RU2747240C1 - Space earth sensing system - Google Patents

Space earth sensing system Download PDF

Info

Publication number
RU2747240C1
RU2747240C1 RU2020132182A RU2020132182A RU2747240C1 RU 2747240 C1 RU2747240 C1 RU 2747240C1 RU 2020132182 A RU2020132182 A RU 2020132182A RU 2020132182 A RU2020132182 A RU 2020132182A RU 2747240 C1 RU2747240 C1 RU 2747240C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
complex
band
ground
nkpoi
Prior art date
Application number
RU2020132182A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Басков
Валерий Владимирович Лабутин
Андрей Григорьевич Рачинский
Артём Викторович Яковлев
Михаил Евгеньевич Чернов
Андрей Юрьевич Степанов
Original Assignee
Акционерное Общество Научно-Производственный Концерн "Барл"
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 Акционерное Общество Научно-Производственный Концерн "Барл" filed Critical Акционерное Общество Научно-Производственный Концерн "Барл"
Priority to RU2020132182A priority Critical patent/RU2747240C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747240C1 publication Critical patent/RU2747240C1/en
Priority to PCT/RU2021/050243 priority patent/WO2022071830A1/en
Priority to CN202180066652.3A priority patent/CN116324499A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42Arrangements or adaptations of power supply systems
    • B64G1/44Arrangements or adaptations of power supply systems using radiation, e.g. deployable solar arrays
    • B64G1/443Photovoltaic cell arrays
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00General purpose image data processing
    • G06T1/0007Image acquisition

Abstract

FIELD: space industry.
SUBSTANCE: invention relates to information space systems (SS) for integrated monitoring of the Earth. The SS contains compact and light spacecraft (SC) interacting with distributed ground-based complexes for control, reception and processing of images. A synthetic aperture C-band radar (based on an active phased antenna array – APAA), optoelectronic cameras of different frequency ranges, a signal receiver for the ship identification system AIS are installed on board the spacecraft. An adaptive high-speed (0.48 ... 1.5 Gbit / s) radio link for transmitting target information includes an APAA with a narrow beam in the X-band, and the modulation index is automatically selected depending on the estimated range to the receiving station.
EFFECT: technical result consists in expanding the information capabilities of the SS and increasing the efficiency of data exchange with the ground segment.
1 cl, 12 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Заявленное изобретение относится к области космической техники, более конкретно, к космическим системам (КС) радиолокационного дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).The claimed invention relates to the field of space technology, more specifically, to space systems (CS) of radar remote sensing of the Earth (ERS).

Уровень техникиState of the art

В современных условиях развития цифровых информационных технологий на рынке ДЗЗ наиболее актуальными являются изменения в лучшую сторону следующих основных количественных показателей качества и производительности космических систем:In modern conditions of the development of digital information technologies in the remote sensing market, the most relevant changes for the better are the following basic quantitative indicators of the quality and performance of space systems:

- значительное снижение себестоимости квадратного километра изображения космической съемки;- a significant reduction in the cost per square kilometer of space imagery;

- снижение стоимости изготовления, запуска и эксплуатации космической системы ДЗЗ;- reducing the cost of manufacturing, launching and operating the ERS space system;

- снижение стоимости проектирования и изготовления космического аппарата;- reducing the cost of designing and manufacturing a spacecraft;

- создание универсальной космической платформы для аппаратов, позволяющей на своей базе изготавливать аппараты с различной по разрешению оптико-электронной и радиолокационной полезной нагрузкой;- Creation of a universal space platform for vehicles, which allows, on its basis, to manufacture vehicles with optical-electronic and radar payloads of various resolutions;

- снижение массогабаритных характеристик космического аппарата;- reducing the mass and size characteristics of the spacecraft;

- возможность осуществления группового запуска космических аппаратов ДЗЗ;- the ability to carry out a group launch of ERS spacecraft;

- увеличение пространственного и линейного разрешения изображений продуктов космической съемки без существенного увеличения массы космического аппарата;- an increase in the spatial and linear resolution of images of space survey products without a significant increase in the mass of the spacecraft;

- увеличение периодичности съемки территории интереса путем увеличения маневренности космического аппарата (КА), а также путем быстрого и эффективного создания группировки космических аппаратов;- increasing the frequency of surveying the territory of interest by increasing the maneuverability of the spacecraft (SC), as well as by quickly and efficiently creating a constellation of spacecraft;

- увеличение скорости передачи целевой информации на наземные пункты приема путем использования узконаправленных бортовых антенн с электронным сканированием луча и с использованием схем динамической модуляции сигналов;- increasing the rate of transmission of target information to ground receiving points by using highly directional airborne antennas with electronic beam scanning and using dynamic signal modulation schemes;

- использование в составе КА вторичной оптико-электронной полезной нагрузки для увеличения эффективности обработки результатов радиолокационной съемки;- the use of a secondary optoelectronic payload as part of the spacecraft to increase the efficiency of processing the results of radar survey;

- уменьшение стоимости эксплуатации наземных комплексов приема и управления путем создания сети универсальных совмещенных по радиочастотным диапазонам (прием в Х-диапазоне, прием/передача в S-диапазоне частот) контейнерных необслуживаемых станций, управляемых в автоматическом режиме из единого центра.- reducing the cost of operating ground-based reception and control complexes by creating a network of universal combined in radio frequency bands (reception in the X-band, reception / transmission in the S-frequency band) container unattended stations, automatically controlled from a single center.

- использование современных цифровых технологий эффективного планирования применения целевой аппаратуры космических аппаратов КС ДЗЗ в целях оптимизации съемки с учетом приоритетов, оперативности, а также погодных условий и сезонности.- the use of modern digital technologies for effective planning of the use of the target equipment of the ERS spacecraft in order to optimize the survey, taking into account the priorities, efficiency, as well as weather conditions and seasonality.

Различные известные решения предлагают решение какого-либо из перечисленных аспектов либо ряда аспектов. Детальное описание всех известных из уровня техники решений, подобных предложенному изобретению, в рамках данной заявки не представляется целесообразным.Various known solutions offer a solution to any of the listed aspects or a number of aspects. A detailed description of all known from the prior art solutions, such as the proposed invention, in the framework of this application does not seem appropriate.

В то же время следует указать решение, которое можно принять в качестве наиболее близкого аналога предложенного изобретения по назначению и ряду совпадающих признаков.At the same time, a decision should be indicated that can be taken as the closest analogue of the proposed invention in terms of purpose and a number of overlapping features.

А именно, известен наземный специальный комплекс приема и обработки изображений, раскрытый в патентном документе RU 2460136 С2, 27.08.2012 [1], в состав которого дополнительно введен приемопередающий радиотракт S-диапазона, с помощью которого может осуществляться передача на борт космического аппарата управляющих команд.Namely, there is a known ground-based special complex for receiving and processing images, disclosed in the patent document RU 2460136 C2, August 27, 2012 [1], which additionally includes an S-band transceiver path, which can be used to transmit control commands to the spacecraft ...

Известное решение включает наземный комплекс приема и обработки изображений, совмещенный с комплексом управления.The known solution includes a ground complex for receiving and processing images, combined with a control complex.

Наземный комплекс управления в известном из [1] решении использует антенно-поворотный роботизированный комплекс, функционирующий в S-, и Х-диапазонах. Наземный комплекс приема и обработки изображений (и управления) построен на базе автоматизированных рабочих мест, высокоскоростной демодулятор позволяет осуществлять демодуляцию сигналов с произвольным видом модуляции.The ground control complex in the solution known from [1] uses an antenna-rotary robotic complex operating in the S- and X-bands. The ground-based complex for receiving and processing images (and control) is built on the basis of automated workstations, a high-speed demodulator allows demodulation of signals with an arbitrary type of modulation.

Задачей, решаемой предложенным изобретением, является одновременное выполнение всех вышеперечисленных современных системных требований к космическим комплексам ДЗЗ путем реализации предложенных подходов к построению космических аппаратов и наземных комплексов приема, обработки и управления.The problem solved by the proposed invention is the simultaneous fulfillment of all of the above modern system requirements for ERS space complexes by implementing the proposed approaches to the construction of spacecraft and ground-based reception, processing and control complexes.

Технический результат - получение радиолокационных изображений с лучшим уровнем радиометрической чувствительности.EFFECT: obtaining radar images with the best level of radiometric sensitivity.

Другим техническим результатом - осуществление режима непосредственного сброса (одновременная съемка и сброс изображения на приемную станцию) со скоростями до 1,5 Гбит/с без каких-либо механических приводов наведения, только за счет электронного сканирования.Another technical result is the implementation of the direct reset mode (simultaneous shooting and resetting of the image to the receiving station) at speeds up to 1.5 Gbit / s without any mechanical guidance drives, only due to electronic scanning.

Еще одним техническим результатом - применение динамической модуляция, обеспечивающей увеличение объема сброса сырого потока при использовании малоапертурной антенны в составе Земной приемной станции.Another technical result is the use of dynamic modulation, which provides an increase in the volume of dumping of the raw stream when using a small-aperture antenna as part of the Earth receiving station.

Другие технические результаты достижение которых обеспечивает предложенное изобретение, будут указаны в следующих разделах описания как в явном виде, так и будут следовать для специалиста из описания конструкции и функционирования составных частей комплекса.Other technical results, the achievement of which is provided by the proposed invention, will be indicated in the following sections of the description, both explicitly and will follow for a specialist from the description of the design and functioning of the components of the complex.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В качестве объекта изобретения рассматривается космическая система дистанционного зондирования Земли, спроектированная и изготовленная с учетом комплексного применения целого ряда технических и конструктивных решений, позволяющих существенно улучшить основные показатели классических систем ДЗЗ.As an object of the invention, a space system for remote sensing of the Earth is considered, designed and manufactured taking into account the complex application of a number of technical and structural solutions that can significantly improve the main indicators of classical ERS systems.

Согласно изобретению, в его подробном варианте осуществления предложена космическая система дистанционного зондирования Земли, включающая:According to the invention, in its detailed embodiment, a space-based Earth remote sensing system is provided, comprising:

-по меньшей мере, один космический аппарат (КА), который построен на силовой раме из алюминиевых и/или карбоновых ферменных конструкций, и выполненный с возможностью размещения под головным обтекателем ракета-носителя;- at least one spacecraft (SC), which is built on a load-bearing frame made of aluminum and / or carbon truss structures, and made with the possibility of placement under the head fairing of the launch vehicle;

- наземный комплекс управления (НКУ);- ground control complex (GCC);

- наземный комплекс приема и обработки изображений (НКПОИ); - ground complex for receiving and processing images (NKPOI);

и содержащая в составе полезной нагрузки:and containing in the payload:

- радиолокатор, с синтезированной апертурой, построенный с использованием активной фазированной антенной решетки (АФАР) С-диапазона частот;- radar, with a synthetic aperture, built using an active phased antenna array (AFAR) of the C-frequency range;

- оптико-электронные камеры среднего разрешения видимого и инфракрасного диапазонов частот;- optoelectronic cameras of medium resolution in the visible and infrared frequency ranges;

- приемник сигналов автоматической идентификации судов AIS;- AIS automatic vessel identification signal receiver;

- аппаратуру передачи целевой информации, выполненную на базе активной фазированной решетки с узконаправленным лучом в Х-диапазоне, обеспечивающую адаптивную высокоскоростную радиолинию Х-диапазона с регулированием скорости от 480 Мбит/с до 1,5 Гбит/с, причем индекс модуляции автоматически выбирается системой управления в зависимости от расчетной относительной дальности до приемной станции.- equipment for transmitting target information, based on an active phased array with a narrow beam in the X-band, providing an adaptive high-speed radio link in the X-band with speed control from 480 Mbps to 1.5 Gbps, and the modulation index is automatically selected by the control system depending on the calculated relative range to the receiving station.

Радиолокационная полезная нагрузка, построенная с использованием планарной АФАР С-диапазона частот, позволяет получить радиолокационные изображения с лучшим уровнем радиометрической чувствительности.The radar payload, built using the C-band planar AFAR, makes it possible to obtain radar images with the best level of radiometric sensitivity.

Построение АФАР как цифровой антенной решетки позволяет повысить общую надежность системы, использовать цифровое формирование лучей на передачу и прием.The construction of the AFAR as a digital antenna array improves the overall reliability of the system and uses digital beamforming for transmission and reception.

Данное решение позволяет обеспечить работоспособность системы при 2-3 рабочих устройств управления (включая одну из трех центральных) с незначительным снижением функциональности.This solution makes it possible to ensure the operability of the system with 2-3 working control devices (including one of the three central ones) with a slight decrease in functionality.

В качестве высокоскоростной радиолинии передачи целевой информации используется решение на базе активной фазированной решетки с узконаправленным лучом в Х-диапазоне частот.As a high-speed radio link for the transmission of target information, a solution based on an active phased array with a narrow beam in the X-frequency range is used.

Данное решение позволяет осуществлять режим непосредственного сброса (одновременная съемка и сброс изображения на приемную станцию) со скоростями до 1,5 Гбит/с без каких-либо механических приводов наведения, только за счет электронного сканирования,This solution allows for the direct reset mode (simultaneous shooting and resetting the image to the receiving station) at speeds up to 1.5 Gbps without any mechanical guidance drives, only due to electronic scanning,

Также в устройстве применяется динамическая модуляция, причем индекс модуляции автоматически выбирается системой управления в зависимости от расчетной относительной дальности до приемной станции, Объем сброса сырого потока увеличивается до 2-х раз при использовании малоапертурной антенны в составе Земной приемной станции.Also, the device uses dynamic modulation, and the modulation index is automatically selected by the control system depending on the calculated relative range to the receiving station. The volume of the raw stream discharge increases up to 2 times when using a small-aperture antenna as part of the Earth receiving station.

В варианте развития изобретения станции НКУ и НКПОИ размещены в необслуживаемых контейнерах, работающих в автоматическом режиме и управляемых из единого центра обработки данных.In a variant of the development of the invention, the NKU and NKPOI stations are located in unattended containers operating in an automatic mode and controlled from a single data processing center.

Изобретение обеспечивает решение множества комплексных аспектов. Поэтому для более ясного понимания сущности изобретения соответствующие результаты будут указаны далее при подробном описании изобретения при непосредственном описании его существенных признаков.The invention provides solutions to many complex aspects. Therefore, for a clearer understanding of the essence of the invention, the corresponding results will be indicated below in the detailed description of the invention with a direct description of its essential features.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Для более полного раскрытия сущности предложенное изобретение иллюстрируется чертежами, согласно которым представлены:For a more complete disclosure of the essence of the proposed invention is illustrated by the drawings, according to which are presented:

Фиг. 1 - состав КС ДЗЗ.FIG. 1 - the composition of the remote sensing system.

Фиг. 2 a, b - внешний вид конструкции КА.FIG. 2 a, b - external view of the spacecraft structure.

Фиг. 3 - вид КА в транспортной конфигурации.FIG. 3 - view of the spacecraft in a transport configuration.

Фиг. 4 a, b - вид КА в летной конфигурации.FIG. 4 a, b - view of the spacecraft in flight configuration.

Фиг. 5-6 - габаритный чертеж КА в транспортной конфигурации.FIG. 5-6 - dimensional drawing of the spacecraft in the transport configuration.

Фиг. 7 - вид АФАР.FIG. 7 - view of AFAR.

Фиг. 8 - подрешетка АФАР.FIG. 8 - AFAR sublattice.

Фиг. 9 - антенная панель.FIG. 9 - antenna panel.

Фиг. 10 - высокоскоростная радиолиния на базе АФАР.FIG. 10 - high-speed radio link based on AFAR.

Фиг. 11 - размещение КА при их групповом запуске.FIG. 11 - spacecraft placement during their group launch.

Фиг. 12 a, b - вид наземного комплекса управления или наземного комплекса приема и обработки изображений.FIG. 12 a, b - a view of a ground control complex or a ground complex for receiving and processing images.

В основе осуществления изобретения находятся следующие положения.The implementation of the invention is based on the following provisions.

Предпочтительно, в состав КС ДЗЗ входят, по меньшей мере, один космический аппарат, а также наземный комплекс управления, наземный комплекс приема и обработки изображений, которые могут быть совещены в рамках одного комплекса.Preferably, the ERS CS includes at least one spacecraft, as well as a ground control complex, a ground complex for receiving and processing images, which can be conferred within one complex.

Кроме того, как показано на фиг. 1, в состав КС ДЗЗ могут входить более чем один космический аппарат (1), совмещенная стационарная антенна X и S-диапазонов (2), центр управления и обработки (3), мобильный комплекс управления (4), мобильный комплекс приема (5).In addition, as shown in FIG. 1, the ERS CS may include more than one spacecraft (1), a combined stationary X and S-band antenna (2), a control and processing center (3), a mobile control complex (4), a mobile reception complex (5) ...

Совмещение средств в рамках одного комплекса или выполнение их мобильными осуществляется в зависимости условий и целей поставленных задач.The combination of funds within one complex or their implementation by mobile is carried out depending on the conditions and goals of the tasks.

Космический аппарат построен на силовой раме из карбоновых и/или алюминиевых ферменных конструкций. Неизменность сочетаний размеров элементов конструкции позволяет обеспечить требуемую прочность. При этом одновременно при требуемой жесткости обеспечивается малая масса конструкции.The spacecraft is built on a power frame made of carbon and / or aluminum truss structures. The invariability of the combinations of the dimensions of the structural elements makes it possible to provide the required strength. At the same time, at the same time, with the required rigidity, a low weight of the structure is provided.

Космический аппарат построен с использованием раскрываемых панелей солнечных батарей и раскрываемой конструкцией радиолокационной полезной нагрузки.The spacecraft is built using deployable solar panels and a deployable radar payload design.

Панели солнечных батарей и конструкция радиолокационной полезной нагрузки приводятся и фиксируются в рабочем положении для обеспечения жесткости конструкции и минимального времени успокоения после маневров при наведении.The solar panels and the radar payload structure are actuated and locked in position for structural rigidity and minimal settling time after aiming maneuvers.

В космическом аппарате используется радиолокационная полезная нагрузка, построенная с использованием планарной активной фазированной антенной решетки (АФАР) С-диапазона частот (5250-5570 МГц, длина волны 5.54 см). АФАР состоит из трех механических панелей, служащих для уменьшения габаритов космического аппарата в транспортной конфигурации (фиг. 7).The spacecraft uses a radar payload built using a planar active phased antenna array (APAR) in the C-band (5250-5570 MHz, wavelength 5.54 cm). AFAR consists of three mechanical panels that serve to reduce the size of the spacecraft in the transport configuration (Fig. 7).

АФАР состоит из 15 одинаковых подрешеток, каждая из которых является самостоятельным радиоэлектронным устройством (фиг. 8). Три центральных подрешетки используются для управления остальными подрешетками, сбором данных от всех подрешеток, фильтрации и сжатия данных, сохранения результатов съемки в блоке запоминающего устройства (БЗУ). Подобная конструкция позволяет легко масштабировать АФАР при расчете работы на разных орбитах или для получения радиолокационных изображений с лучшим уровнем радиометрической чувствительности.AFAR consists of 15 identical sublattices, each of which is an independent electronic device (Fig. 8). The three central sublattices are used to control the rest of the sublattices, collect data from all sublattices, filter and compress data, and store the survey results in a storage unit (BZU). This design makes it easy to scale the AFAR when calculating work in different orbits or to obtain radar images with a better level of radiometric sensitivity.

Так, на фиг. 8 показано: антенная панель (6), комбинирующие устройства по азимуту (7), плата фазовращателей и аттенюаторов (7 каналов) (8), разделители/сумматоры сигналов по азимуту (7 на один канал) (9), внешний цифровой интерфейс (10), контроллер антенной панели (11), усилитель высокой мощности (7 каналов).Thus, in FIG. 8 shows: antenna panel (6), combining devices in azimuth (7), a board of phase shifters and attenuators (7 channels) (8), signal separators / combiners in azimuth (7 per channel) (9), external digital interface (10 ), antenna panel controller (11), high power amplifier (7 channels).

В частном случае, структурно каждая подрешетка может состоять из устройства управления - ПЛИС с 8-канальным АЦП / ЦАП, 6 одинаковых антенных панелей, цепи электроснабжения с дублированием, цифровых линий управления и синхронизации, цифровых сигнальных линий. Антенные панели представляют собой самостоятельное радиоэлектронное устройство, содержащее в себе 7 линий по 16 приемо-передающих излучателей (ППИ) в каждой, выполненных по микрополосковой технологии (фиг. 9). Шаг между ППИ равен 23 мм, меньше половины длины волны, что позволяет снизить уровень боковых лепестков излучения антенны. Каждая антенная панель содержит преобразователь частоты вверх, разделитель сигнала на 7 каналов, 7-канальные управляемые фазовращатели, предусилители, аттенюаторы, усилители мощности в передающем тракте; циркуляторы для переключения электрических цепей с передачи на прием; 7-канальные управляемые фазовращатели, малошумящие усилители, преобразователь частоты вниз, сумматор сигналов в приемном тракте. В усилителях используются нитрид-галлиевые транзисторы, имеющие больший КПД по сравнению с арсенид-галлиевыми и кремниевыми, большую радиационную стойкость, температурный диапазон. Радиолокатор работает в импульсном режиме, со скважностью от 4 до 30, поэтому для исключения скачков напряжения и тока в момент излучения импульсов, в каскадах усилителей мощности используются ионисторы (суперконденсаторы) большой емкости.In a particular case, structurally, each sublattice can consist of a control device - an FPGA with an 8-channel ADC / DAC, 6 identical antenna panels, a redundant power supply circuit, digital control and synchronization lines, digital signal lines. Antenna panels are an independent electronic device containing 7 lines of 16 transmitting-transmitting emitters (TRTs) in each, made using microstrip technology (Fig. 9). The step between the TIR is 23 mm, less than half the wavelength, which allows the level of the antenna side lobes to be reduced. Each antenna panel contains a frequency converter upward, a signal splitter into 7 channels, 7-channel controlled phase shifters, preamplifiers, attenuators, power amplifiers in the transmission path; circulators for switching electrical circuits from transmission to reception; 7-channel controlled phase shifters, low noise amplifiers, frequency converter downward, signal combiner in the receiving path. The amplifiers use gallium nitride transistors, which have a higher efficiency compared to gallium arsenide and silicon, greater radiation resistance, and a temperature range. The radar operates in a pulsed mode, with a duty cycle of 4 to 30, therefore, to eliminate voltage and current surges at the time of emission of pulses, supercapacitors of large capacity are used in the cascades of power amplifiers.

Антенные панели объединены попарно в фазовые центры, в каждой подрешетке три фазовых центра. Каждый фазовый центр имеет собственную линию АЦП / ЦАП. Используемая в устройстве управления ПЛИС с 8-канальным АЦП / ЦАП задействует только 3 канала в подрешетке для сигналов, 1 канал отводится под цепь калибровки, оставшиеся 4 канала могут быть использованы для обслуживания фазовых центров и цепи калибровки соседней подрешетки. ПЛИС в соседней подрешетке в таком случае может быть отключена и использоваться в режиме «холодного» резервирования, что значительно повышает надежность АФАР и системы в целом.Antenna panels are combined in pairs into phase centers, in each sublattice there are three phase centers. Each phase center has its own ADC / DAC line. The FPGA used in the control device with an 8-channel ADC / DAC uses only 3 channels in the subarray for signals, 1 channel is allocated for the calibration circuit, the remaining 4 channels can be used to service the phase centers and the calibration circuit of the adjacent subarray. In this case, the FPGA in the adjacent subarray can be turned off and used in the "cold" backup mode, which significantly increases the reliability of the AFAR and the system as a whole.

Для повышения стойкости к радиационному излучению, электронные компоненты, монтируемые в планарном исполнении на тыльной стороне АФАР, защищаются алюминиевыми пластинами, толщина которой для участка устройства управления увеличена.To increase the resistance to radiation radiation, the electronic components mounted in a planar design on the rear side of the AFAR are protected by aluminum plates, the thickness of which is increased for the control device section.

В данном исполнении АФАР состоит из 45 фазовых центров, каждый из которых имеет собственные цифровые и аналоговые сигнальные цепи. Для дополнительного обеспечения надежности имеется возможность использования всех антенных панелей в подрешетке как одного фазового центра, что потребует 15 сигнальных линий. Данное решение позволяет обеспечить работоспособность системы при 2-3 рабочих устройств управления (включая одну из трех центральных) с незначительным снижением функциональности.In this version, the AFAR consists of 45 phase centers, each of which has its own digital and analog signal circuits. For additional reliability, it is possible to use all antenna panels in the sub-array as one phase center, which will require 15 signal lines. This solution makes it possible to ensure the operability of the system with 2-3 working control devices (including one of the three central ones) with a slight decrease in functionality.

Построение АФАР как цифровой антенной решетки позволяет повысить общую надежность системы, использовать цифровое формирование лучей на передачу и прием. Например, получение трех лучей с разными углами отклонения на приеме возможно одновременно при цифровом сложении сигналов от фазовых центров с разными задержками. При классической реализации в данном случае потребуется использование трех параллельных аналоговых линий и утроения числа АЦП.The construction of the AFAR as a digital antenna array improves the overall reliability of the system and uses digital beamforming for transmission and reception. For example, obtaining three beams with different angles of deflection at reception is possible simultaneously with digital addition of signals from phase centers with different delays. In the classical implementation, in this case, it will be necessary to use three parallel analog lines and triple the number of ADCs.

В КА предусмотрена система ориентации и стабилизации, которая позволяет осуществлять как левостороннюю, так и правостороннюю съемку, что значительно увеличивает полосу обзора, а также поворот КА на 90° по рысканью для обеспечения детальной съемки. Поворот КА на 90° по рысканью позволяет использовать углы сканирования по азимуту ±25° без механического разворота КА для сопровождения области съемки, в то время как в классическом исполнении в современных РСА значение угла сканирования по азимуту составляет ±2°. Это позволяет значительно увеличить длину синтезированной апертуры, улучшить разрешение по азимуту, использовать накопления сигнала по азимуту для улучшения радиометрической чувствительности.An attitude control and stabilization system is provided in the spacecraft, which allows for both left-side and right-side imaging, which significantly increases the field of view, as well as the spacecraft rotation by 90 ° in yaw to ensure detailed imaging. The rotation of the spacecraft by 90 ° in yaw allows the use of scanning angles in azimuth of ± 25 ° without mechanical rotation of the spacecraft for tracking the survey area, while in the classical version in modern SARs the value of the scanning angle in azimuth is ± 2 °. This makes it possible to significantly increase the length of the synthesized aperture, improve the azimuth resolution, and use the azimuth signal accumulation to improve the radiometric sensitivity.

В качестве высокоскоростной радиолинии передачи целевой информации используется решение на базе активной фазированной решетки с узконаправленным лучом в Х-диапазоне частот. Для увеличения надежности и оперативности сброса целевой информации в составе КА используется две решетки, установленные на левой и правой стороне КА относительно продольной оси радиолокационной полезной нагрузки. Данное решение позволяет осуществлять режим непосредственного сброса (одновременная съемка и сброс изображения на приемную станцию) со скоростями до 1,5 Гбит/с без каких-либо механических приводов наведения, только за счет электронного сканирования, которое может производиться в секторе ±70 градусов от нормали по всем направлениям как по левой стороне, так и по правой стороне движения КА.As a high-speed radio link for the transmission of target information, a solution based on an active phased array with a narrow beam in the X-frequency range is used. To increase the reliability and efficiency of the target information dumping, the spacecraft uses two grids installed on the left and right sides of the spacecraft relative to the longitudinal axis of the radar payload. This solution allows the direct reset mode (simultaneous shooting and resetting of the image to the receiving station) at speeds up to 1.5 Gbit / s without any mechanical guidance drives, only due to electronic scanning, which can be performed in a sector of ± 70 degrees from the normal in all directions both on the left side and on the right side of the spacecraft movement.

Также в устройстве применяется динамическая модуляция, причем индекс модуляции автоматически выбирается системой управления в зависимости от расчетной относительной дальности до приемной станции, что обеспечивает увеличение объема сброса сырого потока до 2-х раз при использовании малоапертурной антенны в составе Земной приемной станции. Вследствие примененных в конструкции силовой рамы материалов, массогабаритные характеристики космического аппарата вследствие указанного выше конструктивного выполнения позволяют размещать до трех аппаратов под обтекателем ракета-носителя (например, под головным обтекателем ракета-носителя «Союз 2.1») (фиг. 11) и производить одновременный групповой запуск.Also, the device uses dynamic modulation, and the modulation index is automatically selected by the control system depending on the calculated relative range to the receiving station, which provides an increase in the volume of the raw stream discharge up to 2 times when using a small-aperture antenna as part of the Earth receiving station. Due to the materials used in the structure of the power frame, the mass and size characteristics of the spacecraft, due to the above design, make it possible to place up to three vehicles under the fairing of the launch vehicle (for example, under the nose fairing of the Soyuz 2.1 launch vehicle) (Fig. 11) and perform a simultaneous group launch.

Наземный комплекс управления КА ДЗЗ (НКУ) использует антенно-поворотный комплекс на базе роботизированного механизма, построенного по схеме гексапод с минимальным диаметром зеркала 2,4 м ÷ 3,5 м и малогабаритными характеристиками, функционирующий как в S, так и X-диапазонах.The ERS ground control complex (NKU) uses an antenna-rotary complex based on a robotic mechanism built according to a hexapod scheme with a minimum mirror diameter of 2.4 m ÷ 3.5 m and small-sized characteristics, operating in both S and X-bands.

НКУ использует радиомодем с прямым и обратным каналом, обладающий высокими эксплуатационными и техническими параметрами с минимальным энергопотреблением.The low-voltage switchboard uses a radio modem with a forward and reverse channel, which has high operational and technical parameters with minimal power consumption.

Наземный комплекс приема и обработки изображений (НКПОИ), также использует антенно-приемное устройство на базе роботизированного механизма, построенного по схеме гексапод с минимальным диаметром зеркала 2,4 м ÷ 4,0 и малыми массогабаритными характеристиками, функционирует как в S и Х-диапазонах длин волн.The ground-based complex for receiving and processing images (NKPOI) also uses an antenna-receiving device based on a robotic mechanism built according to a hexapod scheme with a minimum mirror diameter of 2.4 m ÷ 4.0 and small mass-dimensional characteristics, functions in both S and X-bands wavelengths.

В предпочтительных вариантах НКПОИ построен на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ), функционирующих с использованием СПО на базе ОС WINDOWS, а также на базе ОС Astra Linux (опционально).In preferred versions, NKPOI is built on the basis of automated workstations (AWS) operating using open source software based on WINDOWS OS, as well as based on Astra Linux OS (optional).

НКПОИ построен с использованием демодулятора, функционирующего в адаптивном режиме с точки зрения видов модуляции в зависимости от угла места, обеспечивает скорость от 480 мбит/с до 1,5 Гбит/с. Данный демодулятор оснащен оригинальным демаппером, позволяющим демодулировать сигналы с произвольными видами модуляции. Настройка сигнального созвездия может быть осуществлена оператором. В демодуляторе реализовано аппаратное декодирование помехоустойчивых кодов и снятие транспортного протокола радиолинии в темпе приема.The NKPOI is built using a demodulator operating in an adaptive mode in terms of modulation types depending on the elevation angle, providing speeds from 480 Mbit / s to 1.5 Gbit / s. This demodulator is equipped with an original de-mapper that allows demodulating signals with arbitrary types of modulation. The constellation setting can be done by the operator. The demodulator implements hardware decoding of error-correcting codes and removal of the transport protocol of the radio link at the rate of reception.

Для повышения надежности и времени эксплуатации, а также для работы в условиях ветровых нагрузок антенные системы оснащаются радиопрозрачным укрытием, как можно увидеть на фиг. 12 b.To increase the reliability and operating time, as well as to work under wind loads, the antenna systems are equipped with a radio-transparent shelter, as can be seen in Fig. 12 b.

Для обеспечения максимального суммарного суточного времени сеансов связи с космическими аппаратами земные станции НКУ и приемные станции НКПОИ территориально распределяются/размещаются в необслуживаемых контейнерах, работающих в автоматическом режиме и управляемыми из единого центра.To ensure the maximum total daily time of communication sessions with spacecraft, the earth stations of the NKU and the receiving stations of the NKPOI are geographically distributed / located in unattended containers operating in an automatic mode and controlled from a single center.

В состав НКУ и НКПОИ входит комплекс специализированного программного обеспечения (СПО), который может функционировать в двух режимах (автоматический и ручной). Автоматический режим позволяет наземному комплексу функционировать при минимальном вмешательстве оператора. Ручной режим позволяет использовать каждую из частей комплекса СПО по отдельности.The GCC and NKPOI include a complex of specialized software (SSS), which can operate in two modes (automatic and manual). Automatic mode allows the ground complex to function with minimal operator intervention. Manual mode allows you to use each of the parts of the SPO complex separately.

В комплексе СПО НКУ и НКПОИ реализованы следующие функции:The complex SPO NKU and NKPOI implements the following functions:

- планирование объектов съемки по всему земному шару и закладки программы на борт КА с выбранным пакетом заданий с НКУ (ЦУП);- planning of survey objects around the globe and bookmarking of the program on board the spacecraft with the selected package of tasks from the GCC (MCC);

- голосовые уведомления оператора о системных событиях и ошибках;- operator's voice notifications about system events and errors;

- формирование, отображение и анализ отчетов о проведенных сеансах связи с полной телеметрией оборудования и подсистем;- formation, display and analysis of reports on the conducted communication sessions with complete telemetry of equipment and subsystems;

- отображение в реальном времени полной телеметрии антенно-приемных комплексов (АПК) и демодуляторов (модемов);- real-time display of full telemetry of antenna receiving complexes (AIC) and demodulators (modems);

- сбор и анализ диагностических данных о состоянии составных частей НКПОИ перед началом и во время проведения сеансов связи;- collection and analysis of diagnostic data on the state of the NKPOI components before and during communication sessions;

- отображение критически важной информации обо всех составных частях НКПОИ.- display of critical information about all the constituent parts of the NKPOI.

СПО НКУ реализует гибкую систему планирования сеансов связи с КА, поддерживающую большое количество антенно-приемных комплексов (АПК). СПО НКУ и НКПОИ, для эффективной работы операторов, имеет встроенную систему электронной эксплуатационной документации в виде всплывающих сообщений с краткой информацией и ссылкой на подробное описание осуществляемого действия оператора.SPO NKU implements a flexible system for scheduling communication sessions with spacecraft, which supports a large number of antenna-receiving complexes (AIC). SPO NKU and NKPOI, for the effective work of operators, has a built-in system of electronic operational documentation in the form of pop-up messages with brief information and a link to a detailed description of the operator's actions.

Дополнительно СПО НКУ и НКПОИ имеет встроенную электронную систему обучения операторов автоматизированных рабочих мест (АРМ) НКПОИ, которая реализует следующие функции:Additionally, the SPO NKU and NKPOI has a built-in electronic training system for operators of automated workstations (AWP) NKPOI, which implements the following functions:

- ознакомление и обучение работе с СПО определенного АРМ НКПОИ;- familiarization and training in working with open source software of a certain workstation of NKPOI;

- проведение тестов для определения усвоения материалов, квалификации и ввода в строй операторов АРМ. ЗС и НКПОИ построены на базе удаленной технологии управления и передачи полученной информации в Центр обработки данных через проводной или спутниковый канал связи Ku (Ка)-диапазона.- carrying out tests to determine the assimilation of materials, qualifications and commissioning of AWP operators. ZS and NKPOI are built on the basis of remote control technology and transmission of the received information to the Data Processing Center through a wired or satellite communication channel of the Ku (Ka) -band.

Дополнительно СПО НКПОИ имеет встроенную электронную систему обработки принятых радиолокационных снимков, оптических снимков и сигналов от системы AIS (Automatic Identification System). При получении снимков второго уровня обработки используются нейросетевые технологии, реализованные на аппаратном нейросетевом модуле. Использование нейросетевых технологий позволяет получать в масштабе времени близком к реальному продукты с тематической обработкой, такие как: комплексное представление радиолокационных и оптических снимков; автоматическое распознавание типов поверхностей, возраста льда, распознавание судов и выявление «темных» судов с отключенным передатчиком сигналов системы AIS.Additionally, the SPO NKPOI has a built-in electronic system for processing received radar images, optical images and signals from the AIS (Automatic Identification System) system. When receiving images of the second processing level, neural network technologies are used, implemented on a hardware neural network module. The use of neural network technologies makes it possible to obtain, on a time scale close to real, products with thematic processing, such as: complex presentation of radar and optical images; automatic recognition of surface types, ice age, vessel recognition and detection of “dark” vessels with the AIS transmitter turned off.

В заявленном решении НКУ и НКПОИ построены по принципу территориального распределения. Из единого центра обработки данных в автоматическом режиме осуществляется управление функционированием сети контейнерных необслуживаемых станций.In the stated decision, NKU and NKPOI are built on the principle of territorial distribution. From a single data processing center, the operation of a network of unattended container stations is automatically controlled.

Совместное применение вышеописанных технических решений позволяет добиться значительного улучшения основных характеристик с достижением отмеченных выше технических результатов, а кроме этого значительно удешевить космическую систему как на этапе изготовления, так и на этапе эксплуатации.The combined use of the above-described technical solutions makes it possible to achieve a significant improvement in the main characteristics with the achievement of the above technical results, and in addition, to significantly reduce the cost of the space system both at the manufacturing stage and at the operation stage.

Claims (10)

1. Космическая система дистанционного зондирования Земли, включающая:1. Space system for remote sensing of the Earth, including: - по меньшей мере один космический аппарат, который построен на силовой раме из алюминиевых и/или карбоновых ферменных конструкций, выполненный с возможностью размещения под головным обтекателем ракеты-носителя;- at least one spacecraft, which is built on a load-bearing frame made of aluminum and / or carbon truss structures, made with the possibility of placement under the head fairing of the launch vehicle; - наземный комплекс управления (НКУ);- ground control complex (GCC); - наземный комплекс приема и обработки изображений (НКПОИ),- ground complex for receiving and processing images (NKPOI), и содержащая в составе полезной нагрузки: and containing in the payload: - радиолокатор с синтезированной апертурой, построенный с использованием активной фазированной антенной решетки С-диапазона частот;- a synthetic aperture radar built using an active phased antenna array of the C-frequency range; - оптико-электронные камеры среднего разрешения видимого и инфракрасного диапазонов частот; - optoelectronic cameras of medium resolution in the visible and infrared frequency ranges; - приемник сигналов автоматической идентификации судов AIS; - AIS automatic vessel identification signal receiver; - аппаратуру передачи целевой информации, которая выполнена на базе активной фазированной антенной решетки с узконаправленным лучом в Х-диапазоне, обеспечивающую адаптивную высокоскоростную радиолинию Х-диапазона с регулированием скорости от 480 Мбит/с до 1,5 Гбит/с, причем индекс модуляции автоматически выбирается системой управления в зависимости от расчетной относительной дальности до приемной станции.- equipment for transmitting target information, which is based on an active phased antenna array with a narrow beam in the X-band, providing an adaptive high-speed radio link in the X-band with speed control from 480 Mbit / s to 1.5 Gbit / s, and the modulation index is automatically selected control system depending on the calculated relative range to the receiving station. 2. Космическая система по п. 1, отличающаяся тем, что станции НКУ и НКПОИ размещены в необслуживаемых контейнерах, работающих в автоматическом режиме и управляемых из единого центра обработки данных.2. The space system according to claim 1, characterized in that the NKU and NKPOI stations are located in unattended containers operating in an automatic mode and controlled from a single data processing center.
RU2020132182A 2020-09-30 2020-09-30 Space earth sensing system RU2747240C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132182A RU2747240C1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Space earth sensing system
PCT/RU2021/050243 WO2022071830A1 (en) 2020-09-30 2021-07-27 Space-based system for earth remote sensing
CN202180066652.3A CN116324499A (en) 2020-09-30 2021-07-27 Earth remote sensing space system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132182A RU2747240C1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Space earth sensing system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747240C1 true RU2747240C1 (en) 2021-04-29

Family

ID=75851001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020132182A RU2747240C1 (en) 2020-09-30 2020-09-30 Space earth sensing system

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN116324499A (en)
RU (1) RU2747240C1 (en)
WO (1) WO2022071830A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460136C2 (en) * 2010-10-29 2012-08-27 Закрытое акционерное общество Научно-Производственный Концерн "БАРЛ" Mobile ground-based special system for receiving and processing images
RU2465729C2 (en) * 2010-12-07 2012-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" International global monitoring aerospace system (igmas)
CN103287588A (en) * 2013-04-25 2013-09-11 上海卫星工程研究所 High-carrying-capacity embedded frame composite material structural slab
US9473578B2 (en) * 2013-07-21 2016-10-18 Hughes Network Systems, Llc System and architecture for space-based and mobile terrestrial sensor vehicles, and end-to-end network for aggregation and processing of sensor data
RU2665704C1 (en) * 2012-12-05 2018-09-04 Сес С.А. Devices, system and methods for obtaining information about electromagnetic energy, radiated from earth, for example, to determine location of interference source on earth

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460136C2 (en) * 2010-10-29 2012-08-27 Закрытое акционерное общество Научно-Производственный Концерн "БАРЛ" Mobile ground-based special system for receiving and processing images
RU2465729C2 (en) * 2010-12-07 2012-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" International global monitoring aerospace system (igmas)
RU2665704C1 (en) * 2012-12-05 2018-09-04 Сес С.А. Devices, system and methods for obtaining information about electromagnetic energy, radiated from earth, for example, to determine location of interference source on earth
CN103287588A (en) * 2013-04-25 2013-09-11 上海卫星工程研究所 High-carrying-capacity embedded frame composite material structural slab
US9473578B2 (en) * 2013-07-21 2016-10-18 Hughes Network Systems, Llc System and architecture for space-based and mobile terrestrial sensor vehicles, and end-to-end network for aggregation and processing of sensor data

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DX-1. Satellites. Spacecraft (satellites) of Russia. October 26, 2016. Found 02/09/2021 on the Internet: https://mapgroup.com.ua/kosmicheskie-apparaty/27-rossiya/906-dx-1. *
DX-1. Спутники. Космические аппараты (спутники) России. 26 октября 2016. Найдено 09.02.2021 в Интернете: https://mapgroup.com.ua/kosmicheskie-apparaty/27-rossiya/906-dx-1. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022071830A1 (en) 2022-04-07
CN116324499A (en) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hemmati Near-earth laser communications
US11362732B2 (en) Dual LEO satellite system and method for global coverage
CN106125094B (en) High-altitude long-endurance unmanned aircraft and operation method thereof
US10715245B2 (en) Radio frequency data downlink for a high revisit rate, near earth orbit satellite system
JPH08213945A (en) Satellite communication system
Wang et al. Integrated wireless sensor systems via near-space and satellite platforms: A review
Giggenbach et al. Optical satellite downlinks to optical ground stations and high-altitude platforms
WO2022198170A1 (en) Optical tracking system
CN113938181A (en) C-band phased array satellite receiving equipment and satellite detection method
RU2747240C1 (en) Space earth sensing system
US20240039146A1 (en) Terminal Antenna Architecture
Baudoin et al. Pléiades: A multi mission and multi co-operative program
EA044742B1 (en) SPACE SYSTEM FOR REMOTE SENSING OF THE EARTH
US11881627B2 (en) Reconfigurable, flexible multi-user electronically steered antenna (ESA) terminal
RU2753201C1 (en) Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects
Mangenot et al. Space antenna challenges for future missions, key techniques and technologies
Jarrold et al. Small Satellites and Innovations in Terminal and Teleport Design, Deployment, and Operation
US9532235B1 (en) Spatial beamforming radio repeater
Wu Phased array antenna for tracking and communication with LEO satellites
Boettcher et al. Design of a low-cost S/X dual band satellite ground station for small satellite missions
US11894899B1 (en) System for operating hybrid beamforming device
US20230092301A1 (en) System and method for broadband services using free-space optical links
Aguttes High resolution (metric) SAR microsatellite, based on the CNES MYRIADE bus
Østergaard et al. C-band SAR for the GMES Sentinel-1 mission
Panetti et al. GMES Sentinel-1: Mission and satellite system overview

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20210611