СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ СПУТНИКОВ ДЗЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Студенттер мен жас ғалымдардың

«Ғылым және білім - 2014»

атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ

СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ

IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых

«Наука и образование - 2014»

PROCEEDINGS

of the IX International Scientific Conference for students and young scholars

«Science and education - 2014»

2014 жыл 11 сәуір

Астана

УДК 001(063) ББК 72

Ғ 96

Ғ 96

«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».

– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.

(қазақша, орысша, ағылшынша).

ISBN 978-9965-31-610-4

Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.

The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.

В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.

УДК 001(063) ББК 72

ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық

университеті, 2014

3176

Рис. 3 - Карта выбросов SO2 по спутниковым данным за сентябрь 2013 г.

Измеряя характеристики поляризации рассеянного излучения, можно оценить концентрацию аэрозолей.

Список литературы

1. Кашкин, В. Б. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений / В. Б. Кашкин, А. И. Сухинин. – М.: Логос, 2001. − 264 с.

2. Токарева О.С. Обработка и интерпретация данных дистанционного зондирования Земли: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 148 с.

3. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн.–

М.: Наука, 1989.– 544 б.

4. Дейвис Ш.М., Ландгребе Д.А., Филлипс Т.Л. Дистанционное зондирование:

количественный подход / Под ред. Свейна Ф. и Дейвис Ш. Пер. с англ.– М.: Недра, 1983.– 415 б.

5. Rees W.G. Physical Principles of Remote Sensing.– Cambridge: Cambridge University Press, 2001.– 360 б.

УДК 629.78

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ СПУТНИКОВ ДЗЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Олейник Мария Павловна

mafenka13@gmail.com

Научный руководитель – доц. А.М. Кулабухов Аннотация

Рассматривается алгоритмическое и программное обеспечение моделирования сеансов связи спутника ДЗЗ непосредственно с наземной станцией и с использованием спутниковых систем связи.

Введение

Создание и развитие космических средств и технологий ДЗЗ является в настоящее время одним из важнейших направлений применения космической техники для социально- экономических и научных целей. В мире уже успешно эксплуатируются десятки космических аппаратов ДЗЗ. В различных стадиях разработки находятся от 200 до 300 новых проектов по реализации перспективных возможностей наблюдения и съемки Земли из космоса. Наблюдается быстрый прогресс в области повышения технического уровня космических аппаратов и сокращения затрат на их создание и эксплуатацию.

3177

Это выявляет общие тенденции развития рынка ДЗЗ как насчет малых спутников, так и группировок крупных современных высокопроизводительных спутников, принадлежащих ведущим поставщикам данных ДЗЗ:

– создание распределенных сетей приема, обработки и распространения данных ДЗЗ;

– увеличение скоростей передачи данных;

– совершенствование устройств обработки данных непосредственно на борту;

– использование глобальных спутниковых систем связи для передачи информации.

Постановка задачи

Рассмотрим структуру и оценку эффективности систем передачи данных спутников ДЗЗ с использованием спутниковой системы связи.

Решение задачи

При передаче данных со спутника ДЗЗ непосредственно на НС используется высокоскоростной канал. Его использование возможно только с наземными станциями, предназначенными для работы с данным спутником ДЗЗ. При передаче данных через ССС, на спутнике ДЗЗ устанавливается абонентский терминал, а передача полезной информации ведется через ССС. В качестве ССС выбрана система GlobalStar Основными критериями отбора были: масса, размер, потребляемая мощность абонентского терминала и высота орбиты спутниковой группировки.

Характеристики ССС GlobalStar: 48 основных спутников, которые расположены на 8 орбитах по 6 аппаратов на каждой; высота орбиты – 1414 км; угол наклона орбиты – 52˚.Спутниковая система GlobalStar не имеет межспутниковых линий связи, передача информации со спутника осуществляется через наземную станцию GS.

При использовании ССС GlobalStar для создания линии связи, полезная информация со спутника ДЗЗ попадает в центр обработки информации ДЗЗ, пройдя путь: спутник ДЗЗ, спутник GlobalStar, наземная станция GlobalStar, опорная транспортная сеть, сеть Интернет, центр обработки информации ДЗЗ. Передача сигнала с наземной станции на спутник ДЗЗ осуществляется таким же образом, только в обратном направлении.

Связь спутников GS со спутником ДЗЗ осуществляется по каналу связи КС2. Скорость передачи спутниками GS второго поколения, которые поэтапно вводится в эксплуатацию, составляет 100-200 кбит/с.

Структурная схема системы передачи данных со спутника ДЗЗ на НС через ССС GS представлена на рис 1. В этом случае спутниковый сегмент дополняется абонентским модулем GS, который будет формировать радиолинию полезной нагрузки. Командно- телеметрическая радиолиния может быть сформирована двумя способами: через бортовой радиокомплекс со сбросом непосредственно на наземном комплексе управления (НКУ) или через абонентский модуль GS.

В случае использования спутниковой системы GS связи данные со спутника ДЗЗ поступают на спутник ретранслятор GS, а дальше передаются либо сразу на абонентский терминал НС, в случае если НС находится в зоне прямой видимости, либо на наземную станцию системы GS а дальше, используя наземные коммуникации, интернет, поступают на абонентский терминал, который находится в центре обработки информации.

3178

Рисунок 1– Структурная схема системы передачи данных со спутника ДЗЗ на НС через ССС GS

Математическая модель определения сеансов связи спутника ДЗЗ с НС через ССС

В работе предлагается методика расчета сеансов связи спутника ДЗЗ с НС через ССС GS. При расчете не учитывается влияние аэродинамического сопротивления и других возмущающих факторов.

Параметры орбиты спутника ДЗЗ и спутников связи GlobalStar находятся в формате двухстрочного набора элементов TLE файлов.

Координаты наземной станции: широта – θ, долгота – λ, радиус Земли – R.

Для установления связи между спутником ДЗЗ и GS, угол видимости должен быть меньше 

Рассмотрим рис. 2.

А – положение спутника ДЗЗ на границе видимости спутника GS; В, В1 – положение спутников GS;О – центр Земли; rC и rGS – радиус вектора спутника ДЗЗ и спутника связи GS соответственно; tвх и tвых – время входа спутника в зону видимости спутника GS и выхода из нее.

Как видно из рис. 2 связь спутника ДЗЗ со ССС GS будет не постоянная.

3179

Рисунок 2 – Зона видимости спутника ДЗЗ со спутника GlobalStar

Чтобы найти сеансы связи спутника ДЗЗ со спутниками GS, необходимо проверить установление связи между ними в каждый момент времени. Связь будет установлена, если спутник ДЗЗ попадает в зону видимости одного из спутников GS. Для этого должно выполняться условие:

  ,

где– угол между векторами rGS и rC определяется из свойства скалярного произведения векторов:

arccos ^{GS C}

GS C

r r

r r

  ^



 – угол, при котором спутник ДЗЗ будет виден со спутника GS:

cos(90 )

arccos (90 )

rC

a

 



 

  

Определение rGS и rC

Модели определения r^GS и rC – одинаковы. Параметры орбит определяются из соответствующих TLE файлов: i – наклонение орбиты; – долгота восходящего узла;

W – аргумент перигея; М0 – начальное значение средней аномалии; n – среднее движение.

Определяем среднюю аномалию:

0 ( 0)

М М   n t t

Эксцентрическую аномалию находим из уравнения Кеплера:

sin( ) E e  E М;

Решение уравнения Кеплера находим итерационным путем:

1 sin (1 cos )

E M e M  e M ;

1

sin

1 cos

k k

k k

k

E e E M

E E

e E



  

 

  ;

16

1 10

k k

E _ E  ^ .

Истинную аномалию определяем по формуле:

3180

2 arctan 1

(1 ) tan 2 e e E

   ^

 

. Аргумент широты будет равен:

U W.

Расстояние от спутника до центра Земли находи по формуле:

(1 2)

1 cos

a e

r e 

  

  .

Координаты в абсолютной системе координат будут равны:

(cos cos sin sin cos ) (cos cos sin cos cos ) sin sin

x r U U i

y r U U i

z r U i

 

 

     

     

  

Используя модель движения спутника, представленную выше, определяем радиус- вектор спутника ДЗЗ (rC), радиус-векторы 48 спутников связи системы GS (rGS) и проверяем условия видимости для каждого момента времени.

Используя эту математическую модель можно узнать положение СНС относительно всех спутников GS в любой момент времени t.

Моделирование

Было разработано программное обеспечение в среде разработки LabVIEW для моделирования сеансов связи спутника ДЗЗ с НС в случае непосредственной передачи данных и в случае использования спутниковой системы связи.

Исходные данные для моделирования: cпутник ДЗЗ – Landsat 7. Файл TLE:

1 25682U 99020A 13366.79901070 .00000039 00000-0 18762-4 0 266 2 25682 98.2228 70.9398 0000884 67.3309 292.7983 14.57104555303946

Географические координаты НС: широта – 50˚N, долгота – 35˚E.Минимальный угол наблюдения h_min = 15˚.Начало моделирование: 24.01.2014

Моделирование сеанса связи в течении суток. Общая длительность сеансов связи спутника ДЗЗ Landsat 7 с НС в прямой видимости составляет 1527 секунд = 25,45 минут, а длительность сеансов связи спутника ДЗЗ с НС через ССС GS составляет 15100сек (4,20 часа), что в 9,88 раз больше.

График зависимости длительности сеансов связи от высоты орбиты спутника ДЗЗ для модели передачи данных со спутника ДЗЗ на НС в зоне прямой видимости представлен на рис.3

Рисунок 3 – График зависимости длительности сеансов связи спутника ДЗЗ с НС от высоты орбиты спутника ДЗЗ

График зависимости длительности сеансов связи от высоты орбиты спутника ДЗЗ для модели передачи данных со спутника ДЗЗ на НС через ССС GS представлен на рис.4

3181

Рисунок 4 – График зависимости длительности сеансов связи спутника ДЗЗ с НС через ССС GS от высоты орбиты спутника ДЗЗ

Выводы

1. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение позволяющее моделировать сеансы связи со спутником ДЗЗ.

2. Установлены зависимости продолжительности видимости спутника ДЗЗ от высоты орбиты. При использовании ССС GlobalStar зависимость длительности сеансов связи от высоты спутника ДЗЗ – обратно-пропорциональна, т.е. при увеличении высоты орбиты спутника ДЗЗ, длительность сеансов связи уменьшается. При осуществлении связи спутника ДЗЗ с НС в прямой видимости зависимость длительности сеансов связи от высоты – прямо- пропорциональна.

3. Результаты моделирования показали, что на малых высотах целесообразнее использовать ССС GlobalStar, но при высотах орбиты больше чем 1000 км эффективнее осуществлять связь в прямой видимости или используя другие системы спутниковой связи.

Список использованных источников

1. Гарбук С.В., Гершезон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли.М.: Издательство А и Б, 1997.296.

2. Космические летательные аппараты. Назначение, структура и основные этапы создания. Учеб. Пособие. / Ю.Ф. Демченко, В. С. Земко, А.М. Кулабухов, В.В.

Хуторной. Под общ. ред. д-ра техн. Наук проф. А.Н. Петренко.  Днепропетровск

«Системы и технологии»,2005,  124 с.

3. Охоцимский Д.Е., Сихарулидзе Ю.Г. Основы механики космического полета.

М.:Наука,1990  448 с.

УДК 621.00

ПРОИЗВОДСТВО ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК

ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ Приходько Марина Викторовна*, Бондаренко Олег Витальевич**

bov1977@i.ua

*Аспирантка Днепропетровского национального университета имени Олеся Гончара,

** Доцент Днепропетровского национального университета имени Олеся Гончара Научный руководитель – д.т.н., профессор А.Ф. Санин

Расширение сферы применения современных алюминиевых сплавов в космической технике позволяет значительно повысить ее технические и экономические характеристики. К подсистемам космической техники, в которых целесообразно расширение использования алюминиевых сплавов относятся трубопроводные магистрали пневмогидравлических