RU2645179C2 - Probable satellite system for monitoring forest fire - Google Patents
Probable satellite system for monitoring forest fire Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645179C2 RU2645179C2 RU2016114386A RU2016114386A RU2645179C2 RU 2645179 C2 RU2645179 C2 RU 2645179C2 RU 2016114386 A RU2016114386 A RU 2016114386A RU 2016114386 A RU2016114386 A RU 2016114386A RU 2645179 C2 RU2645179 C2 RU 2645179C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forest fire
- spacecraft
- scanning
- probabilistic
- satellite
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/1021—Earth observation satellites
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к космической области, а именно к спутниковым системам наблюдения Земли, а более точно касается спутниковой системы обеспечения наблюдений обширных регионов Земли.The invention relates to the space field, in particular to satellite systems for observing the Earth, and more particularly relates to a satellite system for providing observations of vast regions of the Earth.
Известна информационная система дистанционного мониторинга лесных пожаров ИСДМ-Рослесхоз Федерального агентства лесного хозяйства РФ (см. Щетинский В.Е. и др. Применение информационной системы дистанционного мониторинга «ИСДМ Рослесхоз» для определения пожарной опасности в лесах Российской Федерации (Учебное пособие) // ФГУ «Авиалесоохрана» г. Пушкино (МО), 2007, с. 82).The information system for remote monitoring of forest fires ISDM-Rosleskhoz of the Federal Forestry Agency of the Russian Federation is known (see Schetinsky V.E. et al. Use of the information system of remote monitoring "ISDM Rosleskhoz" for determining fire hazard in the forests of the Russian Federation (Textbook) // FGU “Aviation conservation”, Pushkino (Moscow region), 2007, p. 82).
Основными недостатками этой системы являются:The main disadvantages of this system are:
- отсутствие собственных космических средств;- lack of proprietary space assets;
- недостаточная оперативность обновления информации;- insufficient efficiency of updating information;
- недостаточная достоверность обнаружения пожаров;- insufficient reliability of fire detection;
- предоставление данных частично на коммерческой основе.- provision of data partially on a commercial basis.
Наиболее близкой по технической сути (прототипом) к предлагаемому изобретению является спутниковая система автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий Союзного государства «Россия - Беларусь» (см. заявку на изобретение РФ №2006143879 от 13 декабря 2006 г., МПК В64G 1/10), которая имеет жесткую структуру, когда каждый космический аппарат системы находится в своей «ячейке».The closest in technical essence (prototype) to the proposed invention is a satellite system for automated control and operational control (monitoring) of critical objects and territories of the Union State “Russia - Belarus” (see application for invention of the Russian Federation No. 2006143879 of December 13, 2006, IPC B64G 1/10), which has a rigid structure when each spacecraft of the system is in its “cell”.
Данная система имеет существенные недостатки, связанные со значительными временными, материальными и энергетическими затратами на их создание, поддержание и восполнение.This system has significant drawbacks associated with significant time, material and energy costs for their creation, maintenance and replenishment.
Задачей предлагаемого изобретения является создание вероятностной спутниковой системы для мониторинга лесных пожаров, при которой техническим результатом будет являться снижение стоимости создания системы и массо-габаритных характеристик космических аппаратов, входящих в систему.The objective of the invention is the creation of a probabilistic satellite system for monitoring forest fires, in which the technical result is to reduce the cost of creating a system and the mass-dimensional characteristics of spacecraft included in the system.
Этот технический результат в вероятностной спутниковой системе для мониторинга лесных пожаров, включающей в свой состав космические аппараты на круговых орбитах, оснащенные сканирующей широкоугольной оптико-электронной системой инфракрасного диапазона с линейным фотоприемным устройством для обнаружения очага лесного пожара и следящей оптико-электронной системой инфракрасного диапазона с матричным фотоприемным устройством, перенацеливаемой по целеуказаниям от сканирующей системы, для определения параметров очага лесного пожара и формирования сигнала предупреждения о лесном пожаре, достигается тем, что космические аппараты снабжены одной следящей широкоугольной оптико-электронной системой инфракрасного диапазона с несколькими матричными фотоприемными устройствами для обнаружения и определения параметров очага лесного пожара, а также формирования сигнала предупреждения о лесном пожаре.This technical result is in a probabilistic satellite system for monitoring forest fires, which includes spacecraft in circular orbits, equipped with a scanning wide-angle optical-electronic infrared system with a linear photodetector for detecting a forest fire focus and a tracking optical-electronic infrared system with a matrix photodetector, retargeted by target designation from the scanning system, to determine the parameters of the source of forest fire and generation of a forest fire warning signal, the spacecraft are equipped with one tracking wide-angle optical-electronic infrared system with several photodetector arrays for detecting and determining the parameters of a forest fire focus, as well as generating a forest fire warning signal.
В вероятностных спутниковых системах положение космических аппаратов изменяется в широких пределах, а расстановка и последующее поддержание их относительного положения не осуществляется. Необходимый уровень эффективности их функционирования достигается увеличением количественного состава космических аппаратов в системе.In probabilistic satellite systems, the position of spacecraft varies widely, and the arrangement and subsequent maintenance of their relative position is not carried out. The necessary level of efficiency of their functioning is achieved by increasing the quantitative composition of spacecraft in the system.
Спутниковые системы космических аппаратов, построенные по вероятностной (некорректируемой) схеме, позволяют нивелировать недостатки детерминированных систем (см. прототип), но их построение накладывает некоторые ограничения, в том числе и на класс используемых орбит. В качестве основных ограничений в этом случае можно указать следующие:Satellite systems of spacecraft, constructed according to a probabilistic (non-correctable) scheme, can mitigate the shortcomings of deterministic systems (see prototype), but their construction imposes some limitations, including the class of orbits used. As the main restrictions in this case, you can specify the following:
- количество космических аппаратов в вероятностных спутниковых системах должно быть достаточно большим для того, чтобы обеспечить структурную устойчивость системы;- the number of spacecraft in probabilistic satellite systems should be large enough to ensure the structural stability of the system;
- необходимо использовать околокруговые орбиты с эксцентриситетом, близким к нулю, так как в этом случае вековой уход аргумента широты перигея не будет заметно влиять на функционирование космических аппаратов, в частности на размеры контролируемых зон земной поверхности;- it is necessary to use near-circular orbits with an eccentricity close to zero, since in this case the secular departure of the argument of latitude perigee will not significantly affect the functioning of spacecraft, in particular the size of the controlled zones of the earth's surface;
- необходимо использовать низкие орбиты с высотами до 2000 км, что позволяет, во-первых, обеспечить гибкость структуры системы в целом, а во-вторых, упростить бортовую целевую аппаратуру и космических аппаратов в целом и тем самым существенно уменьшить их габаритные и массовые характеристики.- it is necessary to use low orbits with altitudes up to 2000 km, which allows, firstly, to ensure the flexibility of the structure of the system as a whole, and secondly, to simplify the onboard target equipment and spacecraft as a whole and thereby significantly reduce their overall and mass characteristics.
В качестве отличительных характеристик спутниковых систем космических аппаратов, построенных по вероятностному принципу, необходимо отметить следующие:The following characteristics should be noted as distinctive characteristics of satellite systems of spacecraft built on the probabilistic principle:
- при построении вероятностных спутниковых систем нет жестких ограничений на место расположения отдельных космических аппаратов в плоскости орбиты, следовательно, требования по точности выведения космических аппаратов могут быть снижены;- when constructing probabilistic satellite systems, there are no strict restrictions on the location of individual spacecraft in the orbit plane, therefore, the requirements for the accuracy of spacecraft launch can be reduced;
- построение вероятностных спутниковых систем можно проводить с помощью пакетных запусков или с попутным грузом;- the construction of probabilistic satellite systems can be carried out using batch launches or with a passing load;
- построение вероятностных спутниковых систем можно проводить с использованием конверсионных баллистических ракет более легкого класса (в том числе с подводных лодок);- the construction of probabilistic satellite systems can be carried out using conversion ballistic missiles of a lighter class (including from submarines);
- системы космических аппаратов, построенные по вероятностной схеме, не требуют коррекции, а следовательно, космические аппараты не нуждаются в корректирующей двигательной установке (КДУ) и запасах топлива, что обеспечивает возможность существенно снизить стоимость системы;- spacecraft systems built according to a probabilistic scheme do not require correction, and therefore, spacecraft do not need a corrective propulsion system (KDU) and fuel reserves, which makes it possible to significantly reduce the cost of the system;
- отсутствие необходимости поддержания элементов орбиты космических аппаратов в строгих пределах позволяет снизить нагрузку на наземный комплекс управления (НКУ), а также обеспечивает возможность эксплуатации вероятностных спутниковых систем при выходе отдельных элементов НКУ из строя;- the lack of the need to maintain spacecraft orbit elements within strict limits allows to reduce the load on the ground control complex (GCC), and also provides the possibility of operating probabilistic satellite systems in the event of failure of individual GCC elements;
- выход из стоя отдельных космических аппаратов из спутниковой системы космических аппаратов, построенной по вероятностной схеме, незначительно уменьшает эффективность ее функционирования, так как качество решения целевой задачи зависит от положения на орбите всей совокупности космических аппаратов системы.- the exit from standing of individual spacecraft from the satellite system of spacecraft, constructed according to a probabilistic scheme, slightly reduces the efficiency of its functioning, since the quality of the solution to the target problem depends on the position in orbit of the entire set of spacecraft of the system.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 показана возможная схема построения вероятностной спутниковой системы для мониторинга лесных пожаров, которая могла бы использовать в качестве базового одноосно (гравитационно) стабилизированный космический аппарат (КА), в состав которого будут входить:The invention is illustrated by drawings, where in FIG. Figure 1 shows a possible scheme for constructing a probabilistic satellite system for monitoring forest fires, which could use a uniaxial (gravitationally) stabilized spacecraft (SC) as a base, which will include:
1 - гравитационная штанга, которая также будет использоваться как приемная антенна системы межспутниковой связи (CMC);1 - gravitational rod, which will also be used as a receiving antenna of the inter-satellite communication system (CMC);
2 - многорупорная передающая антенна CMC;2 - multi-core transmitting antenna CMC;
3 - корпус КА с панелями солнечных батарей;3 - spacecraft body with solar panels;
4 - бортовой оптико-электронный сканирующий датчик (ОЭСД);4 - on-board optoelectronic scanning sensor (OECD);
5 - антенны для связи КА с НКУ.5 - antennas for communicating with spacecraft.
Система межспутниковой связи должна будет обеспечивать постоянный обмен целевой информацией и данными о собственном положении каждого отдельного спутника между всеми КА системы, находящимися в зоне прямой видимости. Такая организация системы связи позволит использовать в составе НКУ единый центр приема и обработки информации, так как каждый КА системы, доступный для связи с НКУ, будет способен передать на Землю всю информацию о состоянии системы (включая данные навигационной аппаратуры потребителя (НАП) «ГЛОНАСС», телеметрическую и целевую информацию). Также возможно создание мобильного НКУ, который будет способен выполнять свои задачи в любом районе, обслуживаемом системой.The inter-satellite communication system will have to provide a constant exchange of target information and data on the individual position of each individual satellite between all the spacecraft of the system located in the line of sight. Such organization of the communication system will make it possible to use a single information reception and processing center as part of the NKU, since each spacecraft of the system available for communication with the NKU will be able to transmit to the Earth all information about the state of the system (including the data of the navigation equipment of the consumer (NAP) GLONASS , telemetry and target information). It is also possible to create a mobile switchgear, which will be able to carry out its tasks in any area served by the system.
В основу построения и функционирования бортового ОЭСД обнаружения и определения направления визирования очага возгорания положен принцип кругового сканирования подстилающей поверхности. Он реализуется с помощью сверхширокоугольного инфракрасного (ИК) объектива 6 (фиг. 2) типа «рыбий глаз» (fish eye) с полем зрения порядка 140°, обеспечивающим наблюдение с орбиты КА всего диска Земли (с учетом ошибок гравитационной стабилизации КА), а также с использованием вращающейся призмы 7 (фиг. 2) Пехана (roof призмы). Вариант построения оптической схемы ОЭСД и вид на фокальную поверхность 8 (фиг. 2) с расположенными на ней фотоприемными устройствами (ФПУ) со стороны оптической оси объектива приведен на фиг. 2.The principle of circular scanning of the underlying surface is based on the construction and operation of the onboard OECD for detecting and determining the direction of sighting of the source of ignition. It is realized using an ultra-wide-infrared (IR) lens 6 (Fig. 2) of the “fish eye” type (fish eye) with a field of view of the order of 140 °, which ensures observation from the orbit of the spacecraft of the entire Earth’s disk (taking into account errors of the gravitational stabilization of the spacecraft), and also using a rotating prism 7 (Fig. 2) Pehana (roof prism). A variant of constructing an optical OECD scheme and a view of the focal surface 8 (FIG. 2) with photodetector devices (FPUs) located on it from the optical axis of the lens are shown in FIG. 2.
На фокальной поверхности 8 (фиг. 2) предлагается расположить линейные ФПУ 9 (фиг. 2) с диапазоном чувствительности 3-5 мкм для обнаружения источников 10 (фиг. 2) ИК излучения (очагов пожара) в пределах всей доступной для наблюдения части Земли, а также линейные ФПУ 11 (фиг. 2) с диапазоном чувствительности 8-12 мкм для построения местной вертикали, ограниченные диапазоном надирного угла (40°…70°), где поз. 12 (фиг. 2) - изображение диска Земли. Фотоприемные устройства располагаются симметрично относительно центра изображения, период вращения которого должен составлять несколько секунд.On the focal surface 8 (Fig. 2) it is proposed to arrange linear FPUs 9 (Fig. 2) with a sensitivity range of 3-5 μm to detect sources 10 (Fig. 2) of IR radiation (fire sources) within the entire accessible part of the Earth, as well as linear FPU 11 (Fig. 2) with a sensitivity range of 8-12 microns for constructing the local vertical, limited by the nadir angle range (40 ° ... 70 °), where pos. 12 (Fig. 2) is an image of the Earth’s disk. Photodetectors are located symmetrically relative to the center of the image, the rotation period of which should be several seconds.
На фиг. 3 изображена принципиальная схема работы системы (линия АiВi - направление оси симметрии i-го КА (совпадает с направлением оптической оси ИК датчика, являющейся осью сканирования подстилающей поверхности), АiOi - местная ИК вертикаль, ϕi - угол между местной вертикалью и линией визирования пожара).In FIG. 3 shows a schematic diagram of the operation of the system (line A i B i is the direction of the axis of symmetry of the i-th spacecraft (coincides with the direction of the optical axis of the IR sensor, which is the axis of scanning of the underlying surface), A i O i is the local IR vertical, ϕ i is the angle between local vertical and line of sight of the fire).
Результатом обработки полученных с ФПУ сигналов являются значения углов ϕi между направлением на источники ИК излучения и местной вертикалью, которые совместно с данными о местоположении КА передаются в режиме реального времени по каналам CMC на Землю. На основе результатов этих измерений, а также с использованием данных НАП в наземном центре обработки информации методом триангуляции рассчитываются географические координаты пожаров, а также оцениваются площади возгораний на основе анализа мощности приходящего от них ИК излучения.The result of processing the signals received from the FPU is the angle ϕ i between the direction to the sources of infrared radiation and the local vertical, which together with the spacecraft location data are transmitted in real time via CMC channels to Earth. Based on the results of these measurements, as well as using NAP data in a ground-based information processing center, the geographic coordinates of fires are calculated by the triangulation method, and ignition areas are estimated based on an analysis of the power of the infrared radiation coming from them.
Для нормального функционирования системы необходимо, чтобы каждая точка контролируемой подстилающей поверхности (или выбранных пожароопасных районов) находилась в зоне видимости как минимум двух КА системы. Данное условие будет обеспеченно выбором конкретных параметров построения вероятностной спутниковой системы для мониторинга лесных пожаров. Однако при наличии над территорией пожара только двух КА системы, в ходе решения триангуляционной задачи кроме истинных решений 13 (фиг. 3) будут возникать ложные решения 14 (фиг. 3), для исключения которых достаточно установить на КА магнитометр или астродатчик, позволяющий определить ориентацию КА относительно вертикальной оси. В случае обработки данных от трех и более КА системы ложные решения 14 (фиг. 3) будут отбрасываться в процессе обработки полученных данных на НКУ.For the normal functioning of the system, it is necessary that each point of the controlled underlying surface (or selected fire hazardous areas) is in the visibility range of at least two spacecraft of the system. This condition will be ensured by the selection of specific parameters for the construction of a probabilistic satellite system for monitoring forest fires. However, if there are only two spacecraft of the system above the fire territory, in the course of solving the triangulation problem, in addition to the true solutions 13 (Fig. 3), false solutions 14 (Fig. 3) will arise, for the elimination of which it is enough to install a magnetometer or astro-sensor on the SC, which allows to determine the orientation SC relative to the vertical axis. In the case of processing data from three or more spacecraft of the system, false decisions 14 (Fig. 3) will be discarded in the process of processing the received data on the NKU.
Таким образом, предлагаемая вероятностная спутниковая система для мониторинга лесных пожаров может решить множество существующих проблем в сфере мониторинга лесных пожаров и окружающей среды. С учетом сравнительно небольшой стоимости, данная система может обеспечить непрерывное наблюдение за всей территорией нашей страны (или выбранного района) с возможностью оперативного получения и обработки данных об экологическом состоянии лесных угодий.Thus, the proposed probabilistic satellite system for monitoring forest fires can solve many existing problems in the field of monitoring forest fires and the environment. Given the relatively low cost, this system can provide continuous monitoring of the entire territory of our country (or the selected area) with the ability to quickly obtain and process data on the ecological condition of forest lands.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114386A RU2645179C2 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Probable satellite system for monitoring forest fire |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114386A RU2645179C2 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Probable satellite system for monitoring forest fire |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016114386A RU2016114386A (en) | 2017-10-16 |
RU2645179C2 true RU2645179C2 (en) | 2018-02-16 |
Family
ID=60120416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016114386A RU2645179C2 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Probable satellite system for monitoring forest fire |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645179C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2051398C1 (en) * | 1992-02-06 | 1995-12-27 | Евгений Яковлевич Кариженский | Method and device for analyzing and synthesizing images |
RU94037444A (en) * | 1994-09-28 | 1996-07-20 | Е.Я. Кариженский | Method and device for producing images |
WO2001074081A1 (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-04 | Astrovision International, Inc. | Direct broadcast imaging satellite system apparatus and method |
US7298869B1 (en) * | 2003-07-21 | 2007-11-20 | Abernathy Donald A | Multispectral data acquisition system and method |
US20130129147A1 (en) * | 2006-07-28 | 2013-05-23 | Telespazio S.P.A. | Automatic detection of fires on earth's surface and of atmospheric phenomena such as clouds, veils, fog or the like, by means of a satellite system |
RU157285U1 (en) * | 2015-05-19 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | SCANNING LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING |
-
2016
- 2016-04-13 RU RU2016114386A patent/RU2645179C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2051398C1 (en) * | 1992-02-06 | 1995-12-27 | Евгений Яковлевич Кариженский | Method and device for analyzing and synthesizing images |
RU94037444A (en) * | 1994-09-28 | 1996-07-20 | Е.Я. Кариженский | Method and device for producing images |
WO2001074081A1 (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-04 | Astrovision International, Inc. | Direct broadcast imaging satellite system apparatus and method |
US7298869B1 (en) * | 2003-07-21 | 2007-11-20 | Abernathy Donald A | Multispectral data acquisition system and method |
US20130129147A1 (en) * | 2006-07-28 | 2013-05-23 | Telespazio S.P.A. | Automatic detection of fires on earth's surface and of atmospheric phenomena such as clouds, veils, fog or the like, by means of a satellite system |
RU157285U1 (en) * | 2015-05-19 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | SCANNING LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016114386A (en) | 2017-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pascale et al. | The balloon-borne large aperture submillimeter telescope: BLAST | |
US9284074B2 (en) | Method, satellite, and a system or an arrangement with at least one satellite for detecting natural or artificial objects, and the use thereof in the execution of said method | |
Donlon et al. | The global monitoring for environment and security (GMES) sentinel-3 mission | |
US11079234B2 (en) | High precision—automated celestial navigation system | |
US7349804B2 (en) | Daytime stellar imager | |
Sabatini et al. | Airborne laser sensors and integrated systems | |
US20090177398A1 (en) | Angles only navigation system | |
National Research Council | The global positioning system: A shared national asset | |
RU2465729C2 (en) | International global monitoring aerospace system (igmas) | |
Guerra et al. | On small satellites for oceanography: A survey | |
Sabatini et al. | Airborne laser systems testing and analysis | |
RU2536769C2 (en) | Method and system for remote optical detection and location of object flying in stratosphere or at high altitude with supersonic speed based on vapour trail criteria of propulsion system thereof | |
Sridharan et al. | Us space surveillance network capabilities | |
Rongzhi et al. | Spacecraft collision avoidance technology | |
RU82678U1 (en) | OBSERVING SYSTEM FOR SPACE OBJECTS | |
RU2645179C2 (en) | Probable satellite system for monitoring forest fire | |
Letizia et al. | Improving the knowledge of the orbital population New technical means of space debris monitoring | |
Zinnecker et al. | WISE–the Wide-field Infrared Survey Explorer | |
Brannick et al. | Evaluating CONOPS for GEO spacecraft identification and custody from non-SSA architectures in LEO | |
Fujita et al. | Optical tracking and spectroscopic measurement of Hayabusa capsule reentry fireball | |
Shiraishi et al. | Automated Mission Planning System for Ocean Observation of Micro-satellite RISESAT | |
US20210179298A1 (en) | System and method for determining an initial orbit of satellites post deployment | |
Shuai et al. | Navigations from Ground to Space | |
Murray | The Arecibo Observatory as an Instrument for Investigating Orbital Debris | |
CN116540253A (en) | Airspace early warning method and early warning system for laser range finder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180414 |