DORIS (, сокр. ) — французская гражданская система точного (сантиметрового) определения орбиты и позиционирования. Функционирование основано на принципе эффекта ДоплераОдно 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. 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 МиссияДата запускаПредставленные услугиSPOT-2 (CNES)22 января 1990 г.Введение приемника 1-го поколения (18 кг), двухчастотная система в 1 каналеTOPEX / Poseidon10 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/CEnvisat (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 каналахSPOT-5 (CNES)04 мая 2002 г.Миниатюрный приемник второго поколенияCryoSat (ESA)08 октября 2005 г. Ошибка запуска S/C— DIODE добавил ещё одну особенность: инерционные J2000 бортовые данные о местоположении и скорости, которые будут использоваться AOCS; — введение нового процессора: Sparc ERS 32Jason-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 моделированияHY-2 (Haiyang-2), (CNSA)15 августа 2011 г.Pléiades (CNES) два космических аппарата17 декабря 2011 г. 2013 г.— HR1: Определение орбиты выполняется приемником DORIS; — HR2: определение орбиты выполняется приемником DORISSARAL (ISRO / CNES) с AltiKa25 февраля 2013 г.Sentinel-3A (GMES), ESA2 февраля 2016 г.Jason-3 (Eumetsat, NOAA, CNES)17 января 2016 г.

Обзор характеристик определения орбиты системы DORIS

Параметр1-е поколение2-е поколение2-е поколение (малогабаритных аппаратов)МиссииSPOT-2, −3, TOPEX/Poseidon, SPOT-4EnvisatJason-1, Spot-5Точность орбиты ≤3 см по радиусу см по радиусу ≤3 см по радиусуОпределение орбиты в реальном времениОсь на 5 м / 3 оси (SPOT 4)Ось на 1 м / 3 оси30 см по радиусу, другие на 1 мТочность времени3 мкс3 мкс3 мкс

Инструментарий DORIS

Бортовой инструмент DORIS дополнительного приемника с двумя приемными цепями; сверхстабильного кварцевого генератора (Ultra Stable Oscillator — USO) с изменением частоты не более чем , идентичного генераторам, используемым в наземном сегменте DORIS; всенаправленной двухчастотной антенны; прибора блока контроля (совмещенного с MWR).

Наземный сегмент 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); 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 12Высокоточные 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 альтиметраВозможность отслеживания маяковДо 7 маяков одновременно (7 двухчастотных каналов)Автономность работы— режим рутинной высокоточной навигации; — предсказание манёвраИсточник питания 22-37 В постоянного тока, 23 Вт; 30 Вт при прогреве, менее 2 часовИнтерфейс телеметрии / телеуправления— MIL-STD-1553 / пакетный протокол терминала CCSDS; — максимальная скорость 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 данныхТочность (1 спутник)Точность (2 спутника)1 час1 м50 см1 день20 см15 см5 дней10 см7 см26 дней3 см1-2 см

Примечания

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.) сек.

* Категория:Космическая геодезия