1 Вентспилсский международныйрадиоастрономический центр (Латвия),

2 ФГБНУ «Научно-исследовательскийрадиофизический институт» (Россия)

МетодМетод РСДБРСДБ вв приложенииприложении кк задачезадачерадиолокациирадиолокации объектовобъектов вв околоземномоколоземном

космическомкосмическом пространствепространстве

ММ. . НечаеваНечаева11,2,2, , НН. . ДугинДугин22, , ИИ. . ШмелдШмелд11

Исследования поддержаны Европейским социальным фондом(проект 2009/0231/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/151) и

Европейским фондом регионального развития(проект SATTEH 2010/0189/2DP/2.1.1.2.0/10/APIA/VIAA/019)

МетодМетод РСДБРСДБ--локациилокации (1998) представляет собой объединениедвух методов:

– метода радиоинтерферометриирадиоинтерферометрии сосо сверхдлиннойсверхдлинной базойбазой(РСДБ), позволяющего выполнять измерения угловыхугловыхкоординаткоординат ии угловыхугловых скоростейскоростей,,– дальномернодальномерно--допплеровскогодопплеровского локационноголокационного методаметода длядляизмеренияизмерения дальностидальности ии радиальнойрадиальной скоростискорости..

ОсновнаяОсновная задачазадача экспериментовэкспериментов– получение информации оположении космическогообъекта (КО) из измеренийразности времён приходасигналов в пунктыинтерферометра идопплеровского сдвига частотсигналов.

Transmittingantenna

Receiving antennas

Data Processing

Center

ЭкспериментыЭксперименты попо РСДБРСДБ--локациилокации осуществлялисьосуществлялись нанакомплексекомплексе, , включающемвключающем::- планетный радиолокатор в Евпатории (НЦУИКС, Украина), РТ-70, передатчик непрерывного излучения;

F=5010 МГц, P=20-60 кВт);

Noto RT-32

Ventspils RT-32

Bear Lakes RT-64

Urumqi RT-25

- приемные пункты РСДБ: Медвежьи Озера (РТ-64, Россия), Калязин (РТ-64, Россия), Ното (РТ-32, Италия), Медичина (РТ-32, Италия), Вентспилс (РТ-32, Латвия), Урумчи (РТ-25, Китай), Симеиз (РТ-22, Украина) и др.;

- центр обработки – РСДБ-коррелятор НИРФИ

Проект LFVNLFVN. Начало проекта: 1996Организации участники: АКЦ ФИАН, НИРФИ, ГАОРАН, ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, АКЦ ФИАН, НИРФИ, РНИИ КП, ОКБ МЭИ, НЦУИКС (Украина), РИНАНУ(Украина), КРАО (Украина), VIRAC (Латвия), ИРАИНАФ (Италия); АОУ НАОК (Китай) и др.

ТНА-2500 (РТ-70),

Евпатория, Украина

планетный локатор (F=5 ГГц)

В период с 2001 2001 гг. . попо 2010 2010 гг. былопроведено 13 экспериментов поРСДБ-локации планет земнойгруппы,объектов космического мусора, астероидов.

В результате обработки, выполняющейся в НИРФИ, получены ряды точных измеренийдопплеровскихдопплеровских сдвиговсдвигов частотычастотыпринятых отраженных сигналовотносительно передаваемогозондирующего сигнала длянескольких десятков объектовкосмического мусора, Венеры(2005), астероида 2004 XP14 (2006).

Сделаны оценки периодапериодавращениявращения ии размеровразмеров объектовкосмического мусора, а такженаправлениянаправления осиоси вращениявращения КО.

Transmittingantenna

Receiving antennasData Processing Center

СхемаСхема экспериментаэксперимента попо РСДБРСДБ--локациилокации::

ПередающаяПередающая антеннаантенна внепрерывном режиме излучаетсигнал в направлении КО. АнтенныАнтенны в РСДБ-режимепринимают отражённыйсигнал.В центрецентре обработкиобработкивыполняется корреляционная испектральная обработкаданных

( ) ( ) ( )

Ω−∂∂

Ω−∂∂

−Ω

t

T

t

T

ReVtAY Hj H

τω

τωτττω

0

0

002

0

2

2sin

~ 0

ВыходнойВыходной сигналсигнал двухэлементногодвухэлементного интерферометраинтерферометра

( )( )

( )0

0

00

2

2sin

~0

ττω

ττω

τττω

−∆

−∆

∂∂+

H

Htt

j H

eVV

( )0

0 0int0 ;

t

t

t

tr

cc

r

∂∂=Ω= ωτ

Корреляционнаяфункция

Спектр

Измеряемые параметры: задержказадержка -- разность времён приходасигнала; измеряется в максимуме корреляционной функции

ии частотачастота интерференцииинтерференции -- относительный сдвиг частот междурадиосигналами; измеряется в максимуме частотного спектра

ωπτ

∆=∆ 2

0

T

π2=∆Ω

Td

2

2π=Ω

ωπδτ

∆=

2

2

ТочностьТочность измеренияизмерения задержкизадержки определяетсяполосой регистрации:

ТочностьТочность измеренияизмерения частотычастоты интерференцииинтерференцииопределяется временем интегрирования приспектральном анализе:

При полосе приёма 2 МГц

При времени накопления 10 с Гцd

05.02

=Ωπ

нс250=δτ

w

Y

ρρρρ1

ρρρρ0

ρρρρ2

R1

R2

Transmittingantenna

X

Z0

ρ0V

GreenwichMeridian

X0

Y0

Z

ΩΩΩΩ E

B

Rt

ρρρρt

Receiving antennas

Навигационная задача состоит в нахождении 6 параметров иззадержкизадержки ии частотычастоты интерференцииинтерференции::ρρρρ0 (ρρρρX, ρρρρY, ρρρρZ) – геоцентрический вектор положения КОw (wαααα, wδδδδ) - угловая скорость КОVρρρρ0

- радиальная скорость

w

r

e1,C

ρρρρ1,Cρρρρi,C

C

ei,C

1

i

x

y

z

ew

r

e1,C

ρρρρ1,Cρρρρi,C

C

ei,C

1

i

x

y

z

e

1. Взаимная корреляция излученного сигнала и эхо-сигнала, принятого в каждом приемном пункте (локация)

выполняется последовательно для каждой антенны.

1.положение идвижениецентра масс КО

2. положение идвижениефазовогоцентраотражённогосигнала

Предположим, что фазовыйфазовый центрцентротражённого от объекта сигналанаходится в некоторой точке r наповерхности протяжённого КО. Объект вращается вокруг своей оси снекоторой скоростьюскоростью ww..

Длина трассы «передатчик - КО - приёмник»:

Скорость изменения ρρρρC :

( )( ) ( )( ) ( )rerρerρe ,1111

,,,1,1 cccc CCiCiCC +≈+++= ρτ

[ ]( )rwe ,,00

cV

c c

ωω +=Ω

ρC≈ρ1,C+ρi,C

CV

Cρ

w

r

e1,C

ρρρρ1,Cρρρρi,C

C

ei,C

1

i

x

y

z

ew

r

e1,C

ρρρρ1,Cρρρρi,C

C

ei,C

1

i

x

y

z

e

( )yc rc

+ρ=τ 1 ( )xc rwVc

+=Ω 0ω

Разрешающая способность(элементы отражающейповерхности объекта различимы), если находятся на линейномрасстоянии не менее:

ω∆π=δ c

ry2

0

2

ωπ=δ

Tw

crx

При полосе 2 МГц ис/ш=8

При частоте 5 ГГц, T=10 c, w=10 угл.с/с, с/ш=8

мry 19=δ 3мrx =δ

Анализ по переменным ττττ0 и ΩΩΩΩ в выходном сигналепроизводится раздельно по двум ортогональным осям этойсистемы координат x,y.

Объект 95017

15 сентября2005; 12:30-12:35 UT;База: Медвежьи

Озера -Евпатория

Частота

Доплера

17845 Гц.

Спектры мощности результата кросс-корреляции сигналапередатчика и сигнала, отражённого от объекта «35303», принятогоРТ-32 в Вентспилсе.

На рисунке приведены частоты Допплера, рассчитанные для трёхпоследовательных участков записи (снизу вверх)

30 июня 2010 г.

Объект 35303 (Iridium 33 1997-051PT)

База:

Вентспилс -Евпатория

Зависимость спектрального максимума от времени

Объект 12618 (”Радуга-9”);28 июля 2003, 19:52

Зависимость спектрального максимума от времени

Зависимость максимума спектра отвремени, полученная в результатекорреляционной обработки сигналовпунктов Урумчи-Евпатория иМедвежьи Озера-Евпатория,

временное разрешение dt=4.26 с, реальный период вращения 165 с.

График временнойзависимости максимумаспектра мощности, измеренной для объекта95069

График временнойзависимости частотысдвига Доплера, измеренной для объекта95069

Объект 9506912 12 сентябрясентября 2008 2008 гг..База:

Вентспилс-Евпатория

Зависимость спектрального максимума от времени

2. 2. ВзаимнаяВзаимная корреляциякорреляция эхоэхо--сигналовсигналов, , принятыхпринятых ввРСДБРСДБ--пунктахпунктах ((РСДБРСДБ))

26 октября 2010 г. F=1.6 ГГц

Аппарат Космос 36400. База Зимёнки - Старая Пустынь

Полоса регистрации 8 МГц, полоса излучённого сигнала 10 МГц,

Разрешение по задержке dττττ=62 нс

Примеркорреляционнойфункции приприёмеширокополосногосигнала от КО

[ ] сфZYXH iiiiBhBhB

cτδδδτ ∆+++= sin sincos coscos

1

АА) ) угловыеугловые координатыкоординаты фазовогофазового центрацентра излученияизлучения источникаисточника::

– из измерений временной задержки:

ВВ) ) угловыеугловые скоростискорости движениядвижения источникаисточника ::

– из измерений частоты максимума спектра мощности:

tt ∂∂

∂∂ δα

,

,coscos cos sinsin

cos sin cossin0

⋅

∂∂⋅+

∂∂⋅+

∂∂⋅−+

+

∂∂⋅−

∂∂⋅−+=Ω

ii

i

ZHYHHHH

XHHHHi

Bt

Bt

hh

th

Bt

hh

th

c

δδδδδ

δδδωδω

δα ,

2.1. Локация широкополосным сигналом объекта, находящегося в дальнейдальней зонезоне:

Точность определения угловых координат КА:

: 10,5 при /.10)(

10

3

0,

cTГГцссуглшcTB

cW ==⇒≈= − ω

ωε

δα

( ) млн.км 10 км, 1000 при "22

2, ==⇒≈

∆= ρ

ωπε δα B

B

c

шскм90L ≈ε

смLW /60=ε

Точность определения угловых скоростей КА:

w

Y

ρρρρ1

ρρρρ0

ρρρρ2

R1

R2

Transmittingantenna

X

Z0

ρ0V

GreenwichMeridian

X0

Y0

Z

ΩΩΩΩ E

B

Rt

ρρρρt

Receiving antennas

[ ( ) ( )[ ] ( )[ ] δω+

−

ρ+−

ρ−

ρ+−ω=ω E

iE

iiii

Vc

ΩwBρ

ΩwRρeee ρρρρ ,,11

2

010

12

0int 2100

ЧастотаЧастота интерференцииинтерференции припри локациилокации объектаобъекта вв ближнейближней зонезонемонохроматическиммонохроматическим сигналомсигналом::

ИскомыеИскомые параметрыпараметры:

αααα, δδδδ - угловыеугловые координатыкоординаты

w (wαααα, wδδδδ) - угловаяугловая скоростьскорость

ρρρρ0 (ρρρρX, ρρρρY, ρρρρZ) и Vρρρρ0известны из локационныхизмерений

"Cosmos-1366", Urumqi-Bear Lakes; 25 July 2003, 22:22; df=0.2 Hz

”Raduga-9”; Urumqi-Bear Lakes; 28 July 2003, 19:52; df=0.2 Hz

Кросскорреляционные спектрыдля эхо-сигналов от спутниковна комплексеМедвежьи Озера - Ното -Урумчи:

Cosmos-1366

ПримерПример спектровспектров мощностимощности припри приёмеприёмемонохроматическогомонохроматического сигналасигнала

Td

2

2π=Ω

ωπδτ

∆=

2

2ТочностьТочность измеренияизмерения задержкизадержки::

ТочностьТочность измеренияизмерения частотычастоты интерференцииинтерференции:

T=10 с Гцd

05.02

=Ωπ

нс250=δτ

При использовании планетного локатора с узкой ДН метод РСДБ-локации эффективен для уточнения параметров орбит.

Точность может быть повышена за счёт применения многоэлементныхРСДБ с большими базами, увеличения полосы шумового сигнала, частоты несущей излучённого сигнала, времени накопления приобработке.

МГц2=∆ω

В настоящее время параллельно в НИРФИ и в ВМРЦ ведется созданиеновых корреляторов.

В ВМРЦ создаётся программное обеспечение для полученияпараметров орбит объектов из частот Допплера, полученных впредыдущих экспериментах по РСДБ-локации КО.

Исходя из полученных результатов предполагается планированиепланированиеновыхновых РСДБРСДБ--сеансовсеансов по мере готовности к работе планетного локатораРТ-70 в Евпатории и приёмных пунктов РСДБ-сети, включающих, вчастности, радиотелескопы РТ-32 в ВентспилсеВентспилсе ии МедичинеМедичине..

При

При

Алексеев В.А., Алтунин В.И., Антипенко А.А, Горшенков Ю.Н., Дементьев А.Ф., Князев Н.А., Липатов Б.Н. и др. Длиннобазовая узкополосная радиоинтерферометрия длякосмической навигации. II. Орбитальные аппараты: измерения координат ИСЗ

«Астрон». //Космические исследования. 1989. Т. 27, 5. С. 765 – 771.

В.А. Алексеев, Б.Н. Липатов, В.Э. Резникова. Радиолокационная длиннобазоваяинтерферометрия: анализ возможностей применения для определения характеристиквращения планет. //Изв. ВУЗов Радиофизика. 2000. Т. 43, 8. C. 675-681.

М.Б. Нечаева, А.А. Антипенко, А.Ф. Дементьев, Н.А. Дугин, С.Д. Снегирев, Ю.В. Тихомиров. РСДБ-исследования в Научно-исследовательском радиофизическом институте.//Изв.ВУЗов Радиофизика, 2007. Т.50, 7. С. 577-592.

Молотов И.Е., Нечаева М.Б., Коноваленко А.А., Туккари Дж., Лю Ш., Дементьев А.Ф., АнтипенкоА.А., Дугин Н.А., Пушкарев А.Б., Агапов В.М., Титенко В.В., Шишов В.А., Степаньянц В.А., Фалькович И.С., Вольвач А.Е., Горшенков Ю.Н., Харламов Г.Ю., Орешко В.В., Языков В.П. Развитие метода РСДБ-локации в проекте LFVN. //Изв. ГАО. 218. 2006. C. 402-414.

I. Molotov, M. Nechaeva, I. Falkovich, A. Konovalenko, V. Agapov, G. Tuccari, G. Pupillo, S. Montebugnoli, G. Kharlamov, L. Benner, V. Fateev, Y. Burtsev, A. Volvach, X. Liu, V. Oreshko, I. Shmelds, P. Bolli, A. Dementiev, A. Antipenko, N. Dugin, V. Jazykov, D. Bezrukov. Astrometry of the Solar System Bodies with VLBI Radar. // «Measuring the Future», Proceedings of the Fifth IVS General Meeting, A. Finkelstein, D. Behrend (Eds.). StPb: Nauka, 2008. PP. 30-36.

СписокСписок литературылитературы::

Исследования поддержаны Европейским социальным фондом(проект 2009/0231/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/151) иЕвропейским фондом регионального развития(проект SATTEH 2010/0189/2DP/2.1.1.2.0/10/APIA/VIAA/019)