Terraview .ru updated November 7, 2011

Категории

Архивы

Все статьи » Космические аппараты

  • TerraSAR-X

    Принципы построения КРСА TerraSAR-X были определены еще в 1994 г. по результатам успешной работы комплекса SIR-C/X-SAR. В этом  комплексе наглядно проявились преимущества КРСА с АФАР (SIR-C) по сравнению с обычным РСА (X-SAR), в котором были использованы  пассивная антенна и мощный передатчик.

    В 1995 г. космическое агентство ФРГ (DLR) инициировало разработку технологий для РСА Х диапазона следующего поколения, который должен был заменить X-SAR. Исследования и разработки по перспективному РСА проводились компанией Dornier Satelittensysteme GmbH (DSS), принадлежавшей концерну Daimler Chrysler Aerospace AG (DASA) - впоследствии вошла в EADS Astrium.

    В качестве базового элемента перспективного РСА Х диапазона с АФАР была выбрана автономная панель с размерами 400мм´700мм. Горизонтальный размер (400 мм) выбирался для использования сигналов с шириной спектра до 150 МГц. В составе АФАР такая панель могла обеспечить азимутальное сканирование ±0,75° и реализовать режим высокодетальной съемки Spotlight. В вертикальной плоскости панель могла обеспечить сканирование на ± 23°, что соответствовало углам сканирования АФАР комплекса SIR-C. Панель АФАР проектировалась для работы на поляризациях ГГ и ВВ с возможностью использования перекрестных поляризаций (ГВ, ВГ). На базе данной панели АФАР были разработаны несколько проектов перспективных КРСА Х-диапазона с различными габаритами АФАР и, следовательно, с различными энергетическими возможностями РСА, режимами съемки и параметрами радиолокационных изображений (SmartSAR, NGSI, LightSAR).

    В 1996 г. DLR заключило с компанией DSS контракт на создание демонстрационного образца панели АФАР (DESA) в конструктиве, пригодном для проведения испытаний. Задачами проекта DESA являлась разработка ключевых элементов АФАР, испытательного оборудования и программного обеспечения, экспериментальное подтверждение электрических характеристик АФАР. 

    Соисполнителями разработки DESA были Daimler Chrysler Aerospace AG (отделение DASA-Ulm) в части приемопередающего модуля (ППМ)  и шведская компания Saab-Ericsson Aerospace (электронные блоки панели). Работы по проекту DESA в основном были завершены к 2000 г., а их стоимость составила 20 млн. евро.

    В результате реализации проекта DESA был создан экспериментальный образец панели АФАР (рисунок) и средства его наземных экспериментальных исследований, включая  безэховую камеру со стендом для измерения диаграмм направленности в ближней зоне при различных тепловых воздействиях.

    На данном этапе работ были экспериментально подтверждены следующие характеристики экспериментального образца панели АФАР Х-диапазона:

    • средняя частота – 9,6 ГГц;
    • рабочая полоса  - ³ 150 МГц;
    • поляризации  – В, Г;
    • шум-фактор  - 4,8 дБ;
    • излучаемая мощность – 138 Вт;
    • фазовая стабильность - ± 10°;
    • коэффициент усиления приемного канала – 15-30 дБ;
    • длительность импульса – 25-50 мкс;
    • максимальная частота повторения  - 3кГц;
    • угол сканирования в вертикальной плоскости - ±20°;
    • угол сканирования по азимуту -  ±0,75°;
    • рабочая температура - -20…+60°С.

    Одновременно с созданием демонстратора АФАР Х-диапазона DLR начало реализовывать проект PROSMART по созданию информационных технологий с использованием аэрокосмических РСА. Исполнителями данного проекта стали DSS и DLR-HR (институт радиотехники). Проект предусматривал проведение теоретических и экспериментальных исследований с авиационными РСА DOSAR (DSS) и E-SAR (DLR) по следующим направлениям - лесное и сельское хозяйство, природные ресурсы, планирование инфраструктуры и обновление топографических карт.

    На базе созданного задела в проектах DESA и PROSMART в  1998-1999 г.г. было проведено начальное проектирование КА TerraSAR-X (фаза А), а в 1999-2000 г.г. – окончательное проектирование космического аппарата и системы ДЗЗ  в целом. В этот же период была определена кооперация по реализации проекта TerraSAR-X  в следующем составе и функциями:

    • космическое агентство ФРГ DLR (собственник КА и информационных продуктов) –  управление проектом и полетом КА, научно-техническая координация, взаимодействие с научными потребителями;
    • компания EADS Astrium – разработка КА и полезной нагрузки, обеспечение запуска;
    • компания InfoTerra – создание и распространение информационных продуктов, маркетинг, взаимодействие с коммерческими потребителями. Для повышения коммерческой эффективности в компанию InfoTerra были переданы необходимые информационные технологии, в том числе разработанные по проекту PROSMART.

    КА TerraSAR-X был запущен в июне 2007 г., т.е. фактически через 13 лет с начала работ по АФАР Х-диапазона. Финансовые вложения на разработку и запуск КА составили около 130 млн. евро (DLR - 100 млн., Astrium – 30 млн.), а на наземную инфраструктуру – дополнительно 55 млн. евро.

    Космический аппарат

    Внешний  вид и конструктивная схема КА показаны на рисунке. Космический аппарат TerraSAR-X имеет следующие технические характеристики:

    • высота орбиты КА – 514, 8 км;
    • наклонение орбиты  - 97,44° (ССО);
    • масса - 1209 кг;
    • габариты: высота  - 4,88 м, диаметр – 2,4 м;
    • отклонение нормали к плоскости АФАР от надира - 33,8°;
    • площадь солнечной батареи - 5,25 м2;
    • емкость аккумуляторной батареи -108 А-ч;
    • мощность СЭС (средневитковая)  - 800 Вт;
    • напряжение питания  =50 В;
    • радиолиния управления – S-диапазон*);
    • высокоскоростная радиолиния – Х-диапазон, скорость передачи  - 300 Мбит/с *);
    • *) -  имеется возможность закрытия командной и высокоскоростной радиолиний.
    • бортовая память – 256 Гбит;
    • срок службы -  5 лет;
    • ракета-носитель  «Днепр».

    Закладка программ на КА осуществляется два раза в день с установкой приоритетности задач.

    На КА используются дополнительные рупорные антенны (6 шт.), которые должны обеспечивать излучение и прием сигнала от дополнительного КА TanDem.


    Бортовой радиолокационный комплекс


    БРЛК КА TerraSAR-X состоит из АФАР с системой запитки панелей, блока управления АФАР (ACE) и комплекса центральной электроники (CE), включающего:

    • радиочастотный блок (RFE), в функции которого входят обычный набор функций по формированию зондирующего сигнала для АФАР и приему отраженного сигнала с выхода АФАР;
    • цифровой блок управления (DCE), в котором производится аналого-цифровое преобразование принятого сигнала, сжатие его динамического диапазона (адаптивное квантование), временная синхронизация, формирование модуляции в цифровом синтезаторе, формирование массива телеметрической информации.

    В БРЛК также входят:

    • преобразователь напряжения  (PDU) 38…50В (постоянное) в 115В (переменное);
    • бортовое запоминающее устройство (SSMM).

    БРЛК имеет следующие характеристики:

    • время работы на витке - 10 мин;
    • центральная частота - 9,65 ГГц;
    • выходная полоса – 300 МГц;
    • емкость бортового ЗУ – 256 Гбит;
    • сжатие сигнала в блоке адаптивного квантования (БАК) c 8 до 6, 4, 3 и 2 разрядов.

    Пример конструктивного исполнения блоков центральной электроники  БРЛК  показан на рисунке.

    БРЛК может работать в трех режимах радиолокационной съемки:

    • полосовой StripMap;
    • телескопический  SpotLight;
    • широкозахватный ScanSAR.

    Характеристики режимов приведены в таблице. Примеры РЛИ, полученных с КА TerraSAR-X, показаны на рисунке.

    Таблица – Характеристики режимов съемки TerraSAR-X

     

    Режим Strip (полосовой)  

    Spotlight (телескопический)

      
    ScanSAR (обзорный)

    Разрешение, м

     (дальность, азимут)

    3x3 1x1…3,5*) 16x16

    Размер РЛИ, км

    (дальность, азимут)

    30x50 10x5…10 100x150
    Углы визирования, град. 20…45 20…55 20…45
    Шумовой эквивалент sigma° (NESZ), дБ -22 -19…-26*) -21

    Поляризации

    ВВ/ ГГ

    ВВ/ГГ

    ВВ/ГГ

    ВГ/ГВ

    ВГ/ГВ

     

     

     

    *) -  зависит от модификации режима.

    Модификации режимов съемки задаются цифровым синтезатором зондирующего сигнала и уставками АФАР. Цифровой синтезатор ЛЧМ позволяет изменять ширину спектра и, следовательно, разрешение по дальности в зависимости от угла визирования в вертикальной плоскости. Использование в БРЛК АФАР дает возможность реализовать в каждом режиме множество различных параметров. В полосовом режиме можно использовать до 27 положений полосы обзора. В обзорном режиме возможен выбор 9 различных полос обзора, состоящих из 4 полос захвата. В телескопическом режиме можно использовать до 122 значений углов наблюдения при 100 различных положения лучей по азимуту.

    Кроме основных режимов съемки, можно использовать дополнительные (экспериментальные): высокого разрешения с шириной спектра зондирующего сигнала 300 МГц,  четырехканальный

    поляризационный режим, режим продольной интерферометрии (ATI) и режим наблюдения справа/слева от плоскости орбиты, который реализуется за счет поворота КА по вращению (рысканию). Режимы продольной интерферометрии и четырехканальной поляризационной съемки основаны на возможности  раздельной запитки двух половин АФАР, что обеспечивает два приемных канала с расстоянием между фазовыми центрами 2,4 метра (рисунки).

    БРЛК и наземный комплекс обработки охвачены системой калибровки радиолокационных данных, основные функции которой состоят в следующем:

    • внутренняя калибровка, мониторинг стабильности и линейности характеристик бортовой аппаратуры, обеспечение эталонной ЛЧМ для сжатия сигналов по дальности;
    • внешняя калибровка, включающая измерение параметров РСА по стандартным целям с известными ЭПР или УЭПР, измерение абсолютной радиометрической, геометрической и поляриметрической калибровок;
    • измерение диаграмм направленности антенны и шумов приемной аппаратуры;
    • поддержание в рабочем состоянии наземного калибровочного оборудования.

    Для внешней калибровки всего комплекса используется калибровочный участок в районе реки Амазонка.

    По результатам ЛКИ определены погрешности калибровки радиолокационных данных, получаемых с КА TerraSAR-X:

    • абсолютной калибровки s= 0,6 дБ;
    • относительной калибровки  s=0,31 дБ.

    Определены также общие (системные) потери – 3,1 дБ (атмосфера, излучатели),  формирование РЛИ – 1,5 дБ.


    АФАР

     

     

     

    АФАР КА TerraSAR-X имеет габариты 4784´754´150 мм и содержит 384 субрешетки, каждая из которых состоит из двух волноводно-щелевых излучателей (ВЩИ) вертикальной (В) и горизонтальной (Г) поляризаций. Пара ВЩИ запитывается от одного приемо-передающего модуля (ППМ) и образует одну субрешетку (рисунок). Таким образом, общее количество ППМ в АФАР составляет 384 шт. с суммарной мощностью излучения около 2260 Вт. ВЩИ изготовлены из металлизированных углепластиковых волноводов с высокой тепловой стабильностью.

    Ширина ДНА АФАР при равномерном распределении поля по раскрыву составляет 0,33° по азимуту и 2,3° по углу места. АФАР электрически разделена по азимуту на две части, что позволяет реализовать режим продольной интерферометрии (селекции движущихся целей) и производить съемку с четырьмя поляризациями одновременно. Общее число лучей, формируемых АФАР, составляет более 12000. Время переключения лучей не превышает 30 мс. Для калибровки антенных лучей используется специальная математическая модель, в которой учитывается реальное состояние каждого ППМ. При проведении калибровки на орбите используется схема внутренней калибровки, которая также обеспечивает контроль исправности АФАР и ППМ. Несмотря на высокую надежность ППМ, выход 10% их общего количества не приводит к ухудшению качества РЛИ.

     Субрешетки ВЩИ конструктивно и функционально объединены в 12 азимутальных панелей размером 400´700 мм. Азимутальная панель АФАР является полностью законченным элементом, определяющим основные технические характеристики АФАР. В составе АФАР продольный размер панели (400 мм) обеспечивает угол сканирования в азимутальной плоскости ± 0,75°. Ширина субрешеток по большому размеру (700 мм) определяет  угол сканирования в вертикальной плоскости  ± 19,2°.

    Каждая панель содержит:

    • субрешетки – 32 шт.;
    • ППМ – 32 шт.;
    • вторичные источники питания и преобразователи переменного напряжения (ВИП), которое подается на панель, в постоянное напряжение, используемое  внутри панели -  2шт. (в одном корпусе);
    • распределители СВЧ сигнала (основной и калибровочный);
    • плату из алюминия, на которую монтируются элементы панели.

    Общая масса  панели составляет 12, 6 кг. Потребление по переменному напряжению 115В/30 кГц не превышает 190 Вт при скважности излучения 13%.


    Приемо-передающий модуль


    Разработка ППМ для АФАР КА TerraSAR-X проводилась исходя из требований по обеспечению различных поляризаций, максимального КПД, высокой температурной стабильности и точности установки параметров, минимальной массы, технологичности при серийном изготовлении и низкой стоимости.

    Исходя из этих требований был выбран вариант построения ППМ, структурно-функциональная схема которого приведена на рисунке. Конструкция ППМ со снятой верхней крышкой показана на рисунке.

    Основу ППМ АФАР составляют специальные разработанные унифицированные усилительные модули УУМ (standardized modular transmit receive – SMTR), вид которых показан в верхней части рисунка. Габаритные размеры УУМ SMTR составляют 64,5´13,3´4,5 мм при массе 15 г. Стоимость УУМ оценивается в 1000 евро за штуку. С начала их серийного изготовления в 2001 г. произведено более 44000 шт. для наземных, авиционных и морских РЛС.

    ППМ АФАР имеет следующие характеристики:

    • полоса пропускания ППМ  - 20%.
    • рабочий диапазон температур -20°…+60°С
    • регулировка амплитуды и фазы – 7 бит;
    • шум-фактор – 4,3 дБ;
    • кожффициент заполнения – 18%;
    • коэффициент усиления приемного канала -28 дБ;
    • выходная мощность – 6…7 Вт (37,7…38,2 дБ/мВт).

    Приложенные изображения (11 photos)

    Похожие статьи

    Поделиться  |  Пожаловаться
0 комментариев