RU2797443C1 - Method for constructing an optimal satellite communication system for pointing an aircraft at a moving surface object - Google Patents

Method for constructing an optimal satellite communication system for pointing an aircraft at a moving surface object Download PDF

Info

Publication number
RU2797443C1
RU2797443C1 RU2022130891A RU2022130891A RU2797443C1 RU 2797443 C1 RU2797443 C1 RU 2797443C1 RU 2022130891 A RU2022130891 A RU 2022130891A RU 2022130891 A RU2022130891 A RU 2022130891A RU 2797443 C1 RU2797443 C1 RU 2797443C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
surface object
parameters
spacecraft
orbits
Prior art date
Application number
RU2022130891A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Алтухов
Юрий Владимирович Зеленевский
Павел Юрьевич Белов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ
Application granted granted Critical
Publication of RU2797443C1 publication Critical patent/RU2797443C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio communications.
SUBSTANCE: this technical solution is primarily intended to build an optimal satellite communication system for guiding an aircraft to a mobile surface object in the conditions where the initial location, direction and speed of movement are random. The invention suggests optimizing the orbital structure of a group of spacecraft by dividing the zone of the possible position of a mobile surface object into sectors and determining, taking into account the characteristics of the aircraft, the surface object and the transmitted control signals, the optimal parameters of the orbits using one of the statistical test methods by simulation modelling.
EFFECT: maximizing the possibility of bringing information to the aircraft when pointing it at a moving surface object by determining the optimal parameters of the grouping orbits of communication spacecraft, taking into account the signal-code design used and the parameters of the transmitted messages.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи с применением спутников-ретрансляторов.The invention relates to the field of radio communications using relay satellites.

Данное техническое решение в первую очередь предназначено для построения оптимальной системы спутниковой связи в интересах наведения летательного аппарата на подвижный объект (в частности надводный) в условиях, когда начальное местоположение, направление и скорость движения носят случайный характер.This technical solution is primarily intended to build an optimal satellite communication system in the interests of guiding an aircraft to a mobile object (in particular, surface) in conditions where the initial location, direction and speed of movement are random.

Современный уровень развития ракетно-космической техники предполагает нахождение на орбите космических аппаратов, в том числе спутников связи, обладающих возможностью изменения орбиты в зависимости от возникающих задач. Орбиту можно модифицировать сообщением спутнику связи дополнительного импульса. Например, скорость спутника связи можно изменить кратковременным включением маневрового ракетного двигателя, предварительно сориентировав спутник так, чтобы получить заданный результат.The current level of development of rocket and space technology involves the presence of spacecraft in orbit, including communication satellites, which have the ability to change the orbit depending on the tasks that arise. The orbit can be modified by sending an additional pulse to the communication satellite. For example, the speed of a communications satellite can be changed by briefly switching on a maneuvering rocket engine, having previously oriented the satellite in such a way as to obtain a given result.

В таких условиях объективно существует задача оптимального распределения спутников связи в пространстве для достижения максимального эффекта в рамках решаемой задачи.In such conditions, objectively there is a problem of optimal distribution of communication satellites in space to achieve the maximum effect within the framework of the problem being solved.

Если рассматривать практику выведения на орбиту современных спутников связи, которая предполагает одновременное выведение в рамках, например, кластерного запуска порядка 100 спутников и более, то задача оптимизации их взаимного расположения под конкретную решаемую задачу возникает естественным образом.If we consider the practice of launching modern communication satellites into orbit, which involves the simultaneous launch of, for example, a cluster launch of about 100 satellites or more, then the task of optimizing their relative position for a specific problem being solved arises naturally.

В предлагаемом изобретении под изменением параметров орбит понимается как маневрирование спутников уже существующей группировки, так и формирование новой группировки с учетом оптимальных параметров.In the proposed invention, changing the parameters of the orbits is understood as the maneuvering of satellites of an existing constellation, and the formation of a new constellation, taking into account the optimal parameters.

Одной из задач, которые приходится решать с использованием спутниковой связи, является управление летательными аппаратами, к которым в контексте предлагаемого изобретения относятся беспилотные летательные аппараты и управляемые ракеты.One of the tasks that have to be solved using satellite communications is the control of aircraft, which in the context of the present invention include unmanned aerial vehicles and guided missiles.

Задача управления усложняется, когда из-за технических особенностей спутников и летательных аппаратов отсутствует возможность обеспечения непрерывной связи. Подобного рода сложности могут быть обусловлены энергетическими, функциональными и аппаратными возможностями спутников и летательных аппаратов, рельефом местности, наличием плазменного следа при движении на больших скоростях, погодными явлениями и другими факторами. Сам процесс передачи управляющих сообщений является достаточно сложным и многофакторным.The task of control becomes more complicated when, due to the technical features of satellites and aircraft, it is not possible to ensure continuous communication. Such difficulties may be due to the energy, functional and hardware capabilities of satellites and aircraft, terrain, the presence of a plasma trail when moving at high speeds, weather phenomena and other factors. The process of transmission of control messages is quite complex and multifactorial.

Еще большую сложность задача управления летательным аппаратом, приобретает, когда место назначения известно не точно. То есть, объект на который осуществляется наведение может иметь случайные координаты. Таким объектом может быть айсберг, в направлении которого должен быть совершен управляемый полет беспилотного летательного аппарата или ракеты для уничтожения заданной цели. Другой пример - это дрейфующая лаборатория или корабль на которые посредством беспилотного летательного аппарата должно быть доставлено оборудование или снабжение.The task of controlling an aircraft becomes even more difficult when the destination is not known exactly. That is, the object on which guidance is carried out can have random coordinates. Such an object can be an iceberg, in the direction of which a controlled flight of an unmanned aerial vehicle or a missile must be made to destroy a given target. Another example is a drifting laboratory or ship to which equipment or supplies must be delivered by means of an unmanned aerial vehicle.

В контексте предлагаемого способа подвижный надводный объект обладает случайными координатами и случайным изменением направления движения. При этом должна быть обеспечена возможность наведения на него летательного аппарата с использованием группировки спутниковой системы связи.In the context of the proposed method, a moving surface object has random coordinates and a random change in direction of movement. At the same time, it should be possible to point an aircraft at it using a constellation of a satellite communication system.

Основная идея способа заключается в том, что производят оптимизацию орбитального построения группировки космических аппаратов посредством разбиения зоны возможного положения подвижного надводного объекта на секторы и определяют с учетом характеристик летательного аппарата, надводного объекта и передаваемых сигналов управления, оптимальные параметры орбит с использованием одного из методов статистических испытаний (полного перебора, Монте-Карло) в рамках имитационного моделирования.The main idea of the method lies in the fact that the orbital construction of the spacecraft constellation is optimized by dividing the zone of the possible position of the mobile surface object into sectors and determining, taking into account the characteristics of the aircraft, the surface object and the transmitted control signals, the optimal parameters of the orbits using one of the statistical test methods (brute force, Monte Carlo) in the framework of simulation modeling.

Известно изобретение «Оптимизация системы с использованием формирования диаграммы направленности антенны» (патент RU № 2265956, 2003).Known invention "Optimization of the system using the formation of the antenna pattern" (patent RU No. 2265956, 2003).

Сущность данного изобретения заключается в следующем.The essence of this invention is as follows.

Способ повышения пропускной способности системы в спутниковой системе связи (как составная часть изобретения-аналога), содержащей множество спутников связи, в которой спутник содержит антенную решетку и формирователь диаграммы направленности антенны для создания множества лучей, заключающийся в том, что: определяют местоположение упомянутого спутника с использованием широты, представляющей собой угловое расстояние, измеренное в градусах относительно экватора; формируют множество лучей на основании упомянутого местоположения; идентифицируют первый луч в упомянутом множестве лучей; определяют, требуется ли изменение первого луча по направлению, на основании местоположения упомянутого спутника; определяют, требуется ли изменение размера сотовой ячейки для упомянутого первого луча, и изменяют диаметр сотовой ячейки для осуществления упомянутого изменения размера сотовой ячейки, отличающийся тем, что: дополнительно определяют, требуется ли изменение угла наведения луча для упомянутого первого луча; изменяют расстояние между центрами сотовых ячеек для осуществления упомянутого изменения угла наведения луча; дополнительно определяют, требуется ли изменение размера сотовой ячейки для упомянутого первого луча, и изменяют малую ось сотовой ячейки для осуществления упомянутого изменения размера сотовой ячейки; дополнительно определяют, требуется ли изменение угла наведения луча для упомянутого первого луча, и изменяют расстояние между фокальными точками сотовых ячеек для осуществления упомянутого изменения угла наведения луча; дополнительно идентифицируют второй луч в упомянутом множестве лучей и определяют, требуется ли изменение второго луча на основании местоположения упомянутого спутника; дополнительно идентифицируют второй луч в упомянутом множестве лучей, идентифицируют местоположение второй сотовой ячейки, связанной со вторым лучом, и определяют, требуется ли изменение второго луча на основании местоположения спутника и местоположения второй сотовой ячейки; дополнительно идентифицируют местоположение первой сотовой ячейки, связанной с упомянутым первым лучом, и определяют, требуется ли изменение первого луча на основании местоположения спутника и местоположения первой сотовой ячейки; дополнительно идентифицируют местоположение первой сотовой ячейки, связанной с упомянутым первым лучом, и определяют, требуется ли изменение первого луча на основании местоположения спутника и времени суток в данном местоположении спутника; дополнительно идентифицируют первую группу лучей в упомянутом множестве лучей и определяют, требуется ли изменение первой группы лучей на основании местоположения упомянутого спутника; дополнительно идентифицируют первую группу лучей в упомянутом множестве лучей, идентифицируют местоположение первой группы сотовых ячеек, связанных с первой группой лучей, и определяют, требуется ли изменение первой группы лучей на основании местоположения спутника и местоположения первой группы сотовых ячеек; дополнительно идентифицируют вторую группу лучей в упомянутом множестве лучей, идентифицируют местоположение второй группы сотовых ячеек, связанных с упомянутой второй группой лучей, и определяют, требуется ли изменение второй группы лучей на основании местоположения спутника и местоположения второй группы сотовых ячеек; первую группу лучей и вторую группу лучей идентифицируют, используя таблицу, хранимую на спутнике, причем указанная таблица обеспечивает информацию, по меньшей мере, о размерах сотовых ячеек и углах наведения луча; первую группу лучей и вторую группу лучей идентифицируют, используя кольцеобразные группы сотовых ячеек; первую группу лучей и вторую группу лучей идентифицируют, используя ряды сотовых ячеек; дополнительно определяют, требуются ли изменения размеров сотовых ячеек для упомянутой первой группы сотовых ячеек, изменяют диаметры сотовых ячеек для осуществления упомянутых изменений размеров сотовых ячеек, определяют, требуются ли изменения углов наведения луча для упомянутой первой группы лучей, и изменяют расстояния между центрами сотовых ячеек для осуществления упомянутых изменений углов наведения луча; дополнительно определяют, требуются ли изменения размеров сотовых ячеек для упомянутой первой группы сотовых ячеек, изменяют малые оси сотовых ячеек для осуществления упомянутых изменений размеров сотовых ячеек, определяют, требуются ли изменения углов наведения луча для упомянутой первой группы лучей, и изменяют расстояния между фокальными точками сотовых ячеек для осуществления упомянутых изменений углов наведения луча; дополнительно идентифицируют вторую группу лучей в упомянутом множестве лучей, идентифицируют местоположение второй группы сотовых ячеек, связанных со второй группой лучей, и определяют, требуются ли изменения второй группы лучей на основании местоположения спутника и рабочего состояния первой группы лучей.A method for increasing system throughput in a satellite communication system (as an integral part of an analogue invention) containing a plurality of communication satellites, in which the satellite contains an antenna array and an antenna beamformer for creating a plurality of beams, which consists in the following: determining the location of the said satellite with using latitude, which is an angular distance measured in degrees from the equator; generating a plurality of beams based on said location; identifying a first beam in said plurality of beams; determining whether a direction change of the first beam is required based on the location of said satellite; determining whether a change in the cell size is required for said first beam, and changing the diameter of the cell to effect said change in the cell size, characterized in that: further determining whether a change in the beam pointing angle is required for said first beam; changing the distance between the centers of the honeycomb cells to carry out said change in the angle of pointing the beam; further determining whether a change in cell size is required for said first beam, and changing the minor axis of the cell to effect said change in cell size; further determining whether a beam pointing angle change is required for said first beam, and changing the distance between the focal points of the cells to effect said beam pointing angle change; further identifying a second beam in said plurality of beams, and determining whether a change in the second beam is required based on the location of said satellite; further identifying a second beam in said plurality of beams, identifying a location of a second cell associated with the second beam, and determining whether a second beam needs to be changed based on the satellite location and the location of the second cell; further identifying a location of a first cell associated with said first beam, and determining if a change in the first beam is required based on the location of the satellite and the location of the first cell; further identifying a location of a first cell associated with said first beam, and determining if a change in the first beam is required based on the satellite location and the time of day at that satellite location; further identifying a first beam group in said plurality of beams and determining whether a change in the first beam group is required based on the location of said satellite; further identifying a first beam group in said beam set, identifying a location of a first group of cells associated with the first beam group, and determining whether a change in the first beam group is required based on the location of the satellite and the location of the first group of cells; further identifying a second group of beams in said plurality of beams, identifying a location of a second group of cells associated with said second group of beams, and determining whether a second beam group needs to be changed based on the location of the satellite and the location of the second group of cells; the first beam group and the second beam group are identified using a table stored on the satellite, said table providing information on at least cell sizes and beam pointing angles; the first beam group and the second beam group are identified using annular cell groups; the first beam group and the second beam group are identified using rows of cells; further determining whether cell size changes are required for said first group of cells, changing cell diameters to effect said cell size changes, determining whether changes in beam pointing angles are required for said first group of beams, and changing distances between cell centers for making said beam pointing angle changes; further determining whether changes in cell sizes are required for said first group of cells, changing the minor axes of the cells to effect said changes in cell sizes, determining whether changes in beam pointing angles are required for said first group of beams, and changing the distances between the focal points of the cells cells for carrying out said changes in beam pointing angles; further identifying a second group of beams in said plurality of beams, identifying a location of a second group of cells associated with the second group of beams, and determining whether changes to the second beam group are required based on the location of the satellite and the operating state of the first beam group.

Способ-аналог имеет следующие недостатки.The analogue method has the following disadvantages.

1. Не обеспечивают оптимизацию группировки космических аппаратов.1. Do not provide optimization of spacecraft constellation.

2. Не максимизируют возможность доведения информации до летательного аппарата, движущегося к подвижной надводной цели.2. They do not maximize the possibility of bringing information to an aircraft moving towards a moving surface target.

3. Не используют имитационное моделирование для оценки эффективности всех возможных вариантов построения системы спутниковой связи в пределах допустимых значений варьируемых параметров.3. Simulation modeling is not used to evaluate the effectiveness of all possible options for constructing a satellite communication system within the allowable values of variable parameters.

Способ-аналог не позволяет определить оптимальные параметры орбит для имеющегося набора спутников связи при решении задачи наведения летательного аппарата на подвижный надводный объект с задействованием этой группировки для доведения сигналов управления.The analogue method does not allow to determine the optimal orbit parameters for the existing set of communication satellites when solving the problem of guiding an aircraft to a mobile surface object using this grouping to bring control signals.

Известен «Способ управления многолучевым покрытием зоны обслуживания в спутниковой системе с использованием спутников-ретрансляторов на высокоэллиптической орбите» (патент RU № 2522715, 2014).Known "Method for managing multipath coverage of the service area in a satellite system using satellite relays in a highly elliptical orbit" (patent RU No. 2522715, 2014).

Сущность данного изобретения заключается в следующем.The essence of this invention is as follows.

Способ управления многолучевым покрытием зоны обслуживания в спутниковой системе с использованием спутников-ретрансляторов на высокоэллиптической орбите, оснащенных многолучевой антенной для связи с земными станциями в течение периода нахождения спутника-ретранслятора над зоной обслуживания указанных станций, при котором на спутнике-ретрансляторе формируют многолучевое покрытие зоны обслуживания, в процессе движения спутника-ретранслятора по орбите ведут запись данных по точкам прицеливания лучей многолучевой антенны и их зонам, а также хранят данные о зоне обслуживания, отличающийся тем, что устанавливают угловой размер зоны покрытия многолучевой антенны не менее углового размера зоны обслуживания в самой широкой ее части, видимой в момент нахождения спутника-ретранслятора в начале или конце рабочего участка высокоэллиптической орбиты, поддерживают в процессе движения спутника-ретранслятора по рабочему участку высокоэллиптической орбиты направление оси центрального луча многолучевой антенны на центр зоны обслуживания, определяют в начале рабочего участка высокоэллиптической орбиты на основании хранящихся на борту спутника-ретранслятора данных по антенным лучам и зоне обслуживания активные лучи, зоны которых перекрываются с зоной обслуживания, и пассивные лучи, зоны которых не перекрываются с зоной обслуживания, подключают активные лучи к бортовой приемопередающей аппаратуре, осуществляют периодически контроль совпадения зон лучей с зоной обслуживания, по результатам указанного контроля отключают от бортовой приемопередающей аппаратуры те активные лучи, зоны которых не перекрываются с зоной обслуживания, и подключают к бортовой приемопередающей аппаратуре те пассивные лучи, зоны которых перекрываются с зоной обслуживания.A method for managing multipath coverage of a service area in a satellite system using relay satellites in a highly elliptical orbit equipped with a multibeam antenna for communication with earth stations during the period the relay satellite is above the service area of the indicated stations, in which a multipath coverage of the service area is formed on the relay satellite , during the movement of the relay satellite in orbit, they record data on the aiming points of the beams of the multibeam antenna and their zones, and also store data on the service area, characterized in that the angular size of the coverage area of the multibeam antenna is set not less than the angular size of the service area in the widest its part, visible at the time the satellite-relay is at the beginning or end of the working section of the highly elliptical orbit, during the movement of the satellite-relay along the working section of the highly elliptical orbit, the direction of the axis of the central beam of the multibeam antenna to the center of the service area is determined at the beginning of the working section of the highly elliptical orbit on Based on the data on the antenna beams and the service area stored on board the relay satellite, the active beams, the zones of which overlap with the service area, and the passive beams, the zones of which do not overlap with the service area, connect the active beams to the onboard transceiver equipment, periodically monitor the coincidence of the beam zones with a service area, according to the results of the specified control, those active beams are disconnected from the onboard transceiver equipment, the zones of which do not overlap with the service area, and those passive beams, the zones of which overlap with the service area, are connected to the onboard transceiver equipment.

Способ-аналог имеет следующие недостатки.The analogue method has the following disadvantages.

1. Обеспечивают максимизацию зоны покрытия только за счет управления лучами спутников.1. Maximizes coverage area with satellite beam steering alone.

2. Не максимизируют качество связи для всего маршрута движения абонента.2. They do not maximize the quality of communication for the entire route of the subscriber.

3. Не обеспечивают оптимизацию группировки космических аппаратов.3. They do not provide optimization of the spacecraft constellation.

4. Не максимизируют возможность доведения информации до летательного аппарата, движущегося к подвижной надводной цели.4. Do not maximize the possibility of bringing information to an aircraft moving towards a moving surface target.

5. Не используют имитационное моделирование для оценки эффективности всех возможных вариантов построения системы спутниковой связи в пределах допустимых значений варьируемых параметров.5. Simulation modeling is not used to evaluate the effectiveness of all possible options for constructing a satellite communication system within the allowable values of variable parameters.

Аналог не позволяет определить параметры спутниковой системы связи, которые будут оптимальными для сеанса связи с летательным аппаратом, движущимся к подвижной надводной цели, расположение и скорость движения которой точно не известны.The analogue does not allow to determine the parameters of the satellite communication system, which will be optimal for a communication session with an aircraft moving towards a moving surface target, the location and speed of which are not exactly known.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и выбранным в качестве прототипа является «Способ построения космической системы ретрансляции и связи» (патент RU №2 755019, 2021).The closest in technical essence to the claimed method and selected as a prototype is the "Method for constructing a space relay and communication system" (patent RU No. 2 755019, 2021).

Сущность данного изобретения заключается в следующем.The essence of this invention is as follows.

Способ построения космической системы ретрансляции и связи, в котором информационный обмен между низкоэнергетическими земными и космическими абонентами и центральными земными станциями осуществляют через спутники-ретрансляторы на высокоэллиптических орбитах, содержащие многолучевые антенны, отличающийся тем, что в состав орбитальной группировки указанной космической системы ретрансляции и связи вводят, как минимум, два спутника-ретранслятора на геостационарной орбите, угловое разнесение между которыми устанавливают близким к 180°, каждый спутник-ретранслятор на геостационарной орбите оснащают перенацеливаемыми антеннами радиочастотного или оптического диапазона, при помощи которых осуществляют информационный обмен с высокоэнергетическими космическими абонентами, спутники-ретрансляторы на высокоэллиптической и геостационарной орбите оснащают перенацеливаемыми антеннами для связи между спутниками-ретрансляторами на высокоэллиптической и геостационарной орбитах, при помощи которых осуществляют информационный обмен между низкоэнергетическими космическими и земными абонентами и центральными земными станциями в период нахождения спутников-ретрансляторов на высокоэллиптической орбите вне зоны видимости центральных земных станций, на всех спутниках-ретрансляторах осуществляют текущий контроль пространственного положения линий связи между спутниками-ретрансляторами на высокоэллиптической и геостационарной орбитах, выбирают указанную линию связи с наименьшей протяженностью и исключают информационный обмен по ней в период ее затмения Землей или прилегающим атмосферным слоем.A method for constructing a space relay and communication system, in which information exchange between low-energy terrestrial and space subscribers and central earth stations is carried out through relay satellites in highly elliptical orbits containing multibeam antennas, characterized in that , at least two relay satellites in geostationary orbit, the angular separation between which is set close to 180 °, each relay satellite in geostationary orbit is equipped with steerable antennas of the radio frequency or optical range, with the help of which information is exchanged with high-energy space subscribers, satellites - repeaters in highly elliptical and geostationary orbit are equipped with retargetable antennas for communication between relay satellites in highly elliptical and geostationary orbits, with the help of which information exchange is carried out between low-energy space and terrestrial subscribers and central earth stations during the period when relay satellites are in highly elliptical orbit outside the visibility zone of central earth stations, on all relay satellites carry out current control of the spatial position of communication lines between relay satellites in highly elliptical and geostationary orbits, select the specified communication line with the shortest length and exclude information exchange over it during its eclipse by the Earth or the adjacent atmospheric layer.

Способ-прототип имеет следующие недостатки.The prototype method has the following disadvantages.

1. Адаптируют систему спутниковой связи под текущие условия за счет управления параметрами излучения, а не параметрами орбит.1. Adapt the satellite communication system to the current conditions by controlling the parameters of the radiation, and not the parameters of the orbits.

2. Не максимизируют качество связи для всего маршрута движения абонента.2. They do not maximize the quality of communication for the entire route of the subscriber.

3. Не обеспечивают оптимизацию группировки космических аппаратов.3. They do not provide optimization of the spacecraft constellation.

4. Не максимизируют возможность доведения информации до летательного аппарата, движущегося к подвижной надводной цели.4. Do not maximize the possibility of bringing information to an aircraft moving towards a moving surface target.

5. Не используют имитационное моделирование для оценки эффективности всех возможных вариантов построения системы спутниковой связи в пределах допустимых значений варьируемых параметров.5. Simulation modeling is not used to evaluate the effectiveness of all possible options for constructing a satellite communication system within the allowable values of variable parameters.

Прототип не позволяет определить параметры группировки спутниковой системы связи, которые будут оптимальными для сеанса связи с летательным аппаратом, движущимся к подвижной надводной цели, расположение и скорость движения которой точно не известны.The prototype does not allow you to determine the parameters of the constellation of a satellite communication system that will be optimal for a communication session with an aircraft moving towards a moving surface target, the location and speed of which are not exactly known.

Технический результат предлагаемого способа заключается в максимизации интегрального коэффициента доведения информации до летательного аппарата при наведении его на подвижный надводный объект, за счет определения с помощью имитационного моделирования оптимальных параметров орбит группировки космических аппаратов связи с учетом используемой сигнально-кодовой конструкции и параметров передаваемых сообщений.The technical result of the proposed method consists in maximizing the integral coefficient of bringing information to the aircraft when pointing it at a moving surface object, by determining, using simulation modeling, the optimal parameters of the orbits of the constellation of communication spacecraft, taking into account the signal-code design used and the parameters of the transmitted messages.

Задача, которую решает предлагаемый способ, заключается в построении оптимальной системы спутниковой связи для наведения летательного аппарата на подвижный надводный объект, при этом: задают исходные параметры группировки космических аппаратов в виде кеплеровских параметров орбит для имеющихся в распоряжении спутников связи; задают параметры передаваемых сообщений, в том числе кратность повторения сообщения, объем сообщения, скорость передачи данных и скорость помехоустойчивого кодирования; задают начальные условия моделирования группировки в виде расположения космических аппаратов в пространстве; задают место запуска летательного аппарата, траекторию его движения; задают возможное расположение и скорость движения надводного объекта; разбивают зону возможного нахождения подвижного надводного объекта на секторы с размером в зависимости от скорости движения летательного аппарата, дальности до зоны и скорости надводного объекта; перебирают методом статистических испытаний параметры группировки посредством вращения орбит космических аппаратов вокруг центра масс Земли в трех плоскостях; определяют с помощью имитационного моделирования вероятность доведения сообщения при движении летательного аппарата в каждый сектор зоны возможного нахождения надводного объекта для всех возможных углов поворота орбит группировки космических аппаратов связи; определяют интегральный коэффициент возможности доведения информации до летательного аппарата при его движении для всей зоны возможного нахождения надводного объекта как среднее арифметическое вероятностей доведения сообщения при движении в каждый сектор из зоны разбиения; выбирают вариант построения орбитальной группировки системы спутниковой связи с максимальным интегральным коэффициентом возможности доведения; формируют группировку с учетом оптимальных параметров посредством корректировки орбит космических аппаратов.The problem that the proposed method solves is to build an optimal satellite communication system for guiding an aircraft to a mobile surface object, while: setting the initial parameters of the spacecraft constellation in the form of Keplerian orbital parameters for the available communication satellites; set the parameters of the transmitted messages, including the frequency of repetition of the message, the amount of the message, the data rate and the rate of error-correcting coding; set the initial conditions for modeling the constellation in the form of the location of spacecraft in space; set the launch site of the aircraft, the trajectory of its movement; set the possible location and speed of movement of the surface object; dividing the zone of possible location of a mobile surface object into sectors with a size depending on the speed of the aircraft, the distance to the zone and the speed of the surface object; sorting through the method of statistical tests grouping parameters by rotating the orbits of spacecraft around the center of mass of the Earth in three planes; determine by means of simulation the probability of delivering a message during the movement of the aircraft to each sector of the zone of the possible presence of a surface object for all possible angles of rotation of the orbits of the constellation of communication spacecraft; determine the integral coefficient of the possibility of bringing information to the aircraft during its movement for the entire zone of possible location of the surface object as the arithmetic mean of the probabilities of bringing the message when moving to each sector from the partition zone; choose the option of constructing the orbital constellation of the satellite communication system with the maximum integral coefficient of the possibility of bringing; form a constellation taking into account the optimal parameters by adjusting the orbits of the spacecraft.

Функционирование изобретения поясняется следующими графическими материалами:The operation of the invention is illustrated by the following graphics:

Фиг. 1 - функциональная схема способа построения оптимальной системы спутниковой связи для наведения летательного аппарата на подвижный надводный объект.Fig. 1 is a functional diagram of a method for constructing an optimal satellite communication system for pointing an aircraft at a moving surface object.

Для решения этой задачи предлагается способ построения оптимальной системы спутниковой связи для наведения летательного аппарата на подвижный надводный объект, заключающийся в том, что:To solve this problem, a method is proposed for constructing an optimal satellite communication system for pointing an aircraft at a moving surface object, which consists in the following:

задают исходные параметры группировки космических аппаратов в виде кеплеровских параметров орбит для имеющихся в распоряжении спутников связи и вводят их в блок 1 исходных данных группировки;set the initial parameters of the constellation of spacecraft in the form of Keplerian parameters of the orbits for the available communication satellites and enter them into block 1 of the initial data of the constellation;

задают параметры передаваемых сообщений, в том числе кратность повторения сообщения, объем сообщения, скорость передачи данных и скорость помехоустойчивого кодирования и вводят их в блок 2 исходных данных передаваемого сообщения;set the parameters of the transmitted messages, including the repetition rate of the message, the size of the message, the data rate and the rate of error-correcting coding and enter them in block 2 of the original data of the transmitted message;

задают начальные условия моделирования группировки в виде расположения космических аппаратов в пространстве и вводят их в блок 3 начальных условий моделирования;set the initial conditions for modeling the constellation in the form of the location of the spacecraft in space and enter them into block 3 of the initial conditions of the simulation;

задают место запуска летательного аппарата, траекторию его движения и вводят их в блок 4 исходных данных летательного аппарата;set the launch site of the aircraft, the trajectory of its movement and enter them into block 4 of the initial data of the aircraft;

задают возможное расположение и скорость движения надводного объекта и вводят их в блок 5 исходных данных надводного объекта;set the possible location and speed of the surface object and enter them into block 5 of the source data of the surface object;

передают исходные данные летательного аппарата из блока 4 и исходные данные надводного объекта из блока 5 в блок 6 разбиения возможной зоны нахождения подвижного надводного объекта на секторы;transmitting the initial data of the aircraft from block 4 and the initial data of the surface object from block 5 to block 6 dividing the possible location area of the mobile surface object into sectors;

разбивают зону возможного нахождения подвижного надводного объекта на секторы с размером в зависимости от скорости движения летательного аппарата, дальности до зоны и скорости надводного объекта в блоке 6;dividing the zone of possible location of a mobile surface object into sectors with a size depending on the speed of the aircraft, the distance to the zone and the speed of the surface object in block 6;

передают параметры орбит для имеющихся в распоряжении спутников связи из блока 1 в блок 7 перебора параметров орбит;transmitting the orbit parameters for available communication satellites from block 1 to block 7 enumeration of orbit parameters;

перебирают параметры группировки посредством вращения орбит космических аппаратов вокруг центра масс Земли в трех плоскостях в блоке 7 перебора параметров орбит;enumerate the parameters of the grouping by rotating the orbits of spacecraft around the center of mass of the Earth in three planes in block 7 enumeration parameters of the orbits;

передают исходные данные передаваемого сообщения из блока 2, начальные условия моделирования из блока 3, параметры секторов разбиения зоны возможного нахождения подвижного надводного объекта из блока 6 и текущие параметры орбит из блока 7 в блок 8 имитационного моделирования;transmitting the initial data of the transmitted message from block 2, the initial conditions of the simulation from block 3, the parameters of the partition sectors of the zone of possible location of the mobile surface object from block 6 and the current parameters of the orbits from block 7 to block 8 simulation;

определяют с помощью имитационного моделирования вероятность доведения сообщения при движении летательного аппарата в каждый сектор зоны возможного нахождения надводного объекта для всех возможных углов поворота орбит группировки космических аппаратов связи с учетом исходных данных передаваемого сообщения и начальных условий моделирования в блоке 8;using simulation modeling, the probability of delivering a message when the aircraft is moving to each sector of the zone of possible location of a surface object for all possible angles of rotation of the orbits of the constellation of communication spacecraft, taking into account the initial data of the transmitted message and the initial conditions of modeling in block 8;

передают вероятности доведения сообщения, полученные в ходе имитационного моделирования в блок 9 определения интегрального коэффициента возможности доведения информации;transmitting the probability of bringing the message obtained during the simulation to block 9 for determining the integral coefficient of the possibility of bringing information;

определяют интегральный коэффициент возможности доведения информации до летательного аппарата при его движении для всей зоны возможного нахождения надводного объекта как среднее арифметическое вероятностей доведения сообщения при движении в каждый сектор из зоны разбиения в блоке 9;determine the integral coefficient of the possibility of bringing information to the aircraft during its movement for the entire zone of possible location of a surface object as the arithmetic mean of the probabilities of bringing the message when moving to each sector from the partition zone in block 9;

выбирают вариант построения орбитальной группировки системы спутниковой связи с максимальным интегральным коэффициентом возможности доведения в блоке 10 выбора оптимальных параметров группировки;choose the option of constructing an orbital constellation of the satellite communication system with the maximum integral coefficient of the possibility of bringing in block 10 the selection of the optimal constellation parameters;

передают параметры оптимальной группировки из блока 10 в центр управления полетами 11;transmit the parameters of the optimal grouping from block 10 to the mission control center 11;

формируют через центр управления полетами 11 новую группировку с учетом оптимальных параметров, либо используют имеющуюся посредством корректировки орбит космических аппаратов с использованием маневровых двигателей.a new grouping is formed through the mission control center 11, taking into account the optimal parameters, or the existing one is used by adjusting the orbits of spacecraft using thrusters.

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием возможности реализовать элементы имитационного моделирования на штатных ЭВМ или с использованием программируемых логических интегральных схем, а также наличием технической возможности у современных и перспективных космических аппаратов изменять орбиту по командам с центра управления полетами.The “industrial applicability” of the method is due to the ability to implement simulation elements on standard computers or using programmable logic integrated circuits, as well as the technical ability of modern and promising spacecraft to change the orbit on commands from the flight control center.

Сопоставление заявленного способа построения оптимальной системы спутниковой связи для наведения летательного аппарата на подвижный надводный объект и прототипа показывает, что заявленный способ существенно отличается от прототипа.Comparison of the claimed method for constructing an optimal satellite communication system for guiding an aircraft to a moving surface object and the prototype shows that the claimed method differs significantly from the prototype.

Общие признаки заявляемого способа и прототипаGeneral features of the proposed method and prototype

1. Используют имеющуюся группировку космических аппаратов связи и ретрансляции.1. Use the existing constellation of communication and relay spacecraft.

2. Обеспечивают радиосвязь с подвижными объектами.2. Provide radio communication with moving objects.

3. Адаптируют параметры системы связи для текущих условий.3. Adapt the parameters of the communication system to the current conditions.

4. Обеспечивают максимум радиовидимости.4. Provide maximum radio visibility.

Отличительные признаки предлагаемого решенияDistinctive features of the proposed solution

1. Максимизируют качество связи для всего маршрута движения абонента.1. Maximize the quality of communication for the entire route of the subscriber.

2. Оптимизируют группировку космических аппаратов связи и ретрансляции.2. Optimize the grouping of communication and relay spacecraft.

3. Максимизируют возможность доведения информации до летательного аппарата, движущегося к подвижной надводной цели.3. Maximize the possibility of bringing information to an aircraft moving towards a moving surface target.

4. Используют имитационное моделирование для оценки эффективности всех возможных вариантов построения системы спутниковой связи в пределах допустимых значений варьируемых параметров.4. Simulation modeling is used to evaluate the effectiveness of all possible options for constructing a satellite communication system within the allowable values of variable parameters.

5. Корректируют параметры орбит космических аппаратов связи и ретрансляции данных.5. Adjust the parameters of the orbits of spacecraft for communication and data relay.

Таким образом, заявленный способ построения оптимальной системы спутниковой связи для наведения летательного аппарата на подвижный надводный объект, позволяет определить параметры спутниковой системы связи, которые будут оптимальными для сеанса связи с летательным аппаратом, движущимся к подвижной надводной цели расположение и скорость движения которой точно не известны. При этом производят максимизацию интегрального коэффициента доведения информации до летательного аппарата при наведении его на подвижный надводный объект, за счет определения с помощью имитационного моделирования оптимальных параметров орбит группировки космических аппаратов связи с учетом используемой сигнально-кодовой конструкции и параметров передаваемых сообщений.Thus, the claimed method for constructing an optimal satellite communication system for guiding an aircraft to a mobile surface object makes it possible to determine the parameters of the satellite communication system that will be optimal for a communication session with an aircraft moving towards a mobile surface target, the location and speed of which are not exactly known. At the same time, the integral coefficient of information delivery to the aircraft is maximized when it is pointed at a moving surface object, by determining, using simulation modeling, the optimal parameters of the orbits of the constellation of communication space vehicles, taking into account the signal-code design used and the parameters of the transmitted messages.

ЛитератураLiterature

1. Патент RU № 2265956, 20031. Patent RU No. 2265956, 2003

2. Патент RU № 2522715, 20142. Patent RU No. 2522715, 2014

3. Патент RU № 2755019, 20213. Patent RU No. 2755019, 2021

Claims (1)

Способ построения оптимальной системы спутниковой связи для наведения летательного аппарата на подвижный надводный объект, заключающийся в том, что задают исходные параметры группировки космических аппаратов в виде Кеплеровских параметров орбит для имеющихся в распоряжении спутников связи; задают параметры передаваемых сообщений, в том числе кратность повторения сообщения, объем сообщения, скорость передачи данных и скорость помехоустойчивого кодирования; задают начальные условия моделирования группировки в виде расположения космических аппаратов в пространстве; задают место запуска летательного аппарата и траекторию его движения; задают возможное расположение и скорость движения надводного объекта; определяют с помощью имитационного моделирования вероятность доведения сообщения при движении летательного аппарата в каждый сектор зоны возможного нахождения надводного объекта для всех возможных углов поворота орбит группировки космических аппаратов связи; формируют группировку с учетом оптимальных параметров посредством корректировки орбит космических аппаратов, отличающийся тем, что разбивают зону возможного нахождения подвижного надводного объекта на секторы с размером в зависимости от скорости движения летательного аппарата, дальности до зоны и скорости надводного объекта; перебирают параметры группировки посредством вращения орбит космических аппаратов вокруг центра масс Земли в трех плоскостях; определяют интегральный коэффициент возможности доведения информации до летательного аппарата при его движении для всей зоны возможного нахождения надводного объекта как среднее арифметическое вероятностей доведения сообщения при движении в каждый сектор из зоны разбиения; выбирают вариант построения орбитальной группировки системы спутниковой связи с максимальным интегральным коэффициентом возможности доведения.A method for constructing an optimal satellite communications system for guiding an aircraft to a mobile surface object, which consists in setting the initial parameters of the spacecraft constellation in the form of Keplerian orbital parameters for available communication satellites; set the parameters of the transmitted messages, including the frequency of repetition of the message, the amount of the message, the data rate and the rate of error-correcting coding; set the initial conditions for modeling the constellation in the form of the location of spacecraft in space; specifying the launch site of the aircraft and the trajectory of its movement; set the possible location and speed of movement of the surface object; determine by means of simulation the probability of delivering a message during the movement of the aircraft to each sector of the zone of the possible presence of a surface object for all possible angles of rotation of the orbits of the constellation of communication spacecraft; grouping is formed taking into account the optimal parameters by adjusting the orbits of spacecraft, characterized in that the zone of possible location of a mobile surface object is divided into sectors with a size depending on the speed of the aircraft, the distance to the zone and the speed of the surface object; sorting out the grouping parameters by rotating the orbits of the spacecraft around the Earth's center of mass in three planes; determine the integral coefficient of the possibility of bringing information to the aircraft during its movement for the entire zone of possible location of the surface object as the arithmetic mean of the probabilities of bringing the message when moving to each sector from the partition zone; choose the option of constructing the orbital constellation of the satellite communication system with the maximum integral coefficient of the possibility of bringing.
RU2022130891A 2022-11-28 Method for constructing an optimal satellite communication system for pointing an aircraft at a moving surface object RU2797443C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797443C1 true RU2797443C1 (en) 2023-06-06

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5199672A (en) * 1990-05-25 1993-04-06 Orbital Sciences Corporation Method and apparatus for deploying a satellite network
RU165057U1 (en) * 2016-04-11 2016-09-27 Сергей Анатольевич Золотой AUTOMATED DEVICE FOR FORMING THE APPEARANCE OF ORBITAL GROUPING OF SPACE VEHICLES
RU2753368C1 (en) * 2021-01-21 2021-08-13 Акционерное общество «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» (АО «Российские космические системы») Method for forming architecture of orbital constellation of spacecraft for remote sensing of the earth and information-analytical system for its implementation
RU2755019C2 (en) * 2020-03-05 2021-09-09 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Method for constructing space relay and communication system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5199672A (en) * 1990-05-25 1993-04-06 Orbital Sciences Corporation Method and apparatus for deploying a satellite network
RU165057U1 (en) * 2016-04-11 2016-09-27 Сергей Анатольевич Золотой AUTOMATED DEVICE FOR FORMING THE APPEARANCE OF ORBITAL GROUPING OF SPACE VEHICLES
RU2755019C2 (en) * 2020-03-05 2021-09-09 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Method for constructing space relay and communication system
RU2753368C1 (en) * 2021-01-21 2021-08-13 Акционерное общество «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» (АО «Российские космические системы») Method for forming architecture of orbital constellation of spacecraft for remote sensing of the earth and information-analytical system for its implementation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Аджемов, С.С. Универсальный комплекс имитационного моделирования спутниковых систем "СатСтат" / С.С. Аджемов, А.А. Кучумов // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2008. - Т. 2, N2. - С.25-28. - EDN KHQEGB. *
Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского (Санкт-Петербург). Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. Вып. 650, март 2016 / Кулешов Ю.В. (общ. ред.). - 2016. - 247 с. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11522604B2 (en) Simplified inter-satellite link communications using orbital plane crossing to optimize inter-satellite data transfers
CN111566948B (en) Radio communication system and target ground station for use in a radio communication system
EP1961133B1 (en) Point-to-multipoint communications system and method
CN1254408C (en) System and method for implementing a constellation of non-geostationary satellites that provides simplified satellite tracking
RU2691741C2 (en) Device and method for air-to-ground communication of aircraft
US4502051A (en) Telecommunication system with satellites positioned in geostationary positional loops
US6195037B1 (en) Method and apparatus for increased system capacity using antenna beamforming
EP3574591A2 (en) Simplified inter-satellite link communications using orbital plane crossing to optimize inter-satellite data transfers
HRP20220009T1 (en) Low earth orbit satellite constellation system for communications with re-use of geostationary satellite spectrum
US20160087713A1 (en) Methods and Apparatus for Providing Virtual Military Satellite Communication (MILSATCOM) Services Utilizing Shared Spectrum and Orbital Assignments
CN1253678A (en) High latitude geostationary satellite system
US6725012B1 (en) Method for deploying an orbiting sparse array antenna
JP7313571B2 (en) surveillance systems, surveillance satellites, communication satellites
CN110940310A (en) Calculation method for phased array antenna beam pointing angle of missile-borne relay measurement and control terminal
RU2797443C1 (en) Method for constructing an optimal satellite communication system for pointing an aircraft at a moving surface object
RU2522715C2 (en) Method of controlling multibeam coverage of service area in satellite system using relay satellites on high elliptical orbit
CN115336431B (en) Method for determining pointing angle of phased-array antenna beam of rocket missile-borne relay measurement and control system
Si et al. A survey on the development of low-orbit mega-constellation and its TT&C methods
RU2787796C1 (en) A method for ballistic support of spacecraft monitoring in geostationary orbit
KR100712238B1 (en) Ground control method for collocated geostationay satellites
Galati et al. Space-based SSR constellation for global air traffic control
US11894899B1 (en) System for operating hybrid beamforming device
JP7395023B2 (en) Satellite constellations, airborne object monitoring systems, tilted orbit satellite systems, tilted orbit satellites and hybrid constellations
Teplyakov High-speed mobile satellite communication: Technologies and challenges
INAMIYA et al. A Conceptual Study of a Navigation and Communication Satellite System