CC BY
8<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 629.7.018
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЗОНЫ ОБЗОРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБЗОРА ЗЕМЛИ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ РАДИОЛОКАЦИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ
В. С. Варфоломеев
ФГУП «Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. В. Фрунзе» Российская Федерация, 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1-3 E-mail: [email protected]
Эффективность космических систем ДЗЗ характеризуется, в том числе, периодичностью наблюдения выбранных регионов. В целях повышения эффективности целесообразно рассмотреть возможность создания бортового РЛК кругового обзора.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, периодичность наблюдения, боковой обзор, РЛК КА, мгновенная зона обзора.
INFLUENCE OF THE VIEW ZONE SHAPE TO REVIEW THE EFFICIENCY OF LAND SPACECRAFT RADAR
V. S. Varfolomeev
Federal State Unitary Enterprise «Design Bureau «Arsenal» named after M. V. Frunze» 1-3, Komsomol Street, Saint-Petersburg, 195009, Russian Federation E-mail: [email protected]
The effectiveness of remote sensing by space systems is characterized by time of monitoring the selected regions. In order to improve efficiency it is advisable to consider the development of an on - board radar system of the panoramic view.
Keywords: Earth remote sensing, side view, target equipment, on-board radar system, panoramic view.
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) является одним из приоритетных направлений развития российской космонавтики в настоящее время. Вектор его развития должен быть направлен на создание и комплексное использование спутниковой группировки ДЗЗ, обеспечивающей стратегическую независимость России в космической информации. Приоритетность развития космических средств ДЗЗ актуализирована стратегическими интересами России в космосе, обусловленными широким спектром внутренних, внешних, природных и техногенных вызовов [1].
Эффективность космических систем (КС) ДЗЗ характеризуется, в том числе, периодичностью наблюдения выбранных регионов и шириной полосы обзора (ШПО). Следовательно, улучшение периодичности обзора выбранных регионов является важным направлением развития систем ДЗЗ.
Под обзором поверхности Земли понимается наблюдение поверхности Земли с помощью аппаратуры, установленной на борту космического аппарата (КА) [2]. Для наблюдения используется целевая аппаратура различного типа: оптическая, радиотехническая, радиолокационная или лазерная. Множество точек поверхности Земли, осматриваемых КА в данный момент, называется мгновенной зоной обзора (МЗО) [3].
При движении КА по орбите МЗО перемещается по поверхности Земли. Геометрическое место МЗО называется полосой обзора. Границами полосы обзора
являются огибающие МЗО [2]. Геометрической характеристикой полосы обзора является ШПО.
Улучшение периодичности обзора может быть осуществлено с помощью увеличения количества КА в орбитальной группировке (ОГ), увеличения количества полос обзора или изменения ширины и формы МЗО.
Бортовые радиолокационные комплексы (РЛК) имеют ряд особенностей работы: ограничены углы наблюдения и максимальная дальность до наблюдаемого объекта.
Особенность двустороннего бокового обзора, присущая КА радиолокационного наблюдения, заключается в том, что не осматривается поверхность под КА - заданный отступ от трассы (рис. 1).
Рис. 1. Осмотренная поверхность Земли при двустороннем боковом обзоре за один виток КА
Использование гдсмичесгихсредств, технологий и геоинформационны^систем для мониторинга и моделирования природной среды
Результаты расчёта
Способ обзора Коэффициент покрытия, %
за 1 виток за 2 витка за 3 витка
Односторонний боковой 3,73 7,22 10,68
Двусторонний боковой 7,46 13,92 20,09
Круговой 14,35 24,8 35,19
В настоящее время КА ДЗЗ радиолокационного наблюдения используют односторонний или двусторонний боковой обзор [4]. Увеличение ШПО с помощью установки дополнительных РЛК ведёт к увеличению массогабаритных показателей и существенному увеличению энергопотребления [5], что ограничено возможностями КА, приводит к значительному росту стоимости КС ДЗЗ.
Для увеличения эффективности КС ДЗЗ предлагается использовать РЛК с круговым обзором. При использовании кругового обзора с сохранением углов наблюдения, при которых работает РЛК, МЗО принимает форму кольца с центром в подспутниковой точке (рис. 2). При круговом обзоре увеличивается ШПО (к поверхности Земли, которая осматривается при двустороннем боковом обзоре, добавляется поверхность, которая находится около трассы КА и не осматривается при двустороннем боковом обзоре).
Рис. 2. МЗО КА с РЛК при круговом обзоре для различных моментов времени
Для сравнения эффективности обзора были проведены расчёты коэффициента покрытия (доля осмотренной Земной поверхности) для различных форм МЗО. Расчёт производится с помощью алгоритма оценки эффективности обзора поверхности Земли. Основные положения алгоритма:
- учитываются размеры и формы МЗО, её расположения относительно трассы;
- полёт КА моделируется с учётом возмущающих сил;
- вся полоса обзора рассчитывается как сумма МЗО (за вычетом уже осмотренных областей).
В качестве расчётной орбиты используется круговая орбита с наклонением i = 73, высотой h = 500 км, ШПО 500 км, отступ от трассы 400км. Результаты расчёта приведены в таблице.
Для осмотра всей поверхности Земли в широтном поясе (-80; 80) одному КА с круговым обзором необходимо 70 часов, а одному КА, использующему двусторонний боковой обзор, 110 часов.
Вывод. На эффективность землеобзора существенное влияние оказывает форма МЗО. В целях повышения эффективности работы КС ДЗЗ целесообразно рассмотреть возможность создания бортового РЛК кругового обзора.
Библиографические ссылки
1. Дистанционное зондирование Земли // Специальное приложение к журналу «Российский космос». М., 2012. 68 с.
2. Власов С. А., Мамон П. А. Теория полёта космических аппаратов. СПб., 2007. 435 с.
3. Можаев Г. В. Синтез орбитальных структур спутниковых систем. М. : Машиностроение, 1989. 304 с.
4. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / В. С. Верба, Л. Б. Неронский, И. Г. Осипов и др. М. : Радиотехника, 2010. 680 с.
5. Методы обеспечения живучести низкоорбитальных автоматических КА зондирования Земли / А. Н. Кирилин, Р. Н. Ахметов, А. В. Соллогуб и др. М. : Машиностроение, 2010. 384 с.
References
1. Remote sensing of Earth. A special supplement to the journal «Russian Space». Moscow, 2012, 68 p.
2. Vlasov S. A., Mamon P. A. Teoriya poletov kosmicheskikh apparatov [Spacecraft flight theory]. Saint-Petersburg, 2007. 435 p.
3. Mozhaev G. V. Sintez orbital'nykh struktur sputnikovykh sistem [Synthesis orbiting satellite systems, structures]. М. : Mashinostroyeniye, 1989. 304 p.
4. Radiolokatsionnyye sistemy zemleobzora kosmicheskogo bazirovaniya [Space - based radar systems of Earth review] / V. S. Verba, L. B. Neronsky, I. G. Osipov, V. E. Turuk. М. : Radiotekhnika, 2010. 680 p.
5. Kirilin A. N., Ahmetov R. N., Sologub A. V., Makarov V. P. Metody obespecheniya zhivuchesti nizkoorbital'nykh avtomaticheskikh kosmicheskikh apparatov zondirovaniya Zemli [Methods to ensure the survivability of unmanned space LEO Earth sensing devices]. М. : Mashinostroyeniye, 2010. 384 p.
© Варфоломеев В. С., 2016
