Главная
страница 1страница 2страница 3

Наземная сеть


Наземный сегмент состоит из:

  • Центр SSALTO multimission control centre , управляемый CLS по поручению CNES;

  • Установок маяков и центра управления от IGN, координирующего глобальную сеть маяков для определения орбит (ODB). Сеть состоит из 60 станций слежения, размещенных по всему земному шару в 30 странах (в России: Красноярск, Бадары, Южно-Сахалинск).

  • Точных определений орбит, выполняемых в CNES, и вычислений гравитационного поля Земли по данным DORIS в группой GRGS.

Масштаб времени и опорной частоты для всей системы обеспечивается главным маяком, связанным с главными часами. Контрольный центр системы DORIS выполняет контроль инструментов по данным телеметрии и оперативному определению орбит. l

Рис. 6. Орбитографический наземный маяк DORIS передает на спутник сигналы на двух разных частотах (2036.25 MHz и 401.25 MHz). Бортовой приемник спутника анализирует принятые сигналы для вычисления скорости движения относительно Земли. Эта скорость подается в модели для определения орбиты, по которой выводится положение спутника на орбите в пределах двух сантиметров по радиальному компоненту. Чрезвычайно важна возможность поддерживать непрерывное слежение за орбитами спутников.

В отличие от системы GPS, которая направляет сигналы от созвездия спутников на Землю (или к спутникам на низких орбитах), DORIS посылает сигналы на спутники. Сбор данных на спутнике и при SSALTO контроле мультимиссий и центр обработки делает систему практически надежной и представляет определенное преимущество для распределения продуктов почти в реальном времени. Система с передачей вверх также позволяет вести непрерывный дистанционный мониторинг станций сети, значительно уменьшая стоимость работ. А поскольку наземные маяки на станциях работают в автоматическом режиме, то они добавляют преимущество, будучи способными отслеживать смещения на земле за долгий период.
Рис. 7. Глобальная сеть системы DORIS.

Бортовой навигатор Diode определяет положение спутника на орбите в реальном времени. Эта информация важна для обеспечения альтиметрических данных в реальном или почти в реальном времени. Каждые 10 секунд Diode запускает программу, которая: распознает команды, предсказывает положение спутника по модели его движения, исправляет предсказанное положение на основе измерений Doris (когда спутник в зоне видимости наземного маяка); и, наконец, передает вычисленное положение пользователям.

Доплеровский сдвиг частоты измеряется на борту спутника каждые 10 секунд. Полученная радиальная скорость (ее точность около 0.4 мм/с) используется на земле в комбинации с динамической моделью траектории спутника для точного определения орбиты с ошибкой по высоте не более 5 см. Эти данные становятся доступными через 1.5 месяца из-за запаздывания внешних данных, например, таких как солнечное излучение. Доплеровские измерения также обрабатываются на борту для получения в реальном времени параметров орбиты с меньшей точностью.

Каждый маяк состоит из двух передатчиков с частотой 2036.25 МГц и 401.25 МГц, сверх стабильного генератора, микропроцессора, выполняющего функции контроля и управления, передачу времени, а также диагностику неисправностей, антенны и трех метеорологических сенсоров (атмосферного давления, температуры и влажности), необходимых для определения тропосферных задержек. Сигнал маяка содержит идентификатор, метеорологические данные и информацию о состоянии прибора. Сообщение имеет длину 0.8 с и повторяется каждые 10 с.



Подробную информацию о системе DORIS можно найти в Интернете на сайте Международной службы DORIS (IDS)

Satellite Orbit Information


Satellite

Orbit

Inclination

Eccentricity

Perigee Height (km)

Apogee Height (km)

Period (min)

CHAMP

Circular

87.27°

0.00396

474

 

94

ENVISAT

Circular

98.5°

0.001

800

 

100.59

ERS-1

Circular

98.5°

0.001

780

 

100

ERS-2

Circular

98.6°

0.0018

800

800

101

GRACE

Circular

 

 

450

450

 

JASON-1

Circular

66°

0.000

1336

 

112

SEASAT

Elliptical

108°

0.001

793

805

100

TOPEX/Poseidon

Circular

66°

0.000

1,350

1,350

112







Подробную информацию о системе DORIS можно найти в Интернете на сайте Международной службы DORIS (IDS)



2.3.5 Система PRARE

Система PRARE была разработана в Германии в 1982 г. как ответ на просьбу Европейского космического агентства по использованию новой серии спутников для дистанционного зондирования Земли, начавшейся с запуска ERS-1. Название PRARE является акронимом от Precise Range And Range-Rate Equipment – аппаратура для точного измерения расстояний и скорости изменения расстояний. Это компактная космическая запросная двухчастотная микроволновая система слежения. Система участвует в обычных бортовых операциях, начиная со спутника ERS-2, запущенного в мае 1995 г. С помощью глобальной сети мобильных, автономно работающих наземных станций система выполняет синхронные измерения наклонных дальностей по кодам и скорости изменения расстояний (то есть относительную скорость) по фазовому смещению соответственно на уровне субдециметра и мм/с.

Система PRARE состоит из космического, наземного и контрольного сегментов, причем наземный сегмент включает до 29 транспортабельных, автономно действующих и глобально рспределенных станций. Конрольный сегмент установлен в Германии и состоит из Главной станции (управляемой GFZ в Oberpfaffenhofen: сети управления и поддержки, обработки данных, контроля качества и), Станции мониторинга и командной системы Monitoring and System Command Station (управляемой TimeTech GmbH in Stuttgart: контроль космического сегмента, передача данных), и Станции калибровки Calibration Station (управляется GFZ в Potsdam: периодические калибровки f PRARE через laser)..

Космический сегмент PRARE, включающий наземные средства тестирования (ground test facilities, EGSE) полностью разработан и изготовлен в Германии. После интенсивной проверки на Земле спутниковая часть системы с января 1994 по октябрь 1995 г. функционировала на борту российского метеорологического спутника Метеор-3. С апреля 1995 г. система работает на спутниках серии ERS-2 (рис. 2.10). Ежесуточно выполняется около 50000 измерений, которые характеризуются точностью от 2.5 до 6.5 см по расстоянию и 0.1 мм/с по скорости изменения расстояния.

Кроме сети наземных станций (рис. 2.9) и космического сегмента третьим компонентом PRARE является система контрольного сегмента. Она включает Главную станцию управления, станцию контроля времени и системных команд и станцию калибровки. Все станции располагаются в Германии (соответственно в Оберпфаффенхофене, Штутгарте и Потсдаме). Эти станции имеют возможности оценивать данные, контролировать работу системы и линии связи как на спутниках ERS-2, так и у наземных станций через линии связи микроволнового диапазона. Это делает системы независимой от несущего ее спутника.

Рис. 2.10. Спутник для дистанционного зондирования ERS-2 (высота полета 780 км, наклонение 98.5, масса 2300 кг)].

Высококачественные измерения PRARE, хорошая повторяемость измерений в глобальном масштабе, плотность и пространственное распределение пунктов позволяют использовать их для геодинамических исследований, в том числе таких как:

- точное определение орбит,

- определение координат и скоростей станций,

- определение параметров вращения Земли и гравитационного поля Земли,

- определение параметров ионосферы,

- информация о точном времени.


Описание системы

Разработка системы PRARE была инициирована в 1982 г. как ответ на ESA/ESTEC's "извещение о возможности" участвовать в оценке возможностей первого Европейского спутника с дистанционным зондированием ERS-1. Вначале целью этой полностью новой разработки было обеспечение системы, способной измерять высокоточные расстояния (= радиальные дальности) и скорости изменения расстояний (= относительные скорости) между космосом и землей в одно и то же время и полностью синхронно. Система должна работать непрерывно и автономно, и должна избегать неудобств из-за других микроволновых спутниковых систем слежения, имеющихся в тот же период времени.

Принцип измерений основан на полностью когерентном двухпутном потоке сигналов (космос -> земля -> космос). Эти сигналы характеризуются низкой мощностью в Гигагерцовом диапазоне, на них слабо влияет среда окружения, и они могут действовать независимо от сезонных условий и времени суток (освещения). Структура сигналов представляет собой комбинацию высокочастотных несущих (X- и S-диапазона), с наложенными pn-кодами (10  и 1 Mcps - мегачипов), и данных широкого спектра, модулирующих на двух каналах (16 бод = сигнал временных кодов, и 2/4/10 килобод = данные измерений и housekeeping).



X-band downlink

carrier = 8489 MHz, =35 мм
pn-code = 10 Mbps BPSK (bandwidth = 10 MHz),
LowRate data = 16 bps code-biphase mod., 
HighRate data = 2/4/10 kbps mod(2)-add.,
crossed dipole antenna, 1 W transmission power


S-band downlink

carrier = 2248 MHz, =133 мм
pn-code = 1 Mbps BPSK (bandwidth = 1 MHz),
LowRate data 16 bps code-biphase mod., 
HighRate data 2/4/10 kbps mod(2)-add.,
crossed dipole antenna, 1 W transmission power


X-band uplink

carrier = 7225.296 MHz (= 749/880 X-down), =41.5 мм
pn-code = 10 Mbps BPSK (bandwidth = 10 MHz), 
LowRate data = 16 bpscode-biphase mod.,
[HighRate data = 1 kbps mod(2)-add.],
60 cm asymetric dish antenna, 5 W transmission power

Характеристики измерительного сигнала PRARE

Сигналы широкого спектра PRARE служат одновременно для основных дальномерных целей и для передачи необходимых данных между компонентами системы. И наземная сеть пользовательских станций, и контрольный сегмент могут декодировать эти наложенные данные и реагировать в соответствии с содержащейся информацией. Дополнительно синхронизирующий сигнал 1-pps (один импульс в секунду) обеспечивает с достаточной точностью когерентность системы и метки времени в данных. Система PRARE поэтому полностью не зависит от главного спутника (за исключением питания) и легко приспосабливается к различным операциям (миссиям) и целям. Объединение сигналов связи и дальномерных суммировано на следующем рисунке.

Основанное на этом соответственно запроектированном сигнале, точное измерение расстояния и скорости измерения расстояния образуется следующим образом: выведенное из самого сердца системы, сверхстабильного BVA-кварцевого генератора (VCXO, кварц с контролем напряжения), космический сегмент постоянно сигналы X- и S-диапазона в когерентном режиме и передает их почти одновременно через дипольную антенну на землю. Каждая наземная станция PRARE, которая находится в зоне видимости спутника, принимает сигналы, демодулирует pn-коды и понижает частоту несущей с фиксированным фазовым соотношением (749/880). До четырех заранее выбранных наземных станций ремодулируют свои обратные сигналы с одним из четырех ортогональных pn-кодов, и ретранслируют их в X-диапазоне назад на космический сегмент.

Четыре независимых канала приемников космического сегмента автоматически наблюдают выбранные станции, пока они остаются в зоне видимости и выполняют измерения расстояний и скорости изменения расстояний. Дальномерные данные накапливаются в цепи измерения задержки (Delay Locked-Loop, DLL), где измеряется временная задержка между излученным и принятым сигналом (метод корреляции по pn-коду, 91 усредненных измерений за секунду, эффективное разрешение = 1/1000 от длины кода = 3 cm), и скорость измерения расстояний в цепи захвата фазы (Phase Lock-Loop, PLL), насчитывающей разностную частоту между вышедшим и входящим сигналом несущей (1 измерений в секунду, эффективное разрешение = 1/10 от длины волны несущей = 0.4 мм/с). Высокая точность измерений обусловлена, главным образом, полной когерентностью двухпутного метода системы, включающего один опорный генератор, высокими частотами измерений по коду и фазе и разрешающими контурами приемника.



IVS - Международная РСДБ служба

Цель IVS - организовать сотрудничество между РСДБ группами по всему миру. Эта служба была создана в 1999 году по аналогии с уже действующими службами IGS (спутниковая интерферометрия) и ILRS (лазерная локация спутников). Поэтому логотип IVS отражает общую концепцию РСДБ и сложный характер нашей загадочной планеты. Большое количество различных природных явлений влияют на точность оценок, пролученных по данным РСДБ наблюдений. Поэтому приходится делать много вычислений, в соотвествие с процедурами, которые представлены в соглашениях Международной службы вращения Земли (IERS Conventions 1996). Эти процедуры представляют определенный стандарт для всех специалистов, которые занимаются обработкой РСДБ (и не только РСДБ) наблюдений. Использование стандартных процедур облегчает сравнение результатов, полученных разными исследовательскими группами.


Карта внизу показывает распределение IVS компонент по всему миру. Очевидно, что США, Европа и Япония проявляют наибольшую активность в этой научной области. В России только два центра занимаются РСДБ - Институт прикладной астрономии и Астрономический институт СПбГУ. Институт прикладной астрономии ведет строительство комплекса "Квазар" в составе трех радиотелескопов - в пос. Светлое Ленинградской области, в пос. Зеленчукская на Северном Кавказе и в урочище Бадары возле озера Байкал.

В настоящий момент наш Центр проводит оценивание параметров вращения Земли в рамках двух центров - IVS и Международной службы вращения Земли (IERS) - Центральное бюро которого до 1 января 2001 года находилось в Парижской обсерватории, а в настоящее время расположено в Лейпциге.


Более детальную информация об организации, проведении, обработке данных РСДБ наблюдений можно прочитать на сайте < A>Годдардского центра космических полетов (GSFC), который является структурным подразделением NASA, США.

Региональные сети

Кроме всемирной сети РСДБ станций существуют также три региональные сети: европейская, американская и азиато-тихоокеанская. Эти сети, в основном, предназначены для проведения геодезических исследо-ваний в указанных регионах. Регулярные наблюдения позволяют изучать движения земной коры в результате движения тектонических плит.


Здесь показано размещение станций Европейской РСДБ сети. 10 комплексов, размещенных на территории 6 стран (Германия, Италия, Швеция, Испания, Норвегия, Украина) обеспечивают хорошее покрытие как по широте, так и по долготе. Поэтому наблюдения, проводящиеся 6 раз в год, позволяют определить скорость и направление движения разных участков Европейского континента с точностью до 0.1-0.5 мм/год.

Спутниковая дальнометрия – это метод, в котором измеряются расстояния от наземной станции до спутников, оборудованных специальными зеркалам (отражателями).

Лазер наземной станции стреляет по спутнику короткими импульсами ( 10 - 150 ps). Этот зондирующий импульс запускает счетчик измерения интервалов времени. Лазерный импульс отражается от спутника точно в обратном направлении на наземную станцию. Отраженный импульс детектируется высоко чувствительным детектором (поскольку отраженный импульс очень слабый, и в некоторых случаях может содержать всего один фотон). Возвращенный импульс останавливает счетчик интервалов времени и регистрируется время прохождения для импульса. Тогда можно определить расстояние как половина времени прохождения, умноженного на скорость света.

D = 1/2 t * c

Скорость света не постоянна при прохождении через атмосферу и будет ускоряться и замедляться при прохождении через различные атмосферные слои. Это наибольший источник ошибок, связанных с точными измерениями. Другими источниками неопределенности являются: ошибки наведения на спутник (hitting the target satellite), ошибки детектирования сигнала и измерения времени из-за отражателей спутника.

В то время как для других применений ошибки времени в несколько наносекунд могли бы рассматриваться как хорошие, для лазерной дальнометрии это катастрофично. Погрешность в 1 нс в измерении времени эквивалентна ошибке в расстоянии в 15 см.



Лучшие современные спутниковые дальномерные лазерные системы имеют RMS одного выстрела около 10 мм, а RMS нормальных мест в 2-3 мм. Эти цифры основаны на измерениях, сделанных по спутникам LAGEOS ( LASer GEOdetic ), которые вращаются вокруг Земли на высоте около 6000 км. Такой уровень точности невозможно поддерживать для более далеких спутников из-за слабых отраженных сигналов, а более близкие спутники имеют большую нестабильность в орбитах из-за локальных гравитационных влияний.

Работы здесь, в Университете Curtin University базируются на системе PSLR (Portable Satellite Laser Ranging). Это легкая система (вес около 300 кг), которая может быть погружена в кузов небольшого фургона или машины и перемещена на другое место. Это имеет преимущество из-за возможности перемещаться с пункта на пункт, чтобы улучшать глобальный охват лазерной дальнометрией без дорогих неподвижных систем, которых в мире большинство (и в Европе). Есть надежда, что PSLR будет способна поддерживать уровень относительной точности 1-3 см, что позволит улучшить глобальный охват, поскольку отвечает набору стандартов International Laser Ranging Service.

<< предыдущая страница  
Смотрите также:
Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия»
586.45kb.
3 стр.
1 курс для студентов специальности «Космическая геодезия» Английский язык Осенний семестр
28.57kb.
1 стр.
Геодезия кадастр и мониторинг земель
27.49kb.
1 стр.
Конспект лекций по курсу «Организация ЭВМ и систем» для студентов специальности 220100 Вычислительная техника, системы, комплексы и сети
3242.49kb.
63 стр.
Конспект лекций для студентов 5 курса специальности 092. 202. «Электрический транспорт»
861.03kb.
4 стр.
Специальности спо 120101. Прикладная геодезия
46.25kb.
1 стр.
Космическая медицина
30.36kb.
1 стр.
Конспект лекций по дисциплине «Автоматизированный электропривод» для студентов 4 курса всех форм обучения специальности 090603 «Электротехнические системы электроснабжения»
932.35kb.
6 стр.
Рабочая программа дисциплины прикладная гравиметрия для подготовки дипломированного специалиста направления 120100 Геодезия
141.54kb.
1 стр.
Методические разработки по каждому заданию и образцы их выполнения. Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 300100 «Прикладная геодезия» и311100 «Городской кадастр»
1116.7kb.
16 стр.
Конспект лекций по дисциплине «Конфекционирование материалов» предназначен для студентов среднего специального образования по специальностям 2808 (260903) «Моделирование и конструирование швейных изделий»
718.37kb.
4 стр.
Конспект лекций по дисциплине «Деньги и кредит» для студентов специальности 03050801. "Финансы и кредит" и специальности 03050901 «Бухгалтерский учет»
1400.79kb.
9 стр.