РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО ПОЛУЧЕНИЯ СИГНАЛА АНТЕННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ LIDAR

Искусственные спутники Земли – космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты, предназначенные для решения научных и прикладных задач. Со времен запуска первого ИСЗ (искусственного спутника Земли) и до наших дней основной задачей спутников являются прием и передача информации. Для осуществления данного процесса используют антенные станции которая подразделяется на несколько видов:

1. Приемная антенна, предназначенная только для приема информации. К таким типам можно отнести антенны, получающие телеметрическую информацию.

2. Передающие антенны, предназначенная для выдачи команд управления спутником.

3. Приемо-передающие антенны – выполняющая функции приема и выдачи информации.

Немаловажным фактором для приема сигнала является местность и объекты, находящиеся рядом с антенной станцией. Так, например, если антенна установлена рядом с объектами по высоте превышающие её, то происходит пропадание сигнала вследствии возникновения зоны закрытия. Зона закрытия – это область рабочей зоны антенны, в которой сигнал с космическим аппаратом отсутствует. В случае отсутствия сигнала между спутником и антенной станцией прием и передача информации невозможна.

На данный момент, для определения зон закрытия специалисты используют следующий метод (рисунок 1):

1. Определяют расстояние от антенны до объекта.

2. Вычисляют высоту объекта.

3. Находят угол закрытия.

Рисунок 1. Метод нахождения угла закрытия

Вычисления повторяют по всем рабочим положениям азимута антенны. Результаты отображаются на диаграмме рабочей области антенны. Пример такой диаграммы приведён ниже (рисунок 2).

Рисунок 2. Диаграмма рабочей области антенны

Данный метод является времязатратным, требует большое количество измерений для расчётов, так же объекты могут быть труднодоступны для произведения замеров.

Для определения зон закрытия предлагается использовать метод, использующий технологию LIDAR. LIDAR (Light Identification, Detection And Ranging) — технология измерения расстояний путем излучения света и замера времени возвращения отражённого света на приёмник. В основе технологии лежит получение и обработка данных о различных удаленных объектах при помощи оптической системы.

При использовании технологии LIDAR предлагается следующий метод вычислений зон закрытия (введем обозначения Азимут антенны – α, Угол места антенны - β):

1. Оператор производит установку и закрепление аппарата, использующего технологию LIDAR, на антенну.

2. Положение антенны ставят в начальную координату (α = 0^°, β = 0^° ).

3. Производят замеры с изменением α до 360^°, шаг изменения 1^°.

4.  Увеличивают β на 1^° и повторяют пункт 3. Повторяют до тех пор, пока β не станет равным 90^°.

Полученные замеры записываются программой, строится 3D-модель местности вокруг антенны и диаграмма зон закрытия.

Результат замером представляет собой текстовый файл, куда заносятся такие данные как:

- α;

- β;

- Расстояние до объекта от антенны;

- Время замеров.

α и β получают от датчиков самой антенны.

Расстояние до объекта от антенны получают от прибора с технологией LIDAR. Данный прибор излучает лазер, направленный на объект, отражается от объекта и возвращается обратно (Рисунок 3).

Рисунок 3. Схема работы LIDAR

Расстояние до точки поверхности объекта определяется по формуле:

где с – скорость света,

       t – полное время прохождения светом пути до точки отражения и обратно,

       S – искомое расстояние до объекта.

Время прохождения световой волны до объекта:

где  – фазовый сдвиг,

       T – период световых колебаний лазерного изучения,

        t – полное время прохождения светом пути до точки отражения и обратно.

Для модернизации работы антенной системы предлагается разработать технологию, позволяющую, не меняя характеристики антенны, определять зоны закрытия с помощью системы LIDAR, а также автоматически рассчитывать зоны закрытия во время витка.

Список литературы:

1. Технология лидар [Электронный ресурс] URL: https://technokauf.ru/branches/izyskaniya_i_zemelnyy_kadastr/lidar_tekhnologiya/ (дата обращения: 20.11.22 г.)
2. ЛИДАР [Электронный ресурс] URL: https://gistroy.ru/article/lidar/ (дата обращения: 19.11.22 г.)
3. Paul F. McManamon. LiDAR Technologies and Systems. - SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2019 г. - 520 с.
4. Nicolas Baghdadi, Mehrez Zribi. Optical Remote Sensing of Land Surface: Techniques and Methods 1st Edition. ISTE Press – Elsevier. 2016 г. - 388 с.