Глава 3.Аппаратура телеуправления спутниками связи

 

Общие принципы организации космических

Командно-измерительных систем

 

     Для обеспечения нормального режима ретрансляции системе свя­зи необходимы специальные средства контроля положения спутни­ка на орбите и его ориентации относительно центра масс. Эту группу задач решает командно-измерительная система КИС, рас­полагающая автоматизированными радиотехническими средствами определения траектории движения ИСЗ, приема от него различ­ной информации о состоянии бортовых систем и передачи на спут­ник команд управления.

      Рассмотрим структуру КИС, имея в виду, что, как правило, такие системы являются многофункциональными и осуществляют контроль траекторий ИСЗ, находящихся как на низких, так и на высоких эллиптических и геостационарных орбитах.

      Командно-измерительная система включает в себя совокупность наземных (рисунок 11) и бортовых радиотехнических средств.

      Наземная часть КИС состоит из сети командно-измерительных пунктов КИП, координационно-вычислительного центра КВЦ и центрального пункта управления ЦПУ, связанных между собой ли­ниями связи и линиями передачи данных ЛПД, например радиоре­лейными и кабельными. В состав каждого КИП входит комплекс радиотехнических, ла­зерных и оптических средств, с помощью которых могут быть определены параметры движения ИСЗ и обеспечен обмен информаци­ей с ним. Однако есть несколько причин, которые не дают воз­можности использовать для указанных целей только один измери­тельный пункт.

      Рис. 11. Состав наземной автоматизированной системы управления                            

                    движением исз

 

     Первой причиной является весьма ограниченное время видимости спутника с одного измерительного пункта, уста­новленного в каком либо географическом пункте из-за взаимного движения Земли и ИСЗ. Например, на высотах не более 1000 км продолжительность пребывания ИСЗ в зоне видимости одного КИП составляет 7 ... 15 мин. Для расширения зоны радиовидимо­сти спутника привлекается большое число КИП, расположенных в различных географических районах. В основном измерительные пункты — стационарные наземные сооружения, находящиеся в ме­стах с хорошим обзором небосвода и удаленные от промышлен­ных центров, являющихся источником разного рода радиопомех.

     Однако предусмотреть траектории всех ИСЗ, за движением ко­торых необходимо следить, не представляется возможным, поэто­му к наблюдениям привлекаются передвижные КИП, наиболее распространенными из которых являются КИП, смонтированные на специально оборудованных кораблях. Для контроля траектории можно использовать также радиотехнические средства, располагае­мые на ИСЗ.

     Второй причиной, ограничивающей возможности использова­ния одного КИП, является сравнительно низкая точность определе­ния элементов орбиты летательного аппарата, которую можно по­лучить по данным радиоизмерений, произведенных из одной точки на поверхности Земли.          

     Определение пространственного положения космического аппарата КА с необходимой точностью требует при­влечения к измерениям целого ряда (не меньше 3-6) достаточно удаленных друг от друга КИП. При этом, чем больше независимых измерении будет проведено, тем выше точность, с которой можно оценить параметры движе­ния КА и его орбиты.

     Очевидно, что для организации непрерывного наблюдения за полетом КА необходимо большое число КИП, зоны радиовидимо­сти которых перекрывают друг друга. Различные типы КА требу­ют для своего сопровождения и разное число КИП: ИСЗ — мень­ше пилотируемые КА и межпланетные автоматические станции — больше. Среднее число станции слежения 20-30, хотя иногда до­ходит до 80 и больше.

     Поскольку полученные на измерительных пунктах результаты траекторных измерений и различная телеметрическая информация должны передаваться на большие расстояния, в линиях передачи данных используются специальные методы кодирования, повышающие помехоустойчивость приема.

     Координационно-вычислительный центр представляет собой комплекс цифровых вычислительных машин, работа которых программируется с центрального пункта управления. В состав КВЦ, входит система предварительного преобразования информации СППИ выполняющая также функции декодирования получаемых сигналов и разделения каналов. Одна часть принятой информации направляется в ЦВМ центра для обработки, а другая, например сигналы телевизионного изображения, сразу вводится в аппарату­ру отображения и регистрации информации АОРИ куда затем по­ступают и результаты обработки информации в ЦВМ. Кроме того, в состав КВЦ входит центральный пункт системы единого времени ЦПСЕВ передающий с помощью радиолиний на все КИИ, имею­щие местные пункты СЕВ, и на борт ИСЗ контрольные сигналы, по которым уточняется единая шкала времени КИС. При этом точность синхронизации достигает сотых долей миллисекунды.

     В задачу КВЦ входит: согласование работы всех ИП; обработ­ка всей информации о движении большого числа ИСЗ и вычисле­ние элементов их орбит; прогнозирование траекторий движения космических аппаратов и, как следствие, определение моментов их появления в зонах видимости отдельных КИП и расчет программ поиска ИСЗ в начальный момент работы КИП; расчет моментов коррекции траекторий и всей программы коррекции.

Рассмотрим более подробно структуру измерительного пункта.

    В состав КИП обычно входит несколько командно-измеритель­ных станций КИС, число и тип которых определяются назначени­ем и особенностями данного пункта. Одни станции с мощным пере­датчиком, представляющие собой активные радиолокационные станции, предназначаются для обнаружения и наблюдения за не­известными и «молчащими» ИСЗ. Другие станции рассчитаны на работу по сигналу бортового радиомаяка спутника.

     В зависимости от выбранного частотного диапазона КИС мо­гут иметь параболические и спиральные антенны. Для увеличения эффективной площади раскрыва используется целая система при­емных антенн, образующих так называемую синфазную антенную решетку.

     Решение о применении тех или иных радиотехнических средств КИП на различных участках траектории движения спутника прини­мается в ЦПУ с учетом особенностей конкретного ИСЗ, дальности до него, условий распространения радиосигналов и требуемой точ­ности оценки параметров траектории.

    Следует иметь в виду, что наличие на одном измерительном пункте нескольких одновременно работающих КИС создает вза­имные помехи. Чтобы свести эти помехи к минимуму, удаляют, на­сколько возможно, КИС друг от друга, а также используют разне­сение рабочих частот, пространственную и временную селекцию сигналов.

     Структурная схема типового КИП, располагающего одной пе­редающей и одной или несколькими приемными станциями, изо­бражена на рисунке 12.

 

 

         Рис. 12. Состав командно-измерительной системы

 

    Принятое каждой антенной высокочастот­ное колебание после усиления в приемнике поступает в аппарату­ру разделения каналов АРК, где из группового сигнала выделя­ются сигналы, принадлежащие основным системам линии связи с ИСЗ: радиотехнической системе траекторных измерений РСТИ, радиотелеметрической системе РТС. После обработки этих сигна­лов в наземной аппаратуре соответствующих систем информация либо поступает непосредственно на комплекс аппаратуры отобра­жения и регистрации АОРИ, откуда она транслируется на пункт управления ПУ, либо поступает предварительно в ЦВМ, где про­исходит, например, окончательная обработка телеметрической ин­формации и результатов траекторных измерений. Данные с ЦВМ и АОРИ через передающее устройство ЛПД уходят с КИП на КВЦ и его АОРИ.

     На ПУ формируются команды управления движением спутни­ка, которые затем передаются в ячейки памяти программно-вре­менного устройства ПВУ.

     Задача ПВУ—обеспечить передачу на борт ИСЗ всей необходимой информации в моменты его радиови­димости с данного КИП.

      В аппаратуре уплотнения каналов АУК в состав передаваемого сигнала вводятся сигналы РСТИ. С помощью привода антенн ПА по сигналам с ПВУ все антенны измерительного пункта в период радиовидимости синхронно сопровождают ИСЗ по направлению.

     Для привязки работы КИП к системе единого времени в его состав входит местный пункт этой системы МП СЕВ, специальное приемное устройство которого периодически принимает сигналы точного времени.

Бортовой комплекс КИС ИСЗ, структурная схема которого изображена на рисунке 12,б, содержит приемно-передающую аппара­туру с антенным переключателем АП и антенно-фидерное устрой­ство АФУ. Последнее обычно содержит несколько различных ти­пов антенн, в том числе ненаправленные и направленные.

     Важнейшим элементом аппаратуры ИСЗ является бортовая вычислительная машина БЦВМ, в которую поступают как сигна­лы с бортовой аппаратуры разделения каналов системы передачи команд БАРК СКП, так и от всех датчиков. Временная шкала ИСЗ и всех наземных ИП согласуется с помощью хронизатора — бортового эталона времени БЭВ, который периодически сверяется с наземной системой единого времени. Бортовое ПВУ играет роль, аналогичную той, которую выполняет наземное ПВУ, и включается в состав БЦВМ.

    Подчеркну несколько особенностей построения радиотехниче­ских средств командно-измерительных систем.

    Большая удаленность ИСЗ от КИП и ограниченность массы ИСЗ, а следовательно, и мощности его бортовых источников пи­тания заставляют использовать для траекторных измерений авто­номные бортовые радиомаяки, входящие в состав бортовых средств РСТИ. Кроме того, для повышения помехоустойчивости приема стремятся снизить уровень шумов в антенно-фидерных трактах и выходных цепях приемников, сокращая до минимума размеры со­единений и используя малошумяшие усилители и охлаждение, а также сузить полосу приемника. Для того чтобы допплеровские сдвиги частоты не оказывали существенного влияния на качество приема, используют узкополосные следящие фильтры. При этом возможность прогнозирования траектории движения спутника и, следовательно, возможность прогнозирования доплеровских частот позволяет осуществлять программное управление этими филь­трами.

     Для снижения массы бортовой аппаратуры, уменьшения ее га­баритов, повышения надежности работы и упрощения бортовой и наземной радиоаппаратуры совмещают (комплексируют) систему траекторных измерений с телевизионной и телеметрическими сис­темами, системой командного управления и средствами связи. Та­кое совмещение позволяет более рационально использовать на ИСЗ и КИП общие для всех систем блоки — антенно-фидерные устройства, передатчики, приемники, модуляторы и синхронизато­ры. Однако при этом накладываются дополнительные ограниче­ния на выбор методов модуляции в каналах различных систем,. позволяющие осуществлять разделение информации.

    Использование в КИС совмещенных радиотехнических си­стем—одна из основных его особенностей.

    Тенденции совершенствования аппаратуры КИС касаются прежде всего повышения точности измерения параметров движе­ния ИСЗ, увеличения надежности и достоверности передачи команд управления, а также использования перспективных мето­дов уплотнения каналов передачи информации.

 

---

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1022; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!