×
25.08.2017
217.015.a68f

Результат интеллектуальной деятельности: Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано на искусственных спутниках Земли или на самолетах для приема и передачи информации. Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи выполнен в виде двух модулей. В первый модуль входят блоки управления комплексом, телеметрии, системой наведения, а также информационный приемник и оптический передатчик. Во второй модуль входят привод с датчиками, электрооптический координатор, разделитель, лазерный маяк, оптическая антенна, опорно-поворотное устройство, скоростной оптический дефлектор, светоделительный блок и блок упреждений. Техническим результатом является увеличение пропускной способности при одновременном снижении массы бортовой аппаратуры. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано на искусственных спутниках Земли или на самолетах для приема и передачи информации.

Современные тенденции развития спутниковых систем связи и передачи информации характеризуются ростом потребности в пропускной способности линий до 10 Гбит/с, увеличением дальности до 80 тысяч км, уменьшением массы, энергопотребления и габаритных размеров спутниковой аппаратуры - все это достигается при обеспечении скрытности и защищенности передачи, уменьшения зависимости функционирования линии от наземных пунктов управления и существенного увеличения срока активного существования аппаратуры на орбите (до 15 лет). Наилучшие возможности удовлетворения этим требованиям имеет новый для спутниковых систем связи и передачи информации диапазон - оптический.

Для организации высокоскоростной транспортной среды сейчас широко применяются линии волоконно-оптической, радиорелейной и спутниковой связи. В ряде применений: надводные корабли, мобильные командные пункты различного базирования и т.п., спутниковые средства связи являются практически единственными для организации высокоскоростного информационного обмена [Журнал национальная оборона №12 декабрь 2010].

Известен бортовой ретранслятор - радиотехническое приемо-передающее устройство, устанавливаемое на ИСЗ и предназначенное для приема и передачи информации (Л.Н. Новик, И.Д. Морозов, В.И. Соловьев. Спутниковая связь на море. Л. Судостроение, 1987 г. С. 101-130. Построение аппаратурных комплексов морских систем спутниковой связи). Данное техническое решение выбрано за прототип.

Бортовой комплекс спутниковой связи представляет собой приемо-передающую систему с блоком управления и электропитания, антенное устройство и оконечную аппаратуру. Оконечная часть станции выполнена в виде стойки, состоящей из блока управления антенной, приемо-передающих блоков и пульта управления станцией. Стабилизация и наведение антенн производится с помощью следящих систем, работающих от датчиков, и процессора, входящего в состав станции.

Недостатками существующих систем спутниковой связи являются большие массогабаритные размеры и низкая пропускная способность.

Цель изобретения - увеличение пропускной способности при одновременном снижении массы бортовой аппаратуры.

Поставленная цель достигается тем, что автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи выполнен в виде двух модулей, соединенных между собой посредством линий связи, при этом в первый модуль входят блоки управления комплексом, телеметрии, системой наведения, а также информационный приемник и оптический передатчик, во второй модуль входят привод с датчиками, электрооптический координатор, разделитель, лазерный маяк, оптическая антенна, опорно-поворотное устройство, скоростной оптический дефлектор, светоделительный блок и блок упреждений, причем блок управления комплексом получает команды и данные от оконечной аппаратуры, установленной на искусственном спутнике Земли (ИСЗ), он соединен с блоком управления системой наведения, который обеспечивает построение системы наведения секундных световых пучков корреспондентов друг на друга, при котором в процессе связи выдается пеленг с точностью более 10 угл. с, а блок управления системой наведения в свою очередь соединен с приводом с датчиками, электрооптическим координатором, лазерным маяком, оптической антенной, которая используется как на прием, так и на передачу информации, а также с блоком упреждений, при этом информационный приемник своим выходом соединен с оконечной аппаратурой, установленной на ИСЗ, а входом соединен с разделителем, который соединен с электрооптическим координатором и светоделительным блоком, а последний соединен с блоком упреждений и через блок скоростного оптического дефлектора и опорно-поворотного устройства с оптической антенной, причем в качестве антенны используется телескопическая зеркальная система - главное зеркало, которое выполнено асферическим на облегченной ситалловой подложке, а для передачи через опорно-поворотное устройство светового сигнала используется зеркальный световой шарнир, причем оптический передатчик соединен с передающей аппаратурой, находящейся на ИСЗ, и блоком упреждений.

На фиг. 1 представлена блок-схема автоматизированного аппаратурного комплекса спутниковой открытой оптической связи.

На ИСЗ 1 установлен комплекс спутниковой открытой оптической связи, который выполнен в виде двух модулей.

В I первый модуль входит:

блок управления комплексом 2, блок телеметрии 3, блок управления системой наведения 4, информационный приемник 5, оптический передатчик 6.

Во второй II модуль входит: привод с датчиками 7, электрооптический координатор 8, разделитель 9, лазерный маяк 10, оптическая антенна 11, опорно-поворотное устройство 12, скоростной оптический дефлектор 13, светоделительный блок 14 и блок упреждений 15.

На фиг. 2 представлена функциональная схема оптического передатчика 6, которая содержит:

16 - модуль управления и модуляции;

17 - систему контроля и управления передатчиком;

18 - телеметрию;

19 - оптический модуль;

20 - термостабилизированную систему теплового режима мощных лазерных излучателей;

21 - вторичный источник питания.

На фиг. 3 изображен бортовой приемопередатчик оптического диапазона для спутника на геостационарной орбите (на одно направления).

В него входит:

22 - контейнер; 23 - антенна; 24 - привод; 25 - маяк; 26 - опорная плоскость; 27 - зеркало.

Принцип работы комплекса заключается в том, что передаваемый поток данных от аппаратуры пользователя поступает на интерфейсный модуль и затем на модулятор излучателя. Затем сигнал преобразуется высокоэффективным лазером в оптическое излучение, оптикой формируется в узкий пучок (2-4 мрад) и передается через атмосферу к приемнику. На противоположном пункте принимаемое оптическое излучение фокусируется приемным объективом на площадку высокочувствительного быстродействующего фотоприемника (лавинным или p-i-n - фотодиоды), где детектируются. После дальнейшего усиления и обработки сигнал поступает на интерфейс приемника, а оттуда на аппаратуру пользователя.

Работа автоматизированного аппаратурного комплекса спутниковой открытой оптической связи осуществляется следующим образом.

Сигналы ИСЗ 1, принятые антенной 11, ослаблены потерями из-за поглощения оптических волн на трассе распространения, и для их приема требуется высокая чувствительность входных приемных устройств. С помощью скоростного оптического дефлектора 13 сигналы преобразуются из одного вида поляризации поля в другой (линейная в круговую, и наоборот), с помощью фильтров разделения сигналов 9 приема и передачи, а также полосовых фильтров обеспечивается требуемая развязка трактов приема и передачи. Особое значение имеет проблема развязки фотоприемника от сигналов собственного передатчика. Необходимый уровень развязки -70…80 дБ. Излучение передатчика на основе одномодовых полупроводниковых лазеров, используемых в заявляемом комплексе - плоскополяризованное, поэтому для развязки предложено использовать кроме спектральной фильтрации, еще расфильтровку по поляризации. В терминалах корреспондентов ориентация плоскости поляризации излучения передатчиков относительно основания выбирается взаимно ортогональной. Излучение передатчиков проходит через оптический тракт, в котором установлена фазовая пластинка, преобразующая плоскую поляризацию в круговую. В эфире встречные сигналы от корреспондентов будут иметь круговую поляризацию с противоположными направлениями. После антенны 11 принятый сигнал круговой поляризации преобразуется в сигнал плоской поляризации, но перпендикулярный относительно сигнала передатчика корреспондента. Опорно-поворотное устройство 12 имеет в своем составе неподвижное основание, вращающуюся платформу, механизм вращения платформы вокруг вертикальной оси и подъема антенны относительно горизонтальной оси с помощью электропривода. Механизм вращения и подъема антенны выполнен в виде системы соединенных последовательно планетарной и волновой дифференциальной передачи. Он обеспечивает наведения оптической антенны 11 на корреспондента.

В связи с применением скоростного оптического дефлектора 13, в котором происходит скоростная обработка цифровых кодовых сигналов, которые передаются по оптической линии связи, используется симплексный метод передачи информации. В этом случае вход приемника 5 корреспондента открывается в промежутках между передачей пакетов своим передатчиком. Это существенно снижает требования к развязке приемного и передающего каналов и позволяет упростить оптический тракт аппаратуры. Светоделительный блок 14 выполнен с возможностью создания узкого лазерного луча, размещенного между скоростным оптическим дефлектором и блоком упреждений. Разделитель 9 представляет собой трапециевидную призму BP-180 с двумя приклеенными к отражающим граням АР-90, который обеспечивает разделение оптического излучения. А блок упреждений 15, основываясь на бесконтактном принципе действия, обеспечивает практически неограниченное количество циклов включения-выключения оптического излучения.

Полупроводниковый лазерный излучатель является одним из основных элементов передающего тракта связанного канала комплекса аппаратуры спутниковой открытой оптической связи. Именно в лазерном излучателе информационный сигнал, поступающий на его вход через драйвер, преобразуется из электрического в оптический. Затем этот световой пучок, несущий информацию, попадает на передающую антенну 11 и далее через космическое пространство на приемное устройство корреспондента 5, расположенное на другом пункте управления. Поэтому характеристики лазерного излучателя в основном определяют выходные параметры излучения передатчика 6 в целом и облик передающей аппаратуры. Блок управления комплексом 2 выполнен в виде пульта с ЭВМ и предназначен для управления работой всего комплекса в целом, взаимодействия с отдельными устройствами и блоками, а также их контроль. Осуществляет группировку пакетов информации и синхронизацию работы комплекса.

Оптимальным оптическим диапазоном для построения комплекса аппаратуры спутниковой открытой оптической связи является 0,9 мкм, поскольку в этой области разработаны одномодовые полупроводниковые источники лазерного излучения на основе GaAls-GaAs, а также высокоэффективные широкополосные фотоприемники на основе кремниевых и GaAs- лавинных, p-i-n фотодиодов. Полупроводниковые лазеры по сравнению с другими типами лазеров имеют ряд преимуществ. Они малогабаритные, имеют КПД более 30%, позволяют напрямую осуществлять модуляцию светового пучка током накачки в полосе до единиц ГГц, излучают плоскополяризованную волну в одной поперечной моде, имеют значительную долговечность. Оптический передатчик 6 одноканальный (один лазер). В состав оптического передатчика входит оптический модулятор 19, который преобразует световое излучение лазерного излучателя в осесимметричный квазипараллельный пучок, термостабилизирующая система теплового режима мощных лазерных излучателей 20, модуль управления и модуляции 16, включающий драйвер, обеспечивающий информационную модуляцию тока лазера, оператор тока смещения, система контроля и управления передатчиком 17, блок телеметрии 18 и вторичный источник питания 21, предназначенный для электропитания оптического передатчика, осуществляемого от бортовых спутниковых линий с частотой сети 50 Гц с параметрами согласно ГОСТ В23394-78. Управление параметрами оптического передатчика 6 осуществляется через ЭВМ. Согласование модулятора 19 с лазером осуществляется вводом на стыке лазера с драйвером согласующего контура, что позволило устойчиво повысить скорость передачи до 300 Мбит/с с ошибкой на бит 10-9.

В алгоритм блока управления 4 системой наведения положено: единая длина волны для поиска, захвата корреспондента и слежения за ним; использование информационного сигнала для слежения за корреспондентом в процессе исполнительных устройств для отработки вибрации в диапазоне от 3 до 1000 Гц. Отличительной особенностью этих устройств является наличие в них датчика угла, определяющего направление на корреспондента с точностью до 9 угл. с. Эти принципы позволяют минимизировать массу, габаритные размеры, энергопотребление и стоимость бортовой аппаратуры, а также повысить ее надежность. Для реализации этих принципов были установлены скоростные оптические дефлекторы («виброзеркала») со встроенными датчиками углов по двум осям. Зеркало дефлектора 13 установлено в пружинном подвесе, исключающем узлы трения и обеспечивающем тем самым большой срок службы в космических условиях. Лазерный маяк 10 определяет направление прихода светового сигнала от корреспондента в поле зрения от 10 до 20 угл. мин и в полосе приема до 1 кГц. В качестве оптической антенны 11 используется телескопическая зеркальная система. Главное зеркало - асферическое на облегченной ситалловой подложке. Для передачи через опорно-поворотное устройство 12 светового сигнала используется зеркальный световой шарнир.

Таким образом, отличительной особенностью заявляемого комплекса является применение единой антенны на прием и передачу информации. Что способствует минимизировать габаритные размеры и массу аппаратуры. Применение мощных одномодовых полупроводниковых лазерных излучателей мощностью 200 МВт, которые способны обеспечить скорость передачи до 1 Гбит/с.

Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи, отличающийся тем, что комплекс выполнен в виде двух модулей, соединенных между собой посредством линий связи, при этом в первый модуль входят блоки управления комплексом, телеметрии, системой наведения, а также информационный приемник и оптический передатчик, во второй модуль входят привод с датчиками, электрооптический координатор, разделитель, лазерный маяк, оптическая антенна, опорно-поворотное устройство, скоростной оптический дефлектор, светоделительный блок и блок упреждений, причем блок управления комплексом получает информацию и данные от оконечной аппаратуры, установленной на искусственном спутнике Земли (ИСЗ), он соединен с блоком управления системой наведения, который обеспечивает построение системы наведения секундных световых пучков корреспондентов друг на друга, при котором в процессе связи выдается пеленг с точностью более 10 угл. с, а блок управления системой наведения в свою очередь соединен приводом с датчиками, электрооптическим координатором, лазерным маяком, оптической антенной, которая используется как на прием, так и на передачу информации, а также с блоком упреждений, при этом информационный приемник своим выходом соединен с оконечной аппаратурой, установленной на ИСЗ, а входом соединен с разделителем, который соединен с электрооптическим координатором и светоделительным блоком, а последний соединен с блоком упреждений и через блок скоростного оптического дефлектора и опорно-поворотного устройства с оптической антенной, причем в качестве антенны используется телескопическая зеркальная система - главное зеркало, которое выполнено асферическим на облегченной ситалловой подложке, а для передачи через опорно-поворотное устройство светового сигнала используется зеркальный световой шарнир, причем оптический передатчик соединен с передающей аппаратурой, находящейся на ИСЗ, и блоком упреждений.
Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи
Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи
Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи
Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-20 из 59.
10.04.2014
№216.012.b30d

Устройство для повышения пропускной способности асинхронных цифровых систем коммутации

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в способах объединения и коммутации дискретных сигналов телеграфного типа. Техническим результатом является увеличение пропускной способности асинхронных цифровых систем коммутации. Устройство для повышения пропускной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511553
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.06.2014
№216.012.d541

Корабельный унифицированный комплекс связи

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к технике управления корабельным радиокомплексом, и может быть использовано для организации внешней и внутренней связи на кораблях, подводных лодках, судах и других подвижных объектах. Техническим результатом является расширение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520371
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.08.2014
№216.012.ec3b

Способ определения вероятности ошибки на бит по флуктуациям фазы информационных сигналов

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах передачи данных. Техническим результатом является обеспечение непрерывной передачи полезной информации во всей выделенной частотной полосе, получение оценки вероятности ошибки на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526283
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.11.2014
№216.013.068c

Способ передачи информации с внутрисимвольной псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных с повышенными требованиями к разведзащищенности и защите от организованных и непреднамеренных помех. Техническим результатом способа является повышение скорости передачи информации по сравнению с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533077
Дата охранного документа: 20.11.2014
27.12.2014
№216.013.161c

Способ определения затухания переменного электромагнитного поля в космическом пространстве

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электрических параметров космического пространства. Способ заключается в том, что размещают в космическом пространстве зонд, представляющий собой плоский открытый конденсатор, затененный от солнечной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537084
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.1b6d

Способ увеличения дальности высокоскоростных открытых оптических каналов связи с подводными объектами

Настоящее изобретение относится к области оптической связи. Согласно способу используют лазерный луч, который состоит из импульсов длительностью не менее 1 нс, которые формируют из множества волн путем фазовой синхронизации и интерференции. Импульсы лазерного излучения длительностью 1 нс и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538449
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.02.2015
№216.013.2c93

Ключевой усилитель мощности

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использовано в радиопередатчиках. Технический результат изобретения заключается в улучшении линейности усиления ключевых усилителей мощности за счет существенного снижения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542879
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2ca8

Способ установления синхронизации псевдослучайных последовательностей

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных. Технический результат - быстрое установление синхронизации псевдослучайных последовательностей при малой вероятности ложной синхронизации при наличии ошибок в принятой последовательности. Для этого из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542900
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.04.2015
№216.013.4097

Интегрированный комплекс связи надводного корабля

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для обеспечения корабельного руководства оперативно-тактической связью и связью взаимодействия. Технический результат состоит в повышении качества каналов передачи и приема информации, надежности и живучести комплекса. Для этого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548023
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.40a0

Способ оценивания отношения сигнал/шум при использовании сигналов с фазовой модуляцией

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в системах передачи данных для оценки качества канала связи. Способ оценивания отношения сигнал/шум (ОСШ) при использовании при передаче данных сигналов с фазовой модуляцией основывается на восстановлении плотности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548032
Дата охранного документа: 10.04.2015
Показаны записи 11-20 из 106.
27.12.2014
№216.013.161c

Способ определения затухания переменного электромагнитного поля в космическом пространстве

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электрических параметров космического пространства. Способ заключается в том, что размещают в космическом пространстве зонд, представляющий собой плоский открытый конденсатор, затененный от солнечной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537084
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.1b6d

Способ увеличения дальности высокоскоростных открытых оптических каналов связи с подводными объектами

Настоящее изобретение относится к области оптической связи. Согласно способу используют лазерный луч, который состоит из импульсов длительностью не менее 1 нс, которые формируют из множества волн путем фазовой синхронизации и интерференции. Импульсы лазерного излучения длительностью 1 нс и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538449
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.02.2015
№216.013.2c93

Ключевой усилитель мощности

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к ключевым усилителям высокой частоты, и может быть использовано в радиопередатчиках. Технический результат изобретения заключается в улучшении линейности усиления ключевых усилителей мощности за счет существенного снижения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542879
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2ca8

Способ установления синхронизации псевдослучайных последовательностей

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных. Технический результат - быстрое установление синхронизации псевдослучайных последовательностей при малой вероятности ложной синхронизации при наличии ошибок в принятой последовательности. Для этого из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542900
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.04.2015
№216.013.4097

Интегрированный комплекс связи надводного корабля

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для обеспечения корабельного руководства оперативно-тактической связью и связью взаимодействия. Технический результат состоит в повышении качества каналов передачи и приема информации, надежности и живучести комплекса. Для этого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548023
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.40a0

Способ оценивания отношения сигнал/шум при использовании сигналов с фазовой модуляцией

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в системах передачи данных для оценки качества канала связи. Способ оценивания отношения сигнал/шум (ОСШ) при использовании при передаче данных сигналов с фазовой модуляцией основывается на восстановлении плотности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548032
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.05.2015
№216.013.4a6e

Широкополосный усилитель мощности коротковолнового диапазона

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках. Технический результат заключается в преобразовании энергии высших гармоник в энергию постоянного тока и возвращении этой энергии источнику питания. В усилителе используют мостовую схему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550561
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.05.2015
№216.013.4c93

Система открытой оптической связи

Изобретение относится к технике открытой оптической связи и может быть использовано для связи между абонентами находящихся в отсеках кораблей, судов, а также между кораблями и берегом. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости, надежности и увеличения дальности связи. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551117
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4d83

Способ передачи информации в сдв диапазоне

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для передачи информации в СДВ диапазоне. Технический результат состоит в обеспечении связи с подводными объектами. Для этого передают информацию в СДВ диапазоне путем амплитудной модуляции несущей частоты коротковолнового передатчика...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551357
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.07.2015
№216.013.6552

Дипольная антенна

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве антенны для излучения высокочастотного электромагнитного поля коротковолнового диапазона. Технический результат состоит в снижении потери энергии в ближней зоне излучения антенны на формирование поля в этой среде....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557485
Дата охранного документа: 20.07.2015
+ добавить свой РИД