UA116374U - Пасивний кореляційний спосіб визначення положення космічного апарата - Google Patents

Abstract

Пасивний кореляційний спосіб визначення положення космічного апарата, при якому на розташованих в зоні покриття контрольованого космічного апарата рознесених у просторі наземних станціях, синхронізованих за допомогою GPS, реєструють сигнали DVB-S, які випромінює космічний апарат, отримані вибірки сигналів каналами зв'язку передають в центр обробки, де за допомогою кореляційного аналізу обчислюють значення різниці в часі прийому станціями сигналів TDOA (Time Difference Of Arrival), випромінюваних космічним апаратом, і шляхом порівняння отриманих в результаті кореляційного аналізу TDOA і відомих координат наземних станцій визначають координати космічного апарата і прогнозують його орбітальне положення, причому для прийому сигналів (In і Qu), що надходять з космічного апарата, в наземних станціях використовують розташовані в приймачах станцій радіочастотні блоки з квадратурними детекторами, виконаними з можливістю виводу прямого (In) і квадратурного сигналів (Qu), прийняті сигнали з виходу радіочастотного блока приймачів подають на зовнішні відносно до приймачів аналого-цифрові перетворювачі (АЦП), за які використовують двоканальні USB-осцилографи з зовнішнім запуском, на зовнішній запуск осцилографів подають щосекундні синхроімпульси (PPS - Pulse-Per-Second), сформовані GPS-приймачами станцій мережі, забезпечуючи при цьому щосекундно в момент приходу сигналу PPS-запис у внутрішні пам'яті осцилографів вибірок (IQ) сигналів DVB-S з космічного апарата заданої тривалості у вигляді цифрових значень амплітуд квадратурних каналів приймачів, вибірки (IQ) з використанням програмного забезпечення щосекундно переміщують із внутрішньої пам'яті осцилографів в комп'ютери станцій, де їх обробляють шляхом перетворення комплексних вибірок в дійсні, після чого порівнюють TDOA з відомими координатами наземних станцій для визначення положення космічного апарата.

Description

вибірок в дійсні, після чого порівнюють ТООА з відомими координатами наземних станцій для визначення положення космічного апарата.

Коми'нлео Ми

І брама | я я ва М бі ри Е і лекодер Й | я д зовано 15, кеиміндя упукалівня н о

ЕД, фарлххютяттнтттттт тет тотттттлня в ї5А я сх ре «не првймаз

Сі 73 Блок ПВ ін: ! тт

СІВ вибормеція, ЕЕ кою пестянявю СТР Он я : кумило Мр, птттттттнрсннн 13 В

ГАМ тк . ї т ск сек се змІлимКка РР віл початку рр секувдн СС | Рівно

Ген і и

Фіг. 2

Корисна модель належить до позиційних спостережень космічних об'єктів на навколоземних орбітах, особливо до визначення положення телевізійних супутників на геостаціонарних орбітах в геоцентричній неінерційній прямокутній системі координат.

Найпоширенішим радіотехнічним засобом супроводу космічних апаратів (КА) є однопозиційний радар, який має вузьконаправлену антену, призначену для супроводу супутника по азимуту та куту місця та систему тонового або кодового дистанціювання, призначену для визначення дальності. Похибка визначення кутових координат на частоті 14 ГГц за допомогою антени з діаметром 10 м становить 10 кутових секунд |1|, що обумовлює похибку визначення положення КА на геостаціонарних орбітах порядку 1500 м. До основних недоліків такого радара можна віднести невисоку точність визначення координат КА, значну вартість як виготовлення, так і експлуатації радара, створення перешкод для функціонування обладнання як контрольованого, так і сусідніх КА завдяки випромінюванню радаром електромагнітної енергії в напрямку КА, можливість контролю положення тільки своїх КА.

Проблему електромагнітної сумісності вдалося частково усунути в системі ПОАВТ5 (Рідйнаї

Адуапсед Рапаіпуд мій Тгапзроп-зігїєат 5ідпаіє) завдяки використанню для передачі пакета дистанціювання транспортного потоку цифрового супутникового телебачення стандарту ОМВ-5 (Рідна! Мідео Вгоаадсавіїпа-ЗаїейШе) з корисним навантаженням |2). Система була створена компанією 5Е5 (Босієїе Еигорееппе дез Заїейев) Авіга спільно з Інститутом інтегральних схем ім. Фраунгофера (Фраунгофер ГІС) для контролю положення геостаціонарних КА, що транслюють цифрове супутникове телебачення в форматі ОМВ-5. Система може працювати як в однопозиційному, так і в багатопозиційному варіанті. Система може контролювати лише свої

КА, оскільки для визначення моменту випромінювання пакета дистанціювання один із приймачів повинен бути суміщений зі штатним передавачем корисного навантаження. Для визначення моменту випромінювання на вхід приймача подається сигнал зі спеціального відгалуження в антенно-фідерному тракті передавача. Передавач і приймач при цьому мають один спільний опорний генератор. Для визначення відстані до супутника рознесеними у просторі приймачами момент випромінювання передається їм з приймача, суміщеного з передавачем. Тобто, у випадку несправності цього приймача, вся система перестає працювати. Як момент випромінювання, так і момент прийому пакета визначається з використанням згортки

Зо випроміненого та прийнятого сигналів з опорним сигналом. Опорний сигнал формується у відповідності до повідомлення, отриманого після декодування прийнятого сигналу, за допомогою тракту аналогічного тому, який використовується для формування випромінюваного та обробки прийнятого сигналів. Оскільки декодування сигналу потребує часу, прийнятий сигнал після оцифровування попередньо запам'ятовується. Для згортки використовуються оцифровані сигнали з виходу квадратурного детектора-приймача. Багатопозиційна система ОАВТ5 синхронізується за допомогою СР. При цьому як опорний сигнал приймачів ОМВ-5, включаючи їхні АЦП (аналого-цифровий перетворювач), використовується сигнал 10 МГц, що формується приймачами СРБ5. Незважаючи на високу точність визначення дальності, яка є кращою ніж 0.3 м, у випадку однопозиційної ОАВНТО похибка визначення координат супутника співпадає з похибкою традиційного радара дистанціювання, оскільки обумовлена похибками визначення кутових координат супутника. Випробовування трипозиційної ОАВТО показали, що система також має невисоку точність визначення координат супутника, обумовлену недостатньою точністю синхронізації системи за допомогою СРБ |З). Наведена похибка визначення дальності отримана САВТ5 для сигналу ОМВ-5 з шириною спектра 30 МГц. Цю похибку, зважаючи на умови експерименту, можна вважати мінімально можливою для такого сигналу. Зазначимо також, що сигнал ОМВ-5 має псевдошумовий характер, а отже його автокореляційна функція близька до 5-функції, тобто, даний тип сигналу є ідеальним для використання в пристроях вимірювання затримки.

Протягом 2010-2013 років корпорація 5Е5 спільно з Фраунгофер ПС виконала проект

Європейського космічного агентства (ЄКА) по створенню системи РаСоВа (Развзіме СоітеїЇайоп

Вапдіпа), призначеної для високоточного супроводу геостаціонарних супутників. Спосіб визначення положення космічних апаратів - телевізійних супутників, що реалізується цією системою, полягає в наступному. Рознесені у просторі наземні термінали (станції) системи, розташовані в зоні покриття контрольованого супутника, синхронно реєструють сигнал, який випромінюється супутником. Отримані вибірки сигналу каналами зв'язку надходять в центр обробки, де за допомогою кореляційного аналізу обчислюються значення ТООА (Тіте ОйШегепсе

ОЇ Атіма!) - різниці в часі прийому станціями сигналів, випромінюваних супутниками. Для визначення координат супутника і прогнозування його орбітального положення використовуються отримані значення ТОСА та відомі координати наземних станцій. Станції 60 синхронізуються за допомогою СРО.

На сайтах ЄКА та 5Е5 наводиться лише загальна інформація про спосіб та про створення системи з п'яти приймальних станцій, одна з яких є резервною, а також повідомляється, що система була випробувана в діапазоні радіохвиль Ки (12-18 ГГц) |4, 5). В доповіді (б| наводяться дані про похибку вимірювання ТООА, яка склала приблизно 7.7 не або 2 м і була отримана системою РасСовВа протягом двох діб у березні 2014 року. Тут і дальше похибка ТООА в метрах дорівнює похибці в секундах помноженій на швидкість світла і відповідає похибці різниці нахилених дальностей від супутника до станцій. До складу РаСоНа входили дві станції, розташовані в Бецдорфі (Люксембург) і в Мюнхені (Німеччина), що відповідає відстані між станціями приблизно рівній 425 км. В доповіді також наводиться похибки обчислення координат супутника, отримані в результаті моделювання, які не перевищують 119 м. В доповіді відсутня інформація як про характеристики приймальних станцій РаСоНа, так і про параметри моделювання. В останньому повідомленні, відомому нам на даний час, йдеться про впровадження проекту РаСоРа в США І7|.

Реалізований в системі РаСоРа спосіб визначення положення КА можна вважати однією з реалізацій радіоїнтерферометричного методу радіоастрономії, оскільки основою обох способів є використання кореляційного аналізу радіосигналів для визначення просторових характеристик джерел радіовипромінювання. Оскільки в радіоастрономії досліджуються надзвичайно віддалені від Землі джерела радіовипромінювання, то радіотелескопи - складові радіоїнтерферометрів являють собою надчутливі радіоприймачі з антенами, розміри яких часто сягають десятки і сотні метрів. Високі вимоги пред'являються до стабільності і ідентичності амплітудно-фазових характеристик приймальних трактів радіотелескопів. Все це в свою чергу потребує використання, в тому числі, квантових стандартів часу і частоти як опорних генераторів і кріогенних установок для охолодження вхідних каскадів радіоприймачів. Оскільки виготовлення і експлуатація радіотелескопів потребують значних витрат, то потужні радіоінтерферометри з наддовгими базами (РНДБ) для задач, не пов'язаних з астрономією, використовуються епізодично, наприклад, для калібрування супутникових навігаційних систем. В роботі І8) китайська мережа РНДБ (КМР) із 4 радіотелескопів протягом доби в серпні 2010 року супроводжувала геостаціонарний супутник, який входить до складу китайської супутникової навігаційної системи СОМРА5Б5. Максимальна відстань між радіотелескопами КМР по широті дорівнювала 1114 км, а по довготі - 3249 км. Як маяк для КМР слугував радіосигнал з частотою 2.2 ГГц ї з шириною спектра приблизно 2 МГц. Похибка обчислення ТООА становила 3.6 не, а похибка визначення координат супутника дорівнювала 10 м. Для визначення орбітального положення супутника, при цьому використовувалася сучасна модель руху супутника і сучасна модель вимірювання, які враховували гравітаційне тяжіння Сонця і Місяця, гравітаційне тяжіння несферичної Землі, гравітаційне тяжіння приливів в твердій Землі і океанських приливів, радіаційний тиск Сонця, релятивістські ефекти, атмосферну рефракцію та ін. В роботі зазначається, що порівняно невисока точність визначення ТООА обумовлена вузькістю спектра сигналу радіомаяка.

Задачею винаходу є створення повністю пасивного кореляційного способу визначення положення космічного апарата (супутника), який забезпечує досягнення такого технічного результату: - мала похибка обчислення координат супутника в геоцентричній неінерційній прямокутній системі координат; - відсутність впливу на функціонування обладнання супутника завдяки відсутності електромагнітного випромінювання в напрямку супутника; - можливість контролю орбітального положення будь якого діючого телекомунікаційного супутника, включаючи власні супутники та супутники третьої сторони; - збереження працездатності при деградації мережі до З станцій або до 75 95 від повної працездатності; - мінімізація витрат на супровід супутника за рахунок автоматизації вимірювань; - можливість використання малих антен та стандартних радіоприймачів.

В пасивному кореляційному способі визначення положення космічного апарата, при якому на розташованих в зоні покриття контрольованого космічного апарата рознесених у просторі наземних станціях, синхронізованих за допомогою СР, реєструють сигнали ОМУВ-5, які випромінює космічний апарат, отримані вибірки сигналів каналами зв'язку передають в центр обробки, де за допомогою кореляційного аналізу обчислюють значення різниці в часі прийому станціями сигналів (ТООА-Тіте ОРіпйегепсе ОЇ Апіма)), випромінюваних космічним апаратом, і шляхом порівняння отриманих в результаті кореляційного аналізу ТОСА і відомих координат наземних станцій визначають координати космічного апарата і прогнозують його орбітальне 60 положення, згідно з винаходом, поставлена задача вирішена тим, що для прийому сигналів (п і

Ои), що надходять з космічного апарата, в наземних станціях використовують розташовані в приймачах станцій радіочастотні блоки з квадратурними детекторами, виконаними з можливістю виводу прямого (Іп) і квадратурного сигналів (Ой), прийняті сигнали з виходу радіочастотного блока приймачів подають на зовнішні відносно до приймачів аналого-цифрові перетворювачі (АЦП), за які використовують двоканальні О5В-осцилографи з зовнішнім запуском, на зовнішній запуск осцилографів подають щосекундні синхроїмпульси (РРО-РиїЇве-

Рег-Зесопа), сформовані СРО приймачами станцій мережі, забезпечуючи при цьому щосекундно в момент приходу сигналу РРБ5 запис у внутрішні пам'яті осцилографів вибірок (ІЮ) сигналів ОМВ-5 з космічного апарата заданої тривалості у вигляді цифрових значень амплітуд квадратурних каналів приймачів, вибірки (10) з використанням програмного забезпечення щосекундно переміщують із внутрішньої пам'яті осцилографів в комп'ютери станцій, де їх ефрублюдь Дляхом перетворення комплексних вибірок в дійсні згідно з наступним виразом: ' ' 'де "і ФУ. амплітуда і фаза комплексного сигналу в момент часу Г, їі а НК-Е : г - Е() Я | Б -ИЗВХ--- І шляхом нормування вибірок згідно з наступним виразом: б, потім округлюють отримані нормовані значення з точністю, яка відповідає заданому коефідієнту

Ктоит, та перетворюють округлені значення в цілі числа: Ф-оогіт К гошта ов), деГі в. середнє та середньоквадратичне відхилення вибірки Р, а функція Поог/) дорівнює найбільшому цілому, що не перевищує значення, задане в дужках функції, після цього за допомогою Іпістпеї коефіцієнт Кітошла передають разом з масивом (4) в центр обробки для : - с . й Ат; відновлення вибірок (Е), в центрі обробки обчислю тв. щосекундні значення ТООА (),

Пх о)

Аті) й пн Кт вон вт ; використовуючи наступний вираз зго зго де і, |- умовні порядкові номери станцій мережі;

ТРРБІ | РЕВІ . задані початкові затримки від початку секунди ОТС (Соогаїпаїей

Мпімегза! Тіте - всесвітній координований час) синхроімпульсів РРБ5, які дозволяють розташовувати станції мережі на довільній відстані одна від одної незалежно від тривалості вибідки Т» і які формуються СР приймачами станцій; пір. виміряне значення різниці апаратурних затримок станцій;

Ка - виміряний коефіцієнт пропорційності між діючою частотою дискретизації М і номінальною: їу-Кваге«Тп,

Зо пхі - обчислене зміщення максимуму кореляційної функції від початку вибірки, отриманої і-ою станцією, по| - задане зміщення середньої частини вибірки, отриманої і-ою станцією, від її початку, після чого порівнюють ТООА з відомими координатами наземних станцій для визначення положення космічного апарата.

Далі описано спосіб здійснення винаходу з посиланнями на креслення, де на Фіг. 1 схематично показана мережа станцій і супутник, що випромінює сигнал, а на Фіг. 2 блок-схема станцій.

Повністю пасивний кореляційний спосіб визначення положення КА, аналог РаСоРа, був випробуваний спочатку в серпні 2011 року з використанням мережі із двох станцій, синхронізованих за допомогою СРО і рознесених у просторі приблизно на 150 км. Під час випробувань протягом двох діб контролювався телекомунікаційним геостаціонарним супутником (ТК ГОС) "НоїВіга-9" (137 с.д.) з використанням випромінюваного супутником на частоті 11179

МГц сигналу ОУВ-5 з горизонтальною поляризацією та символьною частотою 27000 кГц.

Пізніше була створена та функціонує експериментальна мережа пасивного кореляційного моніторингу (МПКМ) ТК ГОСС у складі з 5 станцій, розташованих в містах Харків, Рівне,

Мукачеве, Миколаїв (Україна) і в місті Вентспілсо (Латвія). Відстань між станціями мережі по широті і довготі приблизно дорівнює 1000 км. Станції мережі укомплектовані широкорозповсюдженими (побутовими) приймачами ЮМВ-5 (а саме, приймачами 5Кузіаї! і зЗКкуєзіа!2, виготовленими у вигляді РСІ-плат) та стандартними антенно-фідерними трактами з антенами, діаметри яких не перевищують 2 метри. З метою забезпечення реєстрації сигналів цифрового супутникового телебачення, приймачі були допрацьовані для виводу прямого і квадратурного сигналів їхніх квадратурних детекторів.

На блок-схемі станції МПКМ, показаній на фіг. 2, використані такі позначення: ІМВ-Ї ом/-

Моїізе ВіоскК (малошумовий підсилювач), "РЧ-блок" - радіочастотний блок, "Іп" ії "ди" - прямий та квадратурний сигнали, ЕП - емітерний повторювач, РРО-РиЇве-Рег-5есопа (синхроімпульс), "Ю" - вибірка значень амплітуд сигналів "ій" ї "ди", ГАМ -адаптер локальної комп'ютерної мережі станції, СРО - мікропроцесор СР5 приймача, "Генератор" - опорний генератор СР5 приймача.

Згідно з винаходом спосіб здійснюється наступним чином.

Сигнали (Іп і Фи) з виходу радіочастотного блока ("РЧ-блок") подають на зовнішні (відносно до приймачів) АЦП, за які використовуються двоканальні (СНІ ії Сн2) О5В-осцилографи з зовнішнім запуском (Ех). На зовнішній запуск осцилографів подають щосекундні синхроїмпульси РРБ5 (Риізе-Рег-5есопа), сформовані СРОЗ-приймачами станцій мережі. Таким чином, щосекундно, в момент приходу сигналу РР, у внутрішню пам'ять осцилографів записуються вибірки сигналів ОМВ-5 заданої тривалості (/У) у вигляді цифрових значень амплітуд квадратурних каналів приймачів.

За допомогою програмного забезпечення вказані вибірки (10) щосекундно переміщають із внутрішньої пам'яті осцилографів в комп'ютери станцій, де вони обробляються, архівуються і записуються на жорсткі диски. При цьому типова конфігурація комп'ютерів складається з одноядерного процесора з тактовою частотою 1.5 ГГц, 1 гігабайта оперативної пам'яті та 100 гігабайтного жорсткого диска. Обробка вибірок полягає, перш за все, в перетворенні комплексних вибірок в дійсні згідно з наступним виразом (1):

КЕ)- А віпіфі-Фі-1), (1)

Ах: Фі. : : ї. де і, - амплітуда і фаза комплексного сигналу в момент часу ".

Це перетворення забезпечує: - згортку вибірок, що реєструються станціями мережі, - зменшення вдвоє об'єму інформації, що передається зі станцій в центр обробки.

Необхідність перетворення, пов'язана з забезпеченням згортки вибірок, обумовлена властивостями сигналу ОУВ-5 та особливостями реєстрації вибірок станціями МПКМ. Стандарт цифрового супутникового телебачення 0ОМВ-5 передбачає використання модуляції ОРЗК (Оцадгаште Ріазе-5Ній Кеуїпд) для передачі цифрової інформації, тобто абсолютне значення фази радіосигналу несе інформацію про число (символ), що передається. При розповсюдженні радіосигналу від передавача до супутника і від супутника до приймача значення його фази

Зо змінюється. Для відновлення фази в приймачах супутникового телебачення використовується петля автоматичного підстроювання фази або РІ (РНавзе-ї осКедй І оор), коли фаза гетеродину змінюється таким чином, щоб забезпечити максимальну відповідність вихідної послідовності символів відомій інформаційній структурі транспортного потоку. Перетворення аналогового комплексного сигналу ЮОМВ-5 в Цифровий вид поза петлі РІЇ, як це має місце в МПКМ, приводить до того, що значення У містять додаткові фазові зсуви, обумовлені, перш за все, індивідуальними фазовими характеристиками приймачів та несинхронністю зчитування даних внутрішніми аналого-дифровими перетворювачами приймачів і зовнішніми АЦП станцій. Однак, преховУ дум вид модуляції ЮМВ-5, можна припустити, що послідовність значень різниці

ФУТФІТТ), обчислена для одних і тих же моментів часу Її різними приймачами, буде однаковою або близькою, якщо врахувати різницю затримок сигналу при розповсюдженні від супутника до приймачів. Відповідно, будуть однакові або близькі значення функції (.

Застосування перетворення ( к) дозволило отримати згортку сигналів, зареєстрованих різними приймачами, з відношенням сигнал/шум на виході корелятора порядку 5-10, при тому, що вихідні комплексні сигнали не згортаються.

Крім зазначеного перетворення, для зменшення об'єму інформації зо передається зі станцій в центр обробки, спочатку виконують нормування вибірок 5 (п згідно з наступним в - виразом: б , а потім округлення отриманих нормованих значень з точністю, яка відповідає заданому коефіцієнту Киошла та перетворення округлених значень в цілі числа: фемоогі К гошла тов) дегі 6. середнє та середньоквадратичне відхилення вибірки ГР", а функція Поогі) дорівнює найбільшому цілому, що не перевищує значення, задане в дужках функції. ; Коефіцієнт Коша передають разом з масивом (9) в центр обробки для відновлення вибірок (2. Саме ці вибірки безпосередньо використовують для обчислення в результаті кореляційного аналізу значення ТООА. В даний час значення Кгьошта-10 і було визначене шляхом спеціальних тестувань, при тому, що АЦП ОЗВ-осцилографів МПКМ мають розрядність 9 біт.

Отже, темп реєстрації вибірок мережею і, відповідно, темп обчислення ТООА, складає 1 секунду. Тривалість вибірок дорівнює 200 мкс, номінальна частота дискретизації (її) становить 51.2 МГц, а об'єм однієї архівованої вибірки не перевищує 12 кбайт. Вказане значення ії відповідає частоті дискретизації Найквіста, оскільки під час спостережень реєструється сигнал

БУвВ-5: шириною спектра 30 МГц. В МПКМ використовують осцилографи, максимальна смуга пропускання яких узгоджена з можливими значеннями ширини спектра реєстрованого сигналу рМВв-5 і дорівнює 200 МГц.

Передачу даних спостережень зі станцій в центр обробки здійснюють по Іпіегпеї. По Іпіегпеї, також, проводять контроль функціонування обладнання станцій. Центр обробки знаходиться в

Миколаєві. Ат

В центрі обробки для обчислення щосекундних значень ТООА (/") використовується наступний вираз (2):

ПА:

Пх о мет тн рн тні, 5 5 (г)

В наведений вираз входять наступні параметри: -1,) - умовні порядкові номери станцій мережі; - ТУРРБІ | СРРБІ. задані початкові затримки від початку секунди ОТО синхроіїмпульсів РР5 (Риїзе-Рег-5есопа), які дозволяють розташовувати станції мережі на довільній відстані одна від одної дезалежно від тривалості вибірки Те (формуються СРБ5 приймачами станцій); - ". виміряне значення різниці апаратурних затримок станцій; - Ка - виміряний коефіцієнт пропорційності між діючою частотою дискретизації М і номінальною: їу-Кваге«Тп,

І Атці . ще й

Передбачається, що / залежать від характеристик обладнання станцій (наприклад, від різниці електричних довжин кабелів зниження антен цифрового супутникового телебачення, антен СРБ приймачів і т.п.), а К«г Є величиною постійною для даного типу АЦП. Параметри й і Кег визначаються в процесі калібрування до відправки станцій в місця дислокації. В виразі (2) пхі і пої. вимірюються у відліках частоти дискретизації. Параметр пхі дорівнює зміщенню максимуму кореляційної функції від початку вибірки, отриманої іою станцією. Положення максимуму

Зо уточнюється інтерполяцією отриманих вибірок |9| та з використанням перетворенню Гільберта від кореляційної функції по методу, запропонованому в роботі (10). Тому значення пПпхі в загальному випадку є дробовою невід'ємною величиною. Значення по; також невід'ємне, але завжди ціле, оскільки дорівнює заданому зміщенню середньої частини вибірки, отриманої |-ою станцією, від її початку. Об'єм цієї середньої частини завжди менший кількості відліків у вибірці

Ме-Те"Тв і дорівнює об'єму вибірки корелятора (Ме). Параметри по; і Ме вибираються - - : РРОЇ - аким чином б можливі значення ТООА відносно (РРОЇ - попадали в інтервал -Яйкщи, чкроМу і д ( ) д р тА М . о . - Зазвичай по;)-по, тобто, значення по; постійне, не залежить від номера станції.

Для обчислення кореляційної функції використовується добре відомий метод з застосуванням дискретного швидкого перетворення Фур'є (ДШПФ). Нехай (хі: 2-0, Ме-1) - масив (Р); нормованих вибіркових значень дійсного сигналу об'ємом Ме, отриманий і-ою станцією, а (ус8-0, Ме-1) масив нормованих вибіркових значень дійсного сигналу об'ємом Ме, взятий з середньої частин вибірки (РЕ )), отриманої |-ою станцією. Доповнимо вибірки (х) і (у) нулями до об'єму Меа-2Р2 М», де р»0 - ціле число. Позначимо через (Х) і (У) масиви значень прямого ДШПФ від вибірок (х) і (у), а через д - коефіцієнт, який задає крок інтерполяції і дорівнює д-2", де р»0 є ціле число. Зазвичай;р-!, а отже д-2, тобто, крок за часом зменшується в два рази. Для інтерполяції масиви (Х) і (У) доповнюються д"(Ма-1) нулями у відповідності з наступним виразом

ІЗ:

Ок, б«кКиМ-1 ї вук-м

А 2 ск- 0,мМ--1хКкх2Ма- М -1 ве юк-2Мад-М

Сб,Маїспх2М-К - п 2М (4-1) (3) де Мене. далі обчислюється спектр згортки інтерпольованих вибірок: к - ко Хк", ОК ах ДМ - 1,

Ск-Метк, О«К«а-Мес-Ї, де (Х) і (У) спектри вхідних вибірок після інтерполяції згідно з виразом (3), а знак «"» означає комплексне сполучення. Беручи обернене дискретне (пе мМ Фур'є від спектра згортки (Є), отримаємо д"Ме комплексних чисел Сіт бод Ме . Шуканим значенням кореляційної функції (с) відповідають дійсні частини перших (д-Ме-д"Ме-1) значень (2 ), для яких об'єм вибірки корелятора дорівнює заданому значенню деМе: стеВе(У птутб,... де(Ме-Ме). де вираз Нед) означає взяття дійсної частини комплекфного числа, яке вказане в дужках. В першому наближенні значення пх в виразі (2) дорівнює 9 ; де тх - індекс, якому відповідає локальний максимум кореляційної функції с. Для уточнення положення максимуму використовується перетворення Гільберта С від с, згідно з роботою | 10), в точці, де кореляційна функція має локальний максимум, її перетворення Гільберта дорівнює нулю. Для обчислення С використо удтрея відома властивість спектра від перетворення Гільберта, згідно з якою (111: щ(в- 0,1-0 -к ві

Ц(зе 2-0 , (4) де ї - частота, Ц(ї) - спектр сигналу до перетворення Гільберта, щО. спектр сигналу після перетворення Гільберта, а | - мнима одиниця. Позначимо через с перетворення Гільберта від я А М - -

Є й іпіЄ Лк вес дю -д.-- . А. й о. с

С Тоді, скори та ШИс ир Том), Чожна знайти спектр С від Є знаючи спектр С від У:

Ск- 0 к-0

А . А М -тібк)нІ-Ве (Ск), ч-5- «кК«амМа де вираз Іт/() означає взяття мнимої частини комплексного числа, яке стоїть в дужках. При записі співвідношення (5) враховувався загальноприйнятий порядок розміщення спектральних компонент після дискретного перетворення Фур'є, згідно 3з яким від'ємним частотам відповідають спектральні компоненти з індексами, більшими половини об'єму вибірки, який в даному випадку дорівнює деМИЇ. Тепер значення с дорівнюють оберненому ДШПФ від С. а значенням С відповідають дійсні частини перших (де(М5-Ме)-1) значень с, Для уточнення положення максимуму кореляційної функції спочатку знаходиться індекс т , найближчий до тх, де знак С п відрізняється від знака сти, тобто, в інтервалі т «тт -1 перетворення Гільберта

Зо приймає нульове значення. Уточнене значення пх положення максимуму кореляційної функції знаходиться лінійну інтерполяцію значень с в інтервалі т «тат в припущені, що Є депе-0:

ех

Пхуо- -| - кя- 5 л91 1« юр ТО. а Ст н-Ст о

Загальний об'єм спостережень, отриманих за допомогою МПКМ складає 890 діб, із них 453 доби супутник спостерігався одночасно 4 та 5 станціями. Майже весь цей час контролювався супутник "Ешеївзаї-138" (137 с.д.).

Статистичний аналіз отриманих даних в результаті реалізації способу показав, що похибка обчислення ТРОА дорівнює 8.7 не, або 2.6 м. Похибка обчислення координат супутника в геоцентричній неіїнерційній прямокутній системі координат не перевищує 100 м при спостереженні супутника не менше ніж З станціями і використанні для обчислення положення супутника чисельної моделі руху супутника, яка враховує гравітаційне тяжіння Сонця і Місяця, а також гравітаційне тяжіння несферичної Землі.

Визначено, що оптимально-мінімальною кількістю станцій слід вважати чотири. В цьому випадку є можливість обчислювати координати супутника без залучення небесно-механічних законів руху супутника. Більш стійкою є конфігурація з 5 станцій, коли одна станція вважається резервною.

Отже, отримана похибка визначення координат супутника способом згідно з корисною моделлю значно менша, ніж у способах з використанням традиційних радарів дистанціювання, включаючи ВАНТ5, а також по порядку величини співпадає з модельною похибкою РасСовВа, та більша ніж похибка КМР.

Спосіб, згідно з корисною моделлю, з використанням МПКМ має наступні переваги перед способами з використанням традиційних радарів та ПОАВТО: - відсутній вплив на функціонування обладнання супутника завдяки відсутності електромагнітного випромінювання в напрямку супутника; можливість контролю орбітального положення будь якого діючого телекомунікаційного супутника, включаючи власні супутники та супутники третьої сторони; - збереження працездатності при деградації мережі до З станцій або до 75 95 від повної працездатності; - мінімізація витрат на супровід супутника за рахунок автоматизації вимірювань; - можливість використання малих антен та стандартних радіоприймачів.

Останні дві переваги справедливі також при порівнянні способу згідно з винаходом і способу

Зо з використанням мереж РНДБ. Головною перевагою заявленого способу при достатньо задовільних значеннях похибки обчислення координат є низька вартість створення і експлуатації МПІПКМ порівняно як з мережами РНДБ, так і з традиційними радарами дистанціювання, включаючи САНТ5.

Список цитованих документів 1. Мопіепьгиск, О., апа сії, Е. (2005). ЗаїйеїІйе огбїв: Моде!5, тейодв, апа арріїсайопв. Вепіп:

Зргіпде". 2. А помеї гапдіпд теїШой ивіпд ОМВ-5 ігаперог 5ігеат раскКеїв Ц(опіїпе|). Амаїйаріє аї пер//езатийітеваіа.еза. іп/сопіегтепсе5/01 С 14/рарег5/Р2.2. раї.

З. САВТ5 Орегаїйопа! Сопсерів ої ап іппомайме ОМВ-5 разей ЗаїейШе Вапдіпду Тоо! (опіїпе|.

Амаїйаріє ах пир:/рибіісайопв. еав.ії5 Ллаийппогег.ає/рарег5/2004/701/рарег. раї. 4. РАББІМЕ СОВЕЕГАТІОМ ВАМИЇМИа (РАСОВА) (опіїпе). Амаїїабів аї порз //апез.еза.іпу/рго|есів/развзіме-соїтеїаноп-гапдіпд-расога. 5. А МЕМ МАМ ТО ТВАСК СЕОЗТАТІОМАНМУ ОВВІТІМа ЗАТЕ ТЕЗ Цопіїпе). Амайайбіє аї порз//апевз.еза.іп/пем/в/пем/-жмау-шгаск-деовіайопагу-огойіпд-заїейНнев. б. Развіме Вапаіпд їТог Сеовіайопагу ЗаїєПйе5: Оп а Моме! Зузівєт апа Орегаїйопа! Вепеїїїв (опіїпе). Амайаріє аї пер'//агс.аіаа.Огд/дої/раг/10.2514/6.2014-1857. 7. Оеїїмегу ої НМАМ апіеппаз їог РаСоВа рго|єсі іп ОБА аї Ше їїпаІ віаде. НІСТВОМ

Соттипісаїйіопв. зЗеріетрег 2015. Мемвіенег. (опіїпе) Амайабріє тот: пЕрулимли. пійгоп.ае/теаіа/п йгоп/НійгопМежеверіетбрег2015. раї. 8. Ниапд Мопа, Ни Хіаосопод, 2папд Хій2попо, лапа бопудНопо, Сцио Виї, Мапуд Нопд в зп зпапвВіп. Ітргометепі ої огбії дегептіпаїйоп Гог деовіайопагу заїеїйев м/йй МІ ВІ ігасКіпо. // Спіпебзе

Зсієпсе Виїейіп. МоІ.56, Мо.26.2011-Р. 2765-2772. пир/Лимли.вргіпдепіпК.сот. 9. Мафіє 5.1, д/г. Евійїтаййпуд Стор Оеїау апа Рнпазе Оеєїау міа Оігесі-Тіте "Апаїмііс" Сто55-

Соітеїайоп.// ІЕЄЕЕ Тгапзасіїоп оп Зідпа! Ргосезвіпу. - 1999. Мої. 47, Мо. 9. - Р. 2604-2607. 10. Сабої В. А поїє оп їШїе арріїсайоп ої Ше Ніїбеп ігапветогт ю іїїте аєїау евіїтайоп.// ІЕЕЕ

Тгапв. Асошві. Зреесі Зідпа! Ргосеввіпад. - 1981. - Мої. 29, Мо. 3. - Р. 607-609. 11. Ніїбей Тапвтогт (опіїпе). АмаїБіє аї пор//епсусіоредіа Неїгеедісіопагу.сот/Ніїрен-нгапвогт.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пасивний кореляційний спосіб визначення положення космічного апарата, при якому на розташованих в зоні покриття контрольованого космічного апарата рознесених у просторі наземних станціях, синхронізованих за допомогою СР, реєструють сигнали ОМУВ-5, які випромінює космічний апарат, отримані вибірки сигналів каналами зв'язку передають в центр обробки, де за допомогою кореляційного аналізу обчислюють значення різниці в часі прийому станціями сигналів ТООА (Тіте Оійегепсе ОЇ Апімаї), випромінюваних космічним апаратом, і шляхом порівняння отриманих в результаті кореляційного аналізу ТОСА і відомих координат наземних станцій визначають координати космічного апарата і прогнозують його орбітальне положення, який відрізняється тим, що для прийому сигналів (Іп і Си), що надходять з космічного апарата, в наземних станціях використовують розташовані в приймачах станцій радіочастотні блоки з квадратурними детекторами, виконаними з можливістю виводу прямого (Іп) і квадратурного сигналів (0), прийняті сигнали з виходу радіочастотного блока приймачів подають на зовнішні відносно до приймачів аналого-дифрові перетворювачі (АЦП), за які використовують двоканальні О5В-осцилографи з зовнішнім запуском, на зовнішній запуск осцилографів подають щосекундні синхроїмпульси (РР - Риіве-Рег-5есопа), сформовані СРБ- приймачами станцій мережі, забезпечуючи при цьому щосекундно в момент приходу сигналу РРО-запис у внутрішні пам'яті осцилографів вибірок (10) сигналів ОМВ-5 з космічного апарата заданої тривалості у вигляді цифрових значень амплітуд квадратурних каналів приймачів, вибірки (10) з використанням програмного забезпечення щосекундно переміщують із внутрішньої пам'яті осцилографів в комп'ютери станцій, де Ероробля юр лехом перетворення комплексних вибірок в дійсні згідно з наступним виразом: ' "де Міф. амплітуда і фаза комплексного сигналу в момент часу їй, ї шляхом нормування вибірок в - (в) : в - . . . згідно з наступним виразом: б, потім округлюють отримані нормовані значення з точністю, яка оо. заданому, коефіцієнту Кола, та перетворюють округлені значення в цілі числа: ди МооДЕ К горла з05), де ге. середнє та середньоквадратичне відхилення вибірки Р, а функція Поог() дорівнює найбільшому цілому, що не перевищує значення, задане в дужках функції, після цього за допомогою Іпієтпеї коефіцієнт Коша передають разом з масивом (9) в центр обробки для відновлення вибірок (ГЕ), в цент Ії обробки обчуслюювь щосекундні значення ТООА и -|---НТрраі І-|--Д-- ЕТрра |- Ат, А іі к.- РЕЗІ к.-ї РРО пі (7), використовуючи наступний вираз зго зп де і, |- умовні порядкові номери станцій мережі; ТвРвІ та СРРБІ задані початкові затримки від початку секунди ОТО (Соогаїпаївд Опімегзаї! Тіте - всесвітній координований час) синхроімпульсів РРО, які дозволяють розташовувати станції мережі на довільній відстані одна від одної незалежно від тривалості вибірки Те» і які формуються аРБ5-приймачами станцій;

   пр. виміряне значення різниці апаратурних затримок станцій; Ко - виміряний коефіцієнт пропорційності між діючою частотою дискретизації БК і номінальною: МАКесів, пхі - обчислене зміщення максимуму кореляційної функції від початку вибірки, отриманої і-ою станцією, пої - задане зміщення середньої частини вибірки, отриманої |-ою станцією, від її початку, після чого порівнюють ТООА з відомими координатами наземних станцій для визначення положення космічного апарата.

   р клич я ра нич З х : з

   Ко. Й ж

   Фіг. 1 . Комиютв ОСИ і Прийма ПНЯ і і и Рч-олах не тв | й и НН Бен побороввоввнне вОши х Г на -- що зе ре РРО! См! і І Й щі й св в

   Е. Демодуненор І ( А, гхе й ідекодер | - т Інн КЛАДИ ЛАД Ю камавни мркрлазімав, . ш ШЖН, Вадсеннтттттттттттодстотт в В Нас Що т «Р преймач Се раож рев і СР кнформація, 115 вла - - со вн гам кИМЖИ, УуУМІна ех, пиши чини НЕ МС і сееекікнретттеннннккнннанннннн пахниМмка ККУ під печати ; 13 - секунди ПТС | МУблоко аоАлх сг. 2