DORIS

DORIS (фр. Détermination d'Orbite et Radiopositionnement Intégré par Satellite, сокр. DORIS) — французская гражданская система точного (сантиметрового) определения орбиты и позиционирования. Функционирование основано на принципе эффекта Допплера[1]. Включает систему стационарных наземных передатчиков — радиомаяков, приёмники расположены на спутниках. После определения точного положения спутника система может установить точные координаты и высоту радиомаяка на поверхности Земли. Первоначально предназначалась для решения задач геодезии и геофизики.

Антенна DORIS и приемник, установленные на борту космического аппарата OSTM/Jason-2

Общие сведения
Передающая антенна наземной станции DORIS, расположенной в Дионисе (Греция)

Система DORIS была разработана и оптимизирована CNES, IGN (Institut Géographique National) и GRGS (Groupe de Recherches en Géodésie Spatiale) для высокоточного определения орбиты и определения местоположения маяков. DORIS был первоначально разработан в рамках миссии океанографической альтиметрии TOPEX / POSEIDON. DORIS эксплуатируется с 1990 года, когда на борту космического аппарата SPOT-2 была запущена первая технологическая демонстрационная система (прототип полезной нагрузки). DORIS представляет собой систему микроволнового слежения, радиосистему восходящей линии связи, основанную на принципе Доплера, для которой требуется спутник — хост (для пакета космического сегмента) и глобальная сеть наземных станций слежения. Основная цель — предоставить точные измерения для услуг POD (Precise Orbit Determination — точное определение орбит) и приложений геодезии. Концепция системы основана на точных измерениях доплеровских сдвигов на радиочастотном сигнале, передаваемом наземными станциями и получаемых на борту орбитальных спутников, несущих приемники DORIS, когда они находятся в видимости станции. Количество спутников — носителей DORIS не ограничено. Результаты измерений, предоставляемые приемниками DORIS, могут использоваться в следующих приложениях:

В основе системы DORIS заложено точное измерение доплеровского сдвига радиочастоты сигналов, передаваемых наземными маяками и принимаемых на борту космического аппарата. Измерения производятся на двух частотах: 2,03625 ГГц — для измерения доплеровского сдвига и 401,25 МГц — для коррекции задержки распространения сигнала в ионосфере. Частота 401,25 МГц также используется для отметок времени измерений и передачи вспомогательных данных. Выбор системы передачи только на спутник позволяет полностью автоматизировать операции маяков и линии связи по централизованной доставке данных в центр обработки.

Доплеровский сдвиг частоты измеряется на борту спутника каждые 10 секунд. Полученная радиальная скорость (ее точность примерно равна 0,4 мм/с) используется на Земле в комбинации с динамической моделью траектории спутника для точного определения орбиты с ошибкой по высоте не более 5 см. Эти данные становятся доступными через 1,5 месяца из-за запаздывания внешних данных, например, таких, как солнечное излучение.

Обзор спутниковых миссий с пакетом DORIS
Миссия Дата запуска Представленные услуги
SPOT-2 (CNES) 22 января 1990 г. Введение приемника 1-го поколения (18 кг), двухчастотная система в 1 канале
TOPEX / Poseidon 10 августа 1992 г.
SPOT-3 (CNES) 26 сентября 1993 г.
SPOT-4 (CNES) 24 марта 1998 г. Внедрение экспериментального пакета программного обеспечения DIODE, обеспечивающего возможности обработки в режиме реального времени для навигации по S/C
Envisat (CNES) 1 марта 2002 г. — запуск приемника второго поколения (11 кг), двухчастотная система в 2-х каналах;

— улучшена версия DIODE с гравитационной моделью Земли и притяжения солнца/луны.

Jason-1 (NASA/CNES) 07 декабря 2001 г. Введение миниатюрного приемника 2-го поколения (5,6 кг), двухчастотной системы в 2-х каналах
SPOT-5 (CNES) 04 мая 2002 г. Миниатюрный приемник второго поколения
CryoSat (ESA) 08 октября 2005 г. Ошибка запуска S/C — DIODE добавил еще одну особенность: инерционные J2000 бортовые данные о местоположении и скорости, которые будут использоваться AOCS;

— введение нового процессора: Sparc ERS 32

Jason-2 (NASA/CNES, NOAA, EUMETSAT) 20 июня 2008 г. — ресиверы DGxx: 8 каналов на основе директив DIODE для получения сигналов маяков;

— DIODE добавила функцию: «Геодезические бюллетени», дающие высоту над опорным геоидом Jason-2, AltiKa и т. д.

CryoSat-2 (ESA) 8 апреля 2010 г. — определение орбиты в реальном времени для определения космического аппарата и управления орбитой (бортовой);

— предоставление точного временного задания на основе TAI (Международное атомное время); Кроме того, используется точный опорный сигнал 10 МГц (бортовой); — предоставление наземного POD (определение точной орбиты) и ионосферного моделирования

HY-2 (Haiyang-2), (CNSA) 15 августа 2011 г.
Pléiades (CNES) два космических аппарата 17 декабря 2011 г. 2013 г. — HR1: Определение орбиты выполняется приемником DORIS;

— HR2: определение орбиты выполняется приемником DORIS

SARAL[2] (ISRO / CNES) с AltiKa 25 февраля 2013 г.
Sentinel-3A (GMES), ESA 2 февраля 2016 г.[3][4]
Jason-3 (Eumetsat, NOAA, CNES) 17 января 2016 г.

Обзор характеристик определения орбиты системы DORIS
Параметр 1-е поколение 2-е поколение 2-е поколение (малогабаритных аппаратов)
Миссии SPOT-2, −3, TOPEX/Poseidon, SPOT-4 Envisat Jason-1, Spot-5
Точность орбиты ≤3 см по радиусу см по радиусу ≤3 см по радиусу
Определение орбиты в реальном времени Ось на 5 м / 3 оси (SPOT 4) Ось на 1 м / 3 оси 30 см по радиусу, другие на 1 м
Точность времени 3 мкс 3 мкс 3 мкс

Инструментарий DORIS

Бортовой инструмент DORIS состоит из
  • дополнительного приемника с двумя приемными цепями;
  • сверхстабильного кварцевого генератора (Ultra Stable Oscillator — USO) с изменением частоты не более чем , идентичного генераторам, используемым в наземном сегменте DORIS;
  • всенаправленной двухчастотной антенны;
  • прибора блока контроля (совмещенного с MWR).

Наземный сегмент состоит из
  • центра SSALTO multimission control centre, управляемого CLS по поручению CNES;
  • установок маяков и центра управления от IGN, координирующего глобальную сеть маяков для определения орбит (ODB). Сеть состоит из 60 станций слежения, размещенных по всему земному шару в 30 странах (в России: Красноярск, урочище Бадары (Тункинского района, республики Бурятия), Южно-Сахалинск, Парамушир[5]);
  • точных определений орбит, выполняемых в CNES, и вычислений гравитационного поля Земли по данным DORIS с GRGS; масштаб времени и опорной частоты для всей системы обеспечивается главным маяком, связанным с главными часами; контрольный центр системы DORIS выполняет контроль инструментов по данным телеметрии и оперативному определению орбит.

Характеристики прибора DORIS DGxx
1 2
Высокоточные доплеровские измерения и бортовая навигация — обеспечивает элементарные измерения скорости с точностью не хуже 0,3 мм/с;

— обеспечивает информацию PVT в реальном времени в системах отсчета ITRF и J2000 с сантиметровой точностью в зависимости от характеристик орбиты и космического аппарата; — способность предоставлять геодезические данные для отслеживания альтиметра

Возможность отслеживания маяков До 7 маяков одновременно (7 двухчастотных каналов)
Автономность работы — режим рутинной высокоточной навигации;

— предсказание маневра

Источник питания 22-37 В постоянного тока, 23 Вт; 30 Вт при прогреве, менее 2 часов
Интерфейс телеметрии / телеуправления — MIL-STD-1553 / пакетный протокол терминала CCSDS;

— максимальная скорость кбит/с; — два двухуровневых состояния на цепочку (питание и состояние программного обеспечения)

CPU/программное обеспечение — радиационно-стойкая конструкция с возможностью обнаружения отказов процессора и отказов памяти SPARC ERC32 с восстановлением;

— двукратное «горячее» резервирование всего программного обеспечения в двух избыточных банках EEPROM; могут быть полностью загружены без прерывания функционирования;

Масса, мощность, размер 16 кг, 24 Вт, 390 мм х 370 мм х 165 мм. Для резервированной конфигурации DGxx (нового поколения), включая два USO, которые теперь помещены внутри приемника

Эффективность позиционирования луча DORIS
Продолжительность сбора данных Точность (1 спутник) Точность (2 спутника)
1 час 1 м 50 см
1 день 20 см 15 см
5 дней 10 см 7 см
26 дней 3 см 1-2 см

Примечания
  1. Одно из первых применений эффекта Доплера для обеспечения спутниковой навигации было в системе Transit, которая использовалась для навигации американских атомных ракетных подводных лодок класса «Джордж Вашингтон» и навигационного обеспечения пуска с этих лодок баллистических ракет «Поларис». Однако в отличие от DORIS, измерение частоты сигнала выполнялось в наземном (пользовательском) сегменте
  2. SARAL/AltiKa Products Handbook
  3. Новости: Спутник Sentinel-3A успешно выведен на целевую орбиту
  4.  Запуск РН «Рокот» с КА «Sentinel-3A»
  5. Список станций DORIS на официальном сайте

Литература

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.