关于信标和全球卫星搜救系统的二三事(中)


上一篇推文中我们了解了全球卫星搜救系统的历史、什么是“全球卫星搜救系统(COSPAS/SARSAT系统)”。今天我们就来给大家讲讲全球卫星搜救系统的组成,让大家了解下搜救系统是如何运作的。


【近地轨道搜救卫星(LEOSAR satellites)】

最初的近地轨道卫星共有4颗(2颗源于前苏联,2颗源于美国),这些卫星于1982年发射。1985年全球卫星搜救系统正式投入运营。目前有5颗近地轨道卫星正在被使用。其中Cospas-14卫星只用于卫星搜救本地用户终端参数调整。


这个系统非常耐用,至今仍被我们所使用。然而低空卫星(<1000公里)在环绕地球的任何时刻都只能看到地球的一部分,因此近地轨道卫星搜救在探测和转发遇险信号时会有固有的时间延迟。这个延迟从几分钟到几小时不等。由于信标和无线信道的技术限制,近地轨道搜救系统无法更好地应用于121.5MHz信标。


最早的近地轨道系统的有效载荷,允许在406兆赫下实施新的数字遇险信标,且其效果远远优于原来的模拟121.5兆赫信标。带有406.025兆赫信号的信标对外传输数字编码信息,信息中可能包括信标识别(允许全球卫星搜救系统服务访问注册数据库,提供有关遇险单元的附加信息)。


20世纪60年代在121.5兆赫下实施的旧技术信标,通过卫星系统仅能给出一个大概的搜救位置(在20公里内)。此外由于信号的“wow,wow,wow”声对于所有信标而言都是相似的,因此无法识别信标用户。而406.025兆赫的新信标允许卫星系统自动计算遇险位置(多普勒频移),将搜救范围精确了10倍(在2公里以内),并可识别信标用户。


什么是多普勒效应:多普勒效应 (Doppler effect) 是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒(Christian Johann Doppler)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高(蓝移blue shift);在运动的波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低(红移red shift);波源的速度越高,所产生的效应越大。根据波红(或蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。


【静止轨道搜救卫星(GEOSAR Satellites)】



由于静止轨道卫星的轨道平面与赤道平面重合,卫星与地面的位置相对保持不变,因此无法利用多普勒效应来计算信标的位置。由此我们可知,静止轨道卫星只能转发信标的遇险信息。如果信标是一个具有报告其位置功能的模型(例如,来自车载GPS接收器),则该位置将转发给搜救局。虽然无法独立定位信标是静止轨道卫星的一个缺点,但它也有着自己的巨大优势:目前这些卫星很好地实时覆盖了整个地球,除了极地地区它们几乎可以即时检测到所有信标。


目前,已经有9颗静止轨道卫星被部署用于搜救活动。搜救系统被安装在GOES(美国的环境卫星)、MSG(欧盟的Meteo卫星)、ELECTRO(俄罗斯的Meteo卫星)、LUCH(俄罗斯的语音和数据中继卫星)和INSAT(印度的多功能卫星)上


【中地轨道搜救卫星(MEOSAR Satellites)】


全球卫星搜救系统最近的空间段扩充是中地轨道搜救。中地轨道搜救融合了近地轨道搜救和静止轨道搜球系统的优点,同时避免了缺点。随着时间的推移,中地轨道搜救卫星将超过70颗,中地轨道搜救系统将成为全球卫星搜救系统的主要空间段能力。


除了大量的卫星外,中低轨道搜救系统还得益于相对较大的卫星足迹和相对于地面上某一点的足够卫星运动,从而可以使用多普勒测量作为计算遇险信标位置方法的一部分。



中地轨道搜救系统由下列导航卫星星座上的搜索和救援处理器(有效载荷)组成:欧盟的伽利略(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯(Glonass)和美国的全球定位系统(GPS)。GPS搜救系统被NASA称为遇险预警卫星系统(DASS)。系统的开发考虑到了向后兼容性。


此外,中地轨道搜救系统的伽利略组件将能够通过将“返回链路服务”信息编码到伽利略导航数据流中,将信息下载回遇险无线电信标。目前计划利用这一能力激活信标上的指示手段,以确认收到遇险信息。


【整个系统概述】





【图片由国际全球卫星搜救系统方案提供,CC by-SA 4.0。】

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