Интеллектуальные цифровые решения
Ко всем людям доброй воли
меню

Что такое ГИСС?

Скачать книгу в PDF, 5Mб
Глава 1. Назначение, принципы построения и решаемые задачи

1.3 Техническая концепция системы

1.3.1 Система создается поэтапно на основе орбитальной группировки из 72, 144, 288 или 576 космических аппаратов (КА) двух типов, связанных межспутниковыми линиями связи, находящимися соответственно в 6, 9, 12-ти или 24-х орбитальных плоскостях на низкой орбите (от 400 км до 800 км) и территориальной сети распределенных наземных пунктов приема и обработки сигналов ГИСС в странах-участницах ее создания и эксплуатации, а также разнообразного терминального оборудования спутниковой связи персонального и коллективного пользования.

1.3.2 Глобальное и практически непрерывное радиолокационное зондирование земной поверхности и околоземного пространства производится методом активно-пассивной многопозиционной трехмерной радиолокации, при котором зондирующий сигнал излучается одним типом КА, а отраженные сигналы принимаются одновременно тремя и более КА другого типа и в оцифрованном виде вместе с данными о эфемеридах и бортовом времени КА ретранслируются на наземные пункты приема и обработки, на которых производится:

- архивирование зондирующих и принятых отраженных сигналов в широкой зоне наблюдения для возможности анализа и расследования чрезвычайных событий, произошедших в прошлом;

- синтез принятых отраженных сигналов с узкой диаграммой направленности из требуемой зоны контроля за представляющими интерес мобильными и стационарными объектами;

- взаимно-корреляционная обработка зондирующих и принятых разноракурсных отраженных сигналов, синтез и тематическая обработка 3D-изображения практически в реальном масштабе времени (в зависимости от производительности вычислительных комплексов обработки).

1.3.3 Зондирующие сигналы представляют собой синхронизированные по сигналам навигационных спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС непрерывные потоки излучений циклов, состоящих из IP-пакетов информационных сигналов персональной связи, видеовещания, интерактивных услуг и широкополосного доступа в Интернет. При отсутствии нагрузки на трафик связи излучаются специально формируемые на борту пакеты сигналов САР (SAR - радиолокационное зондирование с синтезом апертуры) или служебная информация в адрес наземных пунктов приема и обработки или терминального оборудования абонентов.

1.3.4 Каждый КА из орбитальной группировки ГИСС излучает зондирующие сигналы высокой мощности только в одном из двух диапазонов частот, предназначенных для спутниковой радиолокации (L-диапазон или Х-диапазон), а принимает отраженные сигналы в другом, что позволяет обеспечить ЭМС на самом КА. Таким образом, в системе применяется как бы общая полоса частот на линиях «вверх» и «вниз» относительно одного ретранслятора КА ГИСС по сравнению с обычными радиолокационным и связным системами. Это обеспечивает высокую надежность функционирования за счет дублирования трактов приема важных сообщений тремя разнесенными спутниками. Соответственно, группировка содержит два типа КА, расположенных в орбитальной плоскости через одного (четные – L/X и нечетные - X/L диапазона приема/передачи). Фрагмент орбитальной группировки ГИСС показан на рис. 1.1.

Рис. 1.1  Фрагмент орбитальной группировки ГИСС

Бортовые специальные комплексы КА ГИСС представляют по своей сути спутники связи с обработкой сигналов на борту и не имеют ничего общего с традиционными КА радиолокационного зондирования. Это и обеспечивает высокую экономическую эффективность создания ГИСС. При непрерывном глобальном радиолокационном контроле земной поверхности и околоземного пространств создается высокопроизводительная глобальная низкоорбитальная система связи, технологически более простая и дешевая за счет использования освоенных L- и Х-диапазонов частот, по сравнению с проектами типа OneWeb и Starlink (SpaсeX), функционирующими с дорогостоящими наземными терминалами в миллиметровом диапазоне.

1.3.5 Для приема используются многоэлементные антенные решетки (АР) с количеством элементов, достаточным для последующего формирования на Земле узких лучей, сканирующих в зоне радиолокационного мониторинга, а для передачи применяются относительно малоэлементные активные фазированные антенные решетки (АФАР), обеспечивающие формирование лучей от глобального в текущей зоне обслуживания для услуг связи до требуемого узкого луча, обеспечивающего обнаружение малозаметных целей для радиолокации. Использование разнесенных на смежных спутниках антенн для приема и передачи в L- и Х- диапазонах позволяет реализовать максимальную мощность и коэффициент полезного действия (КПД) передающих АФАР и минимальный коэффициент шума элементов приемной АР.

Рис. 1.2.  Обобщенная структурно-функциональная схема бортовых специальных комплексов (ретрансляторов) КА ГИСС.

Обобщенная структурно-функциональная схема бортовых специальных комплексов (спутников-ретрансляторов с обработкой сигналов на борту) показана на рис. 1.2.

1.3.6 Отраженные сигналы, принятые каждым элементом АР при наблюдении за объектами в зоне диаметром 4÷5 тысяч км, ретранслируются на наземные пункты приема и обработки непосредственно при их нахождении в этой же зоне видимости  или/и через сеть соседних спутников (два в своей орбитальной плоскости и два в соседних плоскостях) при радиолокационном контроле, например, зоны Антарктиды из Подмосковного пункта или Фарерских островов с территории Англии. Эти сигналы ретранслируются в оцифрованном виде без управления фазой и амплитудой на борту, что позволяет каждому наземному пункту приема формировать одну или несколько требуемых для слежения за объектами виртуальных диаграмм направленности (ДН) бортовой приемной антенны и/или диаграмм направленности, необходимых для широкополосных связных приложений.

1.3.7 Межспутниковые линии связи (МЛС) создаются по 4 линии для каждого КА. МЛС могут быть реализованы оптическими лазерными линиями с пропускной способностью около 20 Гбит/с. Лазерные МЛС могут быть созданы между КА вдоль орбитальных плоскостей космической группировки ГИСС. МЛС между КА, находящихся на смежных плоскостях орбитальной группировки ГИСС, вследствие высокой угловой скорости их взаимного перемещения, возможно, более целесообразно создавать в ТераГерцовом диапазоне волн с адаптивной скоростью передачи информации от 4 до 10 Гбит/с, в зависимости от энергетических параметров МЛС и текущей переменной дальности радиолинии.

1.3.8 Высокоскоростные фидерные линии связи с наземными пунктами приема и обработки (по 4 для каждого КА) реализуются в Ка-диапазоне с помощью остронаправленных следящих антенн на борту и на Земле. Пропускная способность сброса информации на фидерной линии «вниз» должна (может) быть обеспечена около 8÷10 Гбит/с. Четыре комплекта фидерных линий создаются с целью обеспечения возможности одновременной ретрансляции сигналов на наземные пункты приема трех соседних стран или трех регионов одной страны с большой территорией. Условно «четвертый» комплект приемо-передающей фидерной линии каждого КА находится в режиме программного перенацеливания на следующий наземный пункт приема и обработки в текущей зоне обслуживания.

1.3.9 Маршрутизация IP-пакетов в ГИСС для всех радиолокационных и связных приложений, телеметрического контроля и бортового комплекса управления осуществляется бортовыми высокопроизводительными роутерами-маршрутизаторами в составе бортовых специальных комплексов (БСК) КА - ретрансляторов спутников связи.

Рис. 1.3  Состав и структурно-функциональная схема наземного пункта приема и обработки (ППиО) сигналов


1.3.10 Состав и структурно-функциональная схема наземного пункта приема и обработки сигналов ГИСС показана на рисунке 1.3.

Комплекс приемо-передающих стаций (ППС) Ка-диапазона обеспечивает слежение за находящимися в зоне видимости КА, прием нисходящих сигнально-информационных потоков и передачу восходящих потоков пакетов услуг связи, команд управления, съема телеметрической информации и других видов служебной информации для управления предоставленными услугами связи. Количество ППС соответствует числу находящихся в зоне обслуживания КА ГИСС плюс две станции для резервирования и перенацеливания на новый КА, входящий в зону обслуживания данного пункта приема и обработки сигналов.

1.3.11 Входящие и исходящие сигнально-информационные IP-потоки проходят через управляемый (программируемый) узловой маршрутизатор ППиО, который все сигнально-информационные потоки, обеспечивающие решение задач радиолокационного зондирования, направляет на аппаратно-программный комплекс их архивации, а потоки, обеспечивающие предоставление услуг связи, направляет на типовой аппаратно-программный комплекс средств шлюзовой станции спутниковой связи, обеспечивающий сопряжение ГИСС с территориальными инфотелекоммуникационными транспортными сетями (ИТТС).

1.3.12 Наземный комплекс управления и контроля предоставлением услуг связи обеспечивает процедуры установления информационных соединений с абонентским терминальным оборудованием во взаимодействии с соответствующими бортовыми модулями управления и предоставления услуг связи на всех КА ГИСС в своей зоне обслуживания. В его состав также входит программный комплекс преобразования типовых протоколов функционирования территориальных транспортных сетей (IP ИТТС) в протоколы спутникового сегмента транспортных сетей (IP СС ГИСС) в части OAM, QoS и др.

1.3.13 Аппаратно-программный комплекс текущей обработки сигнально-информационных массивов радиолокационного зондирования под управлением операторов или управляющих программных комплексов с элементами искусственного интеллекта по решению поставленных задач мониторинга, обеспечивает расчеты и выборку из архива требуемых для обработки участков массивов.

На этапе текущей обработки специальным аппаратно-программным комплексом (АПК) обеспечивается синтез принятых тремя разнесенными КА ГИСС отраженных сигналов с узкой диаграммой направленности из требуемой зоны контроля за представляющими интерес мобильными и стационарными объектами. Каждый из трех принятых и синтезированных отраженных сигналов поступает на АПК взаимно-корреляционной обработки зондирующих и принятых разноракурсных отраженных сигналов, по результатам которой производится синтез и тематическая обработка 3D-радиолокационного изображения (РЛИ).

1.3.14 Аппаратурно-программный комплекс наземного пункта приема и обработки сигналов ГИСС весьма дорогой, чтобы создавать их для каждого из государственных (военных и специальных) пользователей. Размещать в составе региональных наземных ППиО отдельные комплекты АПК текущей обработки для многочисленных их пользователей в интересах военных и других государственных и коммерческих структур не всегда целесообразно.

По командам распределенного комплекса управления функционированием ГИСС в составе каждого регионального ППиО запрашиваемые из архива требуемые им массивы сигнально-информационных потоков могут быть переданы по территориальным транспортным каналам (ВОЛС) на соответствующие АПК текущей обработки РЛИ, расположенные на территории этих ведомств (пользователей ГИСС).

1.3.15 Комплекс средств контрольно-юстировочной станции (КЮС) в составе наземных ППиО формирует сигналы для контроля амплитудно-фазовых характеристик бортовых трактов приема отраженных зондирующих сигналов и юстировки исходных параметров, используемых при формировании узких ДН приема с задаваемых направлений. Время формирования и архивации сигналов КЮС привязано к общей шкале времени, синхронизированной по тем же сигналам спутниковых радионавигационных систем. Контрольно-юстировочные сигналы излучаются с ППиО в направлении видимых КА спутникового сегмента в соответствующих им диапазонах рабочих частот (в L- или Х- диапазонах), используя отличающиеся сигнально-кодовые конструкции по отношению к формируемым на борту зондирующим сигналам.

В АПК взаимной корреляционной обработки зондирующих и отраженных зондирующих сигналов и формирования разноракурсных РЛИ реализуется дополнительный тракт взаимно-корреляционной обработки ретранслированных отраженных зондирующих сигналов с опорной копией излученного контрольно-юстировочного сигнала.

Корректирующие результаты данной обработки поступают в АПК формирования отраженных сигналов с узкой ДН и на IP-вход данных калибровки комплекса управления функционированием ГИСС в составе ППиО и через территориальные ИТТС используются для коррекции амплитудных и фазовых параметров трактов передачи/приема на всех других наземных ППиО.