RU2707415C2 - Method of creating global information environment in near-earth space and paradigma, multifunctional space information system based on network of low-orbit spacecraft for implementation thereof - Google Patents
Method of creating global information environment in near-earth space and paradigma, multifunctional space information system based on network of low-orbit spacecraft for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707415C2 RU2707415C2 RU2018116185A RU2018116185A RU2707415C2 RU 2707415 C2 RU2707415 C2 RU 2707415C2 RU 2018116185 A RU2018116185 A RU 2018116185A RU 2018116185 A RU2018116185 A RU 2018116185A RU 2707415 C2 RU2707415 C2 RU 2707415C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- monitoring
- information
- spacecraft
- cluster
- space
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G3/00—Observing 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)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к многоцелевым космическим системам, основанным на многоспутниковых сетях низкоорбитальных космических аппаратов (КА) и предназначенным для решения задач глобальной связи и мониторинга.The invention relates to multi-purpose space systems based on multi-satellite networks of low-orbit spacecraft (SC) and designed to solve global communication and monitoring tasks.
Целью изобретения является повышение оперативности глобальной непрерывной передачи информации между наземными и космическими корреспондентами (субъектами передачи и приема информации) (вплоть до реального масштаба времени), а также обеспечение непрерывного информационного мониторинга поверхности Земли, гравитационного поля Земли, а также околоземного пространства с помощью сети низкоорбитальных КА. Космическими корреспондентами могут являться как люди, так и автоматические устройства. Технический результат состоит в существенном повышении оперативности системы, более высокой устойчивости системы (жизнеспособности), повышения технико-экономических показателей системы.The aim of the invention is to increase the efficiency of global continuous transmission of information between ground and space correspondents (subjects of transmission and reception of information) (up to the real time scale), as well as providing continuous information monitoring of the Earth’s surface, the Earth’s gravitational field, as well as near-Earth space using a low-orbit network KA. Space correspondents can be both people and automatic devices. The technical result consists in a significant increase in the efficiency of the system, higher stability of the system (viability), increase of technical and economic indicators of the system.
Известны аналоги предлагаемого способа и реализующие его устройства.Known analogues of the proposed method and its implementing device.
В одном из известных аналогов по патенту RU №2302695, 2005 г. предлагаемого способа передача информации осуществляется посредством трех группировок КА, одна из которых расположена на геостационарной орбите, другая на низкой орбите, третья на средневысотной орбите. Каждый из КА, расположенных на низковысотной орбите, имеет возможность связи, как минимум, с одним из КА, расположенных на средневысотной орбите, а каждый из КА, расположенных на данной орбите, с одним из КА, находящихся на геостационарной орбите.In one of the known analogues according to patent RU No. 2302695, 2005 of the proposed method, information is transmitted through three spacecraft constellations, one of which is located in a geostationary orbit, the other in low orbit, and the third in medium altitude orbit. Each of the spacecraft located in the low altitude orbit has the ability to communicate with at least one of the spacecraft located in the medium altitude orbit, and each of the spacecraft located in this orbit with one of the spacecraft in the geostationary orbit.
Однако этот способ передачи информации (включая организацию системы связи) ориентирован только на передачу информации и за счет сложной архитектуры системы связи имеет существенно низкое быстродействие и этим способом невозможно обеспечит связь между высокоширотными регионами из-за их недоступности.However, this method of transmitting information (including the organization of a communication system) is focused only on the transmission of information and, due to the complex architecture of the communication system, has a significantly low speed and this method cannot provide communication between high-latitude regions due to their inaccessibility.
Недостатками аналога являются низкая оперативность передачи информации глобально удаленным потребителям, а также невозможность информационного мониторинга поверхности Земли и окружающего космического пространства.The disadvantages of the analogue are the low efficiency of information transfer to globally remote consumers, as well as the impossibility of information monitoring of the Earth's surface and surrounding space.
Прототипом предлагаемого изобретения является способ передачи информации в сети низкоорбитальной космической спутниковой связи в нескольких орбитальных плоскостях (RU 2434332 от 26.02.2010 г.), при котором сигналы сообщения передаются абоненту и ретранслируются последовательно между космическими аппаратами, до входа конкретного аппарата в зону радиовидимости обслуживаемого абонента.The prototype of the invention is a method of transmitting information in a low-orbit space satellite communications network in several orbital planes (RU 2434332 dated 02.26.2010), in which message signals are transmitted to the subscriber and relayed sequentially between spacecraft, until the particular device enters the radio visibility zone of the served subscriber .
Принцип работы прототипа поясняется фигурой 1.The principle of operation of the prototype is illustrated in figure 1.
Суть способа-прототипа заключается в следующем. Наземный абонент A1 из своей базы данных определяет координаты принимающего абонента А2 и передает информацию (включая координаты принимающего абонента) на ближайший к нему КАА-1. Далее эта информация (см. фиг. 1) ретранслируется через КАА-2 на ближайший к нему КАА-3, находящийся в этой же орбитальной плоскости. Важно отметить, что последовательность аппаратов КАА-1, КАА-2, КАА-3, …КАА-5 и др. находится в одной орбитальной плоскости и поэтому соседние аппараты характеризуются взаимной видимостью. Одновременно в общей полярной зоне радиовидимости 3 (см. фиг. 1) кроме КАА-3 находится КАВ-1, относящийся к другой орбитальной плоскости. Зона 3, в которой пересекаются все плоскости орбит системы, расположена в полярной области и является наиболее вероятной областью пересечения всех плоскостей полярных орбит системы, а поэтому - наиболее вероятной областью радиовидимости КА, находящихся в разных орбитальных плоскостях. Далее от КАВ-1 через цепочку аппаратов КАВ-2, КАВ-1, КАВ-3 информация поступает к абоненту А2.The essence of the prototype method is as follows. The ground subscriber A 1 from its database determines the coordinates of the receiving subscriber A 2 and transmits information (including the coordinates of the receiving subscriber) to the closest spacecraft A-1 . Further, this information (see Fig. 1) is relayed through the spacecraft A-2 to the nearest spacecraft A-3 , located in the same orbital plane. It is important to note that the sequence of spacecraft A-1 , spacecraft A-2 , spacecraft A-3 , ... spacecraft A-5 and others is in the same orbital plane and therefore neighboring vehicles are characterized by mutual visibility. At the same time, in the common polar radio-visibility zone 3 (see Fig. 1), in addition to SC A-3, there is SC B-1 , belonging to another orbital plane.
В целом, передаваемая информация в виде сигналов от передающих абонентов распространяется от одной орбитальной плоскости к другой по цепочке КА-ретрансляторов, расположенных в нескольких орбитальных плоскостях, и поступает к абонентам.In general, the transmitted information in the form of signals from transmitting subscribers spreads from one orbital plane to another along a chain of KA repeaters located in several orbital planes, and arrives at the subscribers.
Недостатками способа, реализованного в прототипе, являются следующие:The disadvantages of the method implemented in the prototype are the following:
- ограниченная оперативность глобальной передачи информации, поскольку передача информации между орбитальными плоскостями возможна лишь в ограниченной полярной зоне и существующая вероятность потери сообщения из-за отсутствия КА нужной плоскости;- limited efficiency of global information transfer, since information transfer between orbital planes is possible only in a limited polar zone and the existing probability of message loss due to the lack of spacecraft of the desired plane;
- невозможность проведения глобального радиотехнического мониторинга подстилающей поверхности, воздушного пространства и околоземного пространства Земли с борта каждого КА многоспутниковой системы с передачей результатов мониторинга потребителю в реальном масштабе времени;- the impossibility of global radio-technical monitoring of the underlying surface, airspace and near-Earth space of the Earth from each satellite of a multi-satellite system with the transmission of monitoring results to the consumer in real time;
- невозможность проведения локального высокоразрешающего радиолокационного и оптического мониторинга подстилающей поверхности Земли с передачей результатов мониторинга потребителю в реальном масштабе времени;- the impossibility of conducting local high-resolution radar and optical monitoring of the underlying surface of the Earth with the transfer of monitoring results to the consumer in real time;
- невозможность глобального мониторинга параметров ионосферы Земли в интересах уточнения ее модели;- the impossibility of global monitoring of the Earth’s ionosphere parameters in the interests of clarifying its model;
- невозможность глобального мониторинга гравитационного поля Земли в интересах уточнения модели гравитационного потенциала.- the impossibility of global monitoring of the Earth's gravitational field in the interest of refining the model of the gravitational potential.
Предлагаемый способ основан на глобальной передаче информации между околоземными корреспондентами через кластер КА передачи информации «Космосеть» с помощью межспутниковых радиотехнических и лазерных каналов связи с одновременным радиотехническим мониторингом поверхности Земли, воздушного пространства, ионосферы и окружающего космического пространства, радиолокационным и оптическим мониторингом подстилающей поверхности Земли, а также мониторингом гравитационного поля Земли с помощью бортовой измерительной аппаратуры соответствующих кластеров КА, входящих в систему.The proposed method is based on the global transfer of information between near-Earth correspondents through the Cosmoset information spacecraft cluster using inter-satellite radio and laser communication channels with simultaneous radio-technical monitoring of the Earth’s surface, airspace, ionosphere and outer space, radar and optical monitoring of the underlying Earth’s surface, as well as monitoring the Earth’s gravitational field using on-board measuring equipment Leica Geosystems KA clusters in the system.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем:The essence of the proposed method is as follows:
В сеансе передачи информации в аппаратуре наземного корреспондента формируют пакет передаваемой информации и передают его по радиоканалу «Земля-борт» на ближайший КА кластера передачи информации системы. В пакете информации указывают геоцентрические координаты аппаратуры потребителя. Затем с помощью бортового вычислителя КА-ретранслятора на основе заданных координат потребителя определяют межспутниковый маршрут передачи информации и по выбранным межспутниковым радиотехническим и лазерным каналам связи (как в одной орбитальной плоскости, так и между орбитальными плоскостями) передают информацию наземному потребителю с заданными координатами.In the information transfer session in the ground correspondent’s equipment, a packet of transmitted information is formed and transmitted via the “Earth-board” radio channel to the nearest spacecraft of the system information transmission cluster. The geocentric coordinates of the consumer equipment are indicated in the information packet. Then, using the on-board computer of the KA repeater, based on the given coordinates of the consumer, the inter-satellite information transmission route is determined and information is transmitted to the ground consumer with the specified coordinates via the selected inter-satellite radio and laser communication channels (both in the same orbital plane and between the orbital planes).
Одновременно на борту кластера КА оптического мониторинга с помощью бортовой оптической системы наблюдения формируют многоспектральное оптическое изображение участка подстилающей поверхности Земли. С помощью кластера КА радиомониторинга принимают сигналы наземных, воздушных и космических радиоисточников и по параметрам принимаемых сигналов определяют их координаты. С помощью бортового радиолокационного бистатического кластера КА формируют радиолокационную многоракурсную информацию о состоянии целей на поверхности Земли в режиме бистатической радиолокации. С помощью бортовой аппаратуры взаимной межспутниковой связи миллиметрового диапазона измеряют параметры относительного движения всех пар соседних КА по линии «спутник-спутник» и по результатам измерений уточняют параметры модели гравитационного поля Земли. С помощью многочастотных навигационных приемников КА космического кластера КА глобального радиомониторинга ионосферы «ИОНОСФЕРА» определяют полную электронную концентрацию вдоль радиолинии навигационного сигнала и уточняют параметры модели ионосферы. С помощью бортовой аппаратуры атмосферных спутников воздушного кластера системы формируют радиолокационную бистатическую информацию, видовую оптическую информацию и информацию радиомониторинга о подстилающей информации и приземных радиоисточниках. Информация мониторинга от всех кластеров КА мониторинга, а также от атмосферных спутников мониторинга передают на Землю по каналам «Борт-Земля», а также по межспутниковым радиоканалам кластера КА передачи информации потребителям с заданными геоцентрическими координатами.At the same time, a multispectral optical image of a portion of the underlying surface of the Earth is formed on board an optical monitoring spacecraft cluster using an onboard optical observation system. Using the spacecraft cluster of radio monitoring, signals of ground, air and space radio sources are received and their coordinates are determined by the parameters of the received signals. Using the onboard radar bistatic cluster, spacecraft generate radar multi-angle information about the state of targets on the Earth's surface in the bistatic radar mode. Using the on-board equipment of millimeter-range inter-satellite communication, the parameters of the relative motion of all pairs of neighboring spacecraft along the satellite-satellite line are measured and the parameters of the Earth’s gravitational field model are determined using the measurement results. Using the multi-frequency navigation receivers of the spacecraft of the space cluster of the spacecraft of the global radio monitoring of the ionosphere "IONOSPHERE" determine the total electron concentration along the radio link of the navigation signal and refine the parameters of the ionosphere model. Using on-board equipment of atmospheric satellites of the air cluster of the system, radar bistatic information, specific optical information and radio monitoring information about underlying information and surface radio sources are generated. Monitoring information from all monitoring spacecraft clusters, as well as from atmospheric monitoring satellites, is transmitted to the Earth via Bort-Earth channels, as well as via inter-satellite radio channels of the spacecraft cluster for transmitting information to consumers with specified geocentric coordinates.
В состав многофункциональной космической информационной системы (МКИС) «ПАРАДИГМА» включены следующие основные элементы (Фиг. 2):The structure of the multifunctional space information system (ICIS) "PARADIGMA" includes the following main elements (Fig. 2):
- космический эшелон информационных кластеров КА;- the space echelon of spacecraft information clusters;
- воздушный эшелон информационных атмосферных спутников (АС) и БПЛА;- airborne information atmospheric satellites (AS) and UAVs;
- эшелон абонентской аппаратуры связи наземных потребителей;- echelon of subscriber communication equipment of terrestrial consumers;
- Центр приема и анализа информации мониторинга;- Center for the reception and analysis of monitoring information;
- наземный Центр управления системой.- Ground-based System Control Center.
1. Космический эшелон многофункциональной космической информационной системы (МКИС) «Парадигма», включает в себя следующие информационные кластеры КА (Фиг. 2):1. The space echelon of the multifunctional space information system (ISIS) "Paradigm" includes the following information clusters of the spacecraft (Fig. 2):
- космический кластер КА передачи информации потребителям «КОСМОСЕТЬ» по каналам «спутник-спутник», «Земля-борт» и «Борт-Земля»;- the space cluster of the spacecraft for transmitting information to consumers “COSMOSET” through the channels “satellite-satellite”, “Earth-board” and “Board-Earth”;
- космический кластер КА «РАДИОЛОКАТОР» бистатического радиолокационного мониторинга, связанный по радиоканалу с космическим кластером КА передачи информации;- the space cluster of the SC “RADIOLOCATOR” of bistatic radar monitoring, connected via radio channel to the space cluster of the spacecraft of information transmission;
- космический кластер КА радиомониторинга «РАДИО» подстилающей поверхности, воздушного и космического пространства Земли, связанный по радиоканалу с космическим кластером КА передачи информации;- the space cluster of the spacecraft of radio monitoring "RADIO" of the underlying surface, air and space of the Earth, connected via radio channel to the space cluster of the spacecraft of information transmission;
- космический кластер оптического мониторинга подстилающей поверхности и атмосферы «ОПТИКА», связанный по радиоканалу с космическим кластером КА передачи информации;- the space cluster of optical monitoring of the underlying surface and atmosphere "OPTICA", connected via radio channel with the space cluster of the spacecraft information transfer;
- космический кластер КА глобального радиомониторинга ионосферы «ИОНОСФЕРА», основанный на использовании многочастотных приемников глобальных спутниковых навигационных систем и связанный по радиоканалу с космическим кластером КА передачи информации;- the space cluster of the spacecraft of the global radio monitoring of the ionosphere “IONOSPHERE”, based on the use of multi-frequency receivers of global satellite navigation systems and connected via radio channel to the space cluster of the spacecraft of information transmission;
- космический кластер КА уточнения параметров гравитационного поля Земли «ГРАВИКА», основанный на измерении относительного движения соседних спутников и связанный по радиоканалу с космическим кластером КА передачи информации.- the spacecraft cluster of the refinement of the parameters of the Earth's gravitational field “GRAVIKA”, based on measuring the relative motion of neighboring satellites and connected via radio channel to the space cluster of the spacecraft transmitting information.
2. Воздушный эшелон «ДРОН» включает в себя информационную аппаратуру кластеров высокоразрешающего атмосферного радиотехнического, радиолокационного и оптического мониторинга подстилающей поверхности и воздушного пространства Земли, размещаемую на борту атмосферных спутников (АС) или беспилотных летательных аппаратов БПЛА и связанную по радиоканалу с космическим кластером КА передачи информации «КОСМОСЕТЬ»;2. The “DRON” air echelon includes information equipment for high-resolution atmospheric radio engineering, radar and optical monitoring clusters of the Earth’s underlying surface and airspace, placed on board atmospheric satellites (AS) or UAV unmanned aerial vehicles and connected via radio channel to the spacecraft cluster of transmission information "COSMET";
3. Эшелон абонентской аппаратуры потребителей, который обеспечивает глобальную связь наземных и воздушных потребителей с корреспондентами в любой точке Земли по их требованию, а также прием необходимой информации глобального мониторинга и передачу запросов на получение информации мониторинга из требуемых районов Земли и космического пространства.3. The echelon of consumer equipment, which provides global communication of ground and air consumers with correspondents anywhere in the world at their request, as well as receiving the necessary global monitoring information and transmitting requests for monitoring information from the required regions of the Earth and outer space.
4. Центр приема и анализа информации мониторинга, в который стекаются все виды информации с космических и воздушных кластеров мониторинга. Здесь же выполняются операции анализа информации и прогнозирование ситуаций в атмосфере и космосе.4. The center for receiving and analyzing monitoring information, which flocks all types of information from space and air monitoring clusters. It also performs information analysis and forecasting situations in the atmosphere and space.
5. Наземный центр управления всей системой, который предназначен для планирования работы всех кластеров системы, управления бортовой аппаратурой элементов космического и воздушного эшелонов, а также для контроля за состоянием аппаратуры всех эшелонов.5. The ground control center of the entire system, which is designed to plan the operation of all clusters of the system, control the on-board equipment of the elements of the space and air echelons, and also to monitor the state of the equipment of all echelons.
Информационные кластеры космического эшелона МКИС «ПАРАДИГМА» работают следующим образом:Information clusters of the space echelon of the ICIS "PARADIGMA" work as follows:
1. Космический низкоорбитальный кластер глобальной передачи данных в реальном масштабе времени (транспортный космический информационный кластер) «КОСМОСЕТЬ» (Фиг. 3) реализует виртуальную «космическую шину» за счет сети из 72 КА, расположенных на высоте 800 км в 8 приполярных орбитальных плоскостях по 9 КА в каждой или 48 КА (6×8)на высоте 1200 км.1. Cosmic low-orbit cluster of global real-time data transmission (space transport information cluster) “COSMOSET” (Fig. 3) implements a virtual “space bus” due to a network of 72 spacecraft located at an altitude of 800 km in 8 polar orbital planes along 9 spacecraft in each or 48 spacecraft (6 × 8) at an altitude of 1200 km.
В транспортном информационном кластере «КОСМОСЕТЬ» решаются следующие научно-технические задачи:In the transport information cluster "COSMOSET" the following scientific and technical problems are solved:
- передача данных между любыми точками земной и водной поверхностей, воздушного и околоземного космического пространства в реальном масштабе времени и организация по межспутниковым каналам различных видов сетевых сервисов;- data transmission between any points of the earth and water surfaces, air and near-Earth outer space in real time and organization of various types of network services via inter-satellite channels;
- адресация, обеспечивающая однозначную идентификацию устройств, служб и приложений в любом их местоположении;- addressing that provides unambiguous identification of devices, services and applications at any location;
- реализация протоколов динамической маршрутизации и ретрансляции пакетов данных на борту космических аппаратов и др.- Implementation of protocols for dynamic routing and relaying of data packets on board spacecraft, etc.
2. Кластер КА «РАДИОЛОКАТОР» многопозиционной бистатической радиолокации подстилающей поверхности Земли (Фиг. 4) содержит несколько спутников, причем один из КА кластера облучает цель, а остальные - принимают отраженные радиосигналы и строят многоракурсное (по количеству КА-приемников) изображение цели, что очень важно для ее распознавания и вскрытия замаскированных объектов. В качестве облучающих радиолокационных источников могут также использоваться спутники глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС) ГЛОНАСС, GALILEO, GPS и др. Кроме того, такая технология позволяет определить высоту рельефа, что важно при решении проблем геодезии и картографии.2. The cluster of the “RADAR” multi-position bistatic radar of the underlying Earth’s surface (Fig. 4) contains several satellites, one of the SCs of the cluster irradiating the target, and the rest receiving the reflected radio signals and constructing a multi-angle (by the number of KA-receivers) image of the target, which very important for its recognition and the opening of masked objects. The satellites of global satellite navigation systems (GNSS) GLONASS, GALILEO, GPS, etc. can also be used as irradiating radar sources. In addition, this technology allows you to determine the height of the relief, which is important when solving problems of geodesy and cartography.
3. Кластер МКА многоракурсной панхроматической и гиперспектральной оптической съемки местности «ОПТИКА» (Фиг. 5) имеет возможность распознавания целей практически в реальном времени, что очень важно для освещения районов чрезвычайных ситуаций и недоступно классическим системам оптического наблюдения. В этой системе мониторинга бортовым телескопом минимального диаметра накрывается цель и получается снимок с невысоким разрешением. Но если к этому добавить многоспектральный портрет цели, снимаемый с помощью бортового малогабаритного видеоспектрометра, то с помощью бортовой ЭВМ возможно получить высококачественное изображение цели практически в реальном масштабе времени. Такая система мониторинга без большого телескопа получается достаточно компактной. Скорость обработки сигнала современными методами достаточно высока и позволяет получить высококачественное изображение.3. The MCA cluster of multi-angle panchromatic and hyperspectral optical terrain survey "OPTICS" (Fig. 5) has the ability to recognize targets in almost real time, which is very important for illuminating emergency areas and is inaccessible to classical optical surveillance systems. In this monitoring system with an on-board telescope of minimum diameter, the target is covered and a low-resolution image is obtained. But if we add to this a multispectral portrait of a target, taken with an on-board small-sized video spectrometer, then using an on-board computer it is possible to obtain a high-quality image of the target in almost real time. Such a monitoring system without a large telescope is quite compact. The signal processing speed by modern methods is quite high and allows you to get a high-quality image.
4. Кластер МКА многопозиционного радиотехнического мониторинга (радиопеленгации) постилающей поверхности, воздушного пространства и космического пространства в зоне прямой видимости «РАДИО» (Фиг. 6) решает задачу выработки целеуказаний в виде высокоточных координат обнаруженных целей на Земле, в атмосфере и в космосе практически в реальном времени. Космический аппарат - носитель аппаратуры радиотехнического мониторинга - имеет на борту навигационную аппаратуру потребителя ГНСС ГЛОНАСС и др. и поэтому всегда имеет свои собственные высокоточные координаты. При расстоянии между спутниками - носителями такой аппаратуры - в 10-50 км разрешающая способность космической системы радиотехнического мониторинга составляет единицы-десятки метров.4. The MCA cluster of multi-position radioengineering monitoring (radio direction finding) of the underlying surface, airspace and outer space in the line-of-sight “RADIO” (Fig. 6) solves the problem of generating target designations in the form of high-precision coordinates of detected targets on Earth, in the atmosphere and in space, practically real time. The spacecraft - the carrier of radio-technical monitoring equipment - has GNSS GLONASS and other consumer navigation equipment on board and therefore always has its own high-precision coordinates. With a distance between satellites - carriers of such equipment - 10-50 km, the resolution of the space system of radio monitoring is a few tens of meters.
5. Кластер КА радиомониторинга состояния ионосферы «ИОНОСФЕРА» (Фиг. 7) с помощью бортовой двухчастотной приемной аппаратуры ГНСС ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, расположенной на борту КА мониторинга, определяет текущие изменения полной электронной концентрации в ионосфере во всей полусфере в направлении на навигационные спутники. Эти текущие данные служат основой для решения многих практических задач, в том числе для уточнения глобальной модели ионосферы.5. The spacecraft cluster of radio monitoring the state of the ionosphere "IONOSPHERE" (Fig. 7) using the onboard dual-frequency receiving equipment GNSS GLONASS, GPS, GALILEO, located on board the spacecraft monitoring, determines the current changes in the total electron concentration in the ionosphere in the entire hemisphere in the direction of navigation satellites . These current data serve as the basis for solving many practical problems, including refining the global model of the ionosphere.
6. Работа кластера КА мониторинга и уточнения параметров гравитационного поля Земли (ГПЗ) «ГРАВИКА» (Фиг. 8) основана на использовании межспутниковых каналов связи двух соседних спутников в мм-диапазоне для измерения параметров их относительного движения. В этих параметрах (взаимная дальность, скорость, ускорение) содержится информация о параметрах ГПЗ (потенциал и его градиенты). Погрешность измерения взаимной скорости соседних спутников в мм-диапазоне не должна превышать единиц мм в секунду, что уже реализовано в практических системах. Другая возможность решения этой задачи основана на независимых измерениях текущей скорости КА с помощью бортовой навигационной аппаратуры (НАП) ГНСС типа ГЛОНАСС.6. The operation of the spacecraft cluster for monitoring and refining the parameters of the Earth’s gravitational field (GPZ) “GRAVIKA” (Fig. 8) is based on the use of inter-satellite communication channels of two neighboring satellites in the mm range for measuring the parameters of their relative motion. These parameters (mutual range, speed, acceleration) contain information on the GPZ parameters (potential and its gradients). The error in measuring the mutual velocity of neighboring satellites in the mm range should not exceed units of mm per second, which has already been implemented in practical systems. Another possibility of solving this problem is based on independent measurements of the spacecraft’s current speed using GNSS GLONASS-type onboard navigation equipment (NAP).
Информационные кластеры воздушного эшелона «ДРОН» работают следующим образом. Они реализуется с помощью атмосферных спутников (АС) и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) (Фиг. 9), которые могут совершать беспосадочный полет в стратосфере в течение 4-5 лет. В этом эшелоне реализуются перечисленные выше информационные кластеры: видового многоспектрального мониторинга, радиотехнического мониторинга, а также бистатического радиолокационного мониторинга. При этом на борту АС и БПЛА располагается соответствующая аппаратура. Передача полученной информации мониторинга ведется через ближайшие спутники системы «Космосеть».Information clusters of the air level "DRON" work as follows. They are implemented using atmospheric satellites (AS) and unmanned aerial vehicles (UAVs) (Fig. 9), which can perform non-stop flight in the stratosphere for 4-5 years. The information clusters listed above are implemented in this echelon: species multispectral monitoring, radio engineering monitoring, as well as bistatic radar monitoring. At the same time, the corresponding equipment is located onboard the AS and UAVs. The received monitoring information is transmitted through the nearest satellites of the Cosmoset system.
Преимущества системы:Advantages of the system:
- универсальность и способность спутников системы решать несколько задач одновременно (например, оптическое и радиолокационное наблюдение, радиомониторинг, обеспечение глобальной передачи информации и др.); спутники классических систем решают лишь одну задачу;- universality and ability of system satellites to solve several problems at the same time (for example, optical and radar surveillance, radio monitoring, ensuring global information transfer, etc.); satellites of classical systems solve only one problem;
- высокая оперативность: информация наблюдения из любой точки Земного шара в Центр передается в реальном времени (без задержки) по своим собственным межспутниковым каналам. В классических системах решается ограниченное количество задач с передачей информации либо в зоне видимости Центра (т.е. с задержкой), либо через специальные геостационарные ретрансляторы, что существенно увеличивает стоимость системы;- high efficiency: observation information from anywhere in the world to the Center is transmitted in real time (without delay) through its own inter-satellite channels. In classical systems, a limited number of tasks are solved with the transmission of information either in the visibility area of the Center (i.e., with a delay), or through special geostationary repeaters, which significantly increases the cost of the system;
- более высокая устойчивость системы в силу ее универсальности и многосвязности (каждый спутник связан со всеми соседями). В классических системах выход из строя, например, геостационарного ретранслятора, лишает систему свойства оперативности;- higher stability of the system due to its versatility and multi-connectivity (each satellite is connected to all neighbors). In classical systems, failure, for example, of a geostationary repeater, deprives the system of the ability to be responsive;
- более короткие сроки проектирования и изготовления первой очереди системы, что свойственно многоспутниковым системам, создаваемым на технологиях малых и сверхмалых КА (не более 4-5 лет).- shorter terms for designing and manufacturing the first stage of the system, which is characteristic of multi-satellite systems created using technologies of small and ultra-small spacecraft (no more than 4-5 years).
В силу отмеченных преимуществ, предлагаемые системы имеют показатель эффективность/стоимость, как минимум, в 4-5 раз выше, чем у классических. Например, затраты на создаваемую в рамках ФКП систему мониторинга Земли квазиреального времени на основе традиционных систем ДЗЗ составляют около 263 млрд. руб. при сроках создания 11 лет (2015-2025 гг.) Оценка затрат на Глобальную систему оперативного мониторинга на основе МКА и АС дает цифру 56,8 млрд. руб. (в 4,6 раз меньше) при сроках создания первой очереди 5-6 лет.Due to the noted advantages, the proposed systems have an efficiency / cost indicator of at least 4-5 times higher than that of classic ones. For example, the costs of creating a quasi-real-time Earth monitoring system based on traditional Earth remote sensing systems as part of the PCF are about 263 billion rubles. with a creation period of 11 years (2015-2025), an estimate of the costs of the Global System for Operational Monitoring based on ICA and AU gives the figure 56.8 billion rubles. (4.6 times less) with the timing of the creation of the first stage of 5-6 years.
Технологии, реализующие интегральный целевой эффект МКИС «ПАРАДИГМА»:Technologies implementing the integrated target effect of the ICIS "PARADIGMA":
- многопозиционная бистатическая радиолокация подстилающей поверхности Земли, при которой один из КА кластера облучает цель, а остальные - принимают отраженные радиосигналы и строят многоракурсное (по количеству КА-приемников) изображение цели, что очень важно для ее распознавания и вскрытия замаскированных объектов. Кроме того, такая технология позволяет определить высоту рельефа, что важно при решении проблем геодезии и картографии [1], [7], [8];- a multi-position bistatic radiolocation of the underlying surface of the Earth, in which one of the SCs of the cluster irradiates the target, and the rest receive the reflected radio signals and construct a multi-angle (by the number of SC-receivers) image of the target, which is very important for its recognition and opening of masked objects. In addition, this technology allows you to determine the height of the relief, which is important when solving problems of geodesy and cartography [1], [7], [8];
- многоракурсная панхроматическая и гиперспектральная оптическая съемка местности с возможностью распознавания целей практически в реальном времени, что очень важно для оперативного мониторинга и недоступно классическим системам оптического наблюдения [1];- multi-angle panchromatic and hyperspectral optical terrain survey with the ability to recognize targets in almost real time, which is very important for operational monitoring and inaccessible to classical optical observation systems [1];
- многопозиционный радиотехнический мониторинг подстилающей поверхности с выработкой целеуказаний в виде высокоточных координат обнаруженных целей практически в реальном времени [1], [8];- multi-position radio engineering monitoring of the underlying surface with the development of target designations in the form of high-precision coordinates of the detected targets in almost real time [1], [8];
- космическая информационная шина, организованная на принципах интернет-технологий для передачи информации в реальном времени от любого глобально удаленного КА-наблюдателя всех информационных кластеров, в том числе по запросу индивидуального абонента (система «КОСМОСЕТЬ»). [3], [4], [5];- a space information bus organized on the principles of Internet technologies for transmitting information in real time from any globally remote KA observer of all information clusters, including at the request of an individual subscriber (COSMOSET system). [3], [4], [5];
На основе ГКИС «ПАРАДИГМА» становится возможна реализация с минимальными временными и материальными затратами следующих систем:Based on the GKIS "PARADIGMA", it becomes possible to implement the following systems with minimal time and material costs:
1. Глобальная система оперативной комплексной непрерывной космической разведки ТВД (театр военных действий) и передачи данных на основе кластеров малых космических аппаратов в интересах наземных, морских и воздушных потребителей.1. The global system of operational integrated continuous space reconnaissance of a theater of war (theater of operations) and data transmission based on clusters of small spacecraft in the interests of land, sea and air consumers.
2. Многоспутниковая авиационно-космическая система информационного освещения Северных территорий и акваторий Российской Федерации.2. Multisatellite aerospace information coverage system of the Northern territories and water areas of the Russian Federation.
3. Космический эшелон информационных средств Воздушно-космической обороны РФ на основе новых технологий.3. The space echelon of information tools of the Aerospace Defense of the Russian Federation based on new technologies.
Все перечисленные предлагаемые системы имеют двойное назначение и включают ряд взаимосвязанных систем низшего уровня, которые могут быть реализованы как самостоятельные отдельные системы. К ним, в частности, относятся:All of these proposed systems have a dual purpose and include a number of interconnected lower-level systems that can be implemented as independent separate systems. These include, but are not limited to:
4. Сеть МКА для наблюдения космических объектов, предназначенная для контроля космического пространства в интересах национальной обороны.4. The ICA network for the observation of space objects, designed to control outer space in the interests of national defense.
5. Сеть МКА для оперативного обнаружения пожаров, которая дополнительно решает задачу оперативного обнаружения атмосферных средств воздушно-космического нападения типа гиперзвуковых летательных аппаратов и др.;5. The MCA network for the rapid detection of fires, which additionally solves the problem of the operational detection of atmospheric means of aerospace attack such as hypersonic aircraft, etc .;
6. Система мониторинга транспортных объектов на основе малых космических аппаратов, предназначенная для персональной связи и сопровождения транспорта и грузов в Северных широтах;6. A system for monitoring transport objects based on small spacecraft, designed for personal communication and escort of transport and cargo in the Northern latitudes;
7. Глобальная телекоммуникационная сеть МКА «КОСМОСЕТЬ», построенная на базе маршрутизаторов и всех межспутниковых каналов, образующих космическую информационную шину на принципах интернет-протоколов.7. The global telecommunication network of the COSMOSET ICA, built on the basis of routers and all inter-satellite channels forming a space information bus based on the principles of Internet protocols.
Возможность парирования угроз государству с помощью системы:The ability to parry threats to the state using the system:
1) Угроза информационной блокады Российской Федерации, в том числе удаленных театров военных действий, парируется за счет:1) The threat of the information blockade of the Russian Federation, including remote theaters of operations, is countered by:
- расширения охвата обслуживаемых территорий с границ территории РФ до полного охвата всей поверхности Земли;- expanding the coverage of the served territories from the borders of the territory of the Russian Federation to the full coverage of the entire surface of the Earth;
- обеспечения оперативности глобальной доставки информации в реальном масштабе времени.- ensuring the efficiency of global delivery of information in real time.
2) Угроза физического уничтожения части космических аппаратов системы парируется тем, что вывод из строя части КА многоспутниковой системы лишь незначительно снижает ее боевую устойчивость.2) The threat of physical destruction of part of the spacecraft of the system is countered by the fact that the failure of part of the spacecraft of the multi-satellite system only slightly reduces its combat stability.
3) Угрозы киберподавления и радиоподавления парируются за счет:3) The threats of cyber suppression and radio suppression are countered by:
- обеспечения киберустойчивости на основе использования миллиметрового диапазона в межспутниковых каналах;- ensuring cyber resistance based on the use of the millimeter range in inter-satellite channels;
- изолированности системы от сетевых наземных ресурсов;- isolation of the system from network ground resources;
- применения специальных отечественных протоколов передачи и маршрутизации пакетов данных, специального аппаратно-программного обеспечения и специальных методов модуляции радиосигналов.- application of special domestic protocols for the transfer and routing of data packets, special hardware and software, and special methods for modulating radio signals.
4) Угроза технологической блокады при создании космических инфокоммуникационных систем парируется за счет импортозамещения в части собственных разработок программного обеспечения и применения отечественной элементной базы при создании микроспутников;4) The threat of technological blockade during the creation of space infocommunication systems is countered by import substitution in terms of our own software development and the use of the domestic element base when creating microsatellites;
5) Угроза национальной информационной безопасности парируется за счет повышения эффективности ведения глобальных информационных операций на основе использования возможностей отечественного «космического интернета», реализуемого на основе ГКИС «ПАРАДИГМА».5) The threat to national information security is countered by increasing the efficiency of global information operations based on the use of the capabilities of the domestic “space Internet”, implemented on the basis of the SCADA “PARADIGMA”.
Система открывает возможность создания отечественного глобального интернета, более широкий спектр парирования угроз государству.The system opens up the possibility of creating a domestic global Internet, a wider range of parry threats to the state.
Система имеет совокупность свойств, которую не имеет ни одна из существующих космических информационных систем.The system has a set of properties that none of the existing space information systems has.
Из всего вышесказанного следует достижение технического результата, состоящего в существенном повышении оперативности системы - информация наблюдения из любой точки Земного шара в Центр передается в реальном времени (без задержки) по межспутниковым каналам, более высокой устойчивости системы в силу ее универсальности и многосвязности (каждый спутник связан со всеми соседями), повышения технико-экономических показателей системы что выражается в более коротких сроках проектирования и изготовления первой очереди системы, что свойственно многоспутниковым системам, создаваемым на технологиях малых и сверхмалых КА (не более 4-5 лет).From all of the above, the achievement of a technical result follows, consisting in a significant increase in the system’s responsiveness - observation information from anywhere in the world to the Center is transmitted in real time (without delay) via inter-satellite channels, the system’s higher stability due to its universality and multiplicity (each satellite is connected with all neighbors), increasing the technical and economic indicators of the system, which is expressed in shorter terms for designing and manufacturing the first stage of the system, which is peculiar a multi-satellite system created on the technology small and micro satellites (not more than 4-5 years).
Список литературы:List of references:
1. Монография: Малые космические аппараты информационного обеспечения / Под ред. докт. техн. наук, засл. деятеля науки РФ, проф. В.Ф. Фатеева. - М.: Радиотехника, 2010. - 320 с., ил.1. Monograph: Small spacecraft information support / Ed. Doct. tech. sciences, merit. scientist of the Russian Federation, prof. V.F. Fateeva. - M .: Radio engineering, 2010 .-- 320 p., Ill.
2. Монография: Инфраструктура малых космических аппаратов / Под ред. докт. техн. наук, засл. деятеля науки РФ, проф. В.Ф. Фатеева. - М.: Радиотехника, 2011. - 432 с., ил.2. Monograph: Infrastructure of small spacecraft / Ed. Doct. tech. sciences, merit. scientist of the Russian Federation, prof. V.F. Fateeva. - M .: Radio engineering, 2011 .-- 432 p., Ill.
3. Галькевич А.И «Спецтема» / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: ВА РВСН им. Петра Великого, 2011.3. Galkevich A.I. "Special theme" / Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences. - M .: VA Strategic Rocket Forces named after Peter the Great, 2011.
4. Монография: Низкоорбитальная космическая система персональной спутниковой связи и передачи данных / Под ред. Генерального конструктора многофункциональной космической системы персональной спутниковой связи и передачи данных, президента ОАО «СС» Гонец», к.т.н. Галькевича А.И.: ООО «Юнис», 2011. - 168 с.4. Monograph: Low-orbit space system for personal satellite communications and data transmission / Ed. General Designer of the multifunctional space system for personal satellite communication and data transmission, President of OJSC “SS” Gonets ”, Ph.D. Galkevich A.I .: LLC “Unis”, 2011. - 168 p.
5. Технические предложения «Разработка перспективной глобальной космической низкоорбитальной инфокоммуникационной системы на основе инновационных технологий» Шифр темы: «Космонет» / Под. Руководством д.т.н. Галькевича А.И., 2014. - 273 с.5. Technical proposals “Development of a promising global space low-orbit infocommunication system based on innovative technologies” Topic code: “Cosmonet” / Pod. Management of Doctor of Technical Sciences Galkevich A.I., 2014 .-- 273 p.
6. Фатеев В.Ф. Современный взгляд на развитие космического эшелона информационных средств ВКО // «Воздушно-космическая оборона», 2014, №1. С. 31-38.6. Fateev V.F. A modern view of the development of the space echelon of the East Kazakhstan information media // "Aerospace Defense", 2014, No. 1. S. 31-38.
7. Фатеев В.Ф., Шилин В.Д., Курикша А.А., Лагуткин В.Н., Лукьянов А.П., Ксендзук А.В. Направления развития космического эшелона информационных средств ВКО РФ на основе новых технологий // «Вопросы радиоэлектроники», сер. Радиолокационная техника, вып. 1, Москва, 2014.7. Fateev V.F., Shilin V.D., Kuriksha A.A., Lagutkin V.N., Lukyanov A.P., Ksendzuk A.V. Directions for the development of the space echelon of information tools of the aerospace defense of the Russian Federation based on new technologies // "Questions of radio electronics", ser. Radar Technology, vol. 1, Moscow, 2014.
8. Фатеев В.Ф. Космический эшелон воздушно-космической обороны на технологиях миниатюризации космических аппаратов // «Воздушно-космическая оборона», 2013, №6. С. 24-34.8. Fateev V.F. The space echelon of aerospace defense using the technology of miniaturization of spacecraft // "Aerospace Defense", 2013, No. 6. S. 24-34.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018116185A RU2707415C2 (en) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | Method of creating global information environment in near-earth space and paradigma, multifunctional space information system based on network of low-orbit spacecraft for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018116185A RU2707415C2 (en) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | Method of creating global information environment in near-earth space and paradigma, multifunctional space information system based on network of low-orbit spacecraft for implementation thereof |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018116185A3 RU2018116185A3 (en) | 2019-10-28 |
RU2018116185A RU2018116185A (en) | 2019-10-28 |
RU2707415C2 true RU2707415C2 (en) | 2019-11-26 |
Family
ID=68500309
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018116185A RU2707415C2 (en) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | Method of creating global information environment in near-earth space and paradigma, multifunctional space information system based on network of low-orbit spacecraft for implementation thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2707415C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751575C1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-07-15 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Method for estimating visibility of ground object from space |
RU2760829C1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-11-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук | Space geodesy colocation station |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113093259B (en) * | 2021-04-19 | 2023-04-21 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | On-orbit gamma ray storm opportunity target observation method |
CN113625746B (en) * | 2021-07-23 | 2024-08-02 | 北京航空航天大学 | Space cluster combat method and system based on bee colony aircraft |
CN114491694B (en) * | 2022-01-17 | 2024-06-25 | 北京航空航天大学 | Space target data set construction method based on illusion engine |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633093C1 (en) * | 2016-09-15 | 2017-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Ситиликс" | Method and system for improving accuracy of determining location of global navigation satellite system consumers by digital marking of road network sections |
-
2018
- 2018-04-28 RU RU2018116185A patent/RU2707415C2/en active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633093C1 (en) * | 2016-09-15 | 2017-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Ситиликс" | Method and system for improving accuracy of determining location of global navigation satellite system consumers by digital marking of road network sections |
Non-Patent Citations (4)
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751575C1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-07-15 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Method for estimating visibility of ground object from space |
RU2760829C1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-11-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук | Space geodesy colocation station |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018116185A3 (en) | 2019-10-28 |
RU2018116185A (en) | 2019-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2707415C2 (en) | Method of creating global information environment in near-earth space and paradigma, multifunctional space information system based on network of low-orbit spacecraft for implementation thereof | |
Neumann et al. | The Ice, Cloud, and Land Elevation Satellite–2 Mission: A global geolocated photon product derived from the advanced topographic laser altimeter system | |
Zebker et al. | Mapping the world's topography using radar interferometry: the TOPSAT mission | |
Spilker Jr et al. | Global positioning system: theory and applications, volume I | |
Weeden et al. | Global space situational awareness sensors | |
Progri | Geolocation of RF signals: principles and simulations | |
RU2465729C2 (en) | International global monitoring aerospace system (igmas) | |
National Research Council | The global positioning system: A shared national asset | |
RU2360848C1 (en) | Multi-purpose space system | |
Wang | Near-space remote sensing: potential and challenges | |
Moccia et al. | Performance of spaceborne bistatic synthetic aperture radar | |
CN107064935B (en) | A kind of Spaceborne SAR System and its construction method | |
Anzalone et al. | Use of navigation beacons to support lunar vehicle operations | |
Buinhas et al. | Navigation and communication network for the Valles Marineris Explorer (VaMEx) | |
Iiyama et al. | Autonomous Distributed Angles-Only Navigation and Timekeeping in Lunar Orbit | |
Magers | Geolocation of RF emitters using a low-cost UAV-based approach | |
Borky | Payload technologies and applications for uninhabited air vehicles (UAVs) | |
RU2284550C2 (en) | Space automated system for taking control over moving objects | |
Dyrud et al. | GEOScan: A global, real-time geoscience facility | |
Montaruli | Multireceiver radar technologies for space surveillance and tracking | |
Asher et al. | Radionavigation alternatives for US Army Ground Forces in GPS denied environments | |
Lazreg et al. | Design and architecture of Pico-satellites network for earth coverage | |
Sheng et al. | Integrated Communication, Navigation, and Remote Sensing in LEO Networks with Vehicular Applications | |
Cheng | Space 201: Thinking About the Space Domain | |
McGrath et al. | Applications of responsive small satellites with MIT TILE electrospray propulsion |