RU2671921C2 - Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma - Google Patents

Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma Download PDF

Info

Publication number
RU2671921C2
RU2671921C2 RU2016144429A RU2016144429A RU2671921C2 RU 2671921 C2 RU2671921 C2 RU 2671921C2 RU 2016144429 A RU2016144429 A RU 2016144429A RU 2016144429 A RU2016144429 A RU 2016144429A RU 2671921 C2 RU2671921 C2 RU 2671921C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
quasar
frequency
mca
interplanetary
measurements
Prior art date
Application number
RU2016144429A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016144429A3 (en
RU2016144429A (en
Inventor
Геннадий Николаевич Ильин
Виктор Иванович Дикарев
Борис Васильевич Койнаш
Владимир Федорович Зимовский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук
Priority to RU2016144429A priority Critical patent/RU2671921C2/en
Publication of RU2016144429A3 publication Critical patent/RU2016144429A3/ru
Publication of RU2016144429A publication Critical patent/RU2016144429A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2671921C2 publication Critical patent/RU2671921C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G3/00Observing or tracking cosmonautic vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.SUBSTANCE: invention relates to the tracking of the flight of interplanetary spacecrafts (2), in case of errors introduced by the passage of radio signals from the interplanetary spacecraft (at f01 frequency) and quasar (1) close to it on the celestial sphere (at f01 and f02 frequencies) through ionized medium (8). Using Δf1 = f01- fpr1 displacement of the fpr1 frequency received from the quasar and the two-frequency method, the error in measuring the speed of the interplanetary spacecraft is determined, as well as the integral electronic concentration of medium (8) and, by its magnitude, the time delay of the signal with f01 frequency. Receiving points (9) are arranged at the vertices of a rectangular triangle-interferometer with three extra-long bases: in the azimuthal, angle and hypotenuse planes. Signals received by the interferometer, emitted by the quasar at f02 frequency, are processed using adjustable delay blocks and correlation functions. As a result, the location of quasar (1) is determined exactly and unambiguously.EFFECT: technical result of the invention is an increase in the reliability of the determination of the errors of the trajectory measurements of interplanetary spacecrafts.1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к области космонавтики, а именно к системам траекторных измерений межпланетных космических аппаратов.The proposed method relates to the field of astronautics, and in particular to systems of trajectory measurements of interplanetary spacecraft.

Известны способы определения погрешностей при траекторных измерениях межпланетных космических аппаратов (патенты РФ №№2.107.306, 2.578.003 С1, 31663 U1; патент США №7.197.381; заявка США №2.010.012.4895; Яковлев О.И. Космическая радиофизика, М.: 1998, 432 с. и другие).Known methods for determining errors in trajectory measurements of interplanetary spacecraft (RF patents Nos. 2.107.306, 2.578.003 C1, 31663 U1; US patent No. 7.197.381; US application No. 2.010.012.4895; Yakovlev OI Space radiophysics, M .: 1998, 432 p. And others).

Из известных наиболее близким к предлагаемому является «Способ определения погрешностей при траекторных измерениях межпланетных космических аппаратов за счет распространения радиосигналов в ионосфере Земли и межпланетной плазме» (патент РФ №2.578.003, B64G 3/00, 2016), который и выбран в качестве прототипа.Of the closest to the proposed one is the "Method for determining errors in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to the propagation of radio signals in the Earth's ionosphere and interplanetary plasma" (RF patent No. 2.578.003, B64G 3/00, 2016), which is chosen as a prototype .

Известно, что на практике при проведении траекторных измерений межпланетных космических аппаратов (МКА) используют измерение двух параметров движения МКА - наклонной дальности до МКА R и радиальной составляющей скорости МКА относительно измерительной станции R, которые последовательно измеряются несколькими территориально разнесенными измерительными станциями (ИС) [4].It is known that in practice, when conducting trajectory measurements of interplanetary spacecraft (MCA), they use the measurement of two motion parameters of the spacecraft — the inclined range to the spacecraft R and the radial velocity component of the spacecraft relative to the measuring station R, which are sequentially measured by several geographically spaced measuring stations (IS) [4 ].

В состав погрешности измерений R и

Figure 00000001
входят погрешности, вызываемые распространением радиоволн в ионосфере Земли и ионизированной межпланетной плазме.The composition of the measurement error R and
Figure 00000001
Includes errors caused by the propagation of radio waves in the Earth’s ionosphere and ionized interplanetary plasma.

При совершенствовании космической техники аппаратурные погрешности измерений R и

Figure 00000001
уменьшаются и по мере их уменьшения доля погрешностей за счет распространения радиоволн в суммарных погрешностях траекторных измерений увеличивается. Погрешности распространения становятся сравнимыми по величине с аппаратурными погрешностями и даже превышают их.With the improvement of space technology, instrument errors of measurements of R and
Figure 00000001
decrease and as they decrease, the share of errors due to the propagation of radio waves in the total errors of the trajectory measurements increases. Propagation errors become comparable in magnitude with the hardware errors and even exceed them.

Учет погрешностей траекторных измерений за счет распространения радиоволн на практике осуществляется расчетным путем. Точность получения результатов при этом оказывается очень низкой. Поэтому актуальной задачей является реальное измерение погрешностей за счет распространения радиоволн объективными методами с необходимой точностью. Для этих целей используется двухчастотный метод в радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) [3].Inaccuracy of trajectory measurements due to the propagation of radio waves in practice is carried out by calculation. The accuracy of the results is very low. Therefore, an urgent task is the real measurement of errors due to the propagation of radio waves by objective methods with the necessary accuracy. For these purposes, the two-frequency method is used in ultra-long base radio interferometry (VLBI) [3].

В результате корреляционной обработки радиосигналов, принимаемых от МКА и опорного квазара, находящегося от него на минимальном угловом расстоянии с точно известными координатами, которые служит информационной основой для определения относительного углового положения МКА и квазара на небесной сфере. Точные положения используемых при измерениях квазаров даются соответствующими каталогами квазаров [5].As a result of the correlation processing of radio signals received from the MCA and the reference quasar, located at a minimum angular distance from it with precisely known coordinates, which serves as an information basis for determining the relative angular position of the MCA and the quasar in the celestial sphere. The exact positions of the quasars used in the measurements are given by the corresponding catalogs of quasars [5].

Разница в положении квазара, взятого из каталога, и измеренного радиоинтерферометром со сверхдлинными базами (РСДБ), вызвана погрешностями измерений, за счет распространения радиосигналов через межпланетную плазму и ионосферу Земли.The difference in the position of a quasar taken from the catalog and measured by a super-long base radio interferometer (VLBI) is caused by measurement errors due to the propagation of radio signals through the interplanetary plasma and the Earth’s ionosphere.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности в измерении погрешностей траекторных измерений МКА, вызванных распространением измерительных радиосигналов через ионизированную среду, путем точного и однозначного определения местоположения ближайшего опорного квазара.An object of the invention is to increase the reliability in measuring the errors of trajectory measurements of the MCA caused by the propagation of measuring radio signals through an ionized medium, by accurately and unambiguously determining the location of the nearest reference quasar.

Поставленная задача решается тем, что способ определения погрешностей при траекторных измерениях межпланетных космических аппаратов, возникающих за счет прохождения радиосигнала через ионосферу Земли и межпланетную плазму, заключающийся, в соответствии с ближайшим аналогом, в том, что в процессе проведения траекторных измерений дальности и радиальной составляющей скорости МКА, кроме измерительных сигналов с МКА на частоте fo1, принимают сигналы с квазара на излучаемой им частоте f01 и частоте f02, значительно отличающейся от частоты f01, при этом обеспечивают минимальный сдвиг по времени между измерениями с МКА и квазара, выбирают угловое положение квазара таким образом, чтобы проекция его положения на небесной сфере была максимально приближена к положению МКА во время траекторных измерений так, чтобы трассы прохождения сигналов от МКА и квазара к измерительной станции практически совпадали по измеренным значениям принятых с квазара излучаемых им частот fпр1 и fпр2, определяют двухчастотным методом смещение частоты fпр1 относительно частоты f01, равной Δf1, по измеренным значениям принятых с квазара частот fпр1 и fпр2 равное погрешности в измерениях скорости МКА из-за практического совпадения трасс прохождения сигналов от МКА и квазара, кроме того, по величине смещения частот Δf1 определяют интегральную электронную концентрацию трассы квазар - измерительная станция, и по ее величине вычисляют временную задержку Δt прохождения сигнала f01, которая практически равна погрешности измерения дальности Δt С, где С - скорость света, при траекторных измерениях МКА полученные данные передают в баллистический центр совместно с результатами траекторных измерений МКА для расчета траектории МКА, отличается от ближайшего аналога тем, что приемные пункты размещают в виде прямоугольного треугольника, формируют радиоинтерферометр с тремя сверхдлинными базами в азимутальной, угломестной и гипотенузной плоскостях соответственно, принимают сигналы от квазара на частоте f02, измеряют разности фаз между ними:The problem is solved in that the method for determining errors in trajectory measurements of interplanetary spacecraft arising from the passage of a radio signal through the Earth’s ionosphere and interplanetary plasma, which consists, in accordance with the closest analogue, in the process of conducting trajectory measurements of the range and radial velocity component MCA, in addition to measuring signals from MCA at a frequency f o1 , receive signals from a quasar at a frequency f 01 emitted by it and a frequency f 02 , significantly different from frequency f 01 while providing a minimum time shift between measurements from the MCA and the quasar, choose the angular position of the quasar so that the projection of its position on the celestial sphere is as close as possible to the position of the MCA during trajectory measurements so that the signal paths from the MCA and the quasar to the measuring station practically coincided by the measured values of the frequencies f CR1 and f CR2 received from the quasar, determined by the two-frequency method, the offset of the frequency f CR1 relative to the frequency f 01 equal to Δf 1 , as measured the values of the frequencies f CR1 and f CR2 received from the quasar, which is equal to the error in the MCA speed measurements due to the practical coincidence of the signal paths from the MCA and the quasar, in addition, the integral electron concentration of the quasar - measuring station path is determined by the frequency offset Δf 1 , and by its magnitude calculated time delay Δt 01 of the signal f which is substantially equal to the distance measurement error Δt, where C - velocity of light, when the ICA trajectory measurements obtained data is transmitted to the ballistic tse Tp together with the results of trajectory ICA measurements to calculate the trajectory of the ICA is different from the closest analog by the fact that collection points arranged in a rectangular triangle is formed radiointerferometer three VLB in azimuth, elevation and hypotenuse planes, respectively, receive signals from the quasar to f 02 frequency measure the phase difference between them:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где d1, d2, d3 - сверхдлинные измерительные базы;where d 1 , d 2 , d 3 - ultra-long measuring base;

λ - длина волны с частотой f02;λ is the wavelength with a frequency f 02 ;

α, β, γ - азимут, угол места и угол ориентации квазара,α, β, γ - azimuth, elevation and orientation angle of the quasar,

формируют фазовые шкалы отсчетов угловых координат α, β, γ: точные, но неоднозначные, перемножают сигнал, принимаемый вторым пунктом с сигналом, принимаемым первым пунктом и пропущенным через первый блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное первой корреляционной функции R1(τ), где τ-несущая временная задержка, изменяют временную задержку до получения максимального значения первой корреляционной функции R1(τ), что соответствует равенству τ=τз1, и определяют азимут квазараform phase scales of readings of the angular coordinates α, β, γ: accurate, but ambiguous, multiply the signal received by the second point with the signal received by the first point and passed through the first block of adjustable delay, a low-frequency voltage proportional to the first correlation function R 1 (τ) where the τ-bearing time delay, the time delay is changed until the maximum value of the first correlation function R 1 (τ) is obtained, which corresponds to the equality τ = τ z1 , and the azimuth of the quasar is determined

Figure 00000005
Figure 00000005

перемножают сигнал принимаемый третьим пунктом с сигналом, принимаемым первым пунктом и пропущенным через второй блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное второй корреляционной функции R2(τ), изменяют временную задержку τ до получения максимального значения второй корреляционной функции R2(τ), что соответствует равенству τ=τЗ2, и определяют угол места квазараmultiply the signal received by the third point with the signal received by the first point and passed through the second adjustable delay unit, select a low-frequency voltage proportional to the second correlation function R 2 (τ), change the time delay τ to obtain the maximum value of the second correlation function R 2 (τ), which corresponds to the equality τ = τ З2 , and determine the elevation angle of the quasar

Figure 00000006
Figure 00000006

перемножают сигнал, принимаемый вторым пунктом, с сигналом, принимаемым третьим пунктом и пропущенным через третий блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное третьей корреляционной функции R3(τ), изменяют временную задержку τ до получения максимального значения третьей корреляционной функции R3(τ), что соответствует равенству τ=τз2, и определяют угол ориентации квазараmultiply the signal received by the second point, with the signal received by the third point and passed through the third adjustable delay unit, select a low-frequency voltage proportional to the third correlation function R 3 (τ), change the time delay τ to obtain the maximum value of the third correlation function R 3 (τ ), which corresponds to the equality τ = τ s2 , and determine the orientation angle of the quasar

Figure 00000007
Figure 00000007

формируют временные шкалы отсчета угловых координат α, β и γ: грубые, но однозначные, по измеренным значениям угловых координат α, β и γ точно и однозначно определяют местоположение квазара.form the time scales for reading the angular coordinates α, β and γ: rough, but unambiguous, from the measured values of the angular coordinates α, β and γ precisely and unambiguously determine the location of the quasar.

Взаимное расположение приемных пунктов 3, 4, 5, квазара 1 и МКА 2 показано на фиг. 1. Взаимное расположение измерительной станции 9, ионизированного пространства 8, квазара 1 и МКА 2 показано на фиг. 2. Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг. 3.The mutual arrangement of receiving points 3, 4, 5, quasar 1 and MCA 2 is shown in FIG. 1. The relative position of the measuring station 9, ionized space 8, quasar 1 and MCA 2 is shown in FIG. 2. The structural diagram of a device that implements the proposed method is presented in FIG. 3.

Устройство содержит три приемных пункта, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны 11 (12, 13), полосового фильтра 14 (15, 16) и фазометра 17 (18, 19), выход которого подключен к компьютеру 7. К выходу второго полосового фильтра 15 последовательно подключено первый перемножитель 22.1, второй вход которого через первый блок 21.1 регулируемой задержки соединен с выходом первого полосового фильтра 14, первый фильтр 23.1 нижних частот и первый экстремальный регулятор 24.1, выход которого соединен с вторым входом первого блока 21.1 регулируемой задержки, второй вход которого через индикатор 25 азимута подключен к четвертому входу компьютера 7. К выходу третьего полосового фильтра 16 последовательно подключены второй перемножитель 22.2, второй вход которого через второй блок 21.2 регулируемой задержки соединен с выходом первого полосового фильтра 14, второй фильтр 23.2 нижних частот и второй экстремальный регулятор 24.2, выход которого соединен с вторым входом второго блока 21.2 регулируемой задержки, второй выход через индикатор 26 угла места подключен к пятому входу компьютера 7. К выходу второго полосового фильтра 15 последовательно подключены третий перемножитель 22.3, второй вход которого через третий блок 21.3 регулируемой задержки соединен с выходом третьего полосового фильтра 16, третий фильтр 23.3 нижних частот и третий экстремальный регулятор 24.3, выход которого подключен к второму входу третьего блока 21.3 регулируемой задержки, второй выход которого через индикатор 27 угла ориентации подключен к шестому входу компьютера 7. Первый блок 21.1 регулируемой задержки, первый перемножитель 22.1, первый фильтр 23.1 нижних частот и первый экстремальный регулятор 24.1 образуют первый коррелятор 20.1.The device contains three receiving points, each of which consists of a series-connected receiving antenna 11 (12, 13), a band-pass filter 14 (15, 16) and a phase meter 17 (18, 19), the output of which is connected to computer 7. To the output of the second of filter 15, a first multiplier 22.1 is connected in series, the second input of which is connected through the first block 21.1 of adjustable delay to the output of the first band-pass filter 14, the first low-pass filter 23.1 and the first extreme controller 24.1, the output of which is connected to the second input of the first block 21.1 a delay, the second input of which through the azimuth indicator 25 is connected to the fourth input of the computer 7. A second multiplier 22.2 is connected in series to the output of the third band-pass filter 16, the second input of which is connected to the output of the first band-pass filter 14 to the output of the first band-pass filter 14, the second lower filter 23.2 frequency and the second extreme controller 24.2, the output of which is connected to the second input of the second adjustable delay unit 21.2, the second output through the elevation angle indicator 26 is connected to the fifth input of computer 7. K the output of the second band-pass filter 15 is connected in series with a third multiplier 22.3, the second input of which is connected through the third block 21.3 of the adjustable delay to the output of the third band-pass filter 16, the third low-pass filter 23.3 and the third extreme controller 24.3, the output of which is connected to the second input of the third block 21.3 of the adjustable delay , the second output of which through the indicator 27 of the angle of orientation is connected to the sixth input of the computer 7. The first block 21.1 adjustable delay, the first multiplier 22.1, the first lower filter 23.1 often and a first controller 24.1 extreme form a first correlator 20.1.

Второй блок 21.1 регулируемой задержки, второй перемножитель 22.2, второй фильтр 23.2 нижних частот и второй экстремальный регулятор 24.2. образуют второй коррелятор 20.2.The second adjustable delay unit 21.1, the second multiplier 22.2, the second low-pass filter 23.2 and the second extreme controller 24.2. form the second correlator 20.2.

Третий блок 21.3 регулируемой задержки, третий перемножитель 22.3, третий фильтр 23.3 нижних частот и третий экстремальный регулятор 24.3 образуют третий коррелятор 20.3.The third adjustable delay unit 21.3, the third multiplier 22.3, the third low-pass filter 23.3 and the third extremal regulator 24.3 form the third correlator 20.3.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Приемные пункты 3,4 и 5 размещают в виде прямоугольного треугольника, образуя три сверхдлинные измерительные базы d1, d2 и d3 в азимутальной, прямоугольной и гипотенузной плоскостях соответственно (фиг. 1). Принимаемые сигналыReception points 3,4 and 5 are placed in the form of a right-angled triangle, forming three ultra-long measuring bases d 1 , d 2 and d 3 in the azimuthal, rectangular and hypotenuse planes, respectively (Fig. 1). Received Signals

u1(t)=U1cos(2πf02t+ϕ1),u 1 (t) = U 1 cos (2πf 02 t + ϕ 1 ),

u2(t)=U2cos(2πfo2t+ϕ2),u 2 (t) = U 2 cos (2πf o2 t + ϕ 2 ),

u3(t)=U3cos(2πfo2t+ϕ3),u 3 (t) = U 3 cos (2πf o2 t + ϕ 3 ),

от квазара 1 на частоте f02 выделяются полосовыми фильтрами 14, 15 и 16 соответственно и подаются на входы фазометров 17, 18 и 19. Последние измеряют следующие разности фаз:from quasar 1 at a frequency f 02 are allocated by band-pass filters 14, 15 and 16, respectively, and fed to the inputs of phase meters 17, 18 and 19. The latter measure the following phase differences:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где d1, d2 и d3 - сверхдлинные измерительные базы,where d 1 , d 2 and d 3 are extra-long measuring bases,

λ - длина волны с частотой f02;λ is the wavelength with a frequency f 02 ;

α, β и γ - азимут, угол места и угол ориентации квазара,α, β, and γ are the azimuth, elevation angle, and orientation angle of the quasar,

которые фиксируются компьютером 7. Так формируются фазовые шкалы отсчета угловых координат α, β и γ квазара: точные, но неоднозначные.which are fixed by computer 7. This is how the phase scales of the angular coordinates α, β and γ of the quasar are formed: accurate, but ambiguous.

Принимаемые сигналы u1(t), u2(t) и u3(t) одновременно поступают на два входа корреляторов 20.1, 20.2 и 20.3. Получаемые на выходе фильтров 23,1, 23.2 и 23.3 корреляционные функции R1(τ), R2(τ) и R3(τ) имеют максимум при значении введенного регулируемого запаздывания:The received signals u 1 (t), u 2 (t) and u 3 (t) are simultaneously fed to two inputs of the correlators 20.1, 20.2 and 20.3. The correlation functions R 1 (τ), R 2 (τ), and R 3 (τ) obtained at the output of filters 23.1, 23.2, and 23.3 have a maximum for the value of the introduced adjustable delay:

τ=τз1, τ=τз2, τ=τз3.τ = τ s1 , τ = τ s2 , τ = τ s3 .

Максимальные значения корреляционных функций R1(τ), R2(τ) и R3(τ) поддерживаются автоматически с помощью экстремальных регуляторов 24.1, 24.3 и 24.3, воздействующих на управляющие входы блоков 21.1, 21.2 и 21.3 регулируемой задержки. Индикаторы 25, 26 м 27 градуируются непосредственно в значениях угловых координат α, β и γ квазара:The maximum values of the correlation functions R 1 (τ), R 2 (τ), and R 3 (τ) are automatically supported using the extreme controllers 24.1, 24.3, and 24.3, which act on the control inputs of the adjustable delay blocks 21.1, 21.2, and 21.3. Indicators 25, 26 m 27 are graded directly in the values of the angular coordinates α, β and γ of the quasar:

Figure 00000011
Figure 00000011

Значения угловых координат α, β и γ фиксируются компьютером 7. Так формирующиеся временные шкалы отсчета угловых координат α, β и γ квазара: грубые, но однозначные.The values of the angular coordinates α, β, and γ are fixed by computer 7. Thus, the formed time scales for reading the angular coordinates α, β, and γ of the quasar are rough, but unambiguous.

По измеренным значениям угловых координат α, β и γ определяется местоположение квазара. В предлагаемом способе измерения погрешностей траекторных измерений МКА используются космические источники излучения (квазары), расположенные на небесной сфере вблизи МКА за счет прохождения радиосигналов через ионизирующую среду путем измерения двух изменений частот, излучаемых квазаром, при приеме их наземной измерительной станцией (фиг. 2).From the measured values of the angular coordinates α, β, and γ, the location of the quasar is determined. In the proposed method for measuring the errors of trajectory measurements of the MCA, cosmic radiation sources (quasars) are used located on the celestial sphere near the MCA due to the passage of radio signals through the ionizing medium by measuring two changes in the frequencies emitted by the quasar when they are received by the ground-based measuring station (Fig. 2).

Соотношения частот определяются двумя выражениями:Frequency ratios are determined by two expressions:

Figure 00000012
Figure 00000012

где f01 и f02 - частоты сигналов, излучаемых квазаром.where f 01 and f 02 are the frequencies of the signals emitted by the quasar.

При этом одна частота f01 совпадает с частотой, на которой проводятся траекторные измерения МКА, а другая частота f02 выбирается со значительным отличием от f01. Для обеспечения когерентности частот принимаемых с квазара сигналов, гетеродины приемников измерительной станции 9 должны быть когерентны.In this case, one frequency f 01 coincides with the frequency at which the trajectory measurements of the MCA are carried out, and the other frequency f 02 is chosen with a significant difference from f 01 . To ensure coherence of the frequencies received from the quasar of signals, the local oscillators of the receivers of the measuring station 9 should be coherent.

Δf1 и Δf2 - изменения значений излучаемых частот за счет прохождения сигналов через ионизированные области космического пространства;Δf 1 and Δf 2 - changes in the values of the emitted frequencies due to the passage of signals through ionized regions of outer space;

fпр1 и fпр2 - значения частот сигналов, принимаемых наземными измерительными станциями;f CR1 and f CR2 - the values of the frequencies of the signals received by ground measuring stations;

Figure 00000013
- соотношение частот, излучаемых квазаром;
Figure 00000013
- ratio of frequencies emitted by a quasar;

Figure 00000014
- (2) соотношение величины изменения частот, за счет
Figure 00000014
- (2) the ratio of the magnitude of the change in frequency due to

прохождения сигналов через ионизированное пространство.the passage of signals through ionized space.

Уравнение (2) может быть преобразованоEquation (2) can be converted

Figure 00000015
Figure 00000015

Решив уравнения (1) и (2) относительно Δf1, получим величину изменения частоты f01 через значения принимаемых частот fпр1 и fпр2 Having solved equations (1) and (2) with respect to Δf 1 , we obtain the magnitude of the change in frequency f 01 through the values of the received frequencies f CR1 and f CR2

Figure 00000016
Figure 00000016

при значении m>2-3, единицей в знаменателе можно пренебречь. Тогдаif m> 2-3, the unit in the denominator can be neglected. Then

Figure 00000017
Figure 00000017

Ввиду малого значения угла ψ (фиг. 2) линия прохождения сигналов квазара L1 и МКА L2 проходят через ионизированную плазму 8 на близком расстоянии и можно считать, что значение интегральной электронной концентрации ионосферы и межпланетной плазмы вдоль линий L1 и L2, близки.Due to the small value of the angle ψ (Fig. 2), the line of passage of the signals of the quasar L 1 and MCA L 2 pass through the ionized plasma 8 at a close distance and we can assume that the integral electron concentration of the ionosphere and interplanetary plasma along the lines L 1 and L 2 are close .

Поэтому измеренное вдоль линии L1 значение сдвига частоты сигнала f01 будет иметь то же значение, что и при прохождении сигнала вдоль линии L2, т.е. измеренное значение Δf1 будет являться значением погрешности при измерении радиальной скорости МКА.Therefore, the measured value along the line L 1 the frequency shift of the signal f 01 will have the same value as when the signal passes along the line L 2 , i.e. the measured value Δf 1 will be the error value when measuring the radial velocity of the MCA.

Для определения погрешности измерения дальности МКА необходимо решить обратную задачу, т.е. измеренному значению сдвига частоты Δf1 определить интегральную электронную концентрацию ионосферы вдоль линии L2, а по ней определить запаздывание радиосигнала Δt по линии L2, которое фактически будет являться погрешностью измерения дальности до МКА вдоль линии L2, Δt c=ΔR.To determine the error in measuring the range of the MCA, it is necessary to solve the inverse problem, i.e. the measured value of the frequency shift Δf 1 to determine the integral electron concentration of the ionosphere along the line L 2 , and from it to determine the delay of the radio signal Δt along the line L 2 , which will actually be the error in measuring the distance to the MCA along the line L 2 , Δt c = ΔR.

Такие измерения погрешностей за счет распространения радиосигналов в ионизированном пространстве с использованием квазара 1 необходимо проводить в каждом сеансе траекторных измерений МКА 2, а результаты передавать в баллистический центр для учета этих погрешностей при расчете траектории МКА.Such measurements of errors due to the propagation of radio signals in the ionized space using quasar 1 must be carried out in each session of the trajectory measurements of the MCA 2, and the results should be transferred to the ballistic center to take these errors into account when calculating the trajectory of the MCA.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение достоверности в измерении погрешностей траекторных измерений МКА, вызванных распространением измерительных радиосигналов через ионизированную среду. Это достигается за счет точного и однозначного определения местоположения ближайшего квазара.Thus, the proposed method in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides increased reliability in measuring the errors of the trajectory measurements of the MCA caused by the propagation of the measuring radio signals through the ionized medium. This is achieved by accurately and unambiguously determining the location of the nearest quasar.

Следует отметить, что расположение приемных пунктов в виде прямоугольного треугольника продиктовано новой идеологией фазовой пеленгации источников радиоизлучений в пространстве, которая обеспечивает определение местоположения квазара пассивным методом. Причем для точного и однозначного определения местоположения квазара используются фазовые шкалы отсчета угловых координат α, β и γ: точные, но неоднозначные, и временные шкалы отсчета угловых координат α, β и γ: грубые, но однозначные, полученные за счет корреляционной обработки принимаемых сигналов.It should be noted that the location of the reception points in the form of a right-angled triangle is dictated by the new ideology of phase direction finding of radio emission sources in space, which provides a passive method for determining the location of a quasar. Moreover, for accurate and unambiguous determination of the location of the quasar, phase scales of reading the angular coordinates α, β and γ are used: accurate, but ambiguous, and time scales of reading the angular coordinates α, β, and γ: rough but unambiguous, obtained due to the correlation processing of the received signals.

Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами, реализующие метод прямоугольного треугольника, отличаются новизной, оригинальностью и могут найти широкое практическое применение для точного и однозначного определения местоположения квазаров и МКА.Ultra-long base radio interferometers that implement the right-angled triangle method are novel, original and can be widely used for accurate and unambiguous determination of the location of quasars and MCAs.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2.578.003, В64 G 3/00, 2016.1. RF patent No. 2.578.003, B64 G 3/00, 2016.

2. Яковлев О.И. Космическая радиофизика. М.: «Научная книга», 1998.2. Yakovlev O.I. Space radiophysics. M .: "Scientific book", 1998.

3. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов. / Под ред. А.С. Винницкого. - М.: Радио и связь, 1993.3. Radio systems of interplanetary spacecraft. / Ed. A.S. Vinnitsa. - M .: Radio and communications, 1993.

4. Молотов Е.П. Наземные радиотехнические системы управления космическими аппаратами. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 - 256 с.4. Molotov EP Terrestrial radio control systems for spacecraft. - M .: FIZMATLIT, 2004 - 256 p.

5. Каталог квазаров ICRF - Международная небесная система отсчета. 5. ICRF quasar catalog - International celestial reference system.

Claims (14)

Способ определения погрешностей при траекторных измерениях межпланетных космических аппаратов (МКА) за счет распространения радиосигналов в ионосфере Земли и межпланетной плазме, заключающийся в том, что в процессе проведения траекторных измерений дальности и радиальной составляющей скорости МКА, кроме измерительных сигналов с МКА на частоте f01, принимают сигналы с квазара, излучаемые им на частоте f01 и частоте f02, значительно отличающейся от частоты f01, при этом обеспечивают минимальный сдвиг по времени между измерениями с МКА и квазара, выбирают угловое положение квазара таким образом, чтобы проекция его положения на небесной сфере была максимально приближена к положению МКА во время траекторных измерений, при этом трассы прохождения сигналов от МКА и квазара к измерительной станции практически совпадают, по измеренным значениям принятых с квазара частот fпр1 и fпр2 определяют двухчастотным методом смещение Δf1 принятой с квазара частоты fпр1 относительно частоты f01, которое считают равным погрешности в измерениях скорости МКА из-за практического совпадения трасс прохождения сигналов от МКА и квазара, кроме того, по величине смещения частоты Δf1 определяют интегральную электронную концентрацию вдоль трассы квазар - измерительная стация и по ее величине вычисляют временную задержку Δt прохождения сигнала с частотой f01, которая практически равна погрешности измерения дальности Δt С, где С - скорость света, при траекторных измерениях МКА, полученные данные передают в баллистический центр совместно с результатами траекторных измерений МКА для расчета траектории МКА, отличающийся тем, что приемные пункты размещают в виде прямоугольного треугольника, формируют радиоинтерферометр с тремя сверхдлинными базами в азимутальной, угломестной и гипотенузной плоскостях, принимают сигналы от квазара на частоте f02, измеряют разности фаз между нимиThe method for determining errors in trajectory measurements of interplanetary spacecraft (MCA) due to the propagation of radio signals in the Earth's ionosphere and interplanetary plasma, which consists in the fact that during trajectory measurements of the range and radial velocity component of the MCA, in addition to measuring signals from the MCA at a frequency f 01 , receive signals from the quasar emitted by it at a frequency f 01 and a frequency f 02 , significantly different from the frequency f 01 , while providing a minimum time shift between measurements with MCA and qua Zara, choose the angular position of the quasar so that the projection of its position on the celestial sphere is as close as possible to the position of the MCA during trajectory measurements, while the signal paths from the MCA and the quasar to the measuring station practically coincide, according to the measured values of the frequencies f received from the quasar pr1 and f np2 determined by dual frequency offset Δf 1 received from the frequency f quasar pr1 01 relative to the frequency f, which is considered equal to the error in the ICA velocity measurements because practical coincidence tra with the passage of signals from the ICA and the quasar, moreover, the magnitude of the frequency shift Δf 1 define integral electron density along the track quasar - measuring station being and its magnitude calculated time delay Δt of the signal with the frequency f 01 that is substantially equal to the measurement error range Δt C where C is the speed of light, during trajectory measurements of the MCA, the obtained data is transmitted to the ballistic center together with the results of trajectory measurements of the MCA to calculate the trajectory of the MCA, characterized in that the receiving The items are placed in the form of a right triangle is formed with three radiointerferometer VLB in azimuth, elevation and hypotenuse planes receive signals from the quasar 02 at a frequency f, measure a phase difference between them
Figure 00000018
Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000020
где d1, d2 и d3 - сверхдлинные измерительные базы,where d 1 , d 2 and d 3 are extra-long measuring bases, λ - длина волны с частотой f02,λ is the wavelength with a frequency f 02 , α, β и γ - азимут, угол места и угол ориентации квазара,α, β, and γ are the azimuth, elevation angle, and orientation angle of the quasar, формируют фазовые шкалы отсчетов угловых координат α, β и γ: точные, но неоднозначные, перемножают сигнал, принимаемый вторым пунктом, с сигналом, принимаемым первым и пунктом, пропускаемым через первый блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное первой корреляционной функции R1(τ), где τ - текущая временная задержка, изменяют временную задержку до получения максимального значения первой корреляционной функции R1(τ), что соответствует равенству τ=τз1, и определяют азимут квазараform phase scales of readings of the angular coordinates α, β and γ: accurate, but ambiguous, multiply the signal received by the second point, with the signal received by the first and the point passed through the first block of adjustable delay, a low-frequency voltage proportional to the first correlation function R 1 ( τ), where τ is the current time delay, the time delay is changed until the maximum value of the first correlation function R 1 (τ) is obtained, which corresponds to the equality τ = τ З1 , and the azimuth of the quasar is determined
Figure 00000021
Figure 00000021
перемножают сигнал, принимаемый третьим пунктом, с сигналом, принимаемым первым пунктом и пропущенным через второй блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное второй корреляционной функции R2(τ), изменяют временную задержку τ до получения максимального значения второй корреляционной функции R2(τ), соответствующего равенству τ=τз2, и определяют угол места квазараmultiply the signal received by the third point, with the signal received by the first point and passed through the second adjustable delay unit, select a low-frequency voltage proportional to the second correlation function R 2 (τ), change the time delay τ to obtain the maximum value of the second correlation function R 2 (τ ) corresponding to the equality τ = τ s2 , and determine the elevation angle of the quasar
Figure 00000022
Figure 00000022
перемножают сигнал, принимаемый вторым пунктом, с сигналом, принимаемым третьим пунктом и пропущенным через третий блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное третьей корреляционной функции R3(τ), изменяют временную задержку τ до получения максимального значения третьей корреляционной функции R3(τ), соответствующего равенству τ=τз3, и определяют угол ориентации квазараmultiply the signal received by the second point, with the signal received by the third point and passed through the third adjustable delay unit, select a low-frequency voltage proportional to the third correlation function R 3 (τ), change the time delay τ to obtain the maximum value of the third correlation function R 3 (τ ) corresponding to the equality τ = τ s3 , and determine the orientation angle of the quasar
Figure 00000023
Figure 00000023
формируют грубые, но однозначные временные шкалы отсчета угловых координат α, β и γ, по измеренным значениям угловых координат α, β и γ точно и однозначно определяют местоположение квазара.form coarse, but unambiguous time scales for reading the angular coordinates α, β and γ, from the measured values of the angular coordinates α, β and γ precisely and unambiguously determine the location of the quasar.
RU2016144429A 2016-11-11 2016-11-11 Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma RU2671921C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144429A RU2671921C2 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144429A RU2671921C2 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016144429A3 RU2016144429A3 (en) 2018-05-11
RU2016144429A RU2016144429A (en) 2018-05-11
RU2671921C2 true RU2671921C2 (en) 2018-11-07

Family

ID=62151958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016144429A RU2671921C2 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671921C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2274953C1 (en) * 2005-03-04 2006-04-20 Валерий Григорьевич Грачев Real-time space-time system
RU2291558C2 (en) * 2005-02-01 2007-01-10 Валерий Григорьевич Грачев Method and device for synchronization of space-time real time system
US7197381B2 (en) * 2003-12-08 2007-03-27 University Of Maryland Navigational system and method utilizing sources of pulsed celestial radiation
US20100124895A1 (en) * 2008-11-19 2010-05-20 Harris Corporation Systems and methods for compensating for transmission phasing errors in a communications system using a receive signal
RU2578003C1 (en) * 2014-12-18 2016-03-20 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7197381B2 (en) * 2003-12-08 2007-03-27 University Of Maryland Navigational system and method utilizing sources of pulsed celestial radiation
RU2291558C2 (en) * 2005-02-01 2007-01-10 Валерий Григорьевич Грачев Method and device for synchronization of space-time real time system
RU2274953C1 (en) * 2005-03-04 2006-04-20 Валерий Григорьевич Грачев Real-time space-time system
US20100124895A1 (en) * 2008-11-19 2010-05-20 Harris Corporation Systems and methods for compensating for transmission phasing errors in a communications system using a receive signal
RU2578003C1 (en) * 2014-12-18 2016-03-20 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016144429A3 (en) 2018-05-11
RU2016144429A (en) 2018-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2005102257A (en) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING COORDINATES OF A RADIO EMISSION SOURCE
RU2432580C1 (en) Method to determine coordinates of radio-wave radiation source in process of amplitude-phase direction finding on board of aircraft
US3691560A (en) Method and apparatus for geometrical determination
CN103713286A (en) High-resolution radio altimeter with positioning function and method for measuring position
RU2365931C2 (en) Phase direction finding technique, phase direction-finder therefor
EP1157282B1 (en) Sensor system
RU2290658C1 (en) Phase mode of direction finding and phase direction finder for its execution
RU2671921C2 (en) Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma
RU2624912C1 (en) Radio interferometric method for studying near and far space objects and system for its realisation
RU2134429C1 (en) Phase direction finding method
RU2330304C1 (en) Phase direction-finder
RU2450283C1 (en) Direction finding phase method and phase direction finder for implementing said method
RU2308735C1 (en) Method for determining position of radio radiation sources in short-distance zone
RU2578003C1 (en) Method for determining error in trajectory measurements of interplanetary spacecraft due to propagation of radio signals in earth's ionosphere and interplanetary plasma
RU2457629C1 (en) Phase radio-navigation system
RU2327186C1 (en) Method and device for determining coordinates of radio emission
RU2740779C1 (en) Active low-base correlation-phase direction finder
RU2536609C1 (en) Method and device for determining coordinates of radio-frequency source
RU2603971C1 (en) Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor
RU2185637C1 (en) Method of angular orientation of object by signals from satellite radio navigation systems ( variants )
RU2624638C1 (en) Method of studying extraterrestrial objects by radiointerferometers with extra-long bases
EP3124999B1 (en) A method and apparatus for determining an object heading
RU2700767C1 (en) Method and device for determining coordinates of radio emission sources
RU2189609C1 (en) Phase direction finder
RU94031143A (en) Method for calculation of heading angle and coordinates of objects by means of signals from spacecraft of satellite navigation systems

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant