RU2783202C2 - Repeater satellite - Google Patents
Repeater satellite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783202C2 RU2783202C2 RU2021105819A RU2021105819A RU2783202C2 RU 2783202 C2 RU2783202 C2 RU 2783202C2 RU 2021105819 A RU2021105819 A RU 2021105819A RU 2021105819 A RU2021105819 A RU 2021105819A RU 2783202 C2 RU2783202 C2 RU 2783202C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- satellite
- unit
- inputs
- antennas
- Prior art date
Links
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 claims description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 9
- 230000000903 blocking Effects 0.000 claims description 7
- 210000004279 Orbit Anatomy 0.000 abstract description 35
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 10
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 9
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 6
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000001174 ascending Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000001340 slower Effects 0.000 description 2
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ретрансляции информации, в частности к спутникам-ретрансляторам.The invention relates to the relaying of information, in particular to relay satellites.
Известны спутники-ретрансляторы, входящие в низкоорбитальную спутниковую сеть связи Уан Уэб [см. сайт https://www.oneweb.world/], включающую строй спутников на круговых орбитах земли. Недостатком данного устройства является отсутствие межспутникового тракта, отсутствие адаптивной коммутации на борту, а также бортовой обработки данных, включающей прочитывание информации, ее анализ, переформатирование и отправку, что замедляет или усложняет доставку данных получателю.Known relay satellites included in the low-orbit satellite communication network One Web [see. site https://www.oneweb.world/], which includes a system of satellites in circular orbits of the earth. The disadvantage of this device is the lack of an inter-satellite path, the lack of adaptive switching on board, as well as on-board data processing, including information reading, analysis, reformatting and sending, which slows down or complicates the delivery of data to the recipient.
Известны спутники-ретрансляторы, входящие в низкоорбитальную спутниковую сеть связи Старлинк [см. сайт https://www.starlink.com/] включающая строй спутников на круговых орбитах земли. Недостатком данного устройства является отсутствие межспутникового тракта, отсутствие адаптивной коммутации на борту, а также бортовой обработки данных, включающей прочитывание информации, ее анализ, переформатирование и отправку, что замедляет или усложняет доставку данных получателю.Known relay satellites included in the low-orbit satellite communications network Starlink [see. site https://www.starlink.com/] including the formation of satellites in circular orbits of the earth. The disadvantage of this device is the lack of an inter-satellite path, the lack of adaptive switching on board, as well as on-board data processing, including information reading, analysis, reformatting and sending, which slows down or complicates the delivery of data to the recipient.
Аналогом спутника-ретранслятора является известный спутник-ретранслятор [патент РФ №2376212, МПК B64G 1/00, МПК B64G 1/22, приоритет от 19.05.2008, зарегистрирован в госреестре изобретений РФ 20.12.2009], содержащий для размещения антенн и бортового комплекса каркас корпуса в форме параллелепипеда, с установленными на нем боковыми, верхней и нижней панелями. Внутри конструкции платформы каркасное пространство разделено промежуточной панелью на отсек служебных систем и отсек полезной нагрузкиAn analogue of a repeater satellite is a well-known repeater satellite [RF patent No. 2376212, IPC B64G 1/00, IPC B64G 1/22, priority dated 05/19/2008, registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on 12/20/2009], containing antennas and an onboard complex case frame in the form of a parallelepiped, with side, top and bottom panels installed on it. Inside the platform structure, the frame space is divided by an intermediate panel into a service systems compartment and a payload compartment.
Недостатком данного спутника-ретранслятора является недостаточная надежность поддержания связи между спутниками в районе пересечения их орбит, связанная с тем, что каркас корпуса в форме параллелепипеда затеняет зоны видимости антенн, расположенных на ней, что при высокой угловой скорости взаимного перемещения спутников затрудняет удержание оптического луча передающей антенны первого спутника на втором спутнике и снижает надежность связи.The disadvantage of this relay satellite is the insufficient reliability of maintaining communication between the satellites in the area of the intersection of their orbits, due to the fact that the frame of the body in the form of a parallelepiped obscures the visibility zones of the antennas located on it, which, at a high angular velocity of the mutual movement of the satellites, makes it difficult to keep the optical beam of the transmitting antennas of the first satellite on the second satellite and reduces the reliability of the connection.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту - прототипом, является спутник-ретранслятор [см. патент РФ №2622304, B64G 1/10, приоритет от 17.11.2015, зарегистрирован в госреестре изобретений РФ 22.05.2017], содержащий для размещения блока передающих и блока приемных оптических межспутниковых антенн, и бортового комплекса корпус в виде оболочки вращения, выполненной из композиционного материала полой цилиндрической формы, имеющей сетчатую структуру, образованную посредством пересечения между собой ребер, при этом на торцах сетчатой оболочки закреплены усиливающие элементы.The closest in technical essence and the achieved positive effect - the prototype is a relay satellite [see. patent of the Russian Federation No. 2622304, B64G 1/10, priority dated 11/17/2015, registered in the state register of inventions of the Russian Federation on 05/22/2017], containing a housing in the form of a shell of rotation made of composite material of a hollow cylindrical shape, having a mesh structure formed by crossing the ribs with each other, while reinforcing elements are fixed at the ends of the mesh shell.
Недостатком данного спутника-ретранслятора является недостаточная надежность поддержания связи между спутниками в районе пересечения их орбит, связанная с тем, что оболочка вращения цилиндрической формы затеняет зоны видимости антенн, расположенных на ней, что при высокой угловой скорости взаимного перемещения спутников затрудняет удержание оптического луча передающей антенны первого спутника на втором спутнике и снижает надежность связи.The disadvantage of this relay satellite is the insufficient reliability of maintaining communication between the satellites in the area of the intersection of their orbits, due to the fact that the shell of rotation of a cylindrical shape obscures the visibility zones of the antennas located on it, which, at a high angular velocity of the mutual movement of the satellites, makes it difficult to keep the optical beam of the transmitting antenna the first satellite on the second satellite and reduces the reliability of the connection.
Известен бортовой комплекс спутника-ретранслятора «Аксай» [см. патент РФ №2097926, Η04В 7/185, приоритет от 19.04.94, бюлл. №33 от 27.11.97], предназначенный для функционирования в многоспутниковой системе связи, в которой соседние спутники могут обмениваться абонентской и служебной информацией, включающий последовательно соединенные блок из к приемных антенн, блок приемников, блок передатчиков и блок из к передающих антенн, коммутационный блок, навигационный блок, блок выделения служебных сигналов, блок формирования служебных сигналов и формирователь сигналов блокировки, причем коммутационный блок включен между выходами блока передатчиков, блок выделения служебных сигналов включен между выходами блока приемников и первыми входами блока формирования служебных сигналов, навигационный блок, блок выделения служебных сигналов, блок формирования служебных сигналов и формирователь сигналов блокировки соединены последовательно и выходы последнего из них подключены к третьим входам коммутационного блока, вторые входы которого подключены к выходам навигационного блока, а выходы блока формирования служебных сигналов подключены ко вторым входам блока передатчиков.Known on-board complex satellite relay "Aksai" [see. patent of the Russian Federation No. 2097926,
Недостатком данного устройства является недостаточная надежность поддержания связи между спутниками в районе пересечения их орбит, связанная с тем, что высокая угловая скорость взаимного перемещения спутников затрудняет удержание луча передающей антенны на спутнике-соседе и снижает надежность связи.The disadvantage of this device is the lack of reliability of maintaining communication between satellites in the area of intersection of their orbits, due to the fact that the high angular velocity of the mutual movement of the satellites makes it difficult to keep the beam of the transmitting antenna on the neighboring satellite and reduces the reliability of communication.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту для спутника-ретранслятора - прототипом, является спутник-ретранслятор [см. патент РФ №2673060, Η04В 7/185, приоритет от 20.11.17, зарегистрирован в госреестре изобретений РФ 22.11.18], предназначенный для функционирования в многоспутниковой системе связи, в которой соседние спутники могут обмениваться абонентской и служебной информацией, включающий коммутационный блок, блок приемных абонентских радиоантенн и блок абонентских радиоприемников, блок приемных оптических межспутниковых антенн и блок оптических межспутниковых приемников, последовательно соединенные солнечный датчик и блок ориентации, навигационный блок, блок формирования служебных сообщений и формирователь сигналов блокировки, последовательно соединенные блок выделения служебных сигналов, блок выделения сигналов пеленга, блок анализаторов сигнала пеленга и блок управления и селекции модуляторов, блок межспутниковых оптических передатчиков, блок абонентских радиопередатчиков, блоки передающих межспутниковых оптических антенн и абонентских радиоантеннThe closest in technical essence and achieved positive effect for the relay satellite - the prototype is the relay satellite [see. patent of the Russian Federation No. 2673060,
Недостатком данного устройства, принятого за прототип, является недостаточная надежность поддержания связи между спутниками в районе пересечения их орбит, связанная с тем, что высокая угловая скорость взаимного перемещения спутников затрудняет удержание оптического луча передающей антенны на спутнике-соседе и снижает надежность связи.The disadvantage of this device, adopted as a prototype, is the lack of reliability of maintaining communication between satellites in the area where their orbits intersect, due to the fact that the high angular velocity of the mutual movement of the satellites makes it difficult to keep the optical beam of the transmitting antenna on the neighboring satellite and reduces the reliability of communication.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение надежности связи между спутниками в районе пересечения их орбит.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of communication between satellites in the area where their orbits intersect.
Технический результат достигается тем, что в спутнике-ретрансляторе, содержащем блок передающих и блок приемных оптических межспутниковых антенн, блок приемных абонентских антенн, размещенные на корпусе спутника-ретранслятора, а также последовательно соединенные блок абонентских приемников, коммутационный блок, блок абонентских передатчиков и блок передающих абонентских антенн, последовательно соединенные блок межспутниковых приемников, блок выделения служебных сигналов, блок выделения сигнала пеленга, блок анализаторов сигнала пеленга, блок управления и селекции модуляторов, блок формирования служебных сообщений, и формирователь сигналов блокировки, подключенный ко вторым входам коммутационного блока, к третьим входам которого подключены выходы блока формирования служебных сообщений, вторые выходы коммутационного блока через блок межспутниковых передатчиков и блок модуляторов подключены к входам блока передающих межспутниковых антенн, входы блока модуляторов соединены с выходом блока управления и селекции модуляторов, навигационный блок, выходы которого подключены к четвертым входам коммутационного блока, вторым входам блока формирования служебных сообщений и первым входам блока ориентации, к вторым входам которого подключен выход солнечного датчика, соединенный с вторым входом блока управления и селекции модуляторов, который, в свою очередь, соединен с блоком формирования служебных сообщений, отличающийся тем, что в него введен блок определения взаимных угловых скоростей спутников, включенный между вторым выходом блока формирования служебных сообщений, выходами блока анализаторов сигнала пеленга и вторыми и третьими входами блока управления и селекции модуляторов, регистр угловых скоростей, включенный между выходами блока определения взаимных угловых скоростей спутников и входами блока управления и селекции модуляторов, при этом, корпус спутника-ретранслятора выполнен в виде гиперболоида, в блоке оптических межспутниковых передающих антенн оптические антенны расположены коронообразно по периметру корпуса спутника.The technical result is achieved by the fact that in a repeater satellite containing a block of transmitting and a block of receiving optical inter-satellite antennas, a block of receiving subscriber antennas placed on the body of the repeater satellite, as well as a series-connected block of subscriber receivers, a switching block, a block of subscriber transmitters and a block of transmitting subscriber antennas, a block of inter-satellite receivers, a block for separating service signals, a block for extracting a bearing signal, a block for bearing signal analyzers, a block for controlling and selecting modulators, a block for generating service messages, and a blocking signal generator connected to the second inputs of the switching block, to the third inputs of which the outputs of the block for generating service messages are connected, the second outputs of the switching block are connected through the block of inter-satellite transmitters and the block of modulators to the inputs of the block of transmitting inter-satellite antennas, the inputs of the block of modulators are connected to the output of the block control and selection of modulators, the navigation unit, the outputs of which are connected to the fourth inputs of the switching unit, the second inputs of the block for generating service messages and the first inputs of the orientation unit, to the second inputs of which the output of the sun sensor is connected, connected to the second input of the control and selection of modulators, which, in turn, it is connected to the block for generating service messages, characterized in that it contains a block for determining the mutual angular velocities of the satellites, connected between the second output of the block for generating service messages, the outputs of the block of bearing signal analyzers and the second and third inputs of the control block and selection of modulators, the register of angular velocities connected between the outputs of the unit for determining the mutual angular velocities of the satellites and the inputs of the control unit and selection of modulators, while the body of the relay satellite is made in the form of a hyperboloid, in the block of optical inter-satellite transmitting antennas, optical antennas are located are laid crown-like along the perimeter of the satellite body.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где:The essence of the invention is illustrated by graphic materials, where:
На фиг. 1 изображено пересечение орбит двух ретрансляторов в изометрической проекции;In FIG. 1 shows the intersection of the orbits of two repeaters in isometric projection;
на фиг. 2 изображено пересечение орбит двух ретрансляторов в проекции Меркатора;in fig. 2 shows the intersection of the orbits of two repeaters in the Mercator projection;
на фиг. 3 приведена развертка сечения луча диаграммы направленности передающей антенны оптического диапазона, применяемой в межспутниковом тракте;in fig. 3 shows a scan of the beam section of the radiation pattern of the transmitting antenna of the optical range used in the inter-satellite path;
на фиг. 4 приведено взаимодействие передающих антенн оптического диапазона спутника-ретранслятора со спутником-соседом. Ввиду сложности исполнения рисунка, корпус спутника-ретранслятора изображен в виде многогранника вместо гиперболоида;in fig. 4 shows the interaction of the transmitting antennas of the optical range of the repeater satellite with the neighboring satellite. Due to the complexity of the drawing, the body of the repeater satellite is depicted as a polyhedron instead of a hyperboloid;
на фиг. 5 приведен схематический вид конструктивного исполнения блока передающих антенн;in fig. 5 shows a schematic view of the design of the block of transmitting antennas;
на фиг. 6 приведен схематический вид конструктивного исполнения корпуса спутника-ретранслятора, в виде гиперболоида, оптимизированного для размещения блоков передающих и приемных антенн;in fig. 6 shows a schematic view of the design of the body of the repeater satellite, in the form of a hyperboloid, optimized for placement of blocks of transmitting and receiving antennas;
на фиг. 7 приведена блок-схема спутникового ретранслятора в целом;in fig. 7 is a block diagram of a satellite transponder as a whole;
на фиг. 8 приведена блок-схема блока управления и селекции модуляторов;in fig. 8 shows a block diagram of the control unit and selection of modulators;
на фиг. 9 приведена блок-схема блока определения взаимных угловых скоростей спутников;in fig. 9 shows a block diagram of the block for determining the mutual angular velocities of the satellites;
на фиг. 10 приведена блок-схема блока формирования управляющего сигнала;in fig. 10 shows a block diagram of the control signal generation unit;
на фиг. 11 приведен схематический вид приемной антенны ретранслятора;in fig. 11 is a schematic view of the transponder receiving antenna;
на фиг. 12 приведены форматы абонентского и служебного сообщения.in fig. 12 shows the formats of the subscriber and service messages.
Обозначения на фигурах:Designations on the figures:
На фиг. 1In FIG. one
1 - первый спутник-ретранслятор (CP1) на орбите;1 - the first relay satellite (CP 1 ) in orbit;
2 - второй спутник-ретранслятор (СР2) на орбите;2 - second relay satellite (SR 2 ) in orbit;
3 - орбита СР1;3 - orbit SR 1 ;
4 - орбита СР2;4 - orbit SR 2 ;
5а - направление связи CP1 - СР2 до полюса пересечения их орбит;5a - the direction of communication CP 1 - CP 2 to the pole of intersection of their orbits;
5б - направление связи CP1 - СР2 после полюса пересечения их орбит;5b - the direction of communication CP 1 - СР 2 after the pole of intersection of their orbits;
6 - ось пересечения орбит CP1 - СР2;6 - axis of intersection of orbits CP 1 - CP 2 ;
- вектор скорости СРь - velocity vector Cp
- вектор скорости СР2. - velocity vector СР 2 .
На фиг. 2In FIG. 2
1 – CP1 на орбите;1 - CP 1 in orbit;
2 - СР2 на орбите;2 - SR 2 in orbit;
3 - орбита СР1;3 - orbit SR 1 ;
4 - орбита СР2;4 - orbit SR 2 ;
5а - направление связи CP1 - СР2 до полюса пересечения их орбит;5a - the direction of communication CP 1 - CP 2 to the pole of intersection of their orbits;
5б - направление связи CP1 - СР2 после полюса пересечения их орбит;5b - the direction of communication CP 1 - СР 2 after the pole of intersection of their orbits;
6 - ось пересечения орбит CP1 - СР2.6 - axis of intersection of orbits CP 1 - СР 2 .
На фиг. 3In FIG. 3
аа - позиция луча, сформированного в первый момент времени цикла сканирования;aa is the position of the beam formed at the first time of the scan cycle;
mn - позиция луча, сформированного в заключительный момент цикла сканирования.mn is the position of the beam formed at the final moment of the scan cycle.
На фиг. 4In FIG. four
7 - антенна блока приемных оптических межспутниковых антенн;7 - antenna block receiving optical inter-satellite antennas;
8 - антенна блока приемных абонентских антенн радиодиапазона;8 - antenna of the block of receiving subscriber antennas of the radio range;
9 - блок передающих оптических межспутниковых антенн;9 - block transmitting optical inter-satellite antennas;
10 - зона сканирования первой передающей оптической межспутниковой антенны;10 - scanning area of the first transmitting optical inter-satellite antenna;
11а - первая зона сканирования второй передающей межспутниковой антенны;11a - the first scanning area of the second transmitting inter-satellite antenna;
11б - вторая зона сканирования второй передающей оптической межспутниковой антенны;11b - second scanning area of the second transmitting optical inter-satellite antenna;
12а - первая зона сканирования третьей передающей оптической межспутниковой антенны;12a - the first scanning area of the third transmitting optical inter-satellite antenna;
12б - вторая зона сканирования третьей передающей межспутниковой антенны спутника;12b - the second scanning zone of the third transmitting intersatellite antenna of the satellite;
13 - солнечный датчик13 - solar sensor
- вектор скорости СР2. - velocity vector СР 2 .
На фиг. 5In FIG. 5
9 - блок передающих оптических межспутниковых антенн.9 - block transmitting optical inter-satellite antennas.
На фиг. 6In FIG. 6
- высота корпуса, выполненного в форме однополостного гиперболоида; - the height of the body, made in the form of a single-sheeted hyperboloid;
r - радиус верхнего раскрыва корпуса;r - radius of the upper opening of the body;
R - радиус нижнего раскрыва корпуса;R is the radius of the lower body opening;
L - длина стрингера корпуса;L - body stringer length;
ϕ - угол наклона стрингера корпуса.ϕ - angle of inclination of the body stringer.
На фиг. 7In FIG. 7
7 - антенна блока приемных оптических межспутниковых антенн;7 - antenna block receiving optical inter-satellite antennas;
8 - антенна блока приемных абонентских антенн радиодиапазона;8 - antenna of the block of receiving subscriber antennas of the radio range;
9 - блок передающих оптических межспутниковых антенн;9 - block transmitting optical inter-satellite antennas;
13 - солнечный датчик;13 - solar sensor;
14 - блок межспутниковых приемников;14 - block of inter-satellite receivers;
15 - блок абонентских приемников;15 - block of subscriber receivers;
16 - коммутационный блок;16 - switching unit;
17 - блок выделения служебных сигналов;17 - block selection of service signals;
18 - навигационный блок;18 - navigation block;
19 - блок формирования служебных сообщений;19 - unit for generating service messages;
20 - формирователь сигналов блокировки;20 - blocking signal generator;
21 - блок выделения сигнала пеленга;21 - block for extracting the bearing signal;
22 - блок анализатора сигнала пеленга;22 - bearing signal analyzer unit;
23- блок определения взаимных угловых скоростей спутников (БОВУС-С);23 - block for determining the mutual angular velocities of the satellites (BOVUS-S);
24 - блок управления и селекции модуляторов;24 - control unit and selection of modulators;
25 - блок модуляторов;25 - block of modulators;
26 - блок межспутниковых передатчиков;26 - block of inter-satellite transmitters;
27 - блок абонентских передатчиков;27 - block of subscriber transmitters;
28 - блок передающих абонентских антенн;28 - block transmitting subscriber antennas;
29 - блок ориентации;29 - block orientation;
40 - регистр угловой скорости.40 - register of angular velocity.
На фиг. 8In FIG. eight
23 - блок определения взаимных угловых скоростей спутников;23 - block for determining the mutual angular velocities of the satellites;
44 - блок формирования управляющего сигнала;44 - control signal generation unit;
30 - блок выделения кода поправки наведения;30 - block allocation of the correction code pointing;
31 - блок формирования кода поправки;31 - correction code generation unit;
32 - регистровый блок.32 - register block.
На фиг. 9In FIG. 9
33 - блок местного тактирования;33 - block of local clocking;
34 - блок задержки;34 - block delay;
35 - регистровый блок;35 - register block;
36 - блок формирования разностного кода;36 - block generating a difference code;
37 -блок расчета знака угловой скорости;37 - block for calculating the sign of the angular velocity;
38 - блок расчета модуля угловой скорости.38 - block for calculating the module of angular velocity.
На фиг. 10In FIG. ten
39 - регистр солнечного датчика;39 - solar sensor register;
40 - регистр угловой скорости;40 - register of angular velocity;
41 - регистр сигнала пеленга;41 - bearing signal register;
42 - регистр кода поправки наведения;42 - code register pointing correction;
43 - формирователь управляющего кода.43 - control code generator.
На фиг. 11In FIG. eleven
7а - 7е фото детекторы приемной оптической межспутниковой антенны;7a - 7f photo detectors of the receiving optical inter-satellite antenna;
На фиг. 12In FIG. 12
а) - сообщение, адресованное абоненту – получателю;a) - a message addressed to the subscriber - the recipient;
б) - служебное сообщение межспутникового тракта;b) - service message of the inter-satellite path;
ГФ - головной флаг;GF - head flag;
ФГ - группы флаг;FG - group flag;
ФС - флаг сегмента;FS - segment flag;
ЗФ - заключительный флаг;ZF - final flag;
XR, YR, NR - географические координаты и персональный номер абонента-получателя;X R , Y R , N R - geographic coordinates and personal number of the recipient subscriber;
Xi, Yi - географические координаты спутника - ретранслятора, отправившего данное служебное сообщение;X i , Y i - geographical coordinates of the satellite - the repeater that sent this service message;
НОГКСР - код порядкового номера спутника - ретранслятора, отправившего данное служебное сообщение;NOGKSR - code of the serial number of the satellite - the repeater that sent this service message;
КОН - концевик служебного сообщения.KOH - service message trailer.
Спутник-ретранслятор работает следующим образом.The repeater satellite works as follows.
Перемещаясь по орбите, спутники-ретрансляторы 1 и 2 (см. фиг. 1) принимают сообщения от наземных абонентов и от соседних ретрансляторов, обрабатывают в бортовом коммутаторе заголовки принятых сообщений и отправляют сообщения, либо в направлении наземных абонентов, либо в направлении соседнего ретранслятора. Число спутников-ретрансляторов не ограничено. Рассматривается пример взаимодействия двух спутников.Moving in orbit,
Орбиты спутников-ретрансляторов 1 и 2 пересекаются в двух районах (см. фиг. 2) - в районе восходящего узла или в районе нисходящего узла. При этом, в районах пересечений, орбиты спутников отстоят друг от друга по высоте, так что спутники не сталкиваются. Ось пересечения орбит проходит через восходящий или нисходящий узел и центр Земли.The orbits of the
При пересечении (см. фиг. 1) орбит 3 и 4 двух спутников-ретрансляторов 1 и 2, направление связи спутника 1 на спутник 2 в районе полюса оси пересечения орбит 6 меняется на противоположное - с 5а на 56. При этом вектора скорости направлены по касательной к траекториям орбит 3 и 4, а угловая скорость направления связи 5а и 56 спутников 1 и 2 изменяется по знаку и по модулю (абсолютному значению) в связи со сближением спутников 1 и 2 в районе полюса 6 с последующим расхождением спутников (см. фиг. 2). Угловая скорость взаимного перемещения двух спутников 2 и 4 перед сменой знака нарастает, а после смены знака - убывает.When crossing (see Fig. 1) orbits 3 and 4 of two
Для межспутниковой связи, то есть для обнаружения, удержания и сопровождения второго спутника 2, передающая антенна блока 9 первого спутника 1 осуществляет сканирование лучом от позиции аа до позиции mn (см. фиг. 4). Каждой позиции соответствует свой кодовый сигнал.For inter-satellite communication, that is, to detect, hold and track the
Чтобы обеспечить непрерывность межспутниковой связи, осуществляется переключение зон сканирования «аа-mn» передающих антенн блока 9 (см. фиг. 4) первого спутника 1 от зоны сканирования 10а одной антенны блока 9 к зоне сканирования другой антенны блока 9. При этом, зона сканирования 10а перекрывается зоной сканирования 11 а и зоной сканирования 12а, а последние две перекрывают друг друга и перекрываются зонами 116 и 126. Возможны и другие варианты передачи связи от одной зоны сканирования к другой. Для второго спутника 2 в таком случае обеспечивается непрерывность связи с первым спутником 1 вне зависимости от значений скорости и знака изменения его угловой скорости относительно первого спутника 1.To ensure the continuity of inter-satellite communication, the scanning areas "aa-mn" of the transmitting antennas of unit 9 (see Fig. 4) of the
Первоначально, после выведения на орбиту, каждый спутник (первый 1 или второй 2) по солнечному датчику 13 (см. фиг. 4) ориентируется на солнце (осуществляется грубое наведение), и продолжает полет на солнечной стороне Земли, все время ориентируясь на солнце. При переходе в тень Земли, каждый спутник продолжает ориентироваться по данным бортовой аппаратуры до своего возвращения на освещенную сторону.Initially, after launching into orbit, each satellite (first 1 or second 2) is oriented towards the sun by the solar sensor 13 (see Fig. 4) (rough guidance is carried out), and continues to fly on the sunny side of the Earth, all the time focusing on the sun. When moving into the shadow of the Earth, each satellite continues to orient itself according to the data of the onboard equipment until it returns to the illuminated side.
На втором спутнике 2 приемная антенна пеленгует принимаемый от первого спутника 1 луч с помощью фотодетекторов 7а - 7е (см. фиг. 11), после чего второй спутник 2 формирует ответный сигнал пеленга по информации с выходов фотодетекторов и отсылает его в направлении первого спутника 1 через одну из антенн блока 9, конструктивно выполненного на каждом спутнике (первом 1 или втором 2) в виде короны (см. фиг. 5). Блок 9 размещается на нижнем и верхнем раскрывах корпуса каждого спутника (см. фиг. 6). Корпус каждого спутника для размещения антенн блока 9 конструктивно выполнен в виде гиперболоида (см. фиг. 6), который обеспечивает минимальную массу, габариты и простейшую технологию изготовления. Основные геометрические характеристики такого корпуса обозначены на фиг. 6 как L, R, r и ϕ.On the
Взаимодействие первого и второго спутников 1 и 2 при пересылке сообщений абонента и при установлении и поддержании связи в межспутниковых трактах осуществляется следующим образом (см. фиг. 7).The interaction of the first and
Выведенный на орбиту, каждый спутник по солнечному датчику 13 (см. фиг. 4) ориентируется блоком ориентации 29 (см. фиг. 7) на солнце (осуществляется грубое наведение), и продолжает полет на солнечной стороне Земли, продолжая ориентироваться на солнце. При переходе в тень, блок ориентации 29 отрабатывает положение спутника по сигналам навигационного блока 18 до его возвращения на освещенную сторону Земли. При этом, зоны сканирования межспутниковых лучей 10а, 11а, 11б, 12а, 12б и другие (см. фиг. 4) первого спутника 1 ориентированы на второй спутник 2.Launched into orbit, each satellite on the solar sensor 13 (see Fig. 4) is oriented by the orientation block 29 (see Fig. 7) to the sun (rough guidance is carried out), and continues to fly on the sunny side of the Earth, continuing to be oriented towards the sun. When moving into the shade, the
Сигнал от абонента на первом спутнике 1 принимается антенной блока 8 (см. фиг. 7) и коммутируется блоком коммутации 16 на передающую абонентскую антенну блока 28 и далее абоненту, или на передающую межспутниковую антенну блока 9, которая сформировала луч 10а, или 11а, или 11б, или 12 а, или 12б или другой, на второй спутник 2 по сигналу блока модуляторов 25.The signal from the subscriber on the
После приема от первого спутника 1 абонентского сообщения межспутниковой антенной блока 7 второго спутника 2, оно поступает на блок межспутниковых приемников 14, затем на коммутационный блок и, далее, либо на блок межспутниковых передатчиков 26, либо на блок абонентских передатчиков 27. После блока 27 сообщение через блок передающих абонентских антенн 28 отправляется в направлении к принимающему абоненту. После блока 26 сообщение, через блок модуляторов 25 и блок 9 отправляется в направлении следующего спутника на пути к абоненту, который на фиг. 1 и фиг. 2 не показан, чтобы не перегружать изображение. Алгоритм взаимодействия второго спутника 2 со следующим спутником, в таком случае, идентичен взаимодействию первого и второго спутников, но при этом второй спутник 2 выполняет функции первого спутника 1, то есть отправляет сообщение следующему спутнику, а следующий спутник принимает это сообщение.After receiving from the first satellite 1 a subscriber message by the
Работа коммутационного блока 16 при изменении взаимного положения первого спутника 1, абонентов и второго спутника 2 корректируется сигналами навигационного блока 18, и формирователем сигналов блокировки 20. Через коммутационный блок в направлении второго спутника 2 отправляются сформированные в блоке формирования служебных сообщений 19 соответствующие служебные сообщения о пеленге второго спутника 2 и собственной работоспособности спутника 1.The operation of the switching unit 16 when the relative position of the
Установление и поддержание непрерывности связи в межспутниковых трактах осуществляется следующим образом (см. фиг. 7). В первом спутнике 1 производятся измерения относительной угловой скорости второго спутника 2 путем определения модуля и знака доплеровского сдвига частоты сигнала, принимаемого от спутника 2 и анализируется служебное сообщение (ответ) второго спутника 2 о том, каким фото детектором 7а - 7е (см. фиг. 11) второй спутник 2 принял сигнал от первого спутника 1. Модуль и знак доплеровского сдвига сигнала от спутника 2 определяются на спутнике 1 в блоке определения взаимных угловых скоростей спутников 23. Данные о принимающем фотодетекторе спутника 2 на спутнике 1 определяются в блоке анализаторов сигнала пеленга 22. На основе данной информации в первом спутнике 1 блоком управления и селекции модуляторов 24 и блоком модуляторов 25 выбирается требуемая антенна из блока 9 и задается положение ее луча для связи со вторым спутником 2. То есть, выбор антенны из блока 9, осуществляется в соответствии со значениями модуля и знака доплеровского сдвига частоты сигнала, и в соответствии с данными о принимающем фотодетекторе от спутника 2.The establishment and maintenance of communication continuity in inter-satellite paths is carried out as follows (see Fig. 7). In the
Служебное сообщение от второго спутника 2 через блоки 7 и 14 первого спутника 1 поступает на блок выделения служебных сигналов 17, далее, через блок выделения сигнала пеленга 21 и блок анализаторов сигнала пеленга 22 поступает на блок определения взаимных угловых скоростей спутников 23 и на блок управления и селекции модуляторов 24. По полученным сигналам от солнечного датчика и блоков 22 и 23, блок управления и селекции модуляторов 24 формирует код управления блоком модуляторов 25, а блок 25 осуществляет выбор нужной передающей антенны блока 9 и задает положение ее луча.The service message from the
Формирование служебных сообщений в спутниках 1 и 2 осуществляется в блоке формирования служебных сообщений 19 по сигналам от навигационного блока 18 и блока управления и селекции модуляторов 24. Сформированное служебное сообщение через коммутационный блок 16, блок межспутниковых передатчиков 26, блок модуляторов 25 поступает антенну блока 9 и отправляется в направлении второго спутника 2.The formation of service messages in
Блок управления и селекции модуляторов 24 (см. фиг. 8) работает следующим образом. Блок выделения кода поправки наведения 30 выделяет соответствующий код из сигнала, поступающего от блока выделения служебных сигналов 17, после чего выделенный код поступает на первый вход блока формирования управляющего сигнала 44. От блока определения взаимных угловых скоростей спутников 23 через регистр угловых скоростей 40, и от блока анализаторов сигнала пеленга 22, на соответствующие входы блока формирования управляющего сигнала 44 поступают коды знака и модуля угловой скорости, а также коды сигнала пеленга. В результате, блок 44 формирует код управления для блока модуляторов 25. Данный код управления поступает на блок формирования кода поправки 31, откуда код поправки поступает в регистровый блок 32 для записи в соответствующее поле служебного сообщения. В блоке 32 по тактовым сигналам от блока формирования служебных сообщений 19 (см. фиг. 7) производится запись кода служебного сигнала от блока 17 и блока 31 в соответствующие регистры, после чего, также, по тактовым сигналам блока 19, сформированная последовательность из блока 32 переписывается в блок 19 для формирования служебного сообщения.The control unit and selection of modulators 24 (see Fig. 8) operates as follows. The guidance correction code extraction unit 30 extracts the corresponding code from the signal coming from the service
Блок определения взаимных угловых скоростей спутников 23 (см. фиг. 9) работает следующим образом. Блок 23 в первом спутнике 1 вычисляет угловую скорость перемещения относительно второго спутника 2, которая перед пересечением их орбит по модулю нарастает, а после - убывает. Блок 23 вычисляет также знак направления связи на соседний спутник 2, который изменяется после прохождения спутниками оси пересечения их орбит 6. С этой целью, код от блока анализаторов сигнала пеленга 22 поступает на вход блока задержки 34 и с задержкой на заданное число тактов переписывается в регистровый блок 35. Тактирование осуществляется по сигналам от блока формирования служебных сообщений 19, которые распределяются по составным частям блока 34 блоком местного тактирования 33. Значения кода блока 22 и кода от блока 35 обрабатываются блоком формирования разностного кода 36, после чего результаты обработки поступают в блок расчета знака угловой скорости 37 и в блок расчета модуля угловой скорости 38. Сформированные ими коды знака и модуля угловой скорости с выходов блока 34 поступают на соответствующие входы блока формирования управляющего сигнала 44.The unit for determining the mutual angular velocities of the satellites 23 (see Fig. 9) operates as follows.
Блок формирования управляющего сигнала 44 (см. фиг. 10) работает следующим образом. Коды знака и модуля угловой скорости поступают от регистра угловой скорости (УС) 40 на вход формирователя управляющего кода 43. Сигнал от солнечного датчика 8 через регистр солнечного датчика (регистр СД) 39, сигнал пеленга от блока анализаторов сигнала пеленга 22 через регистр сигнала пеленга (регистр СП) 41 и код поправки наведения от блока выделения кода поправки наведения 30 через регистр кода поправки наведения (регистр КПН) 42, также поступают на соответствующие входы формирователя управляющего кода 43. Коды регистров 39, 40, 41 и 42 в формирователе управляющего кода 43 преобразуются в управляющий код, который с выхода формирователя 43 отправляется далее на входы блока модуляторов 25 и блока формирования кода поправки 31.The control signal generation unit 44 (see Fig. 10) operates as follows. The codes of the sign and module of the angular velocity come from the angular velocity register (RS) 40 to the input of the
Антенна блока межспутниковых антенн 7 (см. фиг. 7) работает следующим образом. Сигнал луча от передающей антенны 9 принимается одним из фотоэлементов 7а - 7е (см. фиг. 11). Фотоэлемент выдает сигнал пропорционально попадающей на него энергии луча. С выхода, соответствующего фотоэлементу, сигнал поступает далее в блок межспутниковых приемников 14 (см. фиг. 7) и, через блоки 17 (где сигналы фотоэлементов антенны блока 7 преобразуются в цифровой код), 21 (где формируется код пеленга) и 24 (где в дополнение к коду пеленга указывается номер приемной антенны блока 7) поступает в блок 19, где в служебное сообщение записывается код пеленга, соответствующий фотоэлементу с наилучшим приемом сигнала.Antenna block intersatellite antennas 7 (see Fig. 7) operates as follows. The beam signal from the transmitting
Сообщение, адресованное получателю (см. фиг. 12а) обрабатывается следующим образом. Головной флаг ФГ обозначает для блоков выделения служебных сигналов 17 и коммутатора 16 начало пакета сообщения, Флаг группы для служебного и абонентского сообщения различаются, и блок 17 абонентское сообщение далее не обрабатывает. Далее в коммутационном блоке 16 абонентское сообщение проходит с абонентского входа, через ряд коммутационных элементов, в каждом из которых головной бит определяет выход, куда будет отправлено сообщение. При этом головной бит последовательности не регенерируется. Таким образом, на соответствующем выходе коммутационного блока сообщение появляется только с ЗФ и номером получателя сообщения NR. Это сообщение транслируется первым спутником 1 или вторым спутником 2 в подспутниковую зону, где абонент распознает ЗФ и свой номер и принимает сообщение. Если требуется переадресовать сообщение по сети через несколько спутников (более 2-х), то в заголовке сообщения будет несколько групп кодов - от «ФГ» до «ФС перед ЗФ». Число таких групп соответствует числу ретрансляций на пути к получателю. То есть получатель получит только ЗФ, NR и сообщение с КОН.The message addressed to the recipient (see Fig. 12a) is processed as follows. The head flag FG designates for blocks of allocation of service signals 17 and the switch 16 the beginning of the packet of the message, the flag of the group for the service and subscriber messages are different, and the
Служебное сообщение (см. фиг. 12б) включает одну группу от ГФ до ФС после Yi, так как предназначено не для переретрансляции, а только для соседнего спутника. В сообщении содержится информация о текущей подспутниковой зоне Земли, над которой находится спутник 1, информация о работоспособности спутника 1 и код поправки наведения луча для спутника 2. Служебное сообщение в спутнике 2 не проходит на абонентский вход коммутатора 16, но проходит через блок 17, после чего обеспечивает в нем коррекцию работы коммутатора 16 и блока модуляторов 25. В свою очередь, в спутнике 2 формируется аналогичное сообщение для спутника 1, для коррекции блоков 16 и 25 последнего.The service message (see Fig. 12b) includes one group from the GF to the FS after Y i , since it is not intended for retransmission, but only for a neighboring satellite. The message contains information about the current sub-satellite zone of the Earth, over which
ЛитератураLiterature
1. Сайт https://www.oneweb.world/.1. Site https://www.oneweb.world/.
2. Сайт https://www.starlink.com/.2. Website https://www.starlink.com/.
3. Патент РФ №2097926, МПК: Η04В 7/185, приоритет от 19.04.94.3. RF patent No. 2097926, IPC:
4. Патент РФ №2673060, МПК: Η04В 7/185, приоритет от 20.11.17.4. RF patent No. 2673060, IPC:
5. Патент РФ №2376212, МПК: B64G 1/00, 1/22, приоритет от 19.05.2008.5. RF patent No. 2376212, IPC:
6. Патент РФ №2622304, МПК: B64G 1/10, приоритет от 17.11.2015.6. RF patent No. 2622304, IPC:
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021105819A RU2021105819A (en) | 2022-09-09 |
RU2783202C2 true RU2783202C2 (en) | 2022-11-09 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6184838B1 (en) * | 1998-11-20 | 2001-02-06 | Hughes Electronics Corporation | Antenna configuration for low and medium earth orbit satellites |
EP2485328A1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-08 | Thales Alenia Space Italia S.p.A. Con Unico Socio | Antenna system for low-earth-orbit satellites |
RU2673060C1 (en) * | 2017-11-20 | 2018-11-22 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Satellite transmitter |
US20190181947A1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-06-13 | Star Mesh LLC | Data transmission systems and methods using satellite-to-satellite radio links |
RU2706835C1 (en) * | 2019-03-19 | 2019-11-21 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | On-board information and navigation system |
WO2020100715A1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-22 | Hapsモバイル株式会社 | Antenna configuration and beam forming control of service link in haps |
CN112198646A (en) * | 2020-11-02 | 2021-01-08 | 重庆两江卫星移动通信有限公司 | Satellite-borne transmit-receive integrated Cassegrain optical antenna system and application thereof |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6184838B1 (en) * | 1998-11-20 | 2001-02-06 | Hughes Electronics Corporation | Antenna configuration for low and medium earth orbit satellites |
EP2485328A1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-08 | Thales Alenia Space Italia S.p.A. Con Unico Socio | Antenna system for low-earth-orbit satellites |
RU2673060C1 (en) * | 2017-11-20 | 2018-11-22 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Satellite transmitter |
US20190181947A1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-06-13 | Star Mesh LLC | Data transmission systems and methods using satellite-to-satellite radio links |
WO2020100715A1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-22 | Hapsモバイル株式会社 | Antenna configuration and beam forming control of service link in haps |
RU2706835C1 (en) * | 2019-03-19 | 2019-11-21 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | On-board information and navigation system |
CN112198646A (en) * | 2020-11-02 | 2021-01-08 | 重庆两江卫星移动通信有限公司 | Satellite-borne transmit-receive integrated Cassegrain optical antenna system and application thereof |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
R.W. Kreutel et al: "Antenna technology for frequency reuse satellite communications", Proceedings of the IEEE, Vol.65, Issue 3, 03.1977, DOI: 10.1109/PROC.1977.10489. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6002360A (en) | Microsatellite array and related method | |
TW312064B (en) | ||
US20100279604A1 (en) | Intersatellite Links | |
RU98100255A (en) | DISTANCE SIGNAL TRANSMITTING CONTROL SYSTEM THROUGH SATELLITE TRANSMITTERS | |
Arikawa et al. | ALOS-2 launch and early orbit operation result | |
US10998962B2 (en) | Radio system using satellites | |
CN110632620B (en) | Satellite-borne forwarding type deception jamming system capable of simultaneously supporting GPS civil code and military code | |
CN107294593A (en) | Deep space downlink multi-hop transmission method and system based on GEO backbone's relayings | |
RU2783202C2 (en) | Repeater satellite | |
Edwards et al. | An overview of NASA’s latest efforts in optical communications | |
KR20100088632A (en) | Apparatus and methods for satellite communication | |
Raible et al. | On the physical realizability of hybrid RF and optical communications platforms for deep space applications | |
US7409160B2 (en) | Global gateway architecture for interconnecting regional satellites into a communication network | |
Edwards et al. | A geosynchronous orbit optical communications relay architecture | |
GB1145194A (en) | A directional radio link | |
Dondl | LOOPUS opens a new dimension in satellite communications | |
RU2005125001A (en) | REGIONAL SYSTEM OF MOBILE SATELLITE COMMUNICATION AND SERVICE OF TRANSPORT CORRIDORS | |
Edelson | Global satellite communications | |
RU2673060C1 (en) | Satellite transmitter | |
RU2793898C1 (en) | Relay satellite | |
WO2020201752A1 (en) | Hybrid communication | |
Bhasin et al. | Evolutionary space communications architectures for human/robotic exploration and science missions | |
EP0836290A2 (en) | Satellite communication method using satellites on substantially circular orbit, inclined to the equatorial plane with period matching the earth period | |
RU2801009C2 (en) | Integrated the earth observation satellite system | |
Dhawan et al. | INSAT-I--A Multipurpose Domestic Satellite System for India |