Концепция Системы

Основная концепция Системы Коспас-Сарсат представлена на прилагаемом рисунке. Система включает в себя:

  • аварийные радиобуи АРМ=ELTs для авиационного использования, АРБ=EPIRBs для морского применения и ПРБ=PLB для персонального использования, которые передают сигналы в аварийной ситуации;

  • оборудование на борту геостационарных и низкоорбитальных спутников, которое позволяет обнаруживать сигналы, передаваемые аварийными радиобуями;

  • наземные приемные станции, называемые Станциями приема и обработки информации (СПОИ=LUTs), которые получают и обрабатывают сигналы со спутников для генерирования аварийных сообщений; и

  • Координационные центры Системы (КЦС=МССs), которые получают аварийные сообщения от СПОИ и направляют их в Спасательно-координационные центры (СКЦ=RCCs), Точки контакта для поиска и спасания (ТКПС=SPOCs) или другие КЦС.

Система Коспас-Сарсат включает в себя два типа спутников:

  • спутники на низкой орбите Земли (НИО), которые формируют систему НССПС
  • спутники на геостационарной орбите Земли (ГЕО), которые формируют систему ГССПС

Система Корсат-Сарсат наглядно показала, что элементы систем ГССПС и НССПС дополняют друг друга. К примеру, система ГССПС может подать почти мгновенный сигнал бедствия в зоне видимости геостационарного спутника, в то время как система НССПС:

  • покрывает полярные районы (которые находятся вне видимости геостационарных спутников);

  • может рассчитать местоположение бедствия, используя метод Доплеровского определения координат; и

  • поскольку спутники постоянно находятся в движении по отношению к радиобую, то система НССПС менее чувствительна к препятствиям, которые могут блокировать передачу сигнала радиобуя в данном направлении.

 

  • НССПС
  • ГССПС
  • Система СССПС
  • Станции приема и обработка информации (СПОИ)
  • Координационные центры Системы (КЦС)

Система Коспас-Сарсат наглядно показала, что обнаружение и определение местоположения сигналов аварийных радиобуев 406 МГц может быть значительно упрощено путем глобального мониторинга, основанного на использовании спутников с низкими околополярными орбитами. Полная, но не непрерывная зона видимости поверхности Земли достигается при применении простого аварийного радиобуя, работающего на частоте 406 МГц и подающего сигнал бедствия. Не непрерывная зона видимости вызвана тем, что приполярный спутник может наблюдать в каждый момент времени только часть земной поверхности (см. рисунок слева). В результате этого Система не может выдать аварийный сигнал до тех пор, пока спутник не окажется в положении, где он способен «видеть» аварийный радиобуй. Тем не менее, поскольку бортовой процессор 406 МГц включает в себя модуль памяти, спутник способен хранить информацию аварийного радиобуя и повторно ее передавать, когда он находится в поле зрения СПОИ, тем самым обеспечивая глобальный охват.

Как указано выше, одиночный спутник, облетая Землю через полюса, осматривает всю поверхность земного шара. «Орбитальная плоскость» (или траектория движения спутника) остается фиксированной, в то время как Земля вращается под ним. Требуется лишь полоборота Земли (т.е. 12 часов) для прохода любой точки под плоскостью спутника. При втором спутнике со сдвигом угла орбиты на 90 градусов по отношению к первому требуется лишь четверть оборота или максимум 6 часов для полного обзора Земли этими двумя спутниками. Аналогично, чем больше спутников вращается вокруг Земли с различными орбитами, тем меньше время ожидания. При конструктивной группировке Системы Коспас-Сарсат в четыре спутника типичное время ожидания на средних широтах составляет менее одного часа.

Система НССПС рассчитывает местоположение бедствия, используя метод Доплера. Доплеровское определение координат основано на том, что частота аварийного радиобуя, которую принимает бортовое оборудование спутника, зависит от относительной скорости движения спутника и соответствующего радиобуя. Путем мониторинга изменения частоты принятого от радиобуя сигнала, а также зная точное местоположение спутника, СПОИ способна рассчитать местонахождение радиобуя.

 

 

Система ГССПС включает в себя ретрансляторы 406 МГц на борту геостационарных спутников, а также наземные станции, называемые ГЕОСПОИ, которые обрабатывают получаемые от спутников сигналы.

Поскольку геостационарный спутник остается неподвижным по отношению к поверхности Земли, то отсутствует Доплеровский эффект для принимаемого сигнала и Доплеровское определение координат аварийного радиобуя невозможно. Для поисково-спасательных служб информация о местоположении радиобуя должна быть либо:

  • представлена самим радиобуем от внутреннего или внешнего навигационного приемника путем декодирования сообщения радиобуя, или
  • получена от системы НССПС после определенной задержки.

Коспас-Сарсар находится сейчас в процессе модернизации своей спутниковой системы, размещая поисково-спасательные приемники (т.е. ретрансляторы или транспондеры) на новых спутниках GPS ( управляемых США), на навигационных спутниках России Глонасс (которые стали устанавливаться в прошлом году) и на европейских навигационных спутниках Galileo, начиная с запуска 12 октября 2012 г. После объявления ее в эксплуатации, эта система существенно улучшит скорость и точность местоопределения аварийных радиобуев.

Эти спутники вращаются вокруг Земли на высоте от 19 тыс. до 24  тыс. км и находятся на так называемой средней орбите вокруг Земли. Этот компонент Коспас-Сарсат известен как Среднеорбитальная спутниковая система поиска и спасения (СССПС = MEOSAR). Это дополнение к существующим системам НССПС (LEOSAR) и ГССПС (GEOSAR).

Сегодняшние системы НССПС и ГССПС каждая имеют свои преимущества для обнаружения и определения местоположения аварийных радиобуев. Система ГССПС постоянно покрывает всю Землю, кроме высоких широт. В то время как система ГССПС может получить сообщения бедствия радиобуев на большей части земного шара, она не может определить местоположение радиобуя, если оно не закодировано в сообщении радиобуя и не получено до этого от встроенного навигационного устройства. Система НССПС может определить местоположение радиобуя без помощи GPS или другого навигационного сигнала, но в то же время спутники НССПС в любой момент времени просматривают только небольшую часть Земли, таким образом может быть определенная задержка в получении сигнала бедствия в системе НССПС.

При полной эксплуатационной готовности система СССПС предложит преимущества и системы ПССПС, и системы ГССПС, без их сегодняшних ограничений, обеспечивая при этом передачу аварийного сообщения и независимого местоположение радиобуя, и почти мгновенно.

Система СССПС также поможет в реализации других планируемых продвижений для радиобуев Коспас-Сарсат, таких как обратная связь, которая позволит радиобую предоставлять пользователю подтверждение, что аварийное сообщение было получено.

Большое количество спутников системы СССПС, которые скоро будут на орбите, когда система будет полностью готова к эксплуатации, позволит каждому аварийному сообщению быть переданным в то же самое время несколькими спутниками на несколько антенн, улучшая при этом вероятность обнаружения и повышая точность определения местоположения радиобуя.

В начале 2013 г. Коспас-Сарсат вступил в фазу Демонстрации и Оценки (Д&О = D&E) системы СССПС, стремящейся показать, что работа системы СССПС оправдывает предсказанные надежды, и что аварийные сигналы, полученные службами поиска и спасания (ПС) от системы СССПС, надежны и точны.

Фазу Д&О СССПС планируется закончить в 2015 г., за ней  последует фаза Начальной эксплуатационной готовности (НЭГ = IOC) системы СССПС, в которой аварийные сигналы, обеспеченные системой СССПС, будут оперативно использоваться службами ПС. Когда будет достаточное количество спутников СССПС и комиссованных наземных станций приема для реального глобального временного покрытия, то система СССПС будет объявлена в режиме Полной эксплуатационной готовности (ПЭГ = FOC).

 

Концепция системы НССПС

MEOSAR concept 20121

 

LEOLUTCуществует два типа СПОИ в Системе Коспас-Сарсат. Те, что предназначены для работы с группировкой спутников системы НССПС, называются НИОСПОИ (LEOLUTs), а те, что предназначены для работы с группировкой спутников системы ГССПС, носят название ГЕОСПОИ (GEOLUTs).

Операторы НИОСПОИ и ГЕОСПОИ обеспечивают службы поиска и спасания надежной информацией о бедствии и его местоположении без каких-либо ограничений как по использованию, так и по маршрутизации этих данных. Стороны Коспас-Сарсат, предоставляющие и эксплуатирующие Космический сегмент, передают операторам НИОСПОИ и ГЕОСПОИ системные данные, необходимые для работы их СПОИ. С целью гарантии достоверности данных СПОИ для использования их службами поиска и спасания Коспас-Сарсат разработал спецификации и процедуры для СПОИ. Копии спецификаций НИОСПОИ и ГЕОСПОИ (документы C/S T.002 и C/S T.009), а также стандарты на комиссионные испытания (документы C/S T.005 и C/S T.010) могут быть загружены с сайта.

 

НИОСПОИ 

Конфигурация и возможности отдельной НИОСПОИ могут отличаться от других в соответствии со специфическими требованиями участвующей страны, но форматы сигнала борт-Земля спутников Коспас и Сарсат гарантируют совместимость между различными спутниками и всеми НИОСПОИ, которые отвечают требованиям Коспас-Сарсат.

Возможности НИОСПОИ определены в большей степени каналами спутника системы НССПС, для которых она предназначена. Существует 4 канала, которые в зависимости от спутника могут быть использованы для обработки сигналов. Часть спутников поддерживает все каналы, перечисленные ниже, а часть - только некоторые из них.

  • Спутниковый канал Процессора обработки сигналов поиска и спасания (ПОСПС=SARP) 406 МГц передает полученные от радиобуя 406 МГц данные, которые частично обрабатываются на борту спутника для определения индентификации, времени передачи и принятой частоты для каждой посылки аварийного радиобуя. При наличии блока памяти на канале ПОСПС 406 МГц обеспечивается глобальная (но не непрерывная ) зона видимости для аварийных радиобуев 406 МГц.

  • Канал Ретранслятора сигналов поиска и спасания (РСПС=SARR) 406 MГц получает сигналы от радиобуев 406 МГц и мгновенно передает их по каналу борт-Земля. При отсутствии памяти на данном канале поддерживается только местный режим работы (т.е. радиобуй и НИОСПОИ должны быть одновременно в зоне видимости спутника). Более того, поскольку на спутнике не выполняется никакой обработки, то вся она осуществляется на НИОСПОИ.

Для сигналов 406 МГц, полученных через соответствующий канал РСПС, каждая передача детектируется и осуществляется расчет данных по методу Доплеровского определения координат. Путем использования этих данных определяется местоположение радиобуя. СПОИ также предоставляют информацию по и дентификации радиобуя.

Обработка данных канала ПОСПС со скоростью 2400 бит/сек (полученных на частоте 406 МГц) осуществляется довольно просто, поскольку Доплеровская частота измерена и синхронизирована на борту спутника. Все данные 406 МГц, полученные из памяти спутника при каждом проходе, могут быть обработаны в течение нескольких минут после завершения прохода.

Для поддержания точного расчета местоположения осуществляется обновление эфемерид спутника каждый раз, когда СПОИ получает сигнал от спутника. Для обновления эфемерид ведется наблюдение за несущей борт-Земля (при известных координатах СПОИ), либо используется высокостабильный сигнал от калибровочных радиобуев (при известном их местоположении).

ГЕОСПОИ

 GEOLUTГЕОСПОИ представляет собой наземную приемную станцию в Системе Коспас-Сарсат, которая принимает и обрабатывает сигналы аварийных радиобуев 406 МГц ретранслированных геостационарными спутниками Коспас-Сарсат. Благодаря чрезвычайно большой зоне видимости геостационарного спутника ГЕОСПОИ способны почти мгновенно выдавать аварийную информацию для огромных территорий. Тем не менее из-за неподвижности геостационарного спутника по отношению к радиобую ГЕОСПОИ не может определить местоположение бедствия по методу Доплеровского определения координат. Поэтому используются радиобуи 406 МГц с протоколом местоположения, которые позволяют кодировать данные о местоположении в своем сообщении. Тем самым обеспечивается возможность почти мгновенной передачи через систему ГССПС информации о бедствии с определением его местоположения.

Голубым в таблице внизу показаны какие геостационарные спутники работают с какими ГЕОСПОИ.

 

КЦС установлены в большинстве стран, эксплуатирующих по крайней мере по одной СПОИ. Их основные функции:

  • сбор, хранение и сортировка данных от СПОИ и других КЦС;
  • обмен данными в рамках Системы Коспас-Сарсат; и
  • маршрутизация данных о бедствии и его местоположении в соответствующие СКЦ и ТКПС.

Основная часть данных делится на следующие категории: аварийные данные и системная информация.

Аварийные данные являются основным термином для данных Коспас-Сарсат от аварийных радиобуев. Для радиобуев 406 МГц аварийные данные включают местоположение радиобуя и закодированную информацию.

Системная информация используется главным образом для поддержания высокоэффективной работы Системы Коспас-Сарсат и для своевременной выдачи пользователю точных аварийных данных. Она включает в себя эфемериды спутников и временные калибровочные данные для определения местоположения радиобуя, текущее состояние Космического и Наземного сегментов, а также координационные сообщения, необходимые для эксплуатации Системы Коспас-Сарсат.

Все КЦС Системы взаимодействуют через сети по передаче системной информации и аварийных данных. Для гарантии надежности и полноты передачи данных в Коспас-Сарсат разработаны документы по спецификации КЦС (С/S A.005) и процедурам комиссионных испытаний КЦС (C/S A.006). Ежегодно операторы КЦС представляют доклады о работе КЦС. Время от времени проводятся глобальные учения для контроля состояния Системы и эксплуатационных характеристик всех СПОИ и КЦС, а также процедур обмена данными.