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 Доплера[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.
Общие сведения
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:
- поддержка POD для альтиметрии и других миссий;
- контроль орбиты (на борту или на Земле);
- позиционирование наземного маяка;
- геофизическое моделирование (земное гравитационное поле, атмосфера, ионосфера, мониторинг движения полюсов Земли и т. д.);
- контроль целостности системы DORIS.
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 [math]\displaystyle{ 10^{-13} }[/math], 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 [math]\displaystyle{ \lt 4 }[/math] 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
- ↑ 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
- ↑ SARAL/AltiKa Products Handbook. Дата обращения: 30 июля 2017. Архивировано 16 мая 2017 года.
- ↑ Новости: Спутник Sentinel-3A успешно выведен на целевую орбиту. Дата обращения: 30 июля 2017. Архивировано 31 июля 2017 года.
- ↑
Запуск РН «Рокот» с КА «Sentinel-3A»
- ↑ Список станций DORIS на официальном сайте. Дата обращения: 16 июля 2017. Архивировано 31 июля 2017 года.
Литература
- P.FERRAGE, A.AURIOL, C. TOURAIN, C. JAYLES, F. BOLDO. Doris system developments and future missions Слайды: Развитие системы DORIS и будущие миссии (англ.)
- Лебедев С. А. Спутниковая альтиметрия в науках о Земле / Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 3. С. 33-49.
- Деев М. Г. Уровень как индикатор изменений состояния Мирового океана / География. № 6. 2010 г.
- Лебедев С. А. Интегрированная база данных спутниковой альтиметрии (Слайды)
Ссылки
- International DORIS Service Официальный сайт (англ.)
- AVISO: Satellite altimetry data Справочный портал по спутниковой альтиметрии (англ.)
- Официальный сайт национального центра космических исследований Франции (CNES) (англ.)
- Satellite with ARgos and ALtika (SARAL) — Indo-French Scientific Ventureсек.
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}