Радиотехнический информационно-управляющий комплекс системы низкоорбитальных малых космических аппаратов наблюдения

Система связи и передачи данных единого  Государственного НАКУ должна обеспечивать обмен информацией между абонентами НАКУ и внешними абонентами, в том  числе обеспечивать возможность  вхождения в международные информационные сети. Основу системы должна составлять цифровая сеть интегрального обслуживания с использованием перспективной  телекоммуникационной технологии. В  ССПД осуществляется наращивание возможностей первичной сети спутниковой связи  на основе систем типа «Связка», «Приморка».

На рисунке 1.5 представлена типовая структурно-функциональная схема современной отечественной  КИС, включающая НС КИС и БА КИС.

В состав КИС дополнительно входит контрольно-проверочная  аппаратура (КПА), предназначенная для  проведения всех видов проверок как  БА КИС, так и систем КА перед его  запуском.

 

 

 

Рисунок 1.5 –  Типовая структурно-функциональная схема КИС

 

Представленный  на рисунке 1.5 аппаратурный комплекс является одним из возможных вариантов  структуры КИС, содержащим минимально необходимый состав устройств, обеспечивающих управление КА в непосредственном режиме (НС-БА). Такая структура обеспечивает обмен информацией по радиолинии НС-БА и ИТНП  КА. В состав измеряемых текущих навигационных параметров входят: дальность (расстояние от НС до КА), скорость КА по составляющей НС-КА (радиальная скорость), возможно измерение угловых координат КА относительно НС (зачастую эти измерения, снимаемые с азимутального и угломестного валов антенны НС, вследствие недостаточной точности не используются).

Современные КИС, в основном, соответствуют   такой типовой схеме.

На основе аппаратурных комплексов, представленных на рисунке 1.5, могут быть образованы и более сложные структуры  КИС:

сетевые структуры с ретрансляцией информации (узел ретрансляции - НС или БА - оснащается дополнительными антеннами и  высокочастотными приемопередающими  устройствами);

прецизионные  фазовоугломерные системы (создается комплекс антенных систем с высокочастотной приемной аппаратурой, образующих пространственные измерительные базы).

Аппаратурные  комплексы КИС (устройства КИС), как  правило, разрабатываются автономно  с последующей комплексной отработкой, для чего на ранних  стадиях   проектирования    осуществляется    распределение   задач   КИС  по аппаратурным комплексам. Такое  распределение зависит от многих факторов, учитывающих организацию  работ, опыт разработчиков и  т. д. 

Некоторые  характеристики основных отечественных  командно-измерительных систем:

КИС ряда «Тамнь-База»  

Функциональные  задачи:

- автоматический  поиск, вхождение в связь с  КА и управление КА с высотами  орбит 500…40000 км в непосредственном  режиме;

- передача  на КА 255 РК с квитированием (темп выдачи РК 15 с);

- передача   на   КА  КПИ   с   квитированием   с   технической    скоростью  (0,1…1) кбит/с;

- прием   с   КА   ТМИ   с   техническими   скоростями   1 кбит/с,         8 кбит/с, 32 кбит/с;

- ИТНП  с погрешностями по дальности: систематическая составляющая ±(7…10) м, среднеквадратическая составляющая (0,2…0,3) м; по радиальной скорости: систематическая составляющая ±10^-3 м/с, среднеквадратическая составляющая ~10^-3 м/с.

Основные  технические параметры:

- диапазон  рабочих частот:

  радиолинии  «Земля-Борт»                                                        ~5,7   ГГц;

  радиолинии  «Борт-Земля»                                                        ~3,4   ГГц;

- мощность  передающего устройства                                        1…3  кВт;

- эквивалентная  шумовая температура                                       ~100º С;

- диаметр  зеркала антенны                                                           12 м; 8 м;

- ширина  диаграммы направленности по  уровню 0,5

  (для  антенны диаметром 12 м):

  на  прием                                                                                   26 угл.мин.;

  на  передачу                                                                              18 угл.мин.;

- чувствительность  приемного устройства:

  КПИ,  квитанции                                                                      - 161 дБ∙Вт;

  ТМИ  1 кбит/с                                                                           - 152 дБ∙Вт;

  ТМИ  8 кбит/с                                                                           - 150 дБ∙Вт;

- энергопотребление, 380/220 В, 50 Гц                                        100 кВА;

- технический  ресурс                                                                 30 тыс.час.;

                                                                                                         10 лет;

- среднее  время наработки на отказ                                             500 час.;

- среднее  время восстановления                                                   0,5 час.;

- время  подготовки к работе с КА  из выключенного

  состояния                                                                                      25 мин.;

- количество  операторов КИС  в смену                                       6 чел.;

- площадь  размещения аппаратуры                                             150 м²;

  (передающее  устройство в отдельном помещении  40 м²);

- допустимые  ветровые нагрузки на антенную  систему: рабочие – до 27 м/с  (в режиме измерений угловых  координат – до 15 м/с), предельные  – до 50 м/с.

Разработаны модификации НС КИС для управления КА на ГСО, ряд характеристик которых  отличаются от приведенных.

Основные  из них следующие:

- мощность  передающего устройства                                          350 Вт;

- эквивалентная  шумовая температура                                        57º С;

- рабочие  углы поворота антенны по азимуту                            ±60º;

- погрешности  измерения угловых координат                    ±1,5 угл.мин.;

- энергопотребление, 380/220 В, 50 Гц                                        50 кВА;

- площадь  размещения аппаратуры                                              3 м²;

- режим  управления аппаратурой – автоматический, необслуживаемый.

КИС ряда «Куб-Контур» 

Основные  функциональные задачи и технические  характеристики:

- обеспечение  в сутки 100…120 сеансов управления  КА с высотами орбит 170…40000 км в непосредственном режиме;

- передача  на КА до 750 РК с квитированием  (темп выдачи РК 1 с);

- передача  на КА КПИ со скоростью до 750 бит/с;

- передача  на Землю квитанций и цифровых  информационных массивов от систем  КА со скоростью до 375 бит/с;

- измерение  дальности и радиальной псевдоскорости движения КА с предельными погрешностями 15 м и 0,1 м/с соответственно;

- запоминание  на КА временных программ объемом  до 32 кбит и их выдача в системы  КА с погрешностью ~1 с;

- сбор, запоминание  со сжатием и передача на  Землю информации телесигнализации  от 64 функциональных и 448 релейных (сигнальных) датчиков;

- обеспечение  систем КА синхрочастотами и кодом бортового времени.

Бортовая  аппаратура КИС разработана в  трех модификациях, различающихся   выполняемыми   функциями   и   массой  соответственно 25, 50 и 80 кг, гарантийный срок активного  существования БА 5 лет и более.

            В систему входят: БА «Компарус-А»; перевозимая контрольно-проверочная аппаратура «Компарус-Т»; перевозимые наземные станции «Компарус-У»; ЦУП «Компарус-Ц». Наземные перевозимые элементы системы допускают развертывание и приведение их в состояние готовности к работе в течение 24 час.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОНОВНЫЕ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

 

Радиотехническая  система управления НКА (КИС) как  и любая техническая система характеризуется множеством показателей качества, определяющих степень пригодности системы к решению заданных функциональных задач. Показатели качества представляют собой функциональные детерминированные или статистические зависимости от физических характеристик и параметров КИС, отражающих энергетические, сигнальные, геометрические и др. свойства системы и ее аппаратурных комплексов.

Все эти  показатели, характеристики и параметры  принято называть тактико-техническими характеристиками (ТТХ), которые являются описанием КИС на различных уровнях  обобщения, соответствующего тактико-техническому заданию (ТТЗ) на создание (модернизацию) КИС. ТТХ, заданные в ТТЗ вербально или в виде количественных значений, называют тактико-техническими требованиями (ТТТ). В результате разработки система по своим ТТХ должна соответствовать требованиям ТТЗ. Поэтому состав ТТТ, форма задания требований (определяющая их однозначное толкование), количественные уровни требований, задаваемые с учетом реализуемости и контролируемости характеристик, во многом определяют успех выполнения опытно-конструкторской работы  (ОКР).

Форма такого документа, как ТТЗ, определена соответствующими ГОСТами. Однако конкретные требования могут формулироваться, в общем случае, достаточно произвольно. 

Определим основные ТТТ к разрабатываемой системе с учетом заданных исходных данных в следующем виде:

Характеристики  системы МКА:

             -объект МКА – мощность передатчика Р_МКА; коэффициенты усиления антенн: в направлении на наземную станцию G_МКА-НС; в режиме управления неориентированным МКА G_МКА; в направлении на СР (СР на ГСО) G_МКА-СР; в направлении на МКА (сетевой режим) G_{МКА-МКА};

- объект НС – мощность передатчика Р_НС; коэффициент усиления антенны G_НС;

- объект СР – мощность передатчика Р_СР; коэффициент усиления антенны G_СР.

0сновные ограничения:

- коэффициент  усиления антенны МКА при его  управлении в неориентированном  режиме не более (-10 дБ) – G_МКА ≤ -10 дБ;

- мощность  передатчика МКА не более 10 Вт – Р_МКА≤10 дБ Вт (обу-        словлено энергомасссогабаритными требованиями к МКА);

- диаметр  параболической антенны НС ~2,6 м  (ограничен габаритами подвижного  автомобильного носителя типа  КАМАЗ) – G_НС=44,3 дБ;

- максимальная  ширина спектра сигнала Δf=128 МГц (соответствует скорости передачи СИ 64 Мбит/с);

- шумовая  температура приемных устройств:  НС – 300ºК, МКА и СР – 1000ºК; 

- максимальная  дальность радиолинии «МКА-НС» Д=2500 км;

- отношение  коэффициента усиления приемной  параболической  антенны к усилению  антенны  в  направлении  на станцию помех (отношение  коэффициента усиления антенны  к уровню дальних боковых лепестков)  =30 дБ (отношение, характерное для параболических антенн);

- 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.

Характеристика  основных элементов схемы:

-Антенная система обеспечивает излучение и прием с борта КА сигналов в диапазоне ~8ГГц с круговой поляризацией, поиск, наведение и сопровождение КА по направлению;

- усилитель мощности запросного сигнала осуществляет усиление излучаемого запросного сигнала;

-    входное приемное устройство усиливает принятый сигнал и преобразует его в сигнал промежуточной частоты;

-  сигнал промежуточной частоты преобразуется в аналого-цифровом преобразователе и поступает в цифровой модуль обработки сигнала (ЦМОС);

- вычислительный комплекс осуществляет обработку сигналов и автоматизированное управление аппаратурой;

-  навигационный  приемник используется для определения координат подвижной (перевозимой) НС и формирования секундных меток шкалы местного времени, привязанных к сигналам КНС ГЛОНАСС;