Модулятор сигналов системы измерения координат телекоммуникационных спутников на геостационарной орбите
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проекта обусловлена широким применением в спутниковой связи многостанционного доступа с временным разделением сигналов (МДВР) земных станций, который требует строгой временной их синхронизации по входу бортового ретранслятора спутника. Точная синхронизация невозможна без оперативного и непрерывного определения текущих координат спутника, в действующих системах - на центральной земной станции. Существующие системы централизованного управления синхронизируют передачи земных станций по мере возникновения на них потребности в передаче (по запросам к центральной земной станции). Это приводит к задержкам передачи данных и непроизводительному использованию пропускной способности транвпондера спутника.
В данной работе предлагается решение, позволяющее земной станции трафика самостоятельно, в активном режиме, определять пространственное положение спутника путем измерения наклонной дальности, азимута и угла места, что достаточно для однозначного вычисления его координат.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 9
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Актуальность измерения координат телекоммуникационных спутников на геостационарной орбите 12
1.1 Многостанционный доступ с временным разделением сигналов 12
1.2 Аномалии в движении спутников 19
1.3 Системы координат 22
1.4 Измерение координат с использованием активного метода 25
1.5 Анализ ошибок измерения и их влияние на синхронизацию 27
2. Обоснование требований к элементам радиолинии передачи измерительного сигнала 34
2.1 Модель спутниковой радиолинии 34
2.2 Обоснование параметров измерительного сигнала 41
2.3 Расчет радиолинии совмещенной передачи 50
3. Разработка функциональной схемы модулятора измерительного сигнала 54
3.1 Общая функциональная схема модулятора 54
3.2 Формирование кодовых структур измерительного сигнала 55
3.3 Формирование квадратурных компонент измерительного сигнала 57
4. Реализация модулятора на основе универсального программируемого радиоустройства 61
4.1 Структура 61
4.2 Обзор USRP-LW и платы WBX-LW 40 63
4.3 Программное обеспечение 66
5. Разработка специального программного обеспечения для модулятора 68
5.1 Структура взаимодействия программ 68
5.2 Описание программных модулей модулятора 69
5.3 Интеграция с USRP-LW 72
5.4 Тестирование 74
6 Конструкторско-технологическая часть 78
7. Экономическая часть проекта 81
7.1 Резюме проекта 81
7.2 Суть проекта 81
7.3 Актуальность проекта и потенциальные потребители 81
7.4 План маркетинга 83
7.5 Финансовый план 85
8. Безопасность жизнедеятельности 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 90
ПРИЛОЖЕНИЯ 91
Приложение П1 - Расчеты отношений сигнал/шум в системе совмещенной передачи информационного и измерительного сигналов через геостационарный спутник в С-диапазоне 91
Приложение П2 – Спецификация прогамм 97
Приложение П3 – Листинги программ 98
Приложение П3.1 – Листинг программы FormSignalsК1 98
Приложение П3.2 – Листинг программы GetSignal_L1_K1 98
Приложение П3.3 – Листинг программы ConvolEncod 100
Приложение П3.4 – Листинг программы GetMSequenceC 102
Приложение П3.5 – Листинг программы oct2bin 104
Приложение П3.6 – Листинг программы USRP-LW_Transmit 105
Приложение П4 – Схема деления структурна 106
Приложение П5 – Сборочный чертеж платы WBX-LW 40 107
Приложение П6 – Спецификация к сборочному чертежу 108
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Севидов В. В., Чемаров А. О., Определение координат спутников-ретрансляторов в разностно-дальномерной системе геолокации // Известия вузов России, Радиоэлектроника, Вып. 3, 2015. С. 41–46.
2 Мицын С. В. Метод итеративного определения координат местоположения космического аппарата / С.В. Мицын, Г.А. Ососков // Информационные процессы, Том 12, № 3, 2012. С. 308–319.
3 Жданюк Б.Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений. – М.: Советское радио, 1978. – 384 с.
4 Сильвестров С.Д., Лазарев В.М., Корниенко А.И., Паншин М.И. Точность измерения параметров движения космических аппаратов радиотехническими методами. – М.: Советское радио, 1970. – 320 с.
5 Эскобал П. Методы определения орбит. – М.: Мир, 1970. – 472 с.
6 Отчет МСЭ-R SM.2424-0 (06/2018). Методы измерения и новые технологии спутникового контроля. Серия SM «Управление использованием спектра». [Электронный ресурс] — URL: itu.int.
7 Вейцель А.В. Новый класс меандровых шумоподобных сигналов для радионавигационных систем // Вестник МАИ, т.16, № 7, с.с. 43 - 48.
8 Кузнецов, В. С. Генерация ансамблей кодов Голда для систем прямого расширения спектра / В. С. Кузнецов, И. В. Шевченко, А. С. Волков, А. В. Солодков // Труды МАИ. — 2018. — Вып. 96. — УДК 621.391. [Электронный ресурс] — URL: http://trudymai.ru/ (дата обращения: 05.10.2025).
9 WBX Daughterboard // Ettus R
Важно отметить, что коррекция может производиться только с определенной периодичностью – не чаще одного раза за время полного цикла прохождения пакета "Земля-спутник-Земля". Это фундаментальное ограничение, обусловленное физикой распространения сигнала: новое измерение ошибки и, соответственно, оценка эффекта от предыдущей коррекции становятся возможны только после получения ретранслированного спутником пакета.
Установление синхронизации начинается с того, что станция трафика передает короткий пакет (на рисунке обозначен как SP - Short Packet). Этот пакет отправляется с предварительно рассчитанным смещением ∆N (задержкой пакета передачи) относительно опорного сигнала. Ключевым моментом является определение этого начального ∆N. Одним из наиболее точных методов является его расчет на основе известных координат как земной станции, так и спутника, что позволяет оценить расстояние и, соответственно, время распространения сигнала. Исходная задержка определяется по наклонной дальности, которая может содержать ошибку [2].
Для повышения надежности и безопасности процесса вместо полноценного короткого пакета SP первоначально может использоваться его маломощная версия для поиска выделенной позиции в кадре. Пиковая мощность такого пробного сигнала на 20-25% ниже номинальной мощности стандартного пакета трафика.
Если расчетное смещение ∆N оказалось неточным и пакет "наезжает" на чужой временной слот, его пониженная мощность минимизирует воздействие на другие корректно работающие пакеты в кадре. Этот маломощный пакет, будучи ретранслированным