Радиотехнический информационно-управляющий комплекс системы низкоорбитальных малых космических аппаратов наблюдения

       1.3. СР-НС

       а) Р_СР +G_СР≥45,8;

       б) Р_СР +G_СР≥91,1(радиолиния не может быть реализована, так как требует создания на СР при Р_СР=20 дБ Вт (100 Вт)  параболической антенны диаметром зеркала более 56,9 м).

     

       1.4. МКА-МКА

       а) Р_МКА+2G_{МКА-МКА}≥78;

       б) Р_МКА+G_{МКА-МКА}≥87,1 (радиолиния не может быть реализована, так как требует создания на МКА при Р_ПРД =10 Вт параболической антенны диаметром зеркала более 113 м).

       2. Передача ИБД, управление МКА (16 кбит/с, Δf=32 кГц в отсутствии помех, Δf=128 МГц в условиях РЭП при использовании сложных сигналов)

       2.1. НС-СР (ИБД, управление)

       а) Р_НС+G_СР≥15,8;

       б) Р_НС≥-3,2 (предполагается, что на СР используется параболическая антенна).

       2.2. СР-НС (ИБД, управление)

       а) Р_СР +G_СР≥10,6;

       б) Р_СР +G_СР≥55,1.

       2.3. СР-МКА (управление)

        а) Р_СР +G_СР+ G_МКА-СР≥60,1;

        б) Р_СР +G_СР≥79,1 (создание такой радиолинии проблематично, так как  требуется на СР при Р_СР=20 (100 Вт) параболическая антенна диаметром зеркала более 14,3 м).   

        2.4. МКА-СР (управление)

        а) Р_МКА+ G_МКА-СР+G_СР≥60,1;  

        б) Р_МКА+ G_МКА-СР≥41.      

        2.5. НС-МКА (ИБД, управление)

        а) Р_НС+ G_МКА-НС≥-8,3;

        б) Р_НС≥26,8 (при всенаправленной бортовой антенне – G_МКА=-10 дБ, Д_РЭП≥Д).

        2.6. МКА-НС (ИБД, управление)

        а) Р_МКА+ G_МКА-НС≥22,5;

        б) Р_МКА+ G_МКА-НС≥31.

        2.7. МКА-МКА (ИБД, управление)

        а) Р_МКА+2G_{МКА-МКА}≥78;

        б) Р_МКА+G_{МКА-МКА}≥55 (радиолиния может быть реализована при создании на МКА при Р_ПРД =10 Вт параболической антенны диаметром зеркала более 2,8 м; при скорости передачи информации 2 кбит/с помехозащищенность обеспечивается при диаметре зеркала параболической антенны 1м).

        Радиолинии оперативного обмена  сигналами боевого управления  целесообразно создавать с использованием  СР на ГСО. Создание таких помехозащищенных радиолиний принципиальных технических трудностей не вызывает.

       Анализ полученных результатов  позволяет сформулировать следующие   проблемные положения по созданию  радиолиний ИУК:

       - радиолинии передачи СИ в любой из рассматриваемых схем ИУК («МКА-НС», «МКА-СР», «СР-НС», «МКА-МКА») не могут быть защищены радиотехническими методами от превентивных помех, создаваемых авиационными и наземными средствами;

       - радиолинии управления «СР-МКА»  не могут быть защищены радиотехническими  методами от превентивных помех,  создаваемых наземными средствами.

       Предлагаются следующие практические  рекомендации по функционированию радиолиний, включающих НС, в условиях РЭП и ударных воздействий:

       - создание всех модификаций НС  в подвижном исполнении с обеспечением  эффективной маскировки во всех  диапазонах излучений и отражений;

       - запрет на радиоизлучения НС  потребителя (в зоне ведения  военных действий) с целью исключения  целенаправленного РЭП авиационными  средствами и поражения высокоточным  оружием;

       - размещение излучающих НС спецкомплекса и НКУ в глубине территории страны с соответствующей защитой позиционных районов;

       - противодействие РЭП путем нанесения  превентивных ударов по авиационным  средствам-постановщикам помех.

       Радиолинию  «МКА-СР» с требованиями, определенными пунктом 1.2 (в том числе для условий отсутствия внешних помех) представляется целесообразным не создавать, поскольку в условиях РЭП эта радиолиния не обеспечивает передачу СИ, а для условий мирного времени требует создания остронаправленных параболических антенн больших диаметров зеркал (один из вариантов: на МКА ~1 м, на СР ~5 м). В условиях мирного времени и отсутствия угрозы поражения НС может быть реализован вариант передачи СИ по радиолиниям «МКА-НС-СР».

      При передаче СИ без внешних  помех по радиолинии «НС-СР»  справедливо требование  [3,с. 436]:

                                   Р_НС+G_СР≥51,8,                                                      (3.4)

которое целесообразно включить в итоговую расчетную систему неравенств при выборе энергетических характеристик радиолиний ИУК.

      Альтернативным вариантом использованию  СР на ГСО может быть вариант создания и применения на основе системы МКА информационной сети с радиолиниями «МКА-МКА».

      В системе МКА, организованных в информационную сеть, открываются дополнительные возможности по сравнению с другими вариантами повышения помехозащищенности межспутниковых радиолиний за счет выполнения сеансов связи с использованием специальной маршрутизации сообщений в зонах, исключающих взаимную радиовидимость приемников информации и НС РЭП.

      При 50 МКА в системе, распределенных, например, в 5 орбитальных плоскостях  по 10 МКА в каждой плоскости,  максимальная дальность радиолинии  «МКА-МКА» составляет Д_МАХ=0,1∙2p (6370+500)=4317 км. При принятых исходных данных (=10 Вт; =3,75 см;=1000ºК; g=1) для дальности межспутниковой радиолинии 5000 км в условиях отсутствия помех получаем: =6396220 (68 дБ), коэффициент усиления  антенны МКА G_{МКА-МКА}=2530 (34 дБ) - параболическая зеркальная антенна диаметром   ~1 м.

В организованной баллистической структуре системы  МКА с такими радиолиниями может  поддерживаться постоянный обмен информацией, в том числе в зонах, исключающих  взаимную радиовидимость приемников информации и НС РЭП. В условиях функционирования приемника МКА в зоне видимости НС РЭП помехозащищенность при передаче СИ (п. 1.4) не обеспечивается. При использовании параболических антенн на МКА с диаметром зеркала более 2,8 м может быть обеспечена помехозащищенность радиолиний «МКА-МКА» во всех зонах их функционирования при обмене информацией управления МКА и информацией банков данных – п. 2.7.(б). При скорости передачи информации 2 кбит/с помехозащищенность обеспечивается для режимов управления МКА при диаметре зеркала параболической антенны 1м – п. 2.7.(б).

Учитывая  эти обстоятельства, а также то, что создание глобального помехового поля низкоорбитальным космическим информационным сетям наземными средствами представляется практически нереализуемым проектом, сетевые структуры на основе низкоорбитальных МКА могут рассматриваться как базовые для обеспечения функционирования всех режимов ИУК.

Поскольку обеспечение помехозащищенности радиолиний управления «СР-МКА» в условиях воздействий  превентивных помех наземными средствами проблематично – п. 2.3. (б), энергетические характеристики этой радиолинии целесообразно  выбирать для условий функционирования в отсутствии внешних помех, а  сеансы управления планировать в  зонах, исключающих взаимную радиовидимость приемников информации и НС РЭП. 

На основе проведенного анализа, заменяя неравенства  пунктов 1.2 и 2.4 (а) на соотношение (3.4), а  также исключая неравенства 1.1 (а), 1.3 (а),   2.1, 2.2 (а), 2.5 (а), 2.6 (а) и 2.7 (а) как «поглощенные» более жесткими ограничениями, определим следующую расчетную систему неравенств:

              МКА-НС

       б) Р_МКА+ G_МКА-НС≥31;                      (1)

             НС-МКА

       б) Р_НС≥26,8;                                      (2)                           

             МКА-СР  

       б) Р_МКА+ G_МКА-СР≥41;                       (3)

             СР-МКА

       а) Р_СР +G_СР+ G_МКА-СР≥60,1;              (4)

             МКА-МКА 

       а) Р_МКА+2G_{МКА-МКА}≥78;                     (5)                                                                                     

       б) Р_МКА+G_{МКА-МКА}≥55;                       (6)

             НС-СР

       а) Р_НС+G_СР≥51,8;                                (7)

             СР-НС

       б) Р_СР +G_СР≥55,1.                                (8)

       Решение этой системы неравенств вследствие отсутствия целевой функции может быть получено, исходя из определенных ранее допусков (ограничений).

       Из неравенства (1) следует Р_МКА=10, G_МКА-НС=21; из неравенства (3) – G_МКА-СР=31; из неравенства (5) – G_{МКА-МКА}=34 (неравенства (6) для обеспечения устойчивого функционирования в условиях РЭП – G_{МКА-МКА}=45). Неравенство (2) определяет Р_НС=26,8.

       Неравенства (4,7,8) с учетом полученных  оценок приобретают вид:                                                    

       Р_СР +G_СР≥29,1;                                                     

       G_СР≥25;                                                                      

       Р_СР +G_СР≥55,1,

откуда  следует один из приемлемых вариантов  решения: Р_СР=20; G_СР=35,1.

       Таким образом, могут быть рекомендованы  следующие основные энергетические  характеристики радиолиний ИУК:

       Объект МКА – мощность передатчика Р_МКА=10 Вт; коэффициенты усиления антенн: в направлении на наземную станцию G_МКА-НС=21дБ – малонаправленная антенна с шириной диаграммы направленности ~13º (в режиме управления неориентированным МКА G_МКА=-10 дБ); в направлении на СР G_МКА-СР=31 дБ; в направлении на МКА (сетевой режим) G_{МКА-МКА}=34 дБ (параболическая антенна с диаметром зеркала ~0,8 м, ширина диаграммы направленности ~2º,8).

       Конструктивно МКА может иметь всенаправленную антенну для управления в неориентированном режиме и одну (две – для сквозной ретрансляции без запоминания ретранслируемой информации) параболическую антенну с диаметром зеркала ~1 м, используемую для приема-передачи всех видов информации в непосредственном режиме функционирования с НС и ретрансляционных режимах обмена информацией с СР и МКА (сетевой режим, в том числе режим электронной почты).

       Объект НС – мощность передатчика Р_НС≈500 Вт; коэффициент усиления антенны G_НС=44,3 дБ (параболическая антенна с диаметром зеркала 2,6 м).

      Объект СР – мощность передатчика Р_СР=100 Вт; коэффициент усиления антенны G_СР=35,1 дБ (параболическая антенна с диаметром    зеркала    ~1 м).

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.3 –  Иллюстрация уровней обеспечения  помехозащищенности

радиолиний  ИУК

5 БЛОК-СХЕМА КАНАЛА МОНОИМПУЛЬСНОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ И ОПИСАНИЕ РАБОТЫ МОНОИМПУЛЬНСОГО НАВЕДЕНИЯ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ КИС

Современные требования по удержанию  КА на ГСО в заданной рабочей точке  достигли уровня ±0,05˚, в том числе  и для однопунктного управления КА. Это обстоятельство обусловило применение высокоточных измерителей угловых координат (пеленгаторов).

Корреляционно-фазовые пеленгаторы (КФП), применяемые для решения  данной задачи, представляют собой  моноимпульсные прецизионные фазовые  измерители угловых координат КА, являясь сравнительно громоздкими  и дорогостоящими системами, дополняющими измерения КИС. Альтернативой КФП стало использование измерителей для КИС с одной зеркальной параболической антенной, основанных также на моноимпульсных методах пеленгации.

В традиционных моноимпульсных методах  для точного определения направления  на источник сигнала может применяться  коническое (плоскостное) сканирование и последовательное переключение диаграмм направленности, реализуемые в одноканальных  пеленгаторах. Характерным для этих методов является то, что направление  на источник определяется сравнением сигналов, последовательно принимаемых  антеннами с различными диаграммами  направленности, а угловая информация о цели формируется в виде амплитудной  модуляции принимаемых сигналов. При этом глубина модуляции определяет величину сигнала ошибки, а фаза - направление рассогласования оси  антенны по отношению к направлению  на пеленгуемую цель.

Модуляционный метод формирования сигнала угловой ошибки требует  приема последовательности импульсов, что определяет его чувствительность к флуктуациям амплитуды принимаемых  сигналов, порождаемых случайными изменениями эффективной площади рассеяния цели. Это является наиболее существенным недостатком одноканального метода пеленгования, использующего коническое и линейное сканирование луча или последовательное переключение диаграмм направленности.

Этого недостатка лишена моноимпульсная (одноимпульсная) пеленгация. Основу моноимпульсного  метода определения направления  на цель, при котором импульс содержит полную информацию об угловом положении  цели, составляет многоканальный прием, когда сигналы принимаются одновременно двумя независимыми приемными каналами по каждой координатной плоскости пеленгации (двумя в азимутальной плоскости  и двумя в угломестной). Так как в моноимпульсных системах пеленгование осуществляется по одному импульсу, и используются одновременно два независимых канала приема в каждой координатной плоскости, то амплитудные флуктуации отраженного сигнала не оказывают заметного влияния на точность измерения угловых координат.