Радиотехнический информационно-управляющий комплекс системы низкоорбитальных малых космических аппаратов наблюдения

 Следствием такой практики является недостаточная проработанность вопросов управления системами КА и обеспечения различных  потребителей систем КА космической информацией.

 Большой  практический интерес в этом  плане в последние годы приобретают  вопросы создания систем низкоорбитальных  МКА наблюдения и ИУК этих  систем, предназначенных для оперативного  получения и доведения КИ до  силовых ведомств, а также вопросы  создания конверсионных ИУК аналогичного  назначения.

 ИУК, включающие спецкомплексы и АСУ КА, представляют собой интегрированные системы, выполняющие функции получения и доведения до потребителей КИ наблюдения (специнформации) с требуемым качеством и обеспечивающие функции управления КА средствами АСУ КА с учетом программ  полета КА и состояния их бортовых систем.

АСУ КА включает наземный комплекс управления (НКУ) и  бортовой комплекс управления (БКУ) КА, взаимодействующие друг с другом.

 ИУК  систем МКА, функционирующих в  интересах группировки периферийных  потребителей, могут существенно  отличаться от централизованных  ИУК эксплуатируемых ранее одиночных  КА. 

 Специнформация (СИ) с КА этих систем собирается и обрабатывается в едином Центре и далее предоставляется потребителям установленным порядком в части их интересов. Централизация планирования функционирования КА, сбора, хранения и обработки СИ обладает неоспоримым преимуществом в плане обеспечения качества СИ по сравнению с другими структурными построениями, поскольку обеспечивает систематическое накопление информации наблюдения и обновление банков данных о наблюдаемых объектах и данных глобальной георазведки о фоне местности. Процесс анализа данных в такой структуре представляет собой процесс выявления изменений наблюдаемых объектов на фоне местности. Однако при этом время от момента съемки наблюдаемого объекта до момента получения данных соответствующим потребителем может достигать нескольких десятков часов, что не соответствует перспективным требованиям, прежде всего, силовых ведомств. 

По централизованной схеме могут работать и ИУК  МКА. Но для систем МКА, функционирующих  в интересах периферийных потребителей, с целью повышения оперативности  получения данных  потребителями  могут быть предложены схемы децентрализованных ИУК и схемы, совмещающие централизованные и децентрализованные структуры  ИУК, в которых СИ передается с  МКА непосредственно потребителю, находящемуся в зоне своей ответственности, в реальном масштабе времени с  возможностью децентрализованного  управления МКА этим же потребителем СИ в течение определенного времени. Такие схемы составляют основное отличие ИУК систем МКА многоцелевого применения и ранее практически не исследовались. Существующих аналогов таких систем нет.

В научных  трудах отечественных и зарубежных ученых по рассматриваемой предметной области в части централизованных структур информационных систем накоплен значительный опыт. Основы для исследования перспективных АСУ КА и ИУК  космических систем наблюдения были заложены в 50 и 4 ЦНИИ Минобороны, в ВКА  им. А.Ф. Можайского, в Российском НИИ  космического приборостроения, в НИИ  точных приборов в в/части 32103 и других организациях. 

Теоретическую базу этих работ составили труды  известных ученых, заложивших основы радиотехники, электроники, автоматики, вычислительной техники, системотехники, теории сложных систем, космической баллистики, базирующиеся, в свою очередь, на фундаментальных открытиях физики и математики.

 

 

1.2 Структурно-функциональные  схемы информационно-управляющих  комплексов (аналоги и прототипы)

 

Информационно-управляющий  комплекс   системы  МКА наблюдения   предназначен для получения и доведения  до потребителей космической информации наблюдения (специнформации) с требуемым качеством и управления МКА средствами АСУ МКА с учетом программ  полета МКА и состояния их бортовых систем.

ИУК структурно должен представлять собой информационную сеть, включающую в качестве абонентов (узлов) сети:

- КА (МКА), формирующие в процессе полета  СИ;  

- центр планирования операций наблюдения, сбора, хранения и обработки СИ (спеццентр);

- центральные  пункты приема и передачи СИ (ЦППИ), взаимодействующие со спеццентром;

- региональные  пункты приема СИ (ППИ) – пункты  периферийных потребителей  информации  наблюдения;

- абонентскую  аппаратуру периферийных потребителей  информации наблюдения (ААП);

- АСУ  КА (МКА) в составе Центра управления  полетом (ЦУП), комплекса наземных  станций (НС) и бортовой аппаратуры (БА) радиотехнических средств управления (РСУ)  КА с необходимыми линиями  связи; 

- обеспечивающие  взаимодействие элементов ИУК  средства связи.

В состав ИУК могут быть включены космические  системы ретрансляции (КСР) информации.

           Система МКА вместе с наземными средствами может быть организована в наземно-космическую информационно-командную сеть (НКИКС) и выполнять функции КСР.

 В настоящее время в составе космических систем наблюдения созданы ИУК централизованного функционирования в соответствии со структурно-функциональной схемой,   представленной на рис.1.1.

Согласно  этой схеме центральными органами, обеспечивающими функционирование ИУК, являются спеццентр (в составе спецкомплекса) и ЦУП (в составе НКУ КА), причем функциональные задачи этих центров   разделены, за исключением процесса формирования программы работы спецаппаратуры КА (программа разрабатывается в спеццентре, технологически формируется в ЦУП и передается на КА радиотехническими средствами НКУ).

СИ принимается  с КА станциями ЦППИ непосредственно  или через спутники-ретрансляторы (СР) КСР, передается в спеццентр, где обрабатывается и хранится. После обработки соответствующие   фрагменты данных наблюдения передаются потребителям по различным линиям связи, включая космические радиолинии с использованием КСР.

По такой  схеме функционировал спецкомплекс КА оптико-электронного наблюдения «Неман». В качестве КСР использовался СР на геостационарной орбите (ГСО) «Гейзер».          

Доведение информации до периферийных потребителей осуществлялось системой типа «Мост» через тот же СР «Гейзер».

Управление  КА в этой структуре реализуется  путем выполнения операций командно-программного обеспечения (КПО), информационно- телеметрического обеспечения (ИТО) и навигационно-баллистического  обеспечения (НБО), включающих также  частотно-временное обеспечение.

 

          

Рисунок 1.1 – Структурно-функциональная схема  варианта

централизованного функционирования ИУК

 

Основные  функциональные задачи ЦУП:

- планирование  работы бортовых систем  КА  и средств НКУ;

- расчет, формирование командно-программной  информации  (КПИ)  и передача  ее на НС РСУ (в качестве  РСУ использовались командно-измерительные  системы (КИС) непосредственного  управления типа «Куб-Контур»  и ретрансляционного управления  «Контур-Сплав»; КИС «Контур-Сплав»  функционировала с СР «Гейзер», используя бортовой ретранслятор  «Сплав»);

- сбор, обработка,  отображение и документирование  всех видов информации управления;

- контроль  работы бортовых систем, анализ  результатов выполнения программы полета по принимаемой с борта телеметрической информации (ТМИ), формирование и принятие решений на  изменение программы полета по заявкам органов управления целевой аппаратурой  КА (спеццентра);

- контроль  работы технических средств НКУ  в процессе подготовки и проведения  сеансов управления;

- решение  навигационно-баллистических задач.

НС КИС  совместно с БА КИС выполняют  следующие функциональные задачи:

- передачу  на КА  КПИ и прием квитанций  о ее прохождении;

- прием  с КА  ТМИ (в том числе  информации  телесигнализации, информации  обобщенного контроля) о состоянии  бортовых систем и результатах  их функционирования;

- измерение  текущих навигационных параметров (ИТНП) КА, предварительную обработку  измерительной информации (отбраковку  аномальных измерений и сжатие  информации);

  - формирование  и хранение местной шкалы времени  (МШВ) НС КИС и привязку ее  по сигналам  системы единого  времени  или  космических  навигационных систем;

  - сверку, фазирование и коррекцию бортовой шкалы времени (БШВ);

  - автоматический  поиск и вхождение в связь  НС с БА КИС как по инициативе  БКУ, так и НКУ;

  - расчет  целеуказаний для систем сопровождения КА по угловым координатам, дальности и программы компенсации доплеровского смещения частоты;

  - автоматизированный  обмен НС КИС с ЦУП информацией,  необходимой для проведения сеансов  управления КА;

  - формирование, отображение и документирование  отчетной информации о работе  КИС, выдача ее в каналы связи;

  - автоматизированная  диагностика состояния аппаратуры  КИС;

  - обмен  НС КИС с КА различной информацией,  определяемой целевым назначением КА.

  Наряду с рассмотренным вариантом централизованного ИУК, схема которого представлена на рисунке 1.1, могут быть предложены   следующие  варианты ИУК:

1) ИУК   децентрализованного функционирования   (рисунок 1.2);

2) ИУК  совмещенного централизованного  и децентрализованного функционирования   (рисунок 1.3).

1. В структуру ИУК  децентрализованного функционирования введена наземная станция (НС) управления МКА,  приема  и обработки информации (УПОИ), расположенная в зоне ответственности конкретного потребителя информации наблюдения и решающая задачи:

- непосредственного  (или ретрансляционного) приема  с МКА СИ;

- обработки  СИ и доведения ее до потребителя  (ААП), оперативного взаимодействия  с потребителем;

- оперативного  управления МКА в непосредственном  или ретрансляционном режиме  при решении целевых задач  периферийного потребителя;

- взаимодействия  с ЦУП МКА.

НКУ МКА  по такой схеме функционирования ИУК выполняют роль систем управления обеспечивающими устройствами МКА и координируют работу всей группировки потребителей по их заявкам, санкционированным определенным координационным центром, а также обеспечивают ремонтно-восстановительные работы и работы в нештатных ситуациях.

 

Рисунок 1.2 – Структурно-функциональная  схема   варианта

децентрализованного функционирования ИУК

 

В данной схеме образуются несколько однопунктных НКУ, каждый из которых решает свои целевые задачи практически независимо друг от друга. МКА (одиночный или один из системы МКА) как бы «арендуется» на определенное время конкретным потребителем, обладающим собственными функциональными возможностями ИУК, после чего  переходит в «аренду» другому потребителю по заложенной на МКА программе или под управление ЦУП (координационного центра). Приоритетность управляющих МКА органов определяется оперативно координационным центром или в соответствии с некоторыми установленными дисциплинирующими принципами.   

Очевидные преимущества такой структуры ИУК  заключаются в повышении оперативности  доведения требуемой информации до ААП.

Недостатки  определяются следующими обстоятельствами:

- отсутствием  единого спеццентра с его безусловно большими интеллектуальными и техническими возможностями, а также возможностями накопления и учета данных георазведки в глобальном масштабе;

- необходимостью  дополнительного создания комплекса  уникальных мобильных НС УПОИ  в количестве, соответствующем количеству  потребителей;

- необходимостью  подготовки высококвалифицированных  специалистов по обработке КИ  в периферийных формированиях  потребителей этой информации;

-  размещением  НС УПОИ в районах повышенной  опасности при ведении военных  действий и других чрезвычайных  ситуациях, что выдвигает в  качестве одной из основных  проблемных задач обеспечение  боевой устойчивости таких средств.

2.Вариант  ИУК совмещенного централизованного и децентрализованного функционирования (рисунок 1.3) представляется наиболее соответствующим постановке задачи оперативного и надежного обеспечения периферийных потребителей информацией наблюдения.

В зоне ответственности  потребителей  так же, как и  в варианте децентрализованного  функционирования ИУК, размещается  мобильный пункт децентрализованного  управления МКА, приема и обработки  СИ (НС УПОИ). Прием СИ согласно этой схеме осуществляется в реальном масштабе времени, что повышает оперативность  ее доведения до потребителей по сравнению  с  системами централизованного  типа. Вариант ИУК смешанного типа, кроме того, обеспечивает  режимы обмена информацией банков данных (ИБД) периферийного пункта и спеццентра, что сохраняет преимущества централизованного функционирования ИУК по обеспечению качества обработки СИ.