RU2822689C1 - Method of selecting earth station by spacecraft for establishing high-speed communication on high-gain antenna systems in ranges whose radio transparency depends on state of atmosphere - Google Patents

Method of selecting earth station by spacecraft for establishing high-speed communication on high-gain antenna systems in ranges whose radio transparency depends on state of atmosphere Download PDF

Info

Publication number
RU2822689C1
RU2822689C1 RU2023130116A RU2023130116A RU2822689C1 RU 2822689 C1 RU2822689 C1 RU 2822689C1 RU 2023130116 A RU2023130116 A RU 2023130116A RU 2023130116 A RU2023130116 A RU 2023130116A RU 2822689 C1 RU2822689 C1 RU 2822689C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
earth station
communication
signal
speed communication
Prior art date
Application number
RU2023130116A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Николаевич Пантелеймонов
Алексей Алексеевич Захаров
Олег Васильевич Ментус
Олег Леонидович Усиков
Олег Леонидович Химочко
Виктор Геннадьевич Яшин
Владимир Иванович Корниенко
Андрей Валентинович Феденёв
Николай Дмитриевич Данилов
Владимир Витальевич Филатов
Людмила Ошеровна Мырова
Любовь Викторовна Щербакова
Василий Васильевич Лещенко
Анна Валентиновна Пантелеймонова
Павел Сергеевич Королев
Александр Васильевич Залызин
Максим Владимирович Тодуркин
Тимофей Игоревич Пантелеймонов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский Научно-Исследовательский Институт Радио Имени М.И. Кривошеева"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский Научно-Исследовательский Институт Радио Имени М.И. Кривошеева" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский Научно-Исследовательский Институт Радио Имени М.И. Кривошеева"
Application granted granted Critical
Publication of RU2822689C1 publication Critical patent/RU2822689C1/en

Links

Abstract

FIELD: communication equipment; cosmonautics.
SUBSTANCE: invention relates to communication in data exchange systems with spacecraft for various purposes, namely, to methods of establishing communication between spacecraft and earth stations. Technical result is achieved by the fact that the spacecraft for the purpose of selecting an earth station for establishing communication with it on high-gain antenna systems (HGA) receives beacon signals from different earth stations to a low-gain antenna system (LGA) in the radio range, which is strongly influenced by the state of the atmosphere, and determines the optimum earth station from the quality of these signals.
EFFECT: development of method for autonomous establishment of communication on HGA in high-speed communication lines in ranges above 10 GHz and in optical range without participation of technical personnel of the mission control centre (MCC), performing preliminary planning of communication and control sessions (CCS).
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к обеспечению связи в системах информационного обмена (СИО) с космическими аппаратами (КА) различного назначения, а именно к способам установления связи КА с земными станциями (ЗС) с целью высокоскоростной передачи информации в радиодиапазонах выше 10 ГГц и в оптических диапазонах.The invention relates to providing communication in information exchange systems (IIS) with spacecraft (SC) for various purposes, namely to methods for establishing communication between spacecraft and earth stations (ES) for the purpose of high-speed information transmission in radio bands above 10 GHz and in optical bands.

Современные системы связи, в том числе и спутниковые, характеризуются значительным увеличением объемов информации и оперативности ее доставки, требующей наличия широкой полосы частот и применения остронаправленных антенных систем (ОНА). В следствии существующей высокой загрузки полос частот сейчас наиболее актуальным является применение Ка-диапазона (20-30 ГГц) и намечается переход в диапазоны выше 30 ГГц, а также - применение оптических диапазонов, характеризующихся высокими потерями в облачном слое атмосферы.Modern communication systems, including satellite ones, are characterized by a significant increase in the volume of information and the speed of its delivery, which requires a wide frequency band and the use of highly directional antenna systems (HAS). Due to the existing high load on frequency bands, the most relevant now is the use of the Ka-band (20-30 GHz) and a transition to ranges above 30 GHz is planned, as well as the use of optical ranges characterized by high losses in the cloud layer of the atmosphere.

Процессу автоматического установления связи в оптическом диапазоне между ЗС и КА, где применяются ОНА, должна предшествовать процедура оптимального автоматического выбора космическим аппаратом земной станции для установления с ней связи, которая должна учитывать состояние атмосферы в зоне радиовидимости (ЗРВ) ЗС. Как отмечалось выше по тексту, прогнозирование погоды в местах дислокации ЗС не обладает необходимой точностью и поэтому необходима разработка способа оценки текущего состояния оптической проницаемости атмосферы в зоне радиовидимости (ЗРВ) ЗС. В связи с высокими требованиями к состоянию атмосферы для обеспечения устойчивой связи орбитальной группировки (ОГ) с земным сегментом на территории России необходимо выполнение следующих условий:The process of automatically establishing communication in the optical range between the Earth and the spacecraft, where ONA is used, must be preceded by a procedure for the optimal automatic selection of an earth station by the spacecraft to establish communication with it, which must take into account the state of the atmosphere in the radio visibility zone (RZ) of the Earth. As noted above in the text, weather forecasting in the locations of the station does not have the necessary accuracy and therefore it is necessary to develop a method for assessing the current state of the optical permeability of the atmosphere in the radio visibility zone (RZ) of the station. Due to the high requirements for the state of the atmosphere, in order to ensure stable communication between the orbital constellation (OG) and the earth segment on the territory of Russia, the following conditions must be met:

1) рассредоточение большого количества ЗС вдоль южных областей России от Крыма до Хабаровского края в местах с высокой вероятностью благоприятных погодных условий, обеспечивающей наличие нескольких ЗС в одной ЗРВ при углах возвышения над горизонтом не менее 10 градусов для Ка-диапазона и не менее 20 градусов для оптического диапазона;1) dispersal of a large number of ES along the southern regions of Russia from Crimea to the Khabarovsk Territory in places with a high probability of favorable weather conditions, ensuring the presence of several ES in one air defense zone at elevation angles above the horizon of at least 10 degrees for Ka-band and at least 20 degrees for optical range;

2) соединение КА межспутниковыми линиями связи в сеть или наличие спутников-ретрансляторов (CP), соединенных межспутниковыми линиями связи в сеть с целью маршрутизации потоков информации на КА или CP, находящихся в ЗРВ земной станции с благоприятными погодными условиями и установившим с ней связь;2) connection of a spacecraft by inter-satellite communication lines into a network or the presence of relay satellites (CP) connected by inter-satellite communication lines into a network for the purpose of routing information flows to a spacecraft or CP located in the airspace of an earth station with favorable weather conditions and having established communication with it;

3) применение технологии автоматического установления связи на ОБА в ВЛС между ЗС и КА, включающей в себя технологию оптимального автоматического выбора космическим аппаратом земной станции для установления с ней связи, которая должна учитывать состояние атмосферы в зоне радиовидимости ЗС.3) the use of technology for automatically establishing communication on BOTH in the VLAN between the station and the spacecraft, which includes the technology for the optimal automatic selection of an earth station by the spacecraft to establish communication with it, which should take into account the state of the atmosphere in the radio visibility zone of the station.

Из уровня техники известно, что в отечественных системах информационного обмена с КА в настоящий момент времени применяется принцип заблаговременного планирования сеансов связи и управления, применение которого в современных многоспутниковых группировках является сложно реализуемой задачей, а для решения задачи обеспечения связи космического аппарата с земной станцией в диапазонах, радиопрозрачность которых зависит от состояния атмосферы, особенно в оптическом диапазоне, не всегда целесообразно применение планирования, так как невозможно с высокой вероятностью предсказать состояние атмосферы.It is known from the state of the art that in domestic systems of information exchange with spacecraft, the principle of advance planning of communication and control sessions is currently applied, the application of which in modern multi-satellite constellations is a difficult task to implement, and to solve the problem of ensuring communication between a spacecraft and an earth station in the ranges , the radio transparency of which depends on the state of the atmosphere, especially in the optical range, it is not always advisable to use planning, since it is impossible to predict the state of the atmosphere with a high probability.

В качестве примера такого подхода может быть выбраны система и метод динамического планирования сети (см. US 9119179 B1, опубл. 25.08.2015). Способ может начинаться с определения сетевых параметров для подключения узлов к сети и переменных решений, связанных с радиостанциями и/или узлами в сети. Ограничения могут быть установлены для сужения возможных значений параметров сети и/или переменных решения. Ограничения могут быть основаны на одном или нескольких из: значений, связанных с подключением радиостанции к узлу в сети, значений, связанных с соединением двух узлов в сети вместе по каналу связи, может ли узел подключиться к узлу GIG и баланс потока в узле GIG. Чтобы найти возможные оптимальные каналы связи, способ может минимизировать уравнение на основе сетевых параметров, ограничений и переменных решения, чтобы определить оптимальные каналы связи между парами узлов в сети, парами узлов и радиостанциями и/или парами радиостанциями.As an example of such an approach, the system and method of dynamic network planning can be chosen (see US 9119179 B1, published on August 25, 2015). The method may begin by determining network parameters for connecting nodes to the network and decision variables associated with radios and/or nodes in the network. Constraints can be set to narrow the possible values of network parameters and/or decision variables. The restrictions may be based on one or more of: values associated with connecting a radio to a node on the network, values associated with connecting two nodes on a network together over a communication link, whether a node can connect to a GIG node, and the flow balance at the GIG node. To find possible optimal communication channels, the method may minimize an equation based on network parameters, constraints, and decision variables to determine optimal communication channels between pairs of nodes in the network, pairs of nodes and radios, and/or pairs of radios.

Такой подход является слишком широким и применение его к задачам данного изобретения невозможно.This approach is too broad and its application to the objectives of this invention is impossible.

Также из уровня техники известны более целенаправленные способы преодоления проблем, связанных с проблемой передачи сигнала в диапазонах, радиопрозрачность которых зависит от состояния атмосферы, особенно в оптическом диапазоне.Also known from the prior art are more targeted ways to overcome the problems associated with the problem of signal transmission in bands whose radio transparency depends on the state of the atmosphere, especially in the optical range.

Например, система и метод смягчения воздействия атмосферных условий, таких как дождь, туман, облачность, в системе широкополосного доступа с использованием дронов/БПЛА (см. US 9479964 B2, опубл. 25.10.2016). В одном варианте осуществления подсистемы радиосвязи терминала и дрона и средства передачи содержат множество сред передачи. В одном варианте осуществления в ответ на изменения атмосферных условий подсистема радиосвязи дрона переключает среду передачи, чтобы уменьшить влияние атмосферных условий. В другом варианте осуществления подсистемы радиосвязи терминала и дрона выравнивают скорости передачи данных между терминалами в ответ на изменения атмосферных условий, наблюдаемые различными терминалами. В другом варианте осуществления подсистема радиосвязи дрона регулирует мощность передачи по нисходящей линии связи на разные терминалы в соответствии с замиранием из-за атмосферных условий на каждой линии связи.For example, a system and method for mitigating the effects of atmospheric conditions such as rain, fog, clouds in a broadband access system using drones/UAVs (see US 9479964 B2, published 10/25/2016). In one embodiment, the terminal and drone radio subsystems and transmission media comprise multiple transmission media. In one embodiment, in response to changes in atmospheric conditions, the drone's radio communications subsystem switches the transmission medium to reduce the influence of atmospheric conditions. In another embodiment, the radio subsystems of the terminal and the drone equalize data rates between the terminals in response to changes in atmospheric conditions observed by the different terminals. In another embodiment, the drone's radio subsystem adjusts downlink transmit power to different terminals according to fading due to atmospheric conditions on each link.

Указанный в качестве аналога способ не является надежным, поскольку для бесперебойного действия системы нужно, чтобы все входящие в нее БПЛА были активны, что затруднительно, так как БПЛА периодически необходимо заправлять топливом.The method indicated as an analogue is not reliable, since for the uninterrupted operation of the system it is necessary that all the UAVs included in it be active, which is difficult, since the UAV must be refueled periodically.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ уменьшения помех для использования в системе беспроводной связи (см. US 8140018 B2, 20.03.2012), образованной множеством сетей радиодоступа, причем каждая сеть радиодоступа имеет сетевой менеджер, выполненный с возможностью связи с множеством связанных узлов с сетевым администратором, и каждая сеть радиодоступа имеет частотный спектр, разделенный на множество подканалов, используемых для беспроводной связи узлами, причем частотный спектр, по меньшей мере, частично перекрывается с частотным спектром одного или нескольких других радиодоступа сети; способ, содержащий этапы: выполнение сетевым администратором каждой сети радиодоступа процесса выделения спектра для выделения подканалов ее узлам; узлы каждой сети радиодоступа, осуществляющие беспроводную связь с использованием выделенных им подканалов; сетевой менеджер одной сети радиодоступа принимает от связанных с ней узлов данные, указывающие фактический уровень помех, испытываемых узлами, причем помехи возникают либо внутри сети радиодоступа, либо извне от других сетей радиодоступа; сетевой менеджер одной сети радиодоступа сравнивает фактический уровень помех с расчетным уровнем помех, возникающих внутри сети радиодоступа, чтобы определить, существует ли необходимость в координации с другим сетевым менеджером для уменьшения помех, возникающих извне, и если да. - сетевой менеджер одной сети радиодоступа уведомляет об этой необходимости сетевого менеджера по меньшей мере одной из других сетей радиодоступа; и сетевой менеджер другой сети радиодоступа снова выполняет процесс выделения спектра связанным с ним узлам, чтобы снизить уровень помех, испытываемых узлами одной сети радиодоступа.The closest analogue of the claimed invention is a method for reducing interference for use in a wireless communication system (see US 8140018 B2, March 20, 2012), formed by a plurality of radio access networks, each radio access network having a network manager configured to communicate with a plurality of associated nodes with a network by an administrator, and each radio access network has a frequency spectrum divided into a plurality of subchannels used for wireless communication by the nodes, the frequency spectrum at least partially overlapping with the frequency spectrum of one or more other radio access networks; a method comprising the steps of: a network administrator of each radio access network performing a spectrum allocation process to allocate subchannels to its nodes; nodes of each radio access network performing wireless communications using subchannels allocated to them; the network manager of one radio access network receives from its associated nodes data indicating the actual level of interference experienced by the nodes, the interference originating either within the radio access network or externally from other radio access networks; The network manager of one radio access network compares the actual level of interference with the estimated level of interference originating within the radio access network to determine whether or not there is a need to coordinate with another network manager to reduce interference originating from outside the radio access network. - the network manager of one radio access network notifies the network manager of at least one of the other radio access networks about this need; and the network manager of the other radio access network again performs the process of allocating spectrum to its associated nodes to reduce the level of interference experienced by the nodes of the same radio access network.

В этом способе предпочтительно этап сравнения включает в себя определение того, превышает ли фактический уровень помех расчетный уровень, по меньшей мере, на пороговую величину.In this method, preferably the comparison step includes determining whether the actual interference level exceeds the estimated level by at least a threshold amount.

Предпочтительно также, если сетевой менеджер одной сети радиодоступа определяет, что нет необходимости в координации с другой сетью радиодоступа для уменьшения помех, сетевой менеджер снова выполняет процесс выделения спектра связанным с ним узлам в попытке уменьшить помехи, возникающие внутри сети радиодоступа.Preferably also, if the network manager of one radio access network determines that there is no need to coordinate with another radio access network to reduce interference, the network manager again performs the process of allocating spectrum to its associated nodes in an attempt to reduce interference occurring within the radio access network.

Если узлами системы являются приемопередатчики, этап приема предпочтительно инициируется сетевым администратором, получающим расчетный уровень помех, обнаруживающим, что расчетный уровень превышает заданный уровень, и запрашивающим узлы отправить данные, указывающие фактический уровень помех.If the system nodes are transceivers, the receive step is preferably initiated by the network administrator receiving the estimated interference level, detecting that the estimated level is greater than a specified level, and requesting the nodes to send data indicating the actual interference level.

Выбор предпочтительной сети радиодоступа осуществляется сетевым менеджером по принципу наименьших помех.The choice of the preferred radio access network is carried out by the network manager based on the principle of least interference.

Указанный в качестве наиболее близкого аналога способ уменьшения помех для использования в системе беспроводной связи близок к решению проблемы, решаемой заявленным способом, однако решает проблему не самым эффективным способом.The method of reducing interference indicated as the closest analogue for use in a wireless communication system is close to solving the problem solved by the claimed method, but does not solve the problem in the most effective way.

Применение остронаправленных антенных систем в высокоскоростных линиях связи борт-Земля в диапазонах выше 10 ГГц эффективна при отсутствии дождя, а в оптическом диапазоне связь возможна только при прямой видимости, т.е. при отсутствии облаков, туманов и т.д., и кроме того требует высокой точности наведения ОНА. Прогнозирование погоды в местах дислокации ЗС не является эффективным решением задачи планирования сеансов связи в линиях связи борт-Земля, т.к. не обладает точностью.The use of highly directional antenna systems in high-speed air-to-ground communication lines in the ranges above 10 GHz is effective in the absence of rain, and in the optical range communication is possible only with line of sight, i.e. in the absence of clouds, fog, etc., and in addition requires high accuracy of ONA guidance. Weather forecasting in places of station deployment is not an effective solution to the problem of planning communication sessions in air-to-ground communication lines, because lacks accuracy.

Данное изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с оптимальным выбором космически аппаратом земной станции для автономного установления высокоскоростной связи на ОНА без предварительного планирования.This invention is aimed at solving a technical problem associated with the optimal selection of an earth station by a spacecraft for autonomously establishing high-speed communications to the OHA without prior planning.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что объекты системы информационного обмена (т.е. КА и ЗС) перед установлением связи осуществляют оценку состояния атмосферы путем изменения ее прозрачности в радиодиапазоне, сильно подверженному влиянию состояния атмосферы (например, в К, Ка или в Q-диапазонах).The novelty of the proposed invention lies in the fact that the objects of the information exchange system (i.e., spacecraft and satellites), before establishing communication, assess the state of the atmosphere by changing its transparency in the radio range, which is highly influenced by the state of the atmosphere (for example, in K, Ka or Q -ranges).

Техническим результатом изобретения является создание способа автономного установлением связи на ОНА в высокоскоростных линиях связи КА-ЗС и КА-СР-ЗС в диапазонах выше 10 ГГц и в оптическом диапазоне без участия технического персонала центра управления полетом (ЦУП), осуществляющих предварительное планирование сеансов связи и управления (ССУ).The technical result of the invention is the creation of a method for autonomously establishing communication on ONA in high-speed communication lines KA-ZS and KA-SR-ZS in the ranges above 10 GHz and in the optical range without the participation of technical personnel of the flight control center (MCC), carrying out preliminary planning of communication sessions and management (SSU).

Технический результат достигается посредством того, что космический аппарат с целью выбора земной станции для установления связи с ней на ОНА принимает сигналы маяков от разных земных станций на малонаправленную антенную систему (МНА) в радиодиапазоне, сильно подверженном влиянию состояния атмосферы, и по качеству этих сигналов определяет оптимальную земную станцию.The technical result is achieved due to the fact that the spacecraft, in order to select an earth station to establish communication with it on the ONA, receives beacon signals from different earth stations to a low-directional antenna system (MNA) in the radio range, which is highly influenced by the state of the atmosphere, and determines by the quality of these signals optimal earth station.

Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими чертежами:The claimed invention is illustrated by the following drawings:

Фиг. 1 - схема организации связи КА - ЗС;Fig. 1 - diagram of the organization of communication between spacecraft and station;

Фиг. 2 - алгоритм выбора космическим аппаратом земной станции для установления связи в оптическом диапазоне;Fig. 2 - algorithm for selecting an earth station by a spacecraft to establish communication in the optical range;

Фиг. 3 - алгоритм подпроцесса расчетов состояния атмосферы в ЗРВ ЗСFig. 3 - algorithm for the subprocess of calculating the state of the atmosphere in the Earth's air defense system

Позиции на фигурах обозначают следующее:The positions in the figures indicate the following:

1 - космический аппарат (КА);1 - spacecraft (SV);

2 - земная станция (ЗС);2 - earth station (ES);

3 - малонаправленная антенная система (МНА) бортовой аппаратуры (БА) низкоскоростной радиолинии связи (НЛС) космического аппарата;3 - low-directional antenna system (MNA) of the on-board equipment (BA) of the low-speed radio communication link (LSL) of the spacecraft;

4 - бортовая аппаратура низкоскоростной радиолинии связи космического аппарата;4 - onboard equipment of the low-speed radio communication link of the spacecraft;

5 - бортовой комплекс управления работой (БКУ) бортового ретрансляционного комплекса (БРТК) космического аппарата;5 - on-board operation control complex (OCU) of the on-board relay complex (BRTC) of the spacecraft;

6 - система наведения антенны (СНА) остронаправленной антенной системы (ОНА) космического аппарата;6 - antenna guidance system (ANS) of the highly directional antenna system (HAS) of the spacecraft;

7 - бортовая аппаратура высокоскоростной линии связи (ВЛС) космического аппарата;7 - onboard equipment of a high-speed communication line (VLS) of the spacecraft;

8 - остронаправленная антенная система высокоскоростной линии связи космического аппарата;8 - highly directional antenna system of a high-speed communication line of a spacecraft;

9 - приемник навигационных сигналов (ПНС) космического аппарата;9 - receiver of navigation signals (NS) of the spacecraft;

10 - бортовая навигационная система (БНС);10 - on-board navigation system (ONS);

11 - базы данных (БД) бортовой навигационной системы;11 - database (DB) of the on-board navigation system;

12 - малонаправленная антенная система земной станции;12 - low-directional antenna system of the earth station;

13 - аппаратура низкоскоростной радиолинии связи земной станции;13 - low-speed radio communication equipment of the earth station;

14 - компьютер управления работой (КУ) системой наведения антенны земной станции;14 - computer for controlling the operation (CU) of the earth station antenna guidance system;

15 - система наведения остронаправленной антенной системы высокоскоростной линии связи земной станции.15 - guidance system of a highly directional antenna system of a high-speed communication line of an earth station.

16 - аппаратура высокоскоростной линии связи земной станции;16 - high-speed communication line equipment of the earth station;

17 - остронаправленная антенная система высокоскоростной линии связи земной станции;17 - highly directional antenna system of a high-speed communication line of an earth station;

18 - базы данных параметров орбитального движения космических аппаратов;18 - database of parameters of orbital motion of spacecraft;

19, 20, 21, 22 - космические аппараты ГЛОНАСС.19, 20, 21, 22 - GLONASS spacecraft.

Заявленная система автономного расчета параметров орбитального движения спутниковой системы связи работает следующим образом. При нахождении в орбитальном полете и космического аппарата 1, постоянно вычисляют на основании принимаемых сигналов от навигационных спутников (СНС) ГЛОНАСС 19, 20, 21 и 22 координаты космического аппарата 1, на основании которых бортовая навигационная система 10 космического аппарата 1 производит расчет параметров прогноза орбитального движения. Параметры орбитального движения записывается в базу данных 11 бортовой навигационной системы 10 космического аппарата 1. Запись параметров орбитального движения осуществляется в виде дискретных отчетов координат космического аппарата и соответствующего им текущего времени.The declared system for autonomous calculation of the parameters of the orbital motion of a satellite communication system works as follows. When the spacecraft 1 is in orbital flight, the coordinates of the spacecraft 1 are constantly calculated on the basis of received signals from the GLONASS navigation satellites (SNS) 19, 20, 21 and 22, on the basis of which the on-board navigation system 10 of the spacecraft 1 calculates the orbital forecast parameters movements. The parameters of the orbital motion are recorded in the database 11 of the on-board navigation system 10 of the spacecraft 1. The parameters of the orbital motion are recorded in the form of discrete reports of the coordinates of the spacecraft and the current time corresponding to them.

Частота дискретизация этих отчетов зависит от требуемой точности наведения ОНА. Требуемая точность наведения ОНА определяется значениями: скорости кругового вращения КА, поддержания ориентации платформы КА, а также - шириной диаграммы направленности ОНА.The sampling rate of these reports depends on the required ONA pointing accuracy. The required accuracy of SHE guidance is determined by the values of: the speed of circular rotation of the spacecraft, maintaining the orientation of the spacecraft platform, and also the width of the SHE directional pattern.

Период, на который производится расчет параметров орбитального движения, зависит от требуемой точности этих параметров и может составлять от 1 витка до одних суток.The period for which the orbital motion parameters are calculated depends on the required accuracy of these parameters and can range from 1 orbit to one day.

Состав устройств КА 1, задействованных в процессе установления связи с ЗС 2 (см. фигуру 1):The composition of the devices of the spacecraft 1 involved in the process of establishing communication with the station 2 (see figure 1):

- бортовой радиотехнический комплекс (БРТК), состоящий из: бортовой аппаратуры низкоскоростной радиолинии связи 4 с малонаправленной антенной системой 3, бортовой аппаратуры высокоскоростной линии связи 7 с остронаправленной антенной системой 8 и системой наведения антенны 6, бортового комплекса управления БРТК 5;- on-board radio technical complex (BRTC), consisting of: on-board equipment of a low-speed radio communication line 4 with a low-directional antenna system 3, on-board equipment of a high-speed communication line 7 with a highly directional antenna system 8 and an antenna guidance system 6, on-board control complex BRTK 5;

- бортовая навигационная система 10, состоящая из: приемника навигационных сигналов 9, оснащенного всенаправленной антенной системой и базы данных 11.- on-board navigation system 10, consisting of: a navigation signal receiver 9, equipped with an omnidirectional antenna system and a database 11.

Состав устройств земной станции 2, задействованных в процессе установления связи с КА 1 (см. фигуру 1):The composition of the devices of earth station 2 involved in the process of establishing communication with spacecraft 1 (see figure 1):

- радиотехнический комплекс (РТК), состоящий из: аппаратуры низкоскоростной радиолинии связи 13 с малонаправленной антенной системой 12, аппаратуры высокоскоростной линии связи 16 с остронаправленной антенной системой 17 и системой наведения антенны 17, компьютера управления работой 14 ЗС и базы данных орбитального движения 18.- a radio technical complex (RTC), consisting of: equipment for a low-speed radio communication line 13 with a low-directional antenna system 12, equipment for a high-speed communication line 16 with a highly directional antenna system 17 and an antenna guidance system 17, a computer for controlling the operation of 14 APs and an orbital motion database 18.

В линиях связи КА-ЗС высокоскоростная связь осуществляется в ВЛС на ОНА, а низкоскоростная связь осуществляется в НЛС на МНА. При установлении связи космического аппарата с земной станцией сначала происходит прием пилот-сигналов в НЛС и оценка состояния атмосферы по принятому значению отношения сигнал/шум (далее по тексту - signal-to-noise ratio, SNR), выбор по этому критерию земной станции для установления связи, отправка запроса на установление связи и прогноза орбитального движения выбранной земной станции в низкоскоростной радиолинии связи, выполняющей функции служебного канала связи.In KA-ZS communication lines, high-speed communication is carried out in the VLAN on the ONA, and low-speed communication is carried out in the NLS on the MNA. When establishing communication between a spacecraft and an earth station, pilot signals are first received in the NLS and the state of the atmosphere is assessed based on the accepted value of the signal-to-noise ratio (SNR), and the earth station is selected based on this criterion to establish communication, sending a request to establish communication and forecast the orbital motion of a selected earth station in a low-speed radio communication link that performs the functions of a service communication channel.

Алгоритм установления связи космического аппарата 1 с земной станцией 2 в ВЛС с применением ОНА изображен на фигуре 2 и заключается в следующем.The algorithm for establishing communication between spacecraft 1 and earth station 2 in the VLS using ONA is shown in Figure 2 and is as follows.

Дежурный режим работы КА.Standby mode of operation of the spacecraft.

Действие 1. КА 1 находится в состоянии приема навигационных спутников СНС ГЛОНАСС и пилот-сигналов от ЗС.Action 1. Spacecraft 1 is in a state of receiving GLONASS SNS navigation satellites and pilot signals from the station.

Шаг 1. КА 1, постоянно вычисляют на основании принимаемых сигналов от навигационных спутников СНС ГЛОНАСС 19, 20, 21 и 22 свои координаты ха, уа, za в прямоугольной геоцентрической гринвичской системе координат, на основании которых бортовая навигационная система 10 космического аппарата 1 и периодически производит расчет параметров прогноза орбитального движения, которые записывается в базу данных 11 бортовой навигационной системы 10 космического аппарата 1.Step 1. The spacecraft 1 constantly calculates, based on the received signals from the navigation satellites SNS GLONASS 19, 20, 21 and 22, its coordinates x a , y a , z a in the rectangular geocentric Greenwich coordinate system, based on which the on-board navigation system 10 of the spacecraft 1 and periodically calculates the parameters of the orbital motion forecast, which are recorded in the database 11 of the on-board navigation system 10 of the spacecraft 1.

Шаг 2. КА 1, постоянно осуществляет прием пилот-сигналов в НЛС на МНА 3, несущих информацию о номере ЗС.Step 2. SC 1 constantly receives pilot signals in the NLS on MNA 3, carrying information about the AP number.

При необходимости инициализации установления связи КА 1 переходит в режим инициализации установления связи этапа расчета и выбора ЗС.If it is necessary to initialize the establishment of communication, SC 1 switches to the initialization mode of establishing communication at the stage of calculation and selection of the AP.

Действие 2. Определение состояния атмосферы над земными станциями, от которых принимаются пилот-сигналы рассмотрим на примере одной из ЗС.Action 2. Let's consider determining the state of the atmosphere above the earth stations from which pilot signals are received using the example of one of the earth stations.

Шаг 1. Бортовая навигационная система 10 космического аппарата 1 на основании значений координат земных станций 2 ϕg, yg, zg в прямоугольной геоцентрической гринвичской системе координат, от которых поступили плот-сигналы, и текущих координат космического аппарата 1 ха, уа, za в прямоугольной геоцентрической гринвичской системе координат, записанных в базе данных 11 бортовой навигационной системы 10 космического аппарата 1, определяет текущие значения расстояния d до ЗС 2 по формуле:Step 1. On-board navigation system 10 of spacecraft 1 based on the coordinate values of earth stations 2 ϕ g , y g , z g in the rectangular geocentric Greenwich coordinate system from which the raft signals were received, and the current coordinates of spacecraft 1 x a , y a , z a in the rectangular geocentric Greenwich coordinate system recorded in the database 11 of the on-board navigation system 10 of the spacecraft 1, determines the current values of the distance d to the GS 2 according to the formula:

Примечание: Значение координат стационарных земных станций 2 ϕg, yg, zg в прямоугольной геоцентрической гринвичской системе координат и координат земных станций 2 ϕg, λg, rg (широта, долгота, радиус-вектор) в сферической геоцентрической гринвичской системе координат записано в базе данных 11 бортовой навигационной системы 10 каждого КА, а значение аналогичных координат подвижных земных станций в прямоугольной геоцентрической гринвичской системе координат и в сферической геоцентрической гринвичской системе координат передаются на КА от ЗС в пилот-сигнале.Note: The value of the coordinates of stationary earth stations 2 ϕ g , y g , z g in the rectangular geocentric Greenwich coordinate system and the coordinates of earth stations 2 ϕ g , λ g , r g (latitude, longitude, radius vector) in the spherical geocentric Greenwich coordinate system is recorded in the database 11 of the onboard navigation system 10 of each spacecraft, and the value of similar coordinates of mobile earth stations in the rectangular geocentric Greenwich coordinate system and in the spherical geocentric Greenwich coordinate system are transmitted to the spacecraft from the station in the pilot signal.

Шаг 2. Бортовая навигационная система 10 космического аппарата 1 на основании значений координат земных станций 2 ϕg, λg, rg (широта, долгота, радиус-вектор) в сферической геоцентрической гринвичской системе координат на основании текущих координат КА 1 xg, yg, zg в прямоугольной геоцентрической гринвичской координат 1, записанных в базе данных 11 БНС 10 космического аппарата 1, вычисляет текущие значений координат космического аппарата 1 x'g, y'g, z'g в прямоугольной топоцентрической системе координат 1 и определяет текущие значения угла радиогоризонта НЛС с ЗС 2 по формуле:Step 2. Onboard navigation system 10 of spacecraft 1 based on the coordinate values of earth stations 2 ϕ g , λ g , r g (latitude, longitude, radius vector) in the spherical geocentric Greenwich coordinate system based on the current coordinates of spacecraft 1 x g , y g , z g in rectangular geocentric Greenwich coordinates 1, recorded in the database 11 BNS 10 of spacecraft 1, calculates the current values of the coordinates of spacecraft 1 x' g , y' g , z' g in the rectangular topocentric coordinate system 1 and determines the current values angle of the radio horizon of the NLS with ES 2 according to the formula:

kсЗ коэффициент сжатия земного шара.k сЗ coefficient of compression of the globe.

Шаг 3. Бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата 1 осуществляет расчет ослабления сигнала на расстояние от ЗС 2 до КА 1 по формуле:Step 3. The on-board control complex BRTK 5 of spacecraft 1 calculates the signal attenuation at a distance from ES 2 to SC 1 using the formula:

d - расстояние от ЗС 2 до КА 1 (м);d - distance from ES 2 to KA 1 (m);

λ - длина волны НЛС (м).λ - NLS wavelength (m).

Шаг 4. Бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата 1 осуществляет расчет допустимого ослабления сигнала в сухой атмосфере Ao от ЗС 2 до КА 1 с учетом угла радиогоризонта а по формуле:Step 4. The on-board control complex BRTK 5 of spacecraft 1 calculates the permissible signal attenuation in a dry atmosphere A o from ES 2 to SC 1, taking into account the radio horizon angle a using the formula:

ho - высота сухого слоя атмосферы (м);h o - height of the dry layer of the atmosphere (m);

γo - погонное затухание в сухой атмосфере (дБ/км);γ o - linear attenuation in a dry atmosphere (dB/km);

α - угол радиогоризонта НЛС от ЗС 2 до КА 1 (рад).α is the angle of the radio horizon of the NLS from ES 2 to KA 1 (rad).

Примечание: значения высоты сухого слоя атмосферы ho и погонного затухания в сухой атмосфере γo вычисляются экспериментально для каждого диапазона, для каждого региона и для каждого сезона.Note: the values of the height of the dry layer of the atmosphere h o and the linear attenuation in the dry atmosphere γ o are calculated experimentally for each range, for each region and for each season.

Шаг 5. Бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата 1 осуществляет расчет допустимого ослабления сигнала во влажной атмосфере Aw от ЗС 2 до КА 1 с учетом угла радиогоризонта а по формуле:Step 5. The on-board control complex BRTK 5 of spacecraft 1 calculates the permissible signal attenuation in a humid atmosphere A w from ES 2 to SC 1, taking into account the angle of the radio horizon a using the formula:

hw- высота влажного слоя атмосферы (м);h w - height of the humid layer of the atmosphere (m);

γw- погонное затухание во влажной атмосфере (дБ/км);γ w - linear attenuation in a humid atmosphere (dB/km);

α - угол радиогоризонта НЛС от ЗС 2 до КА 1 (рад).α is the angle of the radio horizon of the NLS from ES 2 to KA 1 (rad).

Примечание: значения допустимой высоты влажного слоя атмосферы hw и допустимого погонного затухания в влажной атмосфере γw вычисляются экспериментально для каждого диапазона, для каждого региона и для каждого сезона.Note: the values of the permissible height of the humid layer of the atmosphere h w and the permissible linear attenuation in the humid atmosphere γ w are calculated experimentally for each range, for each region and for each season.

Шаг 6. Бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата 1 осуществляет расчет допустимого ослабления сигнала на распространение с учетом угла радиогоризонта а по формуле:Step 6. The on-board control complex BRTK 5 of spacecraft 1 calculates the permissible signal attenuation for propagation, taking into account the radio horizon angle a using the formula:

Шаг 7. Бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата 1 осуществляет расчет SNR в виде отношения энергии бита к спектральной плотности шума на входе приемного устройства Eb/No (дБ) по формуле:Step 7. Onboard control complex BRTK 5 of spacecraft 1 calculates SNR in the form of the ratio of bit energy to the spectral noise density at the input of the receiving device E b /N o (dB) according to the formula:

PT - мощность излучения передающего устройства ЗС 2 (дБ) - известен БРТК космического аппарата 1 заранее;P T is the radiation power of the transmitting device ES 2 (dB) - the BRTK of the spacecraft 1 is known in advance;

GT - коэффициент передающей антенны ЗС 2 (дБ) - постоянная величина;G T - coefficient of the transmitting antenna ES 2 (dB) - constant;

GR - коэффициент приемной антенны КА 1 (дБ) - постоянная величина;G R - coefficient of the receiving antenna of spacecraft 1 (dB) - a constant value;

с'=- 10lgc (дБбит/с) - скорость передачи информации в логарифмическом виде в пилот-сигнале, где: с - скорость передачи информации (бит/с) - постоянная величина и не должна превышать 2,4 кбит/с;с'=- 10lgc (dBbit/s) - information transmission rate in logarithmic form in the pilot signal, where: с - information transmission rate (bit/s) - a constant value and should not exceed 2.4 kbit/s;

LΣ - расчетное допустимое ослабление сигнала на распространение с учетом угла радиогоризонта а (дБ);L Σ - calculated permissible propagation signal attenuation taking into account the radio horizon angle a (dB);

Lo - другие виды ослаблений (дБ) (ослабление в приемном тракте КА 1 и ослабление из-за эллиптичности круговой поляризации принимаемого сигнала) - определяются экспериментально и заранее известны БРТК космического аппарата 1;L o - other types of attenuation (dB) (attenuation in the receiving path of spacecraft 1 and attenuation due to the ellipticity of the circular polarization of the received signal) - are determined experimentally and are known in advance by the BRTK of spacecraft 1;

Z - допустимый энергетический запас радиолинии БРТК космического аппарата 1 - определяется экспериментально и заранее известен БРТК космического аппарата 1 и как правило не превышает 3 дБ;Z is the permissible energy reserve of the radio link BRTK of spacecraft 1 - is determined experimentally and is known in advance by the BRTK of spacecraft 1 and, as a rule, does not exceed 3 dB;

No -спектральная плотность и шума (дБ) на входе приемного устройства - определяется экспериментально и заранее известен БРТК космического аппарата 1.N o - spectral density and noise (dB) at the input of the receiving device - is determined experimentally and is known in advance by the BRTK of spacecraft 1.

Шаг 8. Бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата 1 вычисляет значение ослабления во влажной атмосфере Aw реального принятого сигнала от ЗС 2 с учетом угла радиогоризонта а по формуле:Step 8. The on-board control complex BRTK 5 of spacecraft 1 calculates the attenuation value in the humid atmosphere A w of the real received signal from ES 2, taking into account the angle of the radio horizon a using the formula:

Eb/No - реально принятое значение;E b /N o - actual accepted value;

Ao - расчетное значение;A o - calculated value;

заранее известные постоянные параметры. pre-known constant parameters.

Шаг 9. Бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата 1 сравнивает расчетное значение ослабления во влажной атмосфере Aw с реальным значением в полученных пилот-сигналах и если реальное значение ослабление во влажной атмосфере Aw превышает расчетное значение, то это характеризует неблагоприятное состояние атмосферы над данной земной станцией.Step 9. The on-board control complex BRTK 5 of spacecraft 1 compares the calculated value of attenuation in a humid atmosphere A w with the real value in the received pilot signals, and if the real value of attenuation in a humid atmosphere A w exceeds the calculated value, then this characterizes the unfavorable state of the atmosphere above this earth station.

Примечание: действия определения состояния повторяется определенное количество раз, длительность которых определяется экспериментально и не должна превышать 1 минуты.Note: the action of determining the state is repeated a certain number of times, the duration of which is determined experimentally and should not exceed 1 minute.

Режим инициализации установления соединения с ЗС.Initialization mode for establishing a connection with the station.

Действие 3. Выбор наиболее подходящей ЗС для установления связи в ВЛС.Action 3. Selecting the most suitable station for establishing communication in the VLAN.

Шаг 1. Сравнение значений SNR и ослабления во влажной атмосфере Aw в принятых пилот сигналах от разных ЗС и выбор наиболее подходящей для установления связи в ВЛС.Step 1. Comparison of the values of SNR and attenuation in a humid atmosphere A w in the received pilot signals from different ES and selection of the most suitable one for establishing communication in the VLAN.

Шаг 2. Если заданным требованиям соответствует несколько земных станций, то из них выбирается станция, продолжительность сеанса связи с которой максимальная. Максимальность продолжительность сеанса связи с земной станции выбираются на основании значения доплеровского сдвига частоты пилот-сигнала. Максимальной продолжительности сеанса связи соответствует максимальное значение доплеровского сдвига частоты пилот-сигнала.Step 2. If several earth stations meet the specified requirements, then the station with the maximum duration of the communication session is selected from among them. The maximum duration of a communication session from an earth station is selected based on the Doppler frequency shift value of the pilot signal. The maximum duration of a communication session corresponds to the maximum value of the Doppler frequency shift of the pilot signal.

Действия 4. Отправка запроса на установление связи.Steps 4. Send a connection request.

Шаг 1. БРТК 7 космического аппарата 1 формирует сигнал запроса на установление связи с выбранной земной станции, в котором, кроме того, содержатся информация о прогнозе орбитального движения космического аппарата 1 (например, на один виток), и отправляет его в НЛС с МНА 3 бортовой аппаратуры НЛС 4.Step 1. BRTK 7 of spacecraft 1 generates a request signal to establish communication from the selected earth station, which, in addition, contains information about the forecast of the orbital movement of spacecraft 1 (for example, for one orbit), and sends it to the NLS with MNA 3 on-board equipment NLS 4.

Шаг 2. Земная станция 2 принимает сигнал запроса от космического аппарата 1 на малонаправленную антенну 12 аппаратуры НЛС и компьютер управления работой 14 земной станции осуществляет оценку, может ли земная станция 2 войти в связь с вызывающим космическим аппаратом 2. В результате оценки анализируется загрузка ЗС 2 и приоритет вызывающего космического аппарата 1.Step 2. Earth station 2 receives a request signal from spacecraft 1 to the low-directional antenna 12 of the NLS equipment and the earth station operation control computer 14 assesses whether earth station 2 can communicate with the calling spacecraft 2. As a result of the assessment, the load of station 2 is analyzed and calling spacecraft priority 1.

Шаг 3. Компьютер управления работой 14 земной станции 2 формирует ответ на сигнал запроса и отправляет его с малонаправленной антенной системы 12 аппаратуры НЛС 13 на космический аппарат 1.Step 3. The computer for controlling the operation 14 of the earth station 2 generates a response to the request signal and sends it from the low-directional antenna system 12 of the satellite navigation system 13 to the spacecraft 1.

Действия 5. Получение ответа от ЗС на запрос установления связи.Actions 5. Receiving a response from the AP to the connection request.

Шаг 1. МНА 3 бортовой аппаратуры НЛС 4 принимает сигнал ответа и передает его на БКУ БРТК 5 КА 1, который его анализирует и, если сигнал ответа положительный, запускается процедура взаимного наведения остронаправленных оптических антенных систем.Step 1. MNA 3 of the on-board equipment NLS 4 receives the response signal and transmits it to the BRTK 5 KA 1 BCU, which analyzes it and, if the response signal is positive, the procedure for mutual guidance of highly directional optical antenna systems is started.

Шаг 2. Если сигнал ответа - отрицательный, КА 1 продолжает процедуры анализа входных пилот-сигналов и выбора подходящей земной станции 2.Step 2. If the response signal is negative, SC 1 continues the procedures for analyzing the input pilot signals and selecting a suitable earth station 2.

Алгоритм установления связи земной станцией 2 с космическим аппаратом 1 с в ВЛС с применением ОНА (то есть когда инициатором установления связи является земная станция) заключается в следующем:The algorithm for establishing communication between earth station 2 and spacecraft 1 in the VLAN using OHA (that is, when the initiator of establishing communication is the earth station) is as follows:

Действие 1. Вызов космического аппарата.Action 1. Calling a spacecraft.

Шаг 1. Компьютер управления работой 14 земной станции 1 по имеющейся в базах данных 11 информации об орбитальном движении определяет, что вызываемый космический аппарат 2 находится в ее зоне радиовидимости (ЗРВ).Step 1. The computer for controlling the operation 14 of the earth station 1, based on the information on orbital motion available in the databases 11, determines that the called spacecraft 2 is in its radio visibility zone (RV).

Шаг 2. Компьютер управления работой 14 земной станции 1 формирует сигнал вызова космического аппарата 2 и отправляет его с малонаправленной антенной системы 12 аппаратуры НЛС 13 в НЛС на КА 1.Step 2. The computer for controlling the operation 14 of the earth station 1 generates a call signal to the spacecraft 2 and sends it from the low-directional antenna system 12 of the equipment of the satellite 13 to the satellite to the spacecraft 1.

Шаг 3. Космический аппарат 1 принимает сигнал вызова в НЛС на малонаправленную антенную систему 3 бортовой аппаратуры НЛС 4.Step 3. Spacecraft 1 receives a call signal in the NLS to the low-directional antenna system 3 of the on-board equipment of the NLS 4.

Затем, бортовой комплекс управления БРТК 5 космического аппарата запускает процедуру выбора оптимальной земной станции 2 для установления связи, которые были подробно расписаны в предыдущем алгоритме установления связи КА с ЗС и осуществляются действия 1-5, описанные в предыдущем алгоритме.Then, the onboard control complex BRTK 5 of the spacecraft starts the procedure for selecting the optimal earth station 2 for establishing communication, which were described in detail in the previous algorithm for establishing communication between the spacecraft and the earth station, and actions 1-5 described in the previous algorithm are carried out.

Примечание: при пропадании связи с земной станцией и при необходимости осуществления эстафетного перехода к другой земной станции осуществляется действия 1-5 описанные в предыдущем алгоритме установления связи КА с ЗС.Note: if communication with the earth station is lost and if it is necessary to make a relay transition to another earth station, actions 1-5 described in the previous algorithm for establishing communication between the spacecraft and the earth station are carried out.

Claims (4)

1. Способ выбора космическим аппаратом земной станции для установления высокоскоростной связи на остронаправленные антенные системы в диапазонах, радиопрозрачность которых зависит от состояния атмосферы, включающий установление связи между космическим аппаратом и земной станцией в высокоскоростной линии связи с применением остронаправленных антенн, при котором постоянно вычисляют на основании принимаемых сигналов от навигационных спутников ГЛОНАСС координаты космического аппарата, на основании которых бортовая навигационная система космического аппарата периодически производит расчет параметров прогноза орбитального движения, которые записывают в базу данных бортовой навигационной системы космического аппарата, постоянно осуществляет прием пилот-сигналов в низкоскоростной линии связи на малонаправленную антенну, несущих информацию о номере земной станции, отличающийся тем, что определяют состояния атмосферы над земными станциями следующим образом - бортовая навигационная система космического аппарата на основании значений координат земных станций, записанных в базе данных бортовой навигационной системы космического аппарата, определяет текущие значения расстояния до земной станции, от которой принимает пилот-сигнал, вычисляет текущие значения координат космического аппарата, осуществляет расчет ослабления сигнала на расстояние от земной станции до космического аппарата и расчет допустимого ослабления сигнала в сухой и влажной атмосфере, расчет допустимого ослабления сигнала на распространение с учетом угла радиогоризонта, расчет отношения сигнал/шум в виде отношения энергии бита к спектральной плотности шума на входе приемного устройства, вычисляет значение ослабления во влажной атмосфере реального принятого сигнала от земной станции с учетом угла радиогоризонта, сравнивает расчетное значение ослабления во влажной атмосфере с реальным значением в полученных пилот-сигналах и если реальное значение ослабления во влажной атмосфере превышает расчетное значение, то это характеризует неблагоприятное состояние атмосферы над данной земной станцией, при этом осуществляют выбор наиболее подходящей земной станции для установления связи в высокоскоростной линии связи путем сравнения значений отношения сигнал/шум и ослабления во влажной атмосфере в принятых пилот сигналах от разных земных станций и выбора наиболее подходящей для установления связи в высокоскоростной линии связи, осуществляют этап отправки запроса на установление связи, при котором бортовой ретрансляционный комплекс космического аппарата формирует сигнал запроса на установление связи с выбранной земной станцией, в котором, кроме того, содержится информация о прогнозе орбитального движения космического аппарата, и отправляет его по низкоскоростной линии связи с малонаправленной антенны бортовой аппаратуры, земная станция принимает сигнал запроса от космического аппарата на малонаправленную антенну аппаратуры низкоскоростной линии связи и компьютер управления работой земной станции осуществляет оценку, может ли земная станция войти в связь с вызывающим космическим аппаратом, формирует ответ на сигнал запроса и отправляет его с малонаправленной антенной системы аппаратуры низкоскоростной линии связи на космический аппарат, малонаправленная антенна бортовой аппаратуры принимает сигнал ответа и передает его на бортовой комплекс управления бортового ретрансляционного комплекса, который его анализирует, и, если сигнал ответа положительный, запускают процедуру взаимного наведения остронаправленных оптических антенных систем, если сигнал ответа отрицательный, космический аппарат продолжает процедуры анализа входных пилот-сигналов и выбора подходящей земной станции.1. A method for selecting an earth station by a spacecraft to establish high-speed communication on highly directional antenna systems in bands, the radio transparency of which depends on the state of the atmosphere, including establishing communication between the spacecraft and the earth station in a high-speed communication line using highly directional antennas, in which it is constantly calculated based on received signals from GLONASS navigation satellites, the coordinates of the spacecraft, on the basis of which the onboard navigation system of the spacecraft periodically calculates orbital motion forecast parameters, which are recorded in the database of the onboard navigation system of the spacecraft, constantly receives pilot signals in a low-speed communication line to a low-directional antenna , carrying information about the number of the earth station, characterized in that they determine the state of the atmosphere above the earth stations as follows - the onboard navigation system of the spacecraft, based on the values of the coordinates of the earth stations recorded in the database of the onboard navigation system of the spacecraft, determines the current values of the distance to the earth station , from which it receives the pilot signal, calculates the current coordinates of the spacecraft, calculates the signal attenuation at a distance from the earth station to the spacecraft and calculates the permissible signal attenuation in a dry and humid atmosphere, calculates the permissible signal attenuation for propagation taking into account the angle of the radio horizon, calculation signal-to-noise ratio in the form of the ratio of bit energy to the spectral density of noise at the input of the receiving device, calculates the attenuation value in a humid atmosphere of the actual received signal from an earth station, taking into account the angle of the radio horizon, compares the calculated attenuation value in a humid atmosphere with the real value in the received pilot signals and if the actual value of attenuation in a humid atmosphere exceeds the calculated value, then this characterizes the unfavorable state of the atmosphere above a given earth station, while selecting the most suitable earth station for establishing communication in a high-speed communication link by comparing the values of the signal-to-noise ratio and attenuation in a humid atmosphere in the received pilot signals from different earth stations and selecting the most suitable one for establishing communication in a high-speed communication line, the stage of sending a request to establish communication is carried out, in which the on-board relay complex of the spacecraft generates a request signal to establish communication with the selected earth station, in which, in addition In addition, it contains information about the forecast of the orbital motion of the spacecraft, and sends it over a low-speed communication line from the low-directional antenna of the on-board equipment, the earth station receives a request signal from the spacecraft to the low-directional antenna of the low-speed communication line equipment, and the earth station operation control computer evaluates whether the earth station enters into communication with the calling spacecraft, generates a response to the request signal and sends it from the low-directional antenna system of the low-speed communication line equipment to the spacecraft, the low-directional antenna of the on-board equipment receives the response signal and transmits it to the on-board control complex of the on-board relay complex, which analyzes and, if the response signal is positive, the procedure for mutual guidance of highly directional optical antenna systems is started; if the response signal is negative, the spacecraft continues the procedures for analyzing the input pilot signals and selecting a suitable earth station. 2. Способ выбора космическим аппаратом земной станции для установления высокоскоростной связи по п. 1, отличающийся тем, что если заданным требованиям соответствует несколько земных станций, то из них выбирают станцию, продолжительность сеанса связи с которой максимальная.2. The method for selecting an earth station by a spacecraft for establishing high-speed communication according to claim 1, characterized in that if several earth stations meet the specified requirements, then the station with the maximum duration of the communication session is selected from among them. 3. Способ выбора космическим аппаратом земной станции для установления высокоскоростной связи по п. 2, отличающийся тем, что максимальную продолжительность сеанса связи с земной станцией выбирают на основании значения доплеровского сдвига частоты пилот-сигнала.3. The method for selecting an earth station by a spacecraft to establish high-speed communication according to claim 2, characterized in that the maximum duration of a communication session with the earth station is selected based on the value of the Doppler frequency shift of the pilot signal. 4. Способ выбора космическим аппаратом земной станции для установления высокоскоростной связи по п. 3, отличающийся тем, что максимальной продолжительности сеанса связи соответствует максимальное значение доплеровского сдвига частоты пилот-сигнала.4. The method for selecting an earth station by a spacecraft to establish high-speed communication according to claim 3, characterized in that the maximum duration of the communication session corresponds to the maximum value of the Doppler frequency shift of the pilot signal.
RU2023130116A 2023-11-20 Method of selecting earth station by spacecraft for establishing high-speed communication on high-gain antenna systems in ranges whose radio transparency depends on state of atmosphere RU2822689C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2822689C1 true RU2822689C1 (en) 2024-07-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9485010B1 (en) * 2001-09-10 2016-11-01 The Directv Group, Inc. Adaptive coding and modulation for spot beam satellite broadcast
RU2611606C1 (en) * 2015-11-30 2017-02-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) Method of adaptation of modes of transmitting information over satellite communication channels in conditions of atmospheric disturbances and device for its implementation
EP3355486A1 (en) * 2017-01-30 2018-08-01 Space Systems/Loral, LLC Adaptive communication system
RU2693842C1 (en) * 2018-07-30 2019-07-05 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") Method for probing the ionosphere and troposphere
CN111077526A (en) * 2019-12-30 2020-04-28 中国电子科技集团公司电子科学研究院 Ionosphere chromatography method and system based on high-orbit spaceborne SAR system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9485010B1 (en) * 2001-09-10 2016-11-01 The Directv Group, Inc. Adaptive coding and modulation for spot beam satellite broadcast
RU2611606C1 (en) * 2015-11-30 2017-02-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) Method of adaptation of modes of transmitting information over satellite communication channels in conditions of atmospheric disturbances and device for its implementation
EP3355486A1 (en) * 2017-01-30 2018-08-01 Space Systems/Loral, LLC Adaptive communication system
RU2693842C1 (en) * 2018-07-30 2019-07-05 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") Method for probing the ionosphere and troposphere
CN111077526A (en) * 2019-12-30 2020-04-28 中国电子科技集团公司电子科学研究院 Ionosphere chromatography method and system based on high-orbit spaceborne SAR system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. Rossi, M. et al. "Performance analysis and optimization of site diversity techniques for EHF satellite links", 2011 Aerospace Conference, Big Sky, MT, USA, 2011, сс. 1-11, doi: 10.1109/AERO.2011.5747256. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Azari et al. Ultra reliable UAV communication using altitude and cooperation diversity
US6115580A (en) Communications network having adaptive network link optimization using wireless terrain awareness and method for use therein
CN107018514B (en) Spectrum sharing between aircraft-based air-to-ground communication systems and existing geostationary satellite services
US9628168B2 (en) Dynamic link adaption and/or dynamic allocation of communication resources of a communication system based on external interference information received from external interference information sources
CN110518965B (en) Method for avoiding uplink interference of nonsynchronous orbit satellite on synchronous orbit satellite
US9476715B2 (en) Navigational route selection to mitigate probability mobile terminal loses communication capability
Tani et al. An adaptive beam control technique for Q band satellite to maximize diversity gain and mitigate interference to terrestrial networks
CN115118363B (en) NGSO satellite system interference and channel capacity obtaining method based on space position probability
Hokazono et al. Extreme coverage extension in 6G: Cooperative non-terrestrial network architecture integrating terrestrial networks
CN111800875B (en) Resource allocation method, device, storage medium and network equipment
Kitanozono et al. Development of high altitude platform station backhaul system using 38ghz band frequency
CN114221726B (en) Down link co-channel interference characterization method of ka band unmanned aerial vehicle communication system
Nguyen et al. Average transmission rate and outage performance of relay-assisted satellite hybrid FSO/RF systems
Cuevas et al. Technical characteristics and regulatory challenges of communications satellite earth stations on moving platforms
US11178550B2 (en) Coordination of spectrum allocation and interference avoidance among high-altitude networks
Nasraoui et al. Optimal uav positioning for terrestrial users
RU2822689C1 (en) Method of selecting earth station by spacecraft for establishing high-speed communication on high-gain antenna systems in ranges whose radio transparency depends on state of atmosphere
CN117544222A (en) Satellite subscriber station terminal transmitting power dynamic control system based on meteorological attenuation prediction and using method
Kerczewski et al. UAS CNPC satellite link performance—Sharing spectrum with terrestrial systems
CN113014306A (en) NGEO and GEO satellite spectrum sharing method based on interference control
Abualhayja’a et al. On the outage performance of reconfigurable intelligent surface-assisted uav communications
Milas et al. Interference environment between high altitude platform networks (HAPN), geostationary (GEO) satellite and wireless terrestrial systems
CN115379547A (en) Uplink transmission power control method, device, electronic equipment and storage medium
Kerczewski et al. Assessing spectrum compatibility for beyond-line-of-sight UAS control and non-payload communications
Adel et al. Enhancing spectral efficiency of ground-to-hap fso system with adaptive mask in presence of beam-wander and aoa fluctuation