RU2753201C1 - Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects - Google Patents

Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects Download PDF

Info

Publication number
RU2753201C1
RU2753201C1 RU2020117683A RU2020117683A RU2753201C1 RU 2753201 C1 RU2753201 C1 RU 2753201C1 RU 2020117683 A RU2020117683 A RU 2020117683A RU 2020117683 A RU2020117683 A RU 2020117683A RU 2753201 C1 RU2753201 C1 RU 2753201C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
complex
space
ground
spacecraft
receiving
Prior art date
Application number
RU2020117683A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Басков
Валерий Владимирович Лабутин
Андрей Григорьевич Рачинский
Дмитрий Олегович Чулков
Алексей Алексеевич Андронкин
Олег Николаевич Соловьев
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 RU2020117683A priority Critical patent/RU2753201C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2753201C1 publication Critical patent/RU2753201C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: cosmonautics.
SUBSTANCE: invention relates to space technology, namely to space systems for optical-electronic remote Earth sensing. The space complex for remote Earth sensing is comprised of no less than one space vehicle, a ground control complex (GCC), a ground image receiving and processing complex (GIRPC). The space vehicle is comprised of an optical-electronic payload built according to the Korsch design with five optical elements, providing imaging in the panchromatic channel and in four bands of the multispectral channel (NIR, R, G, B), an information reception and conversion system, and an information transmission tool based on an active phased array with a narrowly directed beam in the X-band. The GCC and the GIRPC use an antenna receiving apparatus based on a robotic mechanism built according to the hexapod scheme, functioning in both S and X bands, and are configured to communicate with a unified processing center.
EFFECT: improvement in the design of the SV and improvement in the quality of survey.
4 cl, 13 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Заявленное изобретение относится к области космической техники, более конкретно, к космическим системам оптико-электронного дистанционного зондирования Земли (КС ДЗЗ).The claimed invention relates to the field of space technology, more specifically, to space systems for optical-electronic 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 полезной нагрузкой;- creation of a universal space platform for spacecraft, which allows to manufacture spacecraft on its basis with optical-electronic payloads of different resolution;

- снижение масса-габаритных характеристик космического аппарата;- reduction of the mass-dimensional characteristics of the spacecraft;

- возможность осуществления группового запуска космических аппаратов ДЗЗ;- the possibility of carrying out a group launch of ERS spacecraft;

- увеличение пространственного и линейного разрешения изображений продуктов космической сьемки 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 сьемки территории интереса путем увеличения маневренности космического аппарата (КА), а также путем быстрого и эффективного создания группировки космических аппаратов;- increasing the frequency of filming 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 производительности космической системы путем использования в составе целевой электронной аппаратуры новейших оптико-электронных преобразователей, способных обеспечивать съемку в течении большего времени на витке без нагрева аппаратуры и ухудшения качества изображений;- increasing the performance of the space system by using the latest optoelectronic converters as part of the target electronic equipment, capable of providing shooting for a longer time on the orbit without heating the equipment and degrading the quality of images;

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

- 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 target equipment of spacecraft KS ERS 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, similar to 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, you should indicate a decision that can be taken as the closest analogue of the proposed invention in terms of purpose and a number of coinciding features.

А именно, известен космический комплекс дистанционного зондирования Земли высоко-детального уровня наблюдения наземных объектов, раскрытый в патентном документе RU 2460136 C2, 27.08.2012 [1].Namely, a space complex for remote sensing of the Earth of a highly detailed level of observation of terrestrial objects is known, disclosed in patent document RU 2460136 C2, 27.08.2012 [1].

Известное решение включает в составе комплекса космический аппарат, наземный комплекс приема и обработки изображений, совмещенный с комплексом управления.The known solution includes a spacecraft, a ground-based 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 X-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.

В составе комплекса реализованы функции: планирование объектов съемки и закладки программы на борт КА, формирование, отображение и анализ отчетов о проведенных сеансах связи с полной телеметрией оборудования, отображение в реальном времени полной телеметрии антенно-приемных комплексов и демодуляторов, сбор и анализ диагностических данных о состоянии составных частей, отображение критически важной информации, работу в автоматическом и ручном режимах.As part of the complex, the following functions are implemented: planning of survey objects and bookmarking a program on board the spacecraft, generation, display and analysis of reports on communication sessions with complete equipment telemetry, real-time display of complete telemetry of antenna-receiving complexes and demodulators, collection and analysis of diagnostic data on condition of components, display of critical information, work in automatic and manual modes.

К недостаткам известного решения можно отнести слабую конструктивную и функциональную проработку средств космического размещения, в то время как данные средства являются ключевыми при достижении качества съемки и устойчивости работы комплекса в целом.The disadvantages of the known solution include a weak constructive and functional study of space placement means, while these means are key in achieving the quality of the survey and the stability of the complex as a whole.

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.

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.The technical results achieved 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 operation of the components of the complex.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В качестве объекта изобретения рассматривается космический комплекс дистанционного зондирования Земли высоко-детального уровня наблюдения наземных объектов, спроектированный и изготовленный 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 complex for remote sensing of the Earth of a highly detailed level of observation of ground objects 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 remote sensing systems.

Согласно изобретению, в его предпочтительном варианте осуществления, предложен космический комплекс дистанционного зондирования Земли высоко-детального уровня наблюдения наземных объектов включающий в свой состав: по меньшей мере, один космический аппарат, а также наземный комплекс управления, наземный комплекс приема и обработки изображений, при этом космический аппарат (КА) построен на силовой шестигранной раме из алюминиевых или карбоновых ферменных конструкций и содержит: соединенные с рамой четыре панели солнечных батарей, выполненные с возможностью фиксирования в рабочем положении с углом наклона 45° к продольной оси силовой рамы с помощью раскрывающейся штанги; оптико-электронную полезную нагрузку, построенную по схеме Корша с пятью оптическими элементами, выполненную с неизменным отношением фокусного расстояния F к диаметру входной апертуры d, F/d=11,53, указанная оптико-электронная полезная нагрузка обеспечивает формирование изображений земной поверхности как в панхроматическом канале, так и в четырех диапазонах мультиспектрального канала (NIR, R, G, B) и оснащена системой приема и преобразования информации, построенной на использовании приемников с зарядной связью, работающих в режиме временной задержки и накопления (ПЗС с ВЗН); средство передачи целевой информации на базе активной фазированной решетки с узконаправленным лучом в Х-диапазоне, обеспечивающее 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; систему ориентации и стабилизации КА, позволяющую обеспечить съемку с реверсом, а наземный комплекс управления и наземный комплекс приема и обработки изображений используют в своем составе антенно-приемное устройство на базе роботизированного механизма, построенного по схеме гексапод с минимальным диаметром зеркала 2,4м÷4,0 функционирующее как в S так и в Х-диапазонах, и выполнены с возможностью связи с единым центром обработки данных через проводной или спутниковый канал связи Ku/Ка-диапазона.According to the invention, in its preferred embodiment, a space complex for Earth remote sensing of a highly detailed level of observation of ground objects is proposed, including at least one spacecraft, as well as a ground control complex, a ground complex for receiving and processing images, while the spacecraft (SC) is built on a six-sided power frame made of aluminum or carbon truss structures and contains: four solar panels connected to the frame, made with the possibility of fixing in the working position with an angle of inclination of 45 ° to the longitudinal axis of the power frame using a drop-down bar; an optoelectronic payload, built according to the Korsch scheme with five optical elements, made with a constant ratio of the focal length F to the diameter of the entrance aperture d, F / d = 11.53, the indicated optoelectronic payload provides the formation of images of the earth's surface as in panchromatic channel and in four bands of a multispectral channel (NIR, R, G, B) and is equipped with a system for receiving and converting information based on the use of receivers with charging communication operating in the time delay and accumulation mode (CCD with VZN); means for transmitting target information based on an active phased array with a narrowly directed beam in the X-band, providing an adaptive high-speed radio link in the X-band with rate control from 480 Mbps to 1.5 Gbps, and the modulation index is automatically selected by the control system depending on calculated relative distance to the receiving station; an attitude control and stabilization system of the spacecraft, which allows for imaging with a reverse, and the ground control complex and the ground complex for receiving and processing images use an antenna-receiving device based on a robotic mechanism built according to the hexapod scheme with a minimum mirror diameter of 2.4 m ÷ 4, 0 operating in both S and X-bands, and are configured to communicate with a single data center via a wired or satellite Ku / Ka-band communication channel.

Дополнительные варианты осуществления, в том числе, нашедшие свое отражение в зависимых пунктах формулы изобретения, также представлены в рамках данного описания и указаны ниже.Additional embodiments, including those that are reflected in the dependent claims, are also presented within the scope of this description and are indicated below.

В рамках данного описания не представляется целесообразным совместно группировать технические результаты, обеспечиваемые изобретением, поскольку, как отмечено выше, 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.Within the framework of this description, it is not advisable to jointly group the technical results provided by the invention, since, as noted above, the invention provides a solution 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 – Платформа с шестигранной конструкцией с установленным оптико-электронным модулем и звездными датчиками.FIG. 2 - Hexagonal platform with installed optoelectronic module and star sensors.

Фиг. 3 – изображение конструкции силовой шестигранной рамы.FIG. 3 is an image of the structure of the power hexagonal frame.

Фиг. 4 – изображение карбоновой основы солнечных батарей.FIG. 4 is an image of the carbon base of solar cells.

Фиг. 5 - вид КА с раскрытыми солнечными батареями.FIG. 5 - view of the spacecraft with open solar panels.

Фиг. 6 – вид фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей.FIG. 6 is a view of photovoltaic converters of solar cells.

Фиг. 7 – оптическая схема Корша (5 зеркал).FIG. 7 - Korsch optical scheme (5 mirrors).

Фиг. 8 – телескоп.FIG. 8 - telescope.

Фиг. 9 - использование сферической фокальной плоскости.FIG. 9 - use of a spherical focal plane.

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

Фиг. 11-12 – размещение КА при их групповом запуске.FIG. 11-12 - spacecraft placement during their group launch.

Фиг. 13 – вид наземного комплекса управления или наземного комплекса приема и обработки изображенийFIG. 13 - view of the ground control complex or 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.

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.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.

Космический аппарат построен на силовой шестигранной раме из карбоновых или алюминиевых ферменных конструкций. При этом в зависимости от диаметра входной апертуры оптической системы (0,535 м; 0,750 м или 1,10 м) рама отличается длиной грани. 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 hexagonal frame made of carbon or aluminum truss structures. In this case, depending on the diameter of the entrance aperture of the optical system (0.535 m; 0.750 m or 1.10 m), the frame differs in the length of the edge. 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 панелей солнечных батарей, предпочтительно имеющих карбоновую основу в качестве каркаса, что обеспечивает уменьшение массы конструкции при соблюдении требуемойThe spacecraft is built using solar panels, preferably with a carbon base as a skeleton, thus reducing the weight of the structure while meeting the required

жесткости. В частности, как показано на фиг. 5, космический аппарат использует в своей конструкции четыре панели солнечных батарей с углом наклона 45° к продольной оси силовой рамы для оптимизации моментов инерции космического аппарата и энергоприхода от солнечных батарей.rigidity. In particular, as shown in FIG. 5, the spacecraft uses four solar panels tilted at 45 ° to the longitudinal axis of the power frame in its design to optimize the spacecraft's moments of inertia and solar energy input.

Панели солнечных батарей приводятся и фиксируются в рабочем положении с помощью раскрывающейся штанги для обеспечения жесткости конструкции и минимального времени успокоения после маневров при наведении. Указанные панели солнечных батарей укомплектованы фотоэлектрическими преобразователями на основе материала арсенида галлия (AsGa) с тремя pn-переходами, позволяющими до 30% повысить их эффективность.The solar panels are driven and locked in position using a drop-down bar to ensure structural rigidity and minimal settling time after hover maneuvers. These solar panels are equipped with photovoltaic converters based on gallium arsenide (AsGa) material with three pn junctions, which can increase their efficiency by up to 30%.

В космическом аппарате используется оптико-электронная полезная нагрузка, построенная по схеме Корша (фиг. 7) с пятью оптическими элементами с минимальными габаритами и весом. Использование схемы Корша позволяет значительно уменьшить габариты телескопа и массу.The spacecraft uses an optoelectronic payload built according to the Korsh scheme (Fig. 7) with five optical elements with minimal dimensions and weight. The use of the Korsh scheme makes it possible to significantly reduce the size of the telescope and its weight.

Указанная оптико-электронная полезная нагрузка, используемая в космическом аппарате, имеет три варианта исполнения с неизменным отношением фокусного расстояния F к диаметру входной апертуры d, число F/d=11,53.The specified optoelectronic payload used in the spacecraft has three versions with a constant ratio of the focal length F to the diameter of the entrance aperture d, the number F / d = 11.53.

В частных случаях осуществления указанные параметры выбираются из следующего:In particular cases of implementation, these parameters are selected from the following:

- диаметр входной апертуры оптической системы 0,535 м, фокусное расстояние F=6,17 м;- the diameter of the entrance aperture of the optical system is 0.535 m, the focal length is F = 6.17 m;

- диаметр входной апертуры оптической системы 0,75 м, фокусное расстояние F=8,65 м;- diameter of the entrance aperture of the optical system 0.75 m, focal length F = 8.65 m;

- диаметр входной апертуры оптической системы 1,1 м, фокусное расстояние F=12,68 м.- diameter of the entrance aperture of the optical system 1.1 m, focal length F = 12.68 m.

Принятое соотношение диаметра входной апертуры и фокусного расстояния позволяет получить лучшее значение показателей качества изображения при минимальной массе и габаритах. Проведенные испытания показывают, что для телескопа (фиг. 8) с входным диаметром 0,535 м масса телескопа составит 125 кг, а длина при фокусе 6,17 м всего 1,8 м. Состав полезной нагрузки используется стандартный, не требующий доработок при использовании того или иного телескопа. Обеспечивается возможность замены только телескопа, а остальные блоки полезной нагрузки остаются неизменными, имеющими летную квалификацию.The adopted ratio of the diameter of the entrance aperture and the focal length makes it possible to obtain the best value of the image quality indicators with the minimum weight and dimensions. The tests carried out show that for a telescope (Fig. 8) with an entrance diameter of 0.535 m, the telescope mass will be 125 kg, and the length at a focus of 6.17 m is only 1.8 m. a different telescope. It is possible to replace only the telescope, and the remaining payload units remain unchanged, having flight qualifications.

Оптико-электронная полезная нагрузка выполнена так, что обеспечивает формирование изображений земной поверхности как в панхроматическом канале (диапазоне спектра), так и в четырех диапазонах мультиспектрального канала (NIR, R, G, B).The optoelectronic payload is designed so that it provides the formation of images of the earth's surface both in the panchromatic channel (spectrum range) and in the four bands of the multispectral channel (NIR, R, G, B).

Оптико-электронная полезная нагрузка с системой приема и преобразования информации (СППИ) построена на использовании приемников с зарядной связью, работающих в режиме временной задержки и накопления (ПЗС с ВЗН), а именно:An optoelectronic payload with a system for receiving and converting information (SPID) is based on the use of receivers with a charging connection operating in a time delay and accumulation mode (CCD with VZN), namely:

- в панхроматическом канале со сменяемым количеством шагов накопления от 8 до 128 шагов, с размером элемента матрицы ПЗС - 9х9 мкм и форматом 1536×128 в количестве 12 штук, построенных в фокальной плоскости в линейку в шахматном порядке с перекрытием в 80 элементов между матрицами ПЗС для безразрывного формирования изображений при кренах космического аппарата с обеспечением ширины съемки не менее 12,5 км (размер захвата кадра по Земле);- in a panchromatic channel with a changeable number of steps of accumulation from 8 to 128 steps, with an element size of the CCD matrix - 9x9 μm and a format of 1536 × 128 in the amount of 12 pieces, built in the focal plane in a line in a checkerboard pattern with an overlap of 80 elements between the CCDs for continuous formation of images during the rolls of the spacecraft with the provision of a shooting width of at least 12.5 km (the size of the frame capture on the ground);

- в мультиспектральном канале с количеством шагов накопления 64 (диапазоны NIR, R, G) и 96 (диапазон B) шагов, с размером элемента матрицы ПЗС - 18х18 мкм (применяется бинирование до размера 2х2) и форматом фотозон 768×96 (одна фотозона) и 768×64 (три фотозоны) в количестве 12 штук, построенных в фокальной плоскости в линейку в шахматном порядке с перекрытием в 40 элементов между матрицами ПЗС для безразрывного формирования изображений при кренах космического аппарата с обеспечением ширины съемки не менее 12,5 км (размер захвата кадра по Земле).- in a multispectral channel with 64 steps (NIR, R, G ranges) and 96 (B range) steps, with a CCD element size of 18x18 μm (binning up to 2x2 is used) and a 768x96 photozone format (one photozone) and 768 × 64 (three photo zones) in the amount of 12 pieces, built in the focal plane in a line in a checkerboard pattern with an overlap of 40 elements between the CCDs for continuous imaging when the spacecraft rolls with a shooting width of at least 12.5 km (size frame capture on the ground).

Данное построение СППИ позволяет получить полный объем информации в двух каналах, панхроматическом и мультиспектральном, при этом для различных типов оптических систем состав СППИ остается неизменным.This construction of the SPPI allows obtaining the full amount of information in two channels, panchromatic and multispectral, while the composition of the SPPI remains unchanged for various types of optical systems.

При этом расположение матриц панхроматического и мультиспектрального каналов отличается от общепринятого тем, что используется сферическая, а не плоская фокальная плоскость (фиг. 9), что значительно снижает смазы изображения по полю кадра при съемке в надир и при съемке под различными углами крена и, соответственно, повышает качество снимка.At the same time, the arrangement of the panchromatic and multispectral channel matrices differs from the generally accepted one in that a spherical rather than a flat focal plane is used (Fig. 9), which significantly reduces image blur over the frame field when shooting in nadir and when shooting at various angles of roll and, accordingly , improves the quality of the picture.

В КА предусмотрена система ориентации и стабилизации, которая позволяет осуществлять съемку с реверсом, что значительно увеличивает полосу захвата и позволяет снимать объекты гораздо больших площадей, чем в известном уровне техники.An attitude control and stabilization system is provided in the spacecraft, which allows shooting with a reverse, which significantly increases the swath and allows you to shoot objects of much larger areas than in the prior art.

В качестве высокоскоростной радиолинии передачи целевой информации используется решение на базе активной фазированной решетки с узконаправленным лучом в Х-диапазоне частот. Данное решение позволяет осуществлять режим непосредственного сброса (одновременная съемка и сброс изображения на приемную станцию) со скоростями до 1,5 Гбит/c без каких-либо механических приводов наведения, только за счет электронного сканирования, которое может производиться в секторе ± 70 градусов от нормали по всем направлениям.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. This solution allows the direct reset mode (simultaneous shooting and image reset 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.

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.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.

Космический аппарат использует адаптивную высокоскоростную радиолинию Х-диапазона с регулированием скорости от 480 Мбит/с до 1,5 Гбит/с с различными видами модуляции, построенной на электронном сканировании лучом (АФАР), с минимальными габаритами и массой.The spacecraft uses an adaptive high-speed X-band radio link with speed control from 480 Mbps to 1.5 Gbps with various types of electronic beam scanning (AFAR) modulation, with minimal dimensions and weight.

Массогабаритные характеристики космического аппарата вследствие указанного выше конструктивного выполнения позволяют размещать до трех аппаратов под обтекателем ракетоносителя (фиг. 11-12) и производить одновременный групповой запуск.The weight and size characteristics of the spacecraft, due to the above-mentioned design, make it possible to place up to three spacecraft under the fairing of the launch vehicle (Figs. 11-12) and carry out 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 2,4м÷3,5м и малогабаритными характеристиками, функционирующий как в S, так и Х-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 2.4m ÷ 3.5m 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 2,4м÷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 both in the S and X-ranges of lengths waves.

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. 13.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. 13.

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. The 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 съёмки 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 task package 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 о 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, 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.

В заявленном решении НКУ и НКПОИ построены по принципу территориального распределения. Из единого центра 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 center, the operation of the network of container unattended stations is automatically controlled.

Совместное применение вышеописанных технических решений позволяет добиться значительного улучшения основных характеристик по сравнению с классическими системами ДЗЗ, 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 in comparison with classical ERS systems, 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 (4)

1. Космический комплекс дистанционного зондирования Земли высоко-детального уровня наблюдения наземных объектов, включающий в свой состав: по меньшей мере, один космический аппарат, а также наземный комплекс управления (НКУ), наземный комплекс приема и обработки изображений (НКПОИ), при этом космический аппарат (КА) построен на силовой шестигранной раме из алюминиевых или карбоновых ферменных конструкций и содержит: соединенные с рамой четыре панели солнечных батарей, выполненные с возможностью фиксирования в рабочем положении с углом наклона 45° к продольной оси силовой рамы с помощью раскрывающейся штанги; оптико-электронную полезную нагрузку, построенную по схеме Корша с пятью оптическими элементами, выполненную с неизменным отношением фокусного расстояния F к диаметру входной апертуры d, F/d=11,53, указанная оптико-электронная полезная нагрузка обеспечивает формирование изображений земной поверхности как в панхроматическом канале, так и в четырех диапазонах мультиспектрального канала (NIR, R, G, B) и оснащена системой приема и преобразования информации, построенной на использовании приемников с зарядной связью, работающих в режиме временной задержки и накопления (ПЗС с ВЗН); средство передачи целевой информации на базе активной фазированной решетки с узконаправленным лучом в Х-диапазоне, обеспечивающее 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; систему ориентации и стабилизации КА, позволяющую обеспечить съемку с реверсом, а наземный комплекс управления и наземный комплекс приема и обработки изображений используют в своем составе антенно-приемное устройство на базе роботизированного механизма, построенного по схеме гексапод с минимальным диаметром зеркала 2,4÷4,0 м, функционирующее как в S так и в Х-диапазонах, и выполнены с возможностью связи с единым центром обработки данных через проводной или спутниковый канал связи Ku/Ка-диапазона.1. A space complex for remote sensing of the Earth of a highly detailed level of observation of ground objects, which includes: at least one spacecraft, as well as a ground control complex (GCC), a ground complex for receiving and processing images (NKPOI), while a space the apparatus (SC) is built on a power hexagonal frame made of aluminum or carbon truss structures and contains: four solar panels connected to the frame, made with the possibility of fixing in the working position with an angle of inclination of 45 ° to the longitudinal axis of the power frame using a drop-down bar; an optoelectronic payload, built according to the Korsch scheme with five optical elements, made with a constant ratio of the focal length F to the diameter of the entrance aperture d, F / d = 11.53, the indicated optoelectronic payload provides the formation of images of the earth's surface as in panchromatic channel and in four bands of a multispectral channel (NIR, R, G, B) and is equipped with a system for receiving and converting information based on the use of receivers with charging communication operating in the time delay and accumulation mode (CCD with VZN); means for transmitting target information based on an active phased array with a narrowly directed beam in the X-band, providing an adaptive high-speed radio link in the X-band with rate control from 480 Mbps to 1.5 Gbps, and the modulation index is automatically selected by the control system depending on calculated relative distance to the receiving station; an attitude control and stabilization system of the spacecraft, which allows for imaging with a reverse, and the ground control complex and the ground complex for receiving and processing images use in their composition an antenna-receiving device based on a robotic mechanism built according to the hexapod scheme with a minimum mirror diameter of 2.4 ÷ 4, 0 m, operating in both S and X-bands, and are made with the possibility of communicating with a single data processing center through a wired or satellite Ku / Ka-band communication channel. 2. Космический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что панели солнечных батарей имеют в качестве каркаса карбоновую основу и укомплектованы фотоэлектрическими преобразователями на основе материала арсенида галлия (AsGa) с тремя pn-переходами.2. The space complex according to claim 1, characterized in that the solar panels have a carbon base as a frame and are equipped with photovoltaic converters based on gallium arsenide (AsGa) material with three pn junctions. 3. Космический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что параметры d и F выбраны из следующего: d=0,535 м, а F=6,17 м или d=0,75 м, а F=8,65 м, или d=1,1 м, а F=12,68 м.3. The space complex according to claim 1, characterized in that the parameters d and F are selected from the following: d = 0.535 m, and F = 6.17 m or d = 0.75 m, and F = 8.65 m, or d = 1.1 m and F = 12.68 m. 4. Космический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что станции НКУ и НКПОИ размещены в необслуживаемых контейнерах, работающих в автоматическом режиме и управляемых из единого центра обработки данных.4. The space complex 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.
RU2020117683A 2020-05-28 2020-05-28 Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects RU2753201C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020117683A RU2753201C1 (en) 2020-05-28 2020-05-28 Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020117683A RU2753201C1 (en) 2020-05-28 2020-05-28 Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753201C1 true RU2753201C1 (en) 2021-08-12

Family

ID=77349102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020117683A RU2753201C1 (en) 2020-05-28 2020-05-28 Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753201C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2321182C1 (en) * 2006-08-29 2008-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" Mobile station for control, management and communications
JP2008126876A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Mitsubishi Electric Corp Observation satellite group control system, observation satellite, ground station, and observation satellite group control method
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
RU159980U1 (en) * 2015-07-01 2016-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" SPACE VEHICLE
RU2640167C1 (en) * 2016-07-08 2017-12-26 Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" Multifunctional space craft

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2321182C1 (en) * 2006-08-29 2008-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологическая лаборатория" Mobile station for control, management and communications
JP2008126876A (en) * 2006-11-22 2008-06-05 Mitsubishi Electric Corp Observation satellite group control system, observation satellite, ground station, and observation satellite group control method
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
RU159980U1 (en) * 2015-07-01 2016-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" SPACE VEHICLE
RU2640167C1 (en) * 2016-07-08 2017-12-26 Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" Multifunctional space craft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10392136B2 (en) Offload adjustment for satellite image diversity
CN102741655A (en) High altitude, long endurance, unmanned aircraft and methods of operation thereof
US20230327749A1 (en) Radio frequency data downlink for a high revisit rate, near earth orbit satellite system
JPH08213945A (en) Satellite communication system
Giggenbach et al. Optical satellite downlinks to optical ground stations and high-altitude platforms
US10230454B2 (en) Cloud mask data acquisition and distribution using geosynchronous communications or broadcast satellites
US7379088B2 (en) System and method for real-time image control and processing for use in wide area space based surveillance
Krynitz et al. The european optical nucleus network
RU2753201C1 (en) Space complex for remote earth sensing with a highly detailed level of observation of ground objects
US20050083412A1 (en) Internet interactive realtime video image acquisition system based in low earth orbit
Baudoin et al. Pléiades: A multi mission and multi co-operative program
RU2747240C1 (en) Space earth sensing system
Kasturirangan The evolution of satellite-based remote-sensing capabilities in India
Katti et al. Spacecraft technology
EA044742B1 (en) SPACE SYSTEM FOR REMOTE SENSING OF THE EARTH
Pelton The basics of satellite communications
Boettcher et al. Design of a low-cost S/X dual band satellite ground station for small satellite missions
Ilčev et al. Meteorological ground stations
US20230092301A1 (en) System and method for broadband services using free-space optical links
Tyc et al. Rich Data, Cheap Satellites
Hasbi et al. The Use Of LAPAN-TUBSAT Satellite Video Data For Earth Observation
Doyle Satellite systems for cartography
Dhawan et al. INSAT-I--A Multipurpose Domestic Satellite System for India
Marcuccio et al. Environmental monitoring of the Amazon basin with a low cost small satellite constellation in equatorial LEO
Kaplan Remote sensing: The best view in town