Космические услуги. Рубрика в журнале - Космические аппараты и технологии
Статья
Представлен информационно-аналитический сервис, созданный на основе практического внедрения инновационных технологий в процессы обработки многоспектральных спутниковых данных и предоставления результатов мониторинга потенциально опасных зон в различных средах (грозовые очаги, загрязнения водной поверхности взвешенными веществами, экзогенные процессы земной поверхности и степень антропогенной нарушенности территорий). Рассмотрены технологии мониторинга и методы идентификации различных типов подстилающих поверхностей, применяемые при аналитической работе, в том числе метод эшелонированного мониторинга. Приведены описания специально разработанных способов автоматического определения параметров состояния заданных объектов и явлений по данным многоспектрального аэрокосмического зондирования. В качестве аналоговых моделей параметров контролируемых из космоса объектов и природных зон предложено использовать цифровые карты геопространственных слоев информации. Исходными данными для построения моделей служат аэрокосмическая информация различного пространственного разрешения, а также материалы маршрутных обследований, в том числе спектральные характеристики отражения для компонентов антропогенной нарушенности, полученные по данным полевого спектрорадиометра. Создана геопортальная технология представления результатов распознавания потенциально опасных зон. В работе представлены фрагменты цифровых карт, как примеры результатов проведенного мониторинга опасных явлений и процессов. Разработанный сервис возможно применять для решения различных отраслевых задач мониторинга опасных явлений и фоновых параметров природных сред, сопоставимых с пространственным и временным разрешением данных аэрокосмического зондирования.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены принципы построения распределенной системы связи, в которой в качестве магистрального канала задействован космический канал связи, а в качестве системы абонентского доступа - широкополосный радиодоступ в диапазоне 300-450 МГц. Проведена оценка возможности построения и развертывания подобной системы связи для территорий, на которых использование альтернативных технологий оказывается труднореализуемым или невозможным. Предложена технология экспериментальной оценки качества предоставляемых услуг на основе измерений, выполняемых с помощью комплекта оборудования, состоящего из абонентского терминала системы радиодоступа, персонального компьютера и приемника системы спутниковой навигации. Получены и приводятся спектральные характеристики сигналов при оказании различных видов услуг. Сформулированы требования к параметрам космического радиомоста, с помощью которого к ядру системы подключаются удаленные базовые станции. Приведены и анализируются особенности режимов работы космического канала связи как магистрального сегмента в составе систем широкополосного радиодоступа. Оговорены возможные орбитальные параметры космических ретрансляторов для предоставления доступа абонентов к услугам голосовой связи и передачи данных. Предложены пути преодоления влияния дрейфа времени задержки пакетов данных в космическом канале связи за счет установки фрагментов ядра системы широкополосного радиодоступа в составе оборудования удаленной базовой станции.
Бесплатно
Статья
В настоящее время большая часть работы специалистов в области навигации сводится к улучшению таких параметров навигационных систем, как помехоустойчивость и точность. Во всем мире сейчас все более актуален интерес потребителей высокоточной навигационной информации и производителей аппаратуры к системам ближней навигации, являющихся дополнением к существующим спутниковым радионавигационным системам, позволяющим увеличить их точность и помехоустойчивость. В статье проведена оценка параметров и обобщенный алгоритм расчета радиолинии в системе ближней навигации на основе псевдоспутников. Разработана модель расчета энергетики радиолинии при различных конфигурациях расположения псевдоспутников. Разработанная программа расчета характеристик радиолиний системы ближней навигации на основе псевдоспутников позволяет быстро оценивать не только ее энергетические характеристики, но и реализует наглядную визуализацию результирующей диаграммы направленности системы псевдоспутников в соответствии с конфигурируемой зоной навигации потребителей и требуемым уровнем мощности навигационных сигналов в условиях естественных радиотрасс.
Бесплатно
Исследование точностных характеристик ГНСС-приемника с антенной решеткой
Статья
В статье приведены результаты экспериментальных исследований точности измерения навигационных параметров приемником глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС-приемником), оснащенным антенной решеткой. Обосновано применение в ГНСС-приемниках кольцевых антенных решеток. Основным преимуществом таких антенных решеток является их инвариантность к направлению главного лепестка диаграммы направленности в азимутальной плоскости. Однако кольцевые антенные решетки имеют некоторые недостатки. Применение в таких антенных решетках минимально необходимого количества излучателей для формирования луча заданной ширины приводит к одновременному возрастанию уровня боковых лепестков. Однако при использовании кольцевых антенных решеток в ГНСС-приемниках этим недостатком можно пренебречь, так как уровень боковых лепестков существенно влияет на качество приема навигационного сигнала только при мощных переотражениях сигнала. Приведена структура программно- аппаратного комплекса для проведения исследований и описан принцип его работы. Его основными частями являются 24-канальный ГНСС-приемник с диаграммообразующей схемой и 8-элементная кольцевая антенная решетка. Программно- аппаратный комплекс позволяет проводить исследование различных конфигураций антенных решеток – двух-, четырех- и восьмиэлементных. Дана методика проведения эксперимента. Особенностью методики является использование разностей измеренных псевдодальностей при помощи одиночной антенной и различными конфигурациями антенных решеток. Приведены результаты измерений кодовой и фазовой псевдодальностей.
Бесплатно
Статья
Для эффективного приема полезного широкополосного сигнала требуется компенсировать искажения, вызванные комплексным частотно-зависимым коэффициентом приемо-передающей антенны, мультипликативными помехами и шумами от неоднородности среды распространения, аддитивными помехами и шумами. Применение только корреляционной обработки при определенных условиях не позволит принять полезный широкополосный сигнал с требуемым качеством. В статье разработана математическая модель пространственно-временной обработки широкополосных сигналов в спутниковых системах широкополосного доступа, показывающая, что пространственно-временная обработка должна проводиться в два этапа. На первом этапе проводится пространственно-временная обработка в канале адаптивной антенной решетки на основе формирования комплексного частотно-зависимого вектора весовых коэффициентов, который должен изменяться с изменением сигнально-помеховой обстановки в реальном масштабе времени с учетом изменения направления на источники излучения. На втором этапе производится корреляционная обработка широкополосного сигнала на основе применения кодовых последовательностей большой длины. Данная модель является основой для разработки методов формирования и корреляционной (временной) обработки широкополосных сигналов и методов пространственно-временной обработки широкополосных сигналов в условиях воздействия преднамеренного и непреднамеренного воздействия. На основе представленной математической модели пространственно-временной обработки широкополосных сигналов определены основные направления повышения помехозащищенности в радиоэлектронных системах.
Бесплатно
Метод определения координат источника радиосигнала в системах спутниковой связи
Статья
Телекоммуникации глубоко проникли во все сферы деятельности человека. В связи с применением цифровых технологий стало возможным в одном потоке (не раздельно) передавать и принимать информацию различного рода. Для обеспечения передачи данных из любой точки земного шара в другую точку с использованием искусственных спутников Земли достаточно трех геостационарных спутников. Системы передачи данных с использованием искусственных спутников Земли должны содержать как минимум две земные станции и ретранслятор коммуникационного искусственного спутника Земли. В аппаратуре земной станции нет средств борьбы с любыми типами искусственных помех. Постановщик помехи (нелегитимный пользователь) может излучать сигнал из любой точки пространства в пределах телекоммуникационной спутниковой системы. В работе приведен анализ существующих методов определения координат источника радиосигнала, описан метод определения координат источника радиосигнала (нелегитимного пользователя) в системах спутниковых телекоммуникаций с использованием геостационарного космического аппарата. В основе разработки рассматривалась трехпозиционная виртуальная антенная решетка, позиции которой определяли основание неправильного тетраэдра, а сам источник радиосигнала являлся его вершиной. В ходе решения были составлены канонические уравнения прямых в пространстве, в точке пересечения которых находится источник радиосигнала. Координатами источника радиосигнала явились корни системы уравнений при нахождении единичных векторов, лежащих на этих прямых.
Бесплатно
Методы оптимизации передачи информации в системах спутниковой связи
Статья научная
Рассматриваются методы оптимизации передачи информации в сетях спутниковой связи. Первый метод заключается в определении оптимальной длины передаваемого пакета данных. Принятый пакет на приемной стороне проверяется на наличие ошибок в нем, например, по контрольной сумме, содержащейся в служебной части передаваемого пакета. При обнаружении хотя бы одной ошибки идет команда передатчику на повторную передачу пакета данных. Автоматическое исправление ошибок путем кодирования в данной статье не рассматривается. С одной стороны, чем больше длина передаваемого пакета, тем больше вероятность ошибочной передачи хотя бы одного бита информации. С другой стороны, передача пакетов малой длины не эффективна ввиду того, что достаточно большую часть пакета составляет служебная информация. Оптимальная длина пакета зависит от вероятности ошибки на бит, технической скорости передачи и времени обработки сигналов в приемной аппаратуре. Второй метод основывается на реальном неравенстве трафиков передачи информации Земля - низкоорбитальный космический аппарат (НКА) и НКА - Земля. В этом случае одна из радиолиний up или down, для работы которых используются различные несущие частоты, часть времени простаивает, особенно когда передаётся речевой трафик в телефонном режиме. Резерв повышения производительности состоит в уменьшении времени занятия канала за счет использования освободившегося направления для передачи оставшейся части большего сообщения во втором канале.
Бесплатно
Статья
Представлена история развития проблемы и исследований космического мусора. Выполнен анализ текущего состояния техногенного засорения околоземного космического пространства, показаны предпосылки к дальнейшему росту техногенного засорения околоземного космического пространства. Продемонстрированы конкретные примеры решения задач ограничения образования космического мусора и защиты космических аппаратов. Для одной из наиболее засоренной области геостационарной орбиты, в которой отсутствуют естественные факторы ухода объектов, рассмотрен сформированный научно-технический задел для реализации проекта активного увода объектов космического мусора с использованием сервисного космического аппарата с системой инжекции ионного пучка. Указаны роль и вклад участников разработки в создании научно-технического задела. Показаны преимущества предлагаемого метода дистанционного воздействия на космические объекты и технические аспекты реализации проекта. Предложено использовать организационную форму перспективных проектов по снижению антропогенного воздействия на околоземное космическое пространство в виде Консорциума в составе научного, образовательного и индустриального партнеров. В рамках такой формы взаимодействия обеспечивается решение комплекса задач как по созданию новой перспективной ракетно-космической техники, так и по образованию кадров для ракетно-космической отрасли.
Бесплатно
Статья
Подвижность и изменчивость атмосферы и околоземного космического пространства делают крайне важным получение экспериментальной информации о ее динамических характеристиках: скорости, направлении ветра и степени турбулентности. Одним из перспективных методов получения этих данных является вертикальное радиолокационное зондирование атмосферы. Радиолокационные станции вертикального зондирования или ветровые профилометры – относительно новый вид аппаратуры для исследования атмосферы. Радиолокационные станции вертикального зондирования предназначены для дистанционного бесконтактного определения параметров скорости ветра над точкой зондирования в тропосфере и нижней части термосферы. Для получения информации о динамике атмосферных движений используется явление отражения электромагнитных волн от турбулентных образований и образований другой природы. Временное положение отраженного сигнала и сдвиг по частоте, обусловленный эффектом Доплера, дают точную информацию о высоте и скорости перемещения атмосферных неоднородностей. Анализ параметров отраженных сигналов позволяет получать в реальном масштабе времени высотно-временное поле скорости ветра и интенсивности турбулентности. Физические принципы, положенные в основу функционирования этих станций, позволяют проводить непрерывные измерения независимо от погодных условий. В статье рассматриваются основные методы измерения вертикального профиля атмосферы и нижней части термосферы, способы сканирования и классификация средств зондирования вертикального профиля атмосферы, а также особенности функционирования и построения радиолокационных станций вертикального зондирования с малоэлементной решеткой.
Бесплатно
Открытые пространственные данные для исследования территорий и цифровые сервисы доступа к ним
Статья
Рассмотрена концепция «Открытые данные» с точки зрения ее применения для доступа пользователей к пространственным данным. Показано, что из-за особенностей пространственных данных к ним могут быть не применимы некоторые принципы концепции «Открытые данные» и методические рекомендации для их публикации. Создаваемый в Московском государственном университете геодезии и картографии информационный ресурс «Навигатор открытых пространственных данных» для подготовки специалистов в области исследования территорий призван упростить доступ к геоданным. Особенности применения открытых пространственных данных показаны на примере Луны, поскольку планетные данные давно имеют статус свободно распространяемых. Представлены цифровые сервисы доступа к планетным данным для обучения специалистов в области космических исследований. Обсуждены форматы хранения планетных геоданных. Накопленные в Московском государственном университете геодезии и картографии открытые лунные данные и созданные интерактивные сервисы обеспечивают организацию свободного доступа к онлайн-модели «Цифровая Луна», которую можно рассматривать как точку сбора необходимой инфраструктуры, информационных массивов и цифровых инструментов для обработки геоданных в области исследования территорий. С внедрением технологий искусственного интеллекта и машинного обучения потенциал сервисов «Цифровая Луна» может быть расширен, а накопленные планетные геоданные обеспечат возможность создания дополнительных междисциплинарных связей.
Бесплатно
Статья
В последние годы количество космических объектов, находящихся в космическом пространстве, особенно в ближней операционной зоне, значительно увеличилось из-за наращивания космических группировок, в том числе двойного назначения (например, Starlink) и остатков их жизнедеятельности (космического мусора). Данный фактор повышает значимость задачи распознавания и классификации космических объектов по типам в минимально возможное время и занесения их в главный каталог космических объектов. Разработанная методика позволяет провести автоматизированный анализ оптических изображений космических объектов, используя программное обеспечение для решения задачи их распознавания и классификации по типам с применением сверточной нейронной сети. Цель исследования – повысить оперативность обработки и анализа оптических изображений космических аппаратов. Экспериментальные результаты исследования подтверждают достижение его цели. Разработанная методика вносит вклад в развитие программно-аппаратных средств обработки изображений и может быть использована при расчетах и подготовке данных для информационного обеспечения заинтересованных должностных лиц. В работе впервые подготовлен обучающий набор для сверточной нейронной сети с использованием реальных оптических изображений космических аппаратов, полученных в видимом диапазоне.
Бесплатно
Программный комплекс «Интеграл» для моделирования космических группировок и космических аппаратов
Статья
Целью работы являлось создание программного комплекса для моделирования решения целевых задач многоспутниковыми группировками. Комплекс состоит из модулей динамики центра масс космического аппарата, расчета дистанционного зондирования Земли, спутниковой связи (включая маршрутизацию передачи сообщений по межспутниковой связи), мониторинга космического пространства и других. Основной особенностью реализации была математическая и вычислительная оптимизация расчетов, что позволило проводить их на обычном компьютере без привлечения дополнительных вычислительных мощностей. В ходе работы были предложены поправки к методу Эверхарта для коррекции шага интегрирования траектории. Параллельная реализация также помогла существенно ускорить вычисления. Для иллюстрации работы приведены примеры решения двух различных задач: расчета оптимальной орбиты для задачи мониторинга космического пространства и решения задачи определения минимального числа космических аппаратов, необходимого для зондирования границы Российской Федерации раз в полчаса. Особенностью комплекса является работа с группировкой как с целостным объектом на уровне постановки задач и последующая аналитика ее решения, которая представляется в виде информации по целевым задачам, подгруппам группировки, космическим аппаратам и всей группировке.
Бесплатно
Разработка системы визуального наблюдения
Статья научная
Необходимость визуального контроля состояния космического аппарата, а также отсутствие подобных систем на российском рынке космической техники стали причинами разработки системы визуального наблюдения, способной выполнить поставленную задачу. В основу разработки была положена модульная структура с централизованным управлением, а в качестве основного интерфейса информационно-логического взаимодействия между составными частями системы визуального наблюдения был выбран прогрессивный интерфейс SpaceWire (ECSS-E-50-12C). Выбор интерфейса SpaceWire обусловлен его техническими характеристиками, позволяющими передавать большие массивы данных за короткие промежутки времени (максимальная скорость до 400 Мбит/с) с высокой достоверностью. Модульная структура системы визуального наблюдения позволяет легко её масштабировать в зависимости от требований заказчика. Количество элементов наблюдения (блоков регистрации данных, содержащих камеры инфракрасного и видимого диапазонов) может варьироваться от 2 до 16...
Бесплатно
Спутниковый дальномер с пассивным ретроотражением запросного радиосигнала
Статья
В перспективных проектах лунной информационно-навигационной обеспечивающей системы рассматривается использование спутникового дальномера для решения задачи баллистического обеспечения окололунных космических аппаратов. В настоящей работе рассмотрена математическая модель расчета радиолинии спутникового дальномера с пассивным ретроотражением запросного радиосигнала от селенодезических пунктов. Модель позволяет выполнить расчет отношения «сигнал-шум» в отраженном радиосигнале и среднеквадратическое отклонение определения дальности от космического аппарата до пассивного ретрорадиоотражателя при различных условиях. В расчетах учитывается как отражение сигнала от ретрорадиоотражателя, так и от окружающего поверхностного лунного грунта. Рассмотрены различные типы ретрорадиоотражателя в виде комбинаций уголковых отражателей и в виде линзы Люнебурга. Выполнены расчеты радиолинии с использованием указанных типов ретрорадиоотражателей для разных значений высоты орбиты, частоты сигнала и других параметров. Показано, что при определенных значениях параметров радиолинии достигается значение среднеквадратического отклонения определения дальности порядка единиц метров и меньше как для линзы Люнебурга, так и для комбинированного уголкового отражателя. Окончательный выбор должен быть сделан с учетом их массы, а также возможностей трансформации ретрорадиоотражателя из транспортировочного в рабочее состояние.
Бесплатно
