oscillator 38

Figure 00000010
Figure 00000010

На выходе смесителя 39 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 40 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты (фиг.6, д)The output of the mixer 39 is formed voltage Raman frequencies. The amplifier 40 is allocated the voltage of the third intermediate (differential) frequency (Fig.6, d)

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
Where
Figure 00000012

ωпр3г3пр2с - третья промежуточная (разностная) частота; PR3 ω = ω -ω z3 np2 = ω s - third intermediate (difference) frequency;

φпр3г3пр2с PR3 cp = φ r3 -φ = φ with WP2

Это напряжение представляет собой сложный ФМн-сигнал на третьей промежуточной частоте ωпр3 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45 и на вход удвоителя 41 фазы.This voltage is a complex QPSK signal at the third intermediate frequency ω pr3 and is supplied to the first (information) input of the phase detector 45 and to the input of the phase doubler 41.

На выходе удвоителя 41 фазы образуется гармоническое напряжение (фиг.6, е)At the output of the phase doubler 41, a harmonic voltage is generated (Fig.6, e)

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
Where
Figure 00000014

K2 - коэффициент передачи перемножителя (в качестве удвоителя 41K 2 - transfer coefficient of the multiplier (as a doubler 41

фазы используется перемножитель, на два входа которого подается одно и то же напряжение uпр3(t)),phase, a multiplier is used, at the two inputs of which the same voltage is applied u pr3 (t)),

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует, так как 2φk(t)={0,2π}.in which phase manipulation is already absent, since 2φ k (t) = {0.2π}.

Ширина спектра Δfc сложного ФМн-сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылок (Δfc=1/τэ). Тогда как ширина спектра Δf2 его второй гармоники определяется длительностью сигнала Тс (Δf2=1/Тс). Следовательно, при умножении фазы на два широкополосного ФМн-сигнала его спектр сворачивается в N раз (Δfс/Δf2=N).The spectrum width Δf c of the complex QPSK signal is determined by the duration τ e of its elementary premises (Δf c = 1 / τ e ). Whereas the width of the spectrum Δf 2 of its second harmonic is determined by the signal duration T s (Δf 2 = 1 / T s ). Therefore, when the phase is multiplied by two broadband QPSK signals, its spectrum collapses N times (Δf s / Δf 2 = N).

Гармоническое напряжение u3(t) выделяется узкополосным фильтром 42 и поступает на вход делителя 43 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг.6, ж)The harmonic voltage u 3 (t) is allocated by a narrow-band filter 42 and is fed to the input of a phase divider 43 into two, the output of which is a harmonic voltage (Fig.6, g)

Figure 00000015
Figure 00000015

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 44 и поступает на первый вход четвертого смесителя 46 и на второй (опорный) вход фазового детектора 45. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.6, з)This voltage is allocated by a narrow-band filter 44 and is supplied to the first input of the fourth mixer 46 and to the second (reference) input of the phase detector 45. At the output of the latter, a low-frequency voltage is generated (Fig.6, h)

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
Where
Figure 00000017

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

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.6, в). Это напряжение поступает на первый вход вычислительного блока 49.proportional to the modulating code M (t) (Fig.6, c). This voltage is supplied to the first input of the computing unit 49.

На второй вход смесителя 46 подается высокочастотное колебание uc(t) с второго выхода генератора 21. На выходе смесителя 46 образуется низкочастотное напряжениеAt the second input of the mixer 46, a high-frequency oscillation u c (t) is supplied from the second output of the generator 21. A low-frequency voltage is generated at the output of the mixer 46

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
Where
Figure 00000019

которое пропорционально доплеровскому смещению частоты, выделяется узкополосным фильтром 47 и подается на вход измерителя 48 частоты Доплера. Измеряемое значение частоты Доплера поступает на второй вход вычислительного блока 49.which is proportional to the Doppler frequency shift, is allocated by a narrow-band filter 47 and fed to the input of the Doppler frequency meter 48. The measured value of the Doppler frequency is fed to the second input of the computing unit 49.

В вычислительном блоке 49 по координатам двух подспутниковых точек и двух измеренных углов α1 и α2 однозначно определяется местоположение аварийного объекта.In the computing unit 49, the coordinates of two sub-satellite points and two measured angles α 1 and α 2 uniquely determine the location of the emergency object.

В вычислительном блоке 49 рассчитываются также элементы орбиты КА. Доплеровская частота определяется на основании соотношенияIn the computing unit 49, spacecraft orbit elements are also calculated. Doppler frequency is determined based on the ratio

Figure 00000020
Figure 00000020

где

Figure 00000021
Where
Figure 00000021

λс - рабочая длина волны;λ s is the working wavelength;

r - текущее расстояние между КА и наземным пунктом управления.r is the current distance between the spacecraft and the ground control point.

Если вести отсчет времени от момента прохода КА точки траверза, то текущее расстояние равно (фиг.5)If you count the time from the moment of the spacecraft passage of the traverse point, then the current distance is (Fig. 5)

Figure 00000022
Figure 00000022

где r0 - кратчайшее расстояние между КА и наземным пунктом управления;where r 0 is the shortest distance between the spacecraft and the ground control point;

V - скорость движения КА по орбите.V is the speed of the spacecraft in orbit.

Подстановка (2) в (1) даетSubstituting (2) in (1) gives

Figure 00000023
Figure 00000023

Зависимость доплеровской частоты от времени, рассчитанная по формулу (3) при условии, что V=7,9 км/с, r0=500 км и λс=3 м, приведена на фиг.5(а, б)The dependence of the Doppler frequency on time, calculated by the formula (3) under the condition that V = 7.9 km / s, r 0 = 500 km and λ s = 3 m, is shown in Fig. 5 (a, b)

Как видно, эта зависимость представляет собой монотонно убывающую функцию времени, причем при неограниченном возрастании абсолютного значения t обе ветви этой кривой стремятся к одинаковому, но разному по знаку пределу.As can be seen, this dependence is a monotonically decreasing function of time, and with an unlimited increase in the absolute value of t, both branches of this curve tend to the same, but different in sign, limit.

Figure 00000024
Figure 00000024

На линейном участке вблизи точки перегиба

Figure 00000025
и тогда (фиг.5)In a linear section near the inflection point
Figure 00000025
and then (figure 5)

Figure 00000026
Figure 00000026

Дифференцируя (4) по времени, можно найти выражение для производной от доплеровской частотыDifferentiating (4) with respect to time, we can find the expression for the derivative of the Doppler frequency

Figure 00000027
Figure 00000027

Из последнего выражения следует, что зная скорость V и длину волны λс, а также измерив производную F'д, можно найти кратчайшее расстояниеFrom the last expression it follows that knowing the velocity V and the wavelength λ s , as well as measuring the derivative F ' d , we can find the shortest distance

Figure 00000028
Figure 00000028

Указанные вычисления осуществляются в вычислительном блоке 49. Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает управление сбросом информации с космического аппарата на наземный пункт управления и уточнение элементов орбиты космического аппарата. При этом используется запросный метод измерения радиальной скорости КА, особенностью которого является необходимость развязки запросного и ответного сигналов, которая достигается разносом их по частоте.These calculations are carried out in computing unit 49. Thus, the proposed system, in comparison with the prototype and other technical solutions of a similar purpose, provides control of the dumping of information from the spacecraft to the ground control point and refinement of the orbit elements of the spacecraft. In this case, the interrogation method for measuring the radial velocity of the spacecraft is used, a feature of which is the need for decoupling the interrogation and response signals, which is achieved by spacing them in frequency.

Поскольку при запросном методе измерения радиальной скорости опорные колебания смесителей приемника и сигнал передатчика формируются общим генератором 21 высокой частоты, то на точности измерения существенно сказывается лишь уход частоты этого генератора за время распространения сигнала до КА и обратно. Высокая кратковременная стабильность частоты генератора 21 обеспечивается проще, чем высокая долговременная стабильность эталонных генераторов в беззапросных системах. Поэтому в запросных системах такая же точность измерения, как и в беззапросных, может быть получена при использовании более простых (кварцевых) генераторов. Тем самым функциональные возможности системы расширены.Since with the interrogation method for measuring radial velocity, the reference oscillations of the receiver mixers and the transmitter signal are generated by a high-frequency common oscillator 21, only the frequency drift of this generator during propagation of the signal to the spacecraft and vice versa significantly affects the measurement accuracy. The high short-term stability of the frequency of the generator 21 is provided easier than the high long-term stability of the reference generators in non-demanding systems. Therefore, in query systems, the same measurement accuracy as in non-query systems can be obtained using simpler (quartz) oscillators. Thus, the functionality of the system is expanded.

Claims (1)

Угломестно-временная доплеровская система определения координат аварийного объекта, содержащая передатчик аварийного объекта и космический аппарат с осью вращения, отклоненной от местной вертикали, включающий в себя корпус, импульсный инфракрасный датчик горизонта, размещенный на одной оси с приемной антенной противоположно ей, причем механическая ось антенны не совпадает с осью вращения космического аппарата, и бортовую аппаратуру, содержащую последовательно подключенные к приемной антенне приемное устройство, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, первый измеритель частоты Доплера, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, устройство сравнения, блокинг-генератор, первую схему И, второй вход которой соединен с вторым выходом приемного устройства, вторую схему И, второй вход которой соединен с вторым выходом блокинг-генератора, первый вентиль, второй вход которого через счетчик импульсов соединен с выходами импульсного инфракрасного датчика горизонта и генератора импульсов, схему коммуникации, запоминающее устройство, передатчик, второй вход которого соединен с вторым выходом схемы коммутации, и передающую антенну, при этом к третьему выходу задающего генератора последовательно подключены временное устройство и второй вентиль, второй вход которого соединен с вторым выходом второй схемы И, а выход подключен к входу схемы коммутации, отличающаяся тем, что она снабжена наземным пунктом управления, содержащим последовательно включенные генератор высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, третий усилитель мощности, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, усилитель третьей промежуточной частоты, удвоитель фазы, первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два, второй узкополосный фильтр, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя третьей промежуточной частоты, и вычислительный блок, а также последовательно подключенный к выходу второго узкополосного фильтра четвертый смеситель, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора высокой частоты, третий узкополосный фильтр и второй измеритель частоты Доплера, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, при этом бортовая аппаратура космического аппарата снабжена усилителем высокой частоты, вторым гетеродином, вторым смесителем, усилителем второй промежуточной частоты и амплитудным детектором, причем передатчик выполнен в виде последовательно подключенных к выходу запоминающего устройства ключа, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, формирователя модулирующего кода, второй вход которой соединен с вторым выходом схемы коммутации, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и второго усилителя мощности, выход которого соединен с передающей антенной, при этом к выходу приемной антенны последовательно подключены усилитель высокой частоты, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты и амплитудный детектор. An angular-temporal Doppler system for determining the coordinates of an emergency object, containing a transmitter of an emergency object and a spacecraft with an axis of rotation deviated from the local vertical, including a housing, a pulsed infrared horizon sensor, located on the same axis with the receiving antenna opposite to it, and the mechanical axis of the antenna does not coincide with the axis of rotation of the spacecraft, and on-board equipment containing a receiver in series connected to the receiving antenna, the second input of which o connected to the first output of the master oscillator, the first 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 circuit And, the second input of which is connected to the second output of the receiver, the second circuit And, the second input which is connected to the second output of the blocking generator, the first valve, the second input of which is connected through the pulse counter to the outputs of the pulsed infrared horizon sensor and the pulse generator, the communication circuit, remembering its device, a transmitter, the second input of which is connected to the second output of the switching circuit, and a transmitting antenna, while 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 AND circuit, and the output is connected to the input switching circuit, characterized in that it is equipped with a ground control station containing a high-frequency generator in series, a first mixer, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator , an amplifier of the first intermediate frequency, a first power amplifier, a duplexer, the input-output of which is connected to the transceiver antenna, a third power amplifier, a third mixer, a second input of which is connected to the output of the third local oscillator, an amplifier of the third intermediate frequency, a phase doubler, the first narrow-band filter, divider phases into two, a second narrow-band filter, a phase detector, the second input of which is connected to the output of the amplifier of the third intermediate frequency, and a computing unit, as well as connected in series to the second narrow-band filter ode is the fourth mixer, the second input of which is connected to the second output of the high-frequency generator, the third narrow-band filter and the second Doppler frequency meter, the output of which is connected to the second input of the computing unit, while the spacecraft onboard equipment is equipped with a high-frequency amplifier, the second local oscillator, the second mixer, the amplifier of the second intermediate frequency and the amplitude detector, and the transmitter is made in the form of series-connected to the output of the storage a key device, the second input of which is connected to the output of the amplitude detector, the generator of the modulating code, the second input of which is connected to the second output of the switching circuit, a phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the amplifier of the second intermediate frequency, and a second power amplifier, the output of which is connected to the transmitting an antenna, while a high-frequency amplifier, a second mixer, the second input of which is connected to the output of the second local oscillator, are connected in series to the output of the receiving antenna Torah intermediate frequency and amplitude detector.
RU2008116515/11A 2008-04-21 2008-04-21 Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates RU2368550C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008116515/11A RU2368550C1 (en) 2008-04-21 2008-04-21 Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008116515/11A RU2368550C1 (en) 2008-04-21 2008-04-21 Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2368550C1 true RU2368550C1 (en) 2009-09-27

Family

ID=41169512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008116515/11A RU2368550C1 (en) 2008-04-21 2008-04-21 Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2368550C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kofman et al. The Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission (CONSERT): A short description of the instrument and of the commissioning stages
US20120050103A1 (en) Synthetic aperture device for receiving signals of a system comprising a carrier and means for determining its trajectory
US5495248A (en) Stabilizing method of synthetic aperture radar and position determining method thereof
JPH0325752B2 (en)
Cherniakov et al. Space-surface bistatic synthetic aperture radar with global navigation satellite system transmitter of opportunity-experimental results
RU2526850C2 (en) Method of obtaining radar image of portion of earth&#39;s surface and synthetic aperture radar station (versions)
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
RU2518174C2 (en) Query-based method of measuring radial velocity and position of glonass global navigation system satellite and system for realising said method
FI91809C (en) Method and apparatus for measuring the speed of a moving object using the Doppler offset of electromagnetic radiation
Scannapieco et al. Compact millimeter wave FMCW InSAR for UAS indoor navigation
RU2302645C1 (en) Elevation-time doppler method for determining coordinates of emergency object
RU2368550C1 (en) Elevation-time doppler system for detection of emergency object coordinates
US10148352B1 (en) Continuous carrier optical phase optometric measurement over coherent optical communication link
RU2389040C1 (en) Query method of measuring radial velocity and system for realising said method
RU2427853C1 (en) Phase direction finding method and phase direction finder for implementing said method
US20230061894A1 (en) Radio system with multiple antenna arrays and adaptive waveforms
RU2243592C1 (en) System for remote control of building materials transportation
RU2328416C1 (en) Elevation doppler system for emergency object positioning
RU2267137C1 (en) Monopulse radar station
RU2313477C1 (en) Determination of coordinates of emergency object by elevation angle and time doppler method
RU2699451C1 (en) Remote monitoring system for transportation of high-technology building modules
RU2619200C1 (en) System of remote control for transportating high-tech construction modules
RU2613865C2 (en) Clock synchronisation method and device therefor
RU2386159C2 (en) Clock synchronisation system

Legal Events

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

Effective date: 20100422