Радиотехнический информационно-управляющий комплекс системы низкоорбитальных малых космических аппаратов наблюдения

 

 

Дипломная работа

«Радиотехнический информационно-управляющий комплекс системы низкоорбитальных малых космических аппаратов наблюдения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

Тема  дипломного проекта: «Радиотехнический  информационно-управляющий комплекс системы низкоорбитальных малых космических аппаратов наблюдения».  В дипломном проекте обоснованы характеристики радиолиний ИУК в составе системы МКА наблюдения с высотой орбит ~ 500км, определенно количество МКА, обеспечивающее требуемую периодичность съемок наземных объектов в зонах ответственности потребителей. Характеристики радиолиний определены для условий целенаправленного противодействия функционированию средств ИУК.

  Были найдены приемлемые решения по реализации непосредственного оперативного приема КИ с МКА в зоне ответственности потребителя и ретрансляционных режимов, в том числе сетевых, при обмене различной информацией, включая информацию управления МКА, информацию банков данных и др. При этом определены условия целесообразности использования различных ретрансляционных режимов (на основе геостационарных спутников-ретрансляторов и информационной сети, организованной системой МКА). Предложенные решения обеспечивают так же требуемую устойчивость функционирования средств ИУК.

Представлены  результаты детального проектирования цифрового приемника слежения моноимпульсной системы наведения с соответствующими схемами и конструктивным чертежом.

Дипломный проект содержит в себе обоснование  назначения системы, обзор и выбор  прототипа системы, обоснование  метода измерений, конструкцию, структурную, функциональную, принципиальную электрическую  схемы, технические характеристики устройства, а так же экономический  раздел и раздел посвящённый экологичности и безопасности проекта.

Дипломный проект содержит 145 страниц, 30 рисунков, 14 таблиц, 23 источника, 7 приложений.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение…………………………………………………………………………...8

1 Принципы построения информационно- управляющего комплекса

космической системы наблюдения………………………………………………9

1.1 Обзор существующих информационно- управляющего комплексов и проблемные  вопросы их современного развития………………………………9

1.2 Структурно-функциональные схемы информационно-управляющих комплексов (аналоги и прототипы)…………………………………………….13

1.3 Обзор существующих радиотехнических средств управления космическими аппаратами....................................................................................21

2 Основные тактико-технические  требования к радиотехнической  системе управления низкоорбитальных  малых космических аппаратов……………...34

3 Структурные и функциональные  схемы подсистем и устройств  радиотехнической системы управления  и обработки  информации в  составе информационно управляющего  комплекса……………………………………37

3.1 Структурная схема наземной станции……………………………………..37 3.2 Функциональная схема приемного устройства…………………………...42

4 Обоснование и оценка основных  характеристик радиолиний информационно  – управляющего комплекса………………………………….43

4.1 Постановка задачи и исходные данные……………………………………43

4.2 Обоснование характеристик радиолиний…………………………………44

4.3 Результаты анализа требований по информативности каналов ИУК…..47

4.4 Синтез структуры и оценка энергетических характеристик  каналов ИУК……………………………………………………………………………….49

5 Блок-схема канала моноимпульсного сопровождения и описание работы моноимпульсного наведения антенной системы КИС…………………….….62

6 Принципиальная  схема и конструкция ЦПС моноимпульсной системы наведения, описание технических параметров………………………………...75

7 Организационно – экономическая часть……………………………………..80

7.1 Аннотация……………………………………………………...……….…....80

7.2 Общее описание компании……………………………………………….....80

7.2.1 Исследование и анализ рынка…………………………………………...…81

7.2.2 Оценка риска……………………………………………………………….81

7.2.3 План маркетинга…………………………………………………………...81

7.2.4 Организационное обеспечение работ…………………………………….82

7.3 Этапы разработки………………………………………………………...…83

7.3.1 Определение трудоемкости выполнения этапов разработки………...…84

7.3.2 Определение затрат на создание комплекса……………………………..85

7.3.3 Материалы и комплектующие изделия…………………………………..86

7.3.4 Расчет основной заработной платы…………………………...………….87

7.3.5 Дополнительная заработная плата………………………………………..88

7.3.6 Отчисления в фонды………………………………………………………88

7.3.7 Расчет накладных расходов…………………………………………….…88

7.3.8 Цеховые расходы…………………………………………………………..89

7.3.9 Общезаводские расходы…………………………………………………..89

7.3.10 Цеховая себестоимость……………………………………………..……89

7.3.11Заводская себестоимость………………………………………………....89

7.3.12 Определение договорной цены проектирования изделия……………..91

7.3.13 Определение договорной цены изготовления изделия………………...91

7.3.14 Договорная цена изделия………………………………………………...91

7.4 Технико-экономическое обоснование целесообразности выполнения проекта…………………………………………………………………………....91

7.5 Используемое программное обеспечение и компьютерные устройства………………………………………………………………………..93

8 Экологичность и безопасность проекта……………………………………94

8.1 Цели  и задачи……………………………………………..……..……...……94

8.2 Оптимальное рабочее место……………………………………………..….94

8.3 Карта условий труда……………………………….……………….…..…..105

8.4 Проектирование комбинированного освещения…………………………111

8.5 Механическая вентиляция………………………………………………....120

8.6 Электобезпасность…………………………………………………………124

8.7 Вывод к разделу……………………………………………………………133

Заключение……………………………………………………………………...134

Список  использованных источников……………………………….…………136

Приложение……………………………………………………………………..139

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

                Характеристики системы малых космических аппаратов (МКА): орбита, близкая к круговой, высота орбиты h~500 км, наклонение ~97º. Потребители космической информации наблюдения могут дислоцироваться в любом районе Земли. Максимально допустимое время обновления данных наблюдения для каждого потребителя Т_О=10…15 мин.

           Радиотехнические характеристики информационно-управляющего комплекса (ИУК): частотный диапазон радиолиний ИУК ~8 ГГц; бинарное кодирование противоположными сигналами с вероятностью ошибочного приема информационного символа р_ОШ=10^-6 (допускается применение сложных сигналов); коэффициент усиления антенны МКА при его управлении в неориентированном режиме не более (-10 дБ); мощность передатчика МКА не более 10 Вт; диаметр параболической антенны наземной станции (НС) ~2,6 м (ограничена габаритами подвижного носителя); максимальная ширина спектра сигнала Δf=128 МГц; шумовая температура приемных устройств: НС – 300ºК, МКА и спутников-ретрансляторов – 1000ºК; максимальная дальность радиолинии непосредственного радиоконтакта Д=2500 км; возможна постановка организованных помех в чрезвычайных ситуациях (ЭИИМ средств РЭП: при подавлении бортовых приемников наземными средствами – 96 дБ Вт; при подавлении приемников НС самолетными средствами с расстояния =500 км  – 72 дБ Вт).  

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 В  связи с реализацией концепции  создания  и применения малых космических аппаратов (МКА) большой практический интерес в последние годы приобретают вопросы создания систем низкоорбитальных МКА наблюдения и информационно-управляющих комплексов (ИУК) этих систем, предназначенных для оперативного получения и доведения космической информации (КИ) до  многочисленных группировок периферийных потребителей КИ, функционирующих в зонах ответственности.

ИУК с такими функциональными задачами не имеют  в мире реализованных прототипов и являются в настоящее время  объектом исследований, что определяет тему дипломного проекта чрезвычайно  актуальной.

ИУК космической  системы наблюдения представляет собой  интегрированную систему, выполняющую  функции получения и доведения  до потребителей КИ наблюдения  и  обеспечивающую решение задач управления КА в соответствии с назначением.

Целью дипломного проекта является определение минимально необходимых значений технических параметров, при которых обеспечивается стабильная устойчивость функционирования всех средств ИУК.

Результаты  дипломного проекта могут быть использованы в проектных материалах промышленной организации при создании радиотехнической системы управления космическими аппаратами в совмещенных режимах измерения  дальности, радиальной скорости и передачи информации

 

 

 

 

 

 

 

1 ПРИНЦИПЫ ПОСТОРЕНИЯ ИНФОРМАЦОННО-УПРАВЛЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА КОСИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЯ

 

1.1 Обзор существующих информационно-управляющих комплексов и проблемные вопросы их современного развития

 

В настоящее  время усилиями ведущих отечественных  предприятий ракетно-космической  отрасли по заказам Минобороны и  Федерального космического агентства (Роскосмоса) реализуется концепция развития малых космических аппаратов (МКА). Концепция МКА базируется на энергосберегающих технологиях при выводе и эксплуатации МКА и в этом плане представляется перспективной. Однако одиночные МКА, выполняющие определенные целевые функции, при прочих равных условиях принципиально не могут характеризоваться лучшими по сравнению с традиционными КА показателями качества выполнения этих функций из-за более жестких массогабаритных ограничений.

Повышение эффективности МКА по сравнению  с  традиционными КА массой 2…3 тыс. кг и более можно ожидать при  создании многоспутниковых систем, если подобные  системы КА с традиционными массогабаритными характеристиками (МГХ) в силу различных причин, в том числе экономических, не могут быть реализованы.

Например, МКА наблюдения (дистанционного зондирования Земли) типа «Монитор» характеризуются  худшими показателями разрешающей  способности по сравнению с прецизионными  КА оптикоэлектронного наблюдения, но в многоспутниковой системе МКА обеспечивается более высокая оперативность обновления информации (частота наблюдения определенных районов поверхности Земли находится в прямой зависимости от количества КА в системе). При решении ряда специальных задач оперативность может играть более существенную роль при заданном допустимом уровне характеристик разрешающей способности. Соответствующие примеры можно привести для задач разведки ледовой обстановки, наблюдения районов стихийных бедствий и др.

 Системы МКА в виде организованных орбитальных группировок предполагают наличие многочисленных, в том числе периферийных, потребителей космической информации (КИ), хотя бы потому, что  создание систем МКА представляется достаточно дорогостоящими проектами, реализация которых при существующих социально-экономических отношениях окупается при большом количестве потребителей КИ и может быть обеспечена, как правило, кооперацией заказчиков (финансирующих проекты на долевой основе), целевые задачи которых, в общем случае, могут различаться.  

Такие системы, функционирующие в интересах  группировки различных потребителей,  приобретают новое качество: они  должны быть многоцелевыми, если даже предназначены для решения одноплановых задач, в частности, только дистанционного зондирования  Земли (ДЗЗ). МКА ДЗЗ двойного назначения по определению являются многоцелевыми, поскольку обеспечивают функционирование двух группировок потребителей. МКА ДЗЗ двойного назначения представляются также многофункциональными, поскольку требования и наблюдаемые объекты силовых и гражданских заказчиков существенно различаются. Система МКА двойного назначения, кроме того, принципиально должна быть в готовности к выполнению функций управления МКА и обмена информацией в условиях организованного противодействия, что значительно усложняет информационно-управляющий комплекс (ИУК) такой системы МКА.

 В  отечественной практике создавались  (или планировались к созданию) следующие системы КА: наблюдения (КА типа «Целина», «Лиана», «Аракс», «Строй»), связи (высокоапогейные КА типа «Молния», низкоорбитальные КА «Гонец»), ретрансляции (КА ГКРС), навигации (КА ГЛОНАСС),  спецсвязи ( КА «Стрела», «Родник»).

Однако  управление этими системами КА технологически не имело существенных отличий от управления одиночными КА, за исключением  системы «Строй» (создание которой  не было завершено) и ГЛОНАСС (специфичной  навигационной системы, принципы построения которой не могут быть перенесены  на системы другого назначения). Зачастую системы КА  вырождались  от начала процесса создания до применения в одиночные КА (КА наблюдения, КА ГКРС).