RU2755031C1 - Earth surface monitoring satellite with optical communication - Google Patents

Earth surface monitoring satellite with optical communication Download PDF

Info

Publication number
RU2755031C1
RU2755031C1 RU2020116395A RU2020116395A RU2755031C1 RU 2755031 C1 RU2755031 C1 RU 2755031C1 RU 2020116395 A RU2020116395 A RU 2020116395A RU 2020116395 A RU2020116395 A RU 2020116395A RU 2755031 C1 RU2755031 C1 RU 2755031C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical communication
satellite
earth
optical
monitoring
Prior art date
Application number
RU2020116395A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Леонидович Головков
Владимир Евгеньевич Гершензон
Original Assignee
Олег Леонидович Головков
Владимир Евгеньевич Гершензон
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 Олег Леонидович Головков, Владимир Евгеньевич Гершензон filed Critical Олег Леонидович Головков
Priority to RU2020116395A priority Critical patent/RU2755031C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755031C1 publication Critical patent/RU2755031C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

FIELD: communication.SUBSTANCE: invention relates to systems for transmitting an optical or infrared signal through free spaces and can be used to transmit large amounts of information between aerial vehicles using a high-speed optical communication link both in the atmosphere and in space. To realize the described result, an Earth surface monitoring satellite with optical communication is proposed, consisting of a body whereon an on-board computer connected with a navigation unit and controlling a power unit and an inertial propulsion system is installed, additionally, a remote Earth monitoring unit connected via the on-board computer with an optical communication transceiver connected with an optical environment scanner is also installed on the body.EFFECT: increasing the amount of transmitted information.2 cl, 1 dwg

Description

Данное изобретение относится к системам передачи оптического или инфракрасного сигнала через свободные пространства и может использоваться для передачи больших объемов информации между летательными аппаратами с помощью высокоскоростной оптической (FSO - Free Space Optical) линии связи, как в атмосфере, так и в космическом пространстве.This invention relates to systems for transmitting an optical or infrared signal through free spaces and can be used to transfer large amounts of information between aircraft using a high-speed optical (FSO - Free Space Optical) communication line, both in the atmosphere and in outer space.

Космический мониторинг земной поверхности и атмосферы Земли -необходимая функция современных спутников. Для этого спутники оснащены системой дистанционной видеосъемки в разных спектральных диапазонах или иными датчиками, такими как интерферометры, дальномеры и т.п.Space monitoring of the Earth's surface and atmosphere is a necessary function of modern satellites. For this, the satellites are equipped with a remote video recording system in different spectral ranges or other sensors, such as interferometers, range finders, etc.

Обычно, кроме датчиков, спутник дистанционного мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли содержит: энергетическую установку, включающую солнечные батареи и аккумуляторы; двигательную установку, состоящую из инерционных двигателей; блок позиционирования; блок передачи информации по радиоканалу на любой наземный стационарный приемный модуль, сориентированный на спутник.Usually, in addition to sensors, a satellite for remote monitoring of the earth's surface and the Earth's atmosphere contains: a power plant, including solar batteries and accumulators; propulsion system consisting of inertial motors; positioning unit; a block for transmitting information over a radio channel to any ground stationary receiving module, oriented to the satellite.

Для непрерывного дистанционного мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли необходимо устанавливать множество наземных стационарных приемных модулей, сориентированных на пролетающий спутник, что сложно и затратно. Можно установить на высоких (приполярных) широтах станцию приема спутниковых данных, но это, в свою очередь, требует установки на борту спутников модуля памяти, который сохраняет необходимую информацию о требуемом районе мониторинга Земли и сбрасывает ее на приполярную станцию при пролете мимо нее.For continuous remote monitoring of the earth's surface and the Earth's atmosphere, it is necessary to install a multitude of ground-based stationary receiving modules oriented towards a passing satellite, which is difficult and costly. It is possible to install a station for receiving satellite data at high (circumpolar) latitudes, but this, in turn, requires the installation of a memory module on board the satellites, which stores the necessary information about the required Earth monitoring area and drops it to the circumpolar station when flying past it.

Такое решение энергетически затратно и усложняет конструкцию спутника.This solution is energetically expensive and complicates the satellite design.

Часто необходимо в реальном времени передавать большие объемы видеоинформации, полученные спутником, об определенных удаленных районах Земли. Для этого 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 космическом пространстве атмосфера отсутствует, поэтому расстояние, на котором могут работать оптические линии связи, может превышать 100000 км. Используя космические спутники с оптической связью и наземные пункты связи с космическими спутниками, имеющими узлы оптической связи, можно в режиме реального времени связать спутник мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли с любыми точками Земной поверхности.It is often necessary to transmit in real time large amounts of video information received by a satellite about certain remote regions of the Earth. For this, optical communication lines (FSO - Free-Space Optical) are best suited, which allow transferring information at a speed of 40 Gb / s to 1 Tb / s in the future. There is no atmosphere in outer space, so the distance at which optical communication lines can operate can exceed 100,000 km. Using space satellites with optical communication and ground communication points with space satellites with optical communication nodes, it is possible in real time to connect a satellite for monitoring the Earth's surface and the Earth's atmosphere with any points on the Earth's surface.

Технический результат направлен на создание спутника мониторинга поверхности Земли с оптической связью для передачи информации в любую точку Земли в режиме реального времени через спутник ретранслятор оптической линии связи.The technical result is aimed at creating a satellite for monitoring the Earth's surface with optical communication for transmitting information to any point on the Earth in real time via a satellite, an optical communication line repeater.

Технический результат достигается использованием на спутнике мониторинга поверхности Земли приемопередатчика оптической связи, оснащенного оптическим сканирующим устройством.The technical result is achieved by using an optical communication transceiver equipped with an optical scanning device on the Earth surface monitoring satellite.

Работа спутника мониторинга земной поверхности с оптической связью описывается с помощью фиг. 1.The operation of an optically coupled earth surface monitoring satellite is described with reference to FIG. 1.

На фиг. 1 представлена блок-схема спутника мониторинга земной поверхности с оптической связью.FIG. 1 is a block diagram of an optically coupled Earth surface monitoring satellite.

Для непрерывной высокоскоростной передачи информации о земной поверхности и атмосфере Земли по оптической линии связи спутник мониторинга должен быть постоянно связан со спутниками ретрансляторами оптической линии связи и постоянно получать информацию о поверхности Земли. Для этого узел оптической связи должен быть наведен на спутник ретранслятор оптической линии связи и одновременно система дистанционного мониторинга должна осуществлять анализ поверхности Земли. С помощью вращения корпуса спутника одновременно выполнить два условия невозможно, поэтому приемопередатчик оптической связи спутника мониторинга земной поверхности и атмосферы Земли должен иметь связь с оптическим сканирующим устройством и наводиться на спутник ретранслятор оптической линии связи независимо от наведения системы мониторинга поверхности Земли.For continuous high-speed transmission of information about the earth's surface and the Earth's atmosphere via an optical communication line, the monitoring satellite must be constantly connected to the satellites by repeaters of the optical communication line and constantly receive information about the Earth's surface. For this, the optical communication node must be directed to the satellite by the optical communication line repeater, and at the same time the remote monitoring system must analyze the Earth's surface. By rotating the satellite body, it is impossible to simultaneously fulfill two conditions, therefore, the optical communication transceiver of the satellite for monitoring the earth's surface and the Earth's atmosphere must be in communication with an optical scanning device and the optical communication line repeater must be guided to the satellite, regardless of the guidance of the Earth surface monitoring system.

Авторами предлагается спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью, состоящий из корпуса, на котором установлены бортовой компьютер, который связан с узлом навигации и управляет энергетической установкой и инерционной двигательной установкой, кроме этого на корпусе установлен узел дистанционного мониторинга Земли, связанный через бортовой компьютер с приемопередатчиком оптической связи, который связан с оптическим сканером окружающего пространства.The authors propose a satellite for monitoring the Earth's surface with optical communication, consisting of a case on which an on-board computer is installed, which is connected to the navigation unit and controls the power plant and an inertial propulsion system, in addition, a remote Earth monitoring unit is installed on the case, connected through an on-board computer with a transceiver optical communication, which is associated with an optical scanner of the surrounding space.

Спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью работает следующим образом, поясняется фиг. 1, - спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1, перемещаясь по орбите, должен иметь координаты спутника ретранслятора оптической линии связи 2, с которым у него осуществляются сеансы связи по команде из центра управления. Поэтому оптическая ось оптического сканера окружающего пространства 8 постоянно должна быть направлена на спутник ретранслятор 2. После получения команды из центра управления по оптическому каналу связи через спутник ретранслятор 2, с помощью узла дистанционного мониторинга Земли 4 спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1 принимает необходимую информацию о поверхности Земли 3, которая с помощью бортового компьютера 5 преобразуется в цифровой код и передается на приемопередатчик оптической связи 6. Для управления оптическим сканером окружающего пространства 8 на борту спутника установлен узел навигации 7, который вычисляет координаты спутника в пространстве и через бортовой компьютер 5 выдает управляющие команды на оптический сканер окружающего пространства 8 и инерционную двигательную установку. Для обеспечения электрическим питанием узлов спутника, на нем располагается энергетическая установка, состоящая из солнечных батарей и аккумуляторов.An optical communication satellite for monitoring the Earth's surface operates as follows, illustrated in FIG. 1, - the satellite for monitoring the Earth's surface with optical communication 1, moving in orbit, must have the coordinates of the satellite of the repeater of the optical communication line 2, with which it carries out communication sessions on command from the control center. Therefore, the optical axis of the optical scanner of the surrounding space 8 must constantly be directed to the satellite repeater 2. After receiving the command from the control center via the optical communication channel via the satellite repeater 2, using the Earth remote monitoring unit 4, the Earth surface monitoring satellite with optical communication 1 receives the necessary information about the surface of the Earth 3, which is converted into a digital code with the help of the on-board computer 5 and transmitted to the optical communication transceiver 6. To control the optical scanner of the surrounding space 8, a navigation unit 7 is installed on board the satellite, which calculates the coordinates of the satellite in space and through the on-board computer 5 issues control commands to the optical scanner of the surrounding space 8 and the inertial propulsion system. To provide electrical power to the satellite nodes, it houses a power plant, consisting of solar panels and accumulators.

В процессе вращения вокруг Земли орбита спутника может изменяться и понижаться. Для коррекции орбиты спутника мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1 можно использовать двигательную установку.In the process of rotation around the Earth, the satellite's orbit can change and decrease. To correct the orbit of the Earth surface monitoring satellite with optical communication 1, a propulsion system can be used.

Желательно, чтобы спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью 1 был постоянно наведен на спутник ретранслятор оптического сигнала 2. Это условие не всегда возможно выполнить, поэтому целесообразно на спутник 1 дополнительно установить радиоканал связи, например, УКВ приемопередатчик связи со спутниками ретрансляторами, по которому осуществлять передачу информации о координатах спутников ретрансляторов, а также информацию о необходимости формирования линии связи.It is desirable that the satellite for monitoring the Earth's surface with optical communication 1 is constantly aimed at the satellite, the optical signal repeater 2. This condition is not always possible to fulfill, therefore it is advisable to additionally install a radio communication channel on satellite 1, for example, a VHF transceiver for communication with satellites, repeaters, through which to carry out transmission of information about the coordinates of the satellites of the repeaters, as well as information about the need to form a communication line.

Для связи спутника мониторинга поверхности Земли со спутником ретранслятором, который находится на геостационарной орбите, по оптической линии связи необходимо, чтобы оптическая ось приемопередатчика спутника мониторинга поверхности Земли при помощи оптического сканирующего устройства с высокой точностью сводилась с оптической осью узла связи спутника ретранслятора. Обычно точность сведения осей не должна быть хуже 10 угловых секунд. Для этого достаточно использовать оптический маяк, расположенный на корпусе спутник мониторинга поверхности Земли с оптической связью, который передает в направлении спутника ретранслятора оптической линии связи модулированный оптический сигнал на длине волны отличной от длины волны оптической связи. Спутник ретранслятор оптической линии связи принимает оптический сигнал маяка, машинный алгоритм анализирует точность взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков спутников, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующего устройства спутника ретранслятора.For communication of the Earth surface monitoring satellite with a repeater satellite, which is in geostationary orbit, via an optical communication line, it is necessary that the optical axis of the Earth surface monitoring satellite transceiver using an optical scanning device with high accuracy is brought together with the optical axis of the repeater satellite communication center. Typically, the alignment accuracy should not be worse than 10 arc seconds. To do this, it is sufficient to use an optical beacon located on the body of the Earth surface monitoring satellite with optical communication, which transmits a modulated optical signal at a wavelength different from the optical communication wavelength in the direction of the optical communication line repeater satellite. An optical communication line repeater satellite receives an optical beacon signal, a machine algorithm analyzes the accuracy of mutual guidance of the optical axes of the satellite transceivers, on the basis of which a decision is made to correct the operation of the repeater satellite scanning device.

При этом на самом спутнике мониторинга поверхности Земли с оптической связью должен стоять приемник излучения маяка спутника ретранслятора, связанный с бортовым компьютером, машинный алгоритм которого анализирует точность взаимного наведения оптических осей приемопередатчиков спутников, на основании чего принимается решение о корректировке работы сканирующего устройства.At the same time, on the Earth surface monitoring satellite itself with optical communication, there should be a receiver of the beacon of the repeater satellite connected to the on-board computer, the machine algorithm of which analyzes the accuracy of the mutual guidance of the optical axes of the satellite transceivers, on the basis of which a decision is made to correct the operation of the scanning device.

Claims (2)

1. Спутник мониторинга земной поверхности с оптической связью, состоящий из корпуса, на котором установлены бортовой компьютер, который связан с узлом навигации и узлом дистанционного мониторинга Земли и управляет энергетической установкой и инерционной двигательной установкой, отличающийся тем, что дополнительно введен узел оптической связи, соединенный с бортовым компьютером и выполненный в виде приемопередатчика, оснащенного оптическим сканирующим устройством, и с возможностью наведения его на спутник-ретранслятор оптической линии связи путем передачи в направлении спутника-ретранслятора оптической линии связи модулированного оптического сигнала маяка на длине волны, отличной от длины волны оптической связи, и для передачи информации системы дистанционного мониторинга, осуществляющей анализ поверхности Земли. 1. Satellite for monitoring the earth's surface with optical communication, consisting of a body on which an on-board computer is installed, which is connected with the navigation unit and the unit for remote monitoring of the Earth and controls the power plant and the inertial propulsion system, characterized in that an optical communication unit is additionally introduced, connected with an on-board computer and made in the form of a transceiver equipped with an optical scanning device, and with the possibility of pointing it to a relay satellite of an optical communication line by transmitting a modulated optical beacon signal at a wavelength different from the wavelength of optical communication in the direction of the relay satellite of the optical communication line , and for transmitting information from a remote monitoring system that analyzes the Earth's surface. 2. Спутник мониторинга земной поверхности с оптической связью по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит радиоканал связи, связанный с бортовым компьютером.2. Satellite for monitoring the earth's surface with optical communication according to claim 1, characterized in that it further comprises a radio communication channel associated with the on-board computer.
RU2020116395A 2020-04-30 2020-04-30 Earth surface monitoring satellite with optical communication RU2755031C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116395A RU2755031C1 (en) 2020-04-30 2020-04-30 Earth surface monitoring satellite with optical communication

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116395A RU2755031C1 (en) 2020-04-30 2020-04-30 Earth surface monitoring satellite with optical communication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755031C1 true RU2755031C1 (en) 2021-09-10

Family

ID=77670185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020116395A RU2755031C1 (en) 2020-04-30 2020-04-30 Earth surface monitoring satellite with optical communication

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755031C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2000-01-06 2001-12-10 Прушковский Олег Владимирович Information transmission system (versions)
US6364026B1 (en) * 1998-04-01 2002-04-02 Irving Doshay Robotic fire protection system
RU40296U1 (en) * 2004-03-29 2004-09-10 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Корпорация "Иркут" COMPLEX OF MEANS FOR DETECTING AN EMERGENCY SITUATION AND ELIMINATING ITS CONSEQUENCES (OPTIONS)
RU2338233C2 (en) * 2006-12-13 2008-11-10 Валерий Александрович Меньшиков Multifunction space system of automated management and operational control (monitoring) of critically important objects and territories of union state ''russia-belarus''
RU2350368C2 (en) * 2004-03-25 2009-03-27 ОАО "Научно-производственная корпорация "ИРКУТ" Method and system of devices for detecting emergencies and containment of its consequences
RU2505461C1 (en) * 2009-11-25 2014-01-27 Поулос Эйр Энд Спейс Stabilisation of unstable fragments of space garbage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2000-01-06 2001-12-10 Прушковский Олег Владимирович Information transmission system (versions)
RU2350368C2 (en) * 2004-03-25 2009-03-27 ОАО "Научно-производственная корпорация "ИРКУТ" Method and system of devices for detecting emergencies and containment of its consequences
RU40296U1 (en) * 2004-03-29 2004-09-10 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Корпорация "Иркут" COMPLEX OF MEANS FOR DETECTING AN EMERGENCY SITUATION AND ELIMINATING ITS CONSEQUENCES (OPTIONS)
RU2338233C2 (en) * 2006-12-13 2008-11-10 Валерий Александрович Меньшиков Multifunction space system of automated management and operational control (monitoring) of critically important objects and territories of union state ''russia-belarus''
RU2505461C1 (en) * 2009-11-25 2014-01-27 Поулос Эйр Энд Спейс Stabilisation of unstable fragments of space garbage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110999129B (en) System and method for high speed communication
CN107707297A (en) A kind of airborne laser communication system and its communication means
US5906337A (en) Multiple altitude satellite relay system and method
US20210316886A1 (en) Earth observation satellite information routing system
CN207603641U (en) A kind of airborne laser communication system
CN112866971B (en) Satellite fusion unmanned aerial vehicle carries on aerial to ground networking system of 4G communication base station
KR20150021293A (en) Wireless control system for unmanned aerial vehicle
US10763967B2 (en) Communications relay satellite with a single-axis gimbal
Giggenbach et al. Optical satellite downlinks to optical ground stations and high-altitude platforms
RU2010144146A (en) MOBILE GROUND SPECIAL RECEPTION AND IMAGE PROCESSING COMPLEX
WO2016200451A2 (en) Satellite laser communications relay node
US9287978B2 (en) System and method for communication between two communication platforms
Welle et al. A CubeSat-based optical communication network for low earth orbit
CN108183756B (en) Ka frequency band-based space-ground integrated wireless communication testing method
CN110445530B (en) Airborne object networking terminal and information transmission method
JPH10336111A (en) Method and device for interruption preventing operation of inter satellite communication link in leo network
RU2755031C1 (en) Earth surface monitoring satellite with optical communication
Moon et al. Pointing-and-Acquisition for Optical Wireless in 6G: From Algorithms to Performance Evaluation
US20150326304A1 (en) World-wide, wide-band, low-latency, mobile internet and system therefor
Toyoshima et al. Small optical transponder for small satellites
JP3799904B2 (en) Communication device
RU2745036C1 (en) Aircraft with optical communication
RU2754642C1 (en) Relay satellite of optical communication link
RU2608060C2 (en) Automated hardware system of satellite open optical communication
Sandusky et al. Overview of the preliminary design of the optical communication demonstration and high-rate link facility