RU2754642C1 - Спутник-ретранслятор оптической линии связи - Google Patents
Спутник-ретранслятор оптической линии связи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754642C1 RU2754642C1 RU2020116314A RU2020116314A RU2754642C1 RU 2754642 C1 RU2754642 C1 RU 2754642C1 RU 2020116314 A RU2020116314 A RU 2020116314A RU 2020116314 A RU2020116314 A RU 2020116314A RU 2754642 C1 RU2754642 C1 RU 2754642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- satellite
- communication
- optical communication
- transceivers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
- B64B1/24—Arrangement of propulsion plant
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к системам передачи оптического или инфракрасного сигнала через свободные пространства и может использоваться для формирования высокоскоростных FSO (Free Space Optical) линий связи как в атмосфере, так и в космическом пространстве. Технический результат состоит в повышении точности взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков узлов связи, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующих устройств. Для этого предлагается спутник-ретранслятор оптической линии связи, состоящий из двух приемопередатчиков оптической связи, связанных между собой усилителем оптического сигнала, при этом оптические приемопередатчики оснащены оптическими сканерами окружающего пространства, а для работы всех узлов спутник оснащен энергетическим блоком и узлом навигации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Данное изобретение относится к системам передачи оптического или инфракрасного сигнала через свободные пространства и может использоваться для формирования высокоскоростных FSO (Free Space Optical) линий связи как в атмосфере, так и в космическом пространстве.
Современные компьютеры, ноутбуки, сотовые телефоны и бесчисленные типы интернет-устройств подключены к интернету. Таким образом, спрос на подключение к данным через интернет растет. Однако во многих районах мира подключение к интернету по-прежнему недоступно или, если таковое имеется, является ненадежным. Соответственно, необходима сетевая инфраструктура, покрывающая всю площадь поверхности Земли.
Существует необходимость передавать большие объемы информации, как между удаленными точками Земли, так и между космическими аппаратами, находящимися на орбите Земли. Для передачи большого потока информации лучше всего подходят оптические линии связи - FSO (Free-Space Optical), которые позволяют передавать информацию со скоростью от 40 Гб/с до 1 Тб/с в перспективе. В атмосфере происходит рассеяние оптического излучения на тепловых турбулентностях потоков воздуха, на частицах тумана, дождя и снега. Поэтому оптические линии связи не могут передавать сигнал через атмосферу на расстояние более 10 км между двумя соседними пунктами связи.
В космическом пространстве атмосфера отсутствует. Расстояние, на котором могут работать оптические линии связи, - более 100000 км между двумя соседними пунктами связи. Используя космические спутники связи, имеющими узлы оптические связи, и наземные пункты связи с космическими спутниками, тоже имеющими узлы оптические связи, можно в режиме реального времени связать разные точки Земной поверхности.
В настоящее время существуют спутники-ретрансляторы радиочастотного диапазона, которые находятся на геостационарных орбитах. Прототипы спутников-ретрансляторов оптического диапазона не найдены.
Спутники-ретрансляторы радиочастотного диапазона имеют невысокую скорость информационного потока по сравнению с возможностями оптического диапазона.
Технический результат направлен на создание спутника-ретранслятора оптической линии связи.
Технический результат достигается использованием на борту спутника узла ориентации спутника и системы электрического питания, двух приемопередатчиков оптической связи, связанных между собой усилителем оптического сигнала, при этом приемопередатчики оснащены оптическими сканерами.
Работа спутника-ретранслятора оптической линии связи описывается с помощью фигуры 1.
На фиг. 1 представлена блок схема спутника-ретранслятора оптической линии связи.
Для скоростной оптической линии связи между любыми точками поверхности Земли необходимо, чтобы оптический сигнал передавался на большие расстояния практически без задержки времени. Для такой оптической линии связи можно использовать ретрансляционный спутник, изображенный на фигуре 1, на борту которого находятся как минимум два оптических приемопередатчика, связанные между собой оптическим усилителем сигналов. Для ретрансляционной связи необходима одновременная связь спутника-ретранслятора с двумя спутниками связи. С помощью разворотов спутника нельзя одновременно навести его на два объекта связи, поэтому каждый приемопередатчик оснащается оптическим сканирующим узлом. Для того, чтобы не маневрировать спутником-ретранслятором в процессе передачи оптического сигнала, сканирующий узел должен сканировать все окружающее пространство, как по азимутальному углу, так и по углу места.
Для точного наведения каждого сканирующего устройства на объект связи - спутник, необходимо знать свои координаты и координаты других объектов связи - спутников, для чего используется узел ориентации. В соответствии с полученными от узла ориентации координатами сканирующие устройства наводят оптические оси приемопередатчиков на разные спутники. При таком алгоритме работы задержка сигнала оптической линии связи сводится к минимуму. Если спутник-ретранслятор оптической линии связи вывести на геостационарную орбиту, то необходимость во взаимном поиске спутников связи отпадает, т.к. координаты геостационарного спутника априори известны. Если спутник-ретранслятор используется для связи с определенным центром на поверхности Земли, то достаточно навести один его приемопередатчик на координаты центра без использования соответствующего сканирующего устройства.
Авторами предлагается спутник-ретранслятор оптической линии связи (FSO связи), состоящий из двух приемопередатчиков оптической связи, связанных между собой усилителем оптического сигнала, при этом один оптический приемопередатчик оснащен оптическим сканером окружающего пространства, а для работы всех узлов спутник оснащен энергетическим блоком.
Работа спутника-ретранслятора оптической линии связи поясняется фиг. 1 и заключается в следующем - спутник-ретранслятор оптической линии связи 1 находится на геостационарной орбите и постоянно одним приемопередатчиком оптической связи 2 наведен на летательный аппарат 6, который находится над определенным наземным или надводным пунктом связи 7 и связан с ним любой линией связи. Далее, зная координаты второго летательного аппарата 8, который находится над определенным наземным или надводным пунктом связи 9 и связан с ним любой линией связи, спутник-ретранслятор оптического сигнала 1 с помощью оптического сканера окружающего пространства 4 наводит оптическую ось приемопередатчика 3 на летательный аппарат 8, который, в свою очередь, зная координаты геостационарного спутника 1, всегда готов к приему информации от него. Далее со спутника 1 на наземные пункты связи поступает сигнал об установлении канала связи. Как только связь будет установлена летательные аппараты 6 и 8 смогут по оптическому каналу связи передавать информацию без задержки между двумя пунктами связи на поверхности Земли. При распространении оптического сигнала через космическое пространство на большое расстояние его мощность может упасть в миллионы раз, поэтому между приемопередатчиками 2 и 3 спутника-ретранслятора 1 устанавливается усилитель оптического сигнала 5. Оптические усилители, например DTL-5300 [сайт http://www.xptv.ru/down/pdf/dtl5300.pdf], позволяют работать с входным сигналом от -30 дБм, что соответствует мощности 1 мкВт, и выходным сигналом +36 дБм, что соответствует мощности 3,96 Вт (усилитель DTL-5400 [сайт http://www.xptv.ru/down/pdf/dtl5400.pdf]). Это говорит о том, что спутник-ретранслятор может располагаться на большом расстоянии от Земли и быть геостационарным. Для обеспечения работоспособности узлов спутника-ретранслятора 1 он оснащен энергетическим блоком, содержащим солнечные батареи и аккумуляторы.
Желательно, чтобы спутник-ретранслятор оптической линии связи 1 и оба летательных аппарата 6 и 8 постоянно поддерживали линию связи. Это не всегда возможно, поэтому целесообразно на спутник-ретранслятор оптической линии связи 1 дополнительно установить радиоканал связи, например, УКВ приемопередатчик связи с летательными аппаратами, по которому осуществлять передачу информации о координатах летательных аппаратов 6 и 8, а также информацию о необходимости формирования линии связи.
Так как спутник-ретранслятор оптической линии связи 1 может иметь связь с несколькими летательными аппаратами 6 разных центров связи 7, то целесообразно дополнительно установить перед приемопередатчиком оптической связи 2 дополнительный оптический сканер окружающего пространства.
Если спутник-ретранслятор оптической линии связи не выводится на геостационарную орбиту, то он должен быть оснащен блоком ориентации, радиоканалом связи, вторым оптическим сканирующим устройством. При этом, чтобы в режиме реального времени охватить всю поверхность Земли, необходимо выводить в космос уже группировку спутников, при этом, чем ниже их высота орбиты, тем количество спутников больше.
При ретрансляционной передаче оптического сигнала с использованием оптических усилителей может произойти уширение (размытие) импульсов полезной информации как при прохождении импульсов оптического сигнала через атмосферу, так и из-за набега разности оптического пути в многомодовом волокне и на оптике приемопередатчиков. Это приводит к ограничению скорости передачи информации, особенно при передаче сигнала через атмосферу. Для предотвращения этих явлений на некоторые спутники-ретрансляторы можно установить бортовой компьютер, с помощью которого провести анализ качества пришедшего на приемник цифрового сигнала, при необходимости «почистить» (отфильтровать) его и передать качественный цифровой сигнал на лазерный диод, работающий на длине волны приемопередатчиков. Излучение лазерного диода распространяется по оптическому волокну и интегрируется с оптическим волокном оптического усилителя на его конечном участке - перед выходом на апертуру передатчика. При этом необходимо отключить лазерные диоды накачки оптического усилителя, чтобы неотфильтрованный оптический сигнал не распространялся далее по ретрансляционной сети связи.
В процессе разворота зеркал оптической сканирующей системы может происходить взаимный обратный разворот всего спутника, согласно закону сохранения импульса. Если сканирующая система позволяет обозревать все окружающее пространство, то небольшие вращения спутника не вносят существенных ошибок во взаимное наведение спутников-ретрансляторов друг на друга. Если вращение спутника превышает 1°/с, то необходима его стабилизация, которую осуществляют с помощью инерционных двигателей, работающих по трем координатам.
В процессе обращения вокруг Земли орбита спутника может изменяться и понижаться. Для коррекции орбиты спутника-ретранслятора FSO можно использовать двигательную установку.
Для связи спутника-ретранслятора оптической линии связи, который находится на геостационарной орбите, необходимо, чтобы оптическая ось приемопередатчика летательного аппарата при помощи оптического сканирующего устройства с высокой точностью сводилась с оптической осью приемопередатчика спутника-ретранслятора. Обычно точность сведения осей не должна быть хуже 10 угловых секунд. Для этого достаточно использовать оптический маяк, расположенный на корпусе спутника-ретранслятора оптической линии связи, который передает в направлении летательного аппарата модулированный оптический сигнал на длине волны отличной от длины волны оптической связи. Летательный аппарат принимает оптический сигнал маяка, его машинный алгоритм анализирует точность взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков спутников, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующего устройства летательного аппарата.
При этом на самом спутнике-ретрансляторе оптической линии связи должен стоять приемники излучения маяков летательных аппаратов, связанные с бортовым компьютером, машинный алгоритм которого анализирует точность взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков узлов связи, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующих устройств.
Claims (4)
1. Спутник-ретранслятор оптической линии связи, содержащий энергетический блок, двигательную установку и инерционные двигатели, работающие по трем координатам, отличающийся тем, что на борту спутника-ретранслятора, расположенного на орбите, находятся как минимум два приемопередатчика оптической связи, связанные между собой усилителем оптического сигнала, один из которых оснащен сканирующим узлом, для сканирования окружающего пространства как по азимутальному углу, так и по углу места, при этом один приемопередатчик оптической связи с помощью сканирующего узла наведен на летательный аппарат, который находится над определенным наземным или надводным пунктом связи и связан с ним линией связи, а второй приемопередатчик наведен на второй летательный аппарат, который, зная координаты геостационарного спутника-ретранслятора, готов к приему информации от него, при этом первый и второй летательные аппараты выполнены с возможностью по оптическому каналу связи передавать информацию без задержки между двумя пунктами связи на поверхности Земли, стабилизацию положения спутника-ретранслятора, расположенного на геостационарной орбите, осуществляют с помощью инерционных двигателей, работающих по трем координатам, при этом для точного наведения приемопередатчиков устройства на объекте связи используют блок ориентации.
2. Спутник-ретранслятор оптической линии связи по п.1, отличающийся тем, что орбита, на которой расположен спутник-ретранслятор, является геостационарной.
3. Спутник-ретранслятор оптической линии связи по п.1, отличающийся тем, что второй приемопередатчик оптической связи оснащен оптическим сканером окружающего пространства.
4. Спутник-ретранслятор оптической линии связи по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит радиоканал связи.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116314A RU2754642C1 (ru) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Спутник-ретранслятор оптической линии связи |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116314A RU2754642C1 (ru) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Спутник-ретранслятор оптической линии связи |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2754642C1 true RU2754642C1 (ru) | 2021-09-06 |
Family
ID=77670168
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020116314A RU2754642C1 (ru) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Спутник-ретранслятор оптической линии связи |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2754642C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5722042A (en) * | 1995-02-06 | 1998-02-24 | Atr Optical And Radio Communications Research Laboratories | Satellite communication system having double-layered earth orbit satellite constellation with two different altitudes |
RU2176852C2 (ru) * | 2000-01-06 | 2001-12-10 | Прушковский Олег Владимирович | Система передачи информации (варианты) |
US6364026B1 (en) * | 1998-04-01 | 2002-04-02 | Irving Doshay | Robotic fire protection system |
RU40296U1 (ru) * | 2004-03-29 | 2004-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Корпорация "Иркут" | Комплекс средств обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации её последствий (варианты) |
RU2338233C2 (ru) * | 2006-12-13 | 2008-11-10 | Валерий Александрович Меньшиков | Многофункциональная космическая система автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий союзного государства "россия-беларусь" |
RU2350368C2 (ru) * | 2004-03-25 | 2009-03-27 | ОАО "Научно-производственная корпорация "ИРКУТ" | Способ и комплекс средств обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации ее последствий |
RU2505461C1 (ru) * | 2009-11-25 | 2014-01-27 | Поулос Эйр Энд Спейс | Стабилизация движения неустойчивых фрагментов космического мусора |
-
2020
- 2020-04-30 RU RU2020116314A patent/RU2754642C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5722042A (en) * | 1995-02-06 | 1998-02-24 | Atr Optical And Radio Communications Research Laboratories | Satellite communication system having double-layered earth orbit satellite constellation with two different altitudes |
US6364026B1 (en) * | 1998-04-01 | 2002-04-02 | Irving Doshay | Robotic fire protection system |
RU2176852C2 (ru) * | 2000-01-06 | 2001-12-10 | Прушковский Олег Владимирович | Система передачи информации (варианты) |
RU2350368C2 (ru) * | 2004-03-25 | 2009-03-27 | ОАО "Научно-производственная корпорация "ИРКУТ" | Способ и комплекс средств обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации ее последствий |
RU40296U1 (ru) * | 2004-03-29 | 2004-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Корпорация "Иркут" | Комплекс средств обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации её последствий (варианты) |
RU2338233C2 (ru) * | 2006-12-13 | 2008-11-10 | Валерий Александрович Меньшиков | Многофункциональная космическая система автоматизированного управления и оперативного контроля (мониторинга) критически важных объектов и территорий союзного государства "россия-беларусь" |
RU2505461C1 (ru) * | 2009-11-25 | 2014-01-27 | Поулос Эйр Энд Спейс | Стабилизация движения неустойчивых фрагментов космического мусора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10581513B2 (en) | System for characterizing weather and modifying operation of at least one transceiver | |
US11838097B2 (en) | Low latency satellite communication relay network | |
CN110999129B (zh) | 用于高速通信的系统和方法 | |
US10608741B2 (en) | Through the air link optical component | |
CN107707297A (zh) | 一种航空激光通信系统及其通信方法 | |
US20210316886A1 (en) | Earth observation satellite information routing system | |
Giggenbach et al. | Optical satellite downlinks to optical ground stations and high-altitude platforms | |
US10763967B2 (en) | Communications relay satellite with a single-axis gimbal | |
US11381314B2 (en) | Free space optical communication systems and methods for QOS control | |
US20160269100A1 (en) | Satellite laser communications relay node | |
CN207603641U (zh) | 一种航空激光通信系统 | |
US11916592B2 (en) | Optical data communication system | |
Carrasco-Casado et al. | Free-space optical links for space communication networks | |
Krynitz et al. | The european optical nucleus network | |
JPH10336111A (ja) | Leoネットワークにおける衛星間通信リンクの中断防止操作のための方法及び装置 | |
US20210036777A1 (en) | Optical communication network for pico satellites | |
RU2754642C1 (ru) | Спутник-ретранслятор оптической линии связи | |
Moon et al. | Pointing-and-Acquisition for Optical Wireless in 6G: From Algorithms to Performance Evaluation | |
JP3799904B2 (ja) | 通信装置 | |
RU2608060C2 (ru) | Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи | |
Eishima et al. | RF and optical hybrid LEO communication system for non-terrestrial network | |
Wilfert et al. | Optical communication in free space | |
RU2755031C1 (ru) | Спутник мониторинга земной поверхности с оптической связью | |
RU2745036C1 (ru) | Летательный аппарат с оптической связью | |
Giggenbach et al. | Optical free-space communications downlinks from stratospheric platforms-overview on stropex, the optical communications experiment of capanina |