Принципы передачи телеметрической и приема командной     



Информации

Структура бортовой аппаратуры РТС. Бортовая аппаратура БА радиотелеметрической системы является важнейшей составной частью всей телеметрической системы, которая была изображена на рис. 12. В состав бортовой аппаратуры входят преобразователи (датчики Д) различных измеряемых параметров источников первичной информации ИПИ. Последними являются все важнейшие системы и элементы бортовой аппаратуры: энергоснабжения, ориентации и стабилизации, терморегулирования, приемно-передающая аппаратура системы ретрансляции, конструкция ИСЗ.

Разветвленная система датчиков позволяет непрерывно оценивать уровни напряжения, соответствующие текущему состоянию конкретного блока или элемента системы. В качестве таких датчиков используют различные преобразователи неэлектрических величин в электрические в форме, удобной для обработки или хранения. Важнейшим классом преобразователей являются параметрические датчики, к которым относятся резистивные, емкостные, магнитоупругие, электростатические и др.

Из резистивных преобразователей чаще других используются потенциометрические, тензометрические и терморезистивные. С помощью этих датчиков можно измерять линейные и угловые перемещения, упругую деформацию различных элементов конструкции ИСЗ, температуру отдельных точек конструкции ИСЗ и т. и.

Многие преобразователи представляют собой устройства, в которых неэлектрическая величина превращается в электрическую путем многократного преобразования. В большинстве случаев используются преобразователи с двойным преобразованием, устанавливаемые в тех случаях, когда неэлектрический измеряемый параметр с помощью чувствительного элемента, являющегося первичным преобразователем, сначала преобразуется в другой параметр, который можно проще преобразовать в электрическую величину. Примерами таких датчиков могут служить гироскопические преобразователи для измерения углов поворота и угловых скоростей, а также акселерометры, служащие для оценки линейного ускорения, преобразователи для измерения давления и др. Все эти преобразователи сначала преобразуют измеряемую физическую величину (угловую скорость, линейное ускорение, давление и др.) в угол поворота или линейное перемещение датчика, а затем в электрическую форму. При этом используются линейные или поворотные потенциометры.

Широкое применение аналого-цифровых преобразователей позволяет сразу получать измерительную информацию в цифровой форме.

Это особенно важно, когда объектом контроля являются режимы работы электронной радиоаппаратуры.

Обобщенная структурная схема бортовой аппаратуры радиотелеметрической системы изображена на рисунке 17.

 

 

 

Рис.17.Структурная схема бортовой аппаратуры радиотелеметрической

        системы

Из рисунка видно, что РТС представляет собой многоканальную информационно-измерительную систему. В нее входит большое число источников первичной информации (ИПИ1 ... ИПИn) и соответствующее число датчиков-преобразователей (Д1...Дn), поэтому система строится по иерархическому принципу. Это означает, что информация отдельных преобразователей объединяется, обрабатывается и передается на следующий уровень обработки. На рисунке показаны устройства предварительной первичной обработки информации (УПП1-УППm). В этих устройствах собранная от группы датчиков информация, представленная в унифицированной цифровой форме, подвергается уплотнению, причем обычно используется временное уплотнение с незакрепленными каналами, т. е. временное разделение каналов с кодовым признаком. Так как от датчиков поступает избыточная информация, то для более эффективного использования канала в УПП осуществляется сокращение статистической и программной избыточности. Для устранения программной избыточности в УПП хранится набор программ опроса датчиков с различной частотой. Очевидно, что поток собираемой информации 'при этом получается нерегулярным. Для его выравнивания осуществляется так называемая буферизация данных, т. е. накопление информации в буферном запоминающем устройстве.

Для защиты информации от внутрисистемных помех и сбоев в УПП вводится ее помехоустойчивое кодирование. Чтобы при расшифровке телеметрической информации можно было в требуемый момент определить уровень сигнала от конкретного ИПИ, в УПП вводят сигнал от эталонного источника калибрующего сигнала ИКС и метки времени от бортового эталона времени—хронизатора Хр.

Управление информационными потоками, контроль за состоянием аппаратуры, принятие решений о выборе той или иной подпрограммы сбора информации и характера ее обработки возлагается на бортовую вычислительную машину БЦВМ или на комплекс распределенных процессоров, образующих бортовую цифровую вычислительную систему. Для обмена информацией между элементами РТС в ней организована единая магистраль данных МД, что придает системе большую гибкость управления.

В состав РТС входят также бортовое устройство сопряжения БУС, аппаратура уплотнения каналов БАУК и передающее устройство Пер. Бортовое устройство сопряжения обеспечивает на аппаратном уровне совместимость всех подсистем РТС, т. е. согласование их по форматам данных, скорости передачи, порядку подключения и т. п.

При выборе метода уплотнения каналов РТС следует учитывать метод уплотнения в информационном канале ИСЗ. Общие вопросы организации совмещенных радиолиний рассматриваются ниже.

Структура бортового комплекса управления. Бортовой комплекс управления БКУ составляет часть автоматизированной системы управления движением ИСЗ и функционированием его бортовой аппаратуры.

В соответствии с программой, заложенной в БЦВМ (рисунок 18).

Рис. 18. Структурная схема бортового комплекса управления

 

БКУ по командам с Земли управляет перемещением ИСЗ по траектории (орбите), переключает программы работы бортовой аппаратуры, отключает отказавшие блоки и подключает резервные и т. п. В автономном режиме БКУ контролирует ориентацию ИСЗ и обеспечивает по сигналам датчиков ориентации (Д01 ...ДОn) стабилизацию ориентации спутника.

В режиме работы по командам с Земли от наземного автома-тизированного комплекса (см. рис.12) принятый антенной ИСЗ сигнал усиливается в приемнике Пр и после демодуляции групповой сигнал поступает на бортовую аппаратуру разделения каналов БАРК. Далее управляющая информация разделяется. Часть ее поступает в систему управления бортовой аппаратурой СУБА для выполнения команд переключения режимов работы блоков, коррекции положения антенн ретрансляторов (если они являются управляемыми) и т. п. Другая часть информации поступает в устройство разделения каналов системы передачи команд УРК СПК управления средствами изменения положения ИСЗ.

Каждая команда (командное сообщение) характеризуется адресом, величиной и временем исполнения. Адрес команды говорит о конкретном объекте управления, например средстве перемещения (СП1 ... CПl) ИСЗ или средстве коррекции (СК1 ... СКl) ориентации спутника и т. п. По уровню возможных значений команд различают количественные команды и функциональные (разовые). Первые характеризуются величиной командного сигнала и его знаком, а вторые требуют только включения или отключения какого-либо агрегата.

По времени исполнения команда может отрабатываться немедленно или в определенный расчетный момент. В последнем случае команда после получения ее на борту записывается в запоминающее устройство, а БЦВМ берет на себя функции программно-временного устройства и в расчетный момент передает команду на соответствующее исполнительное устройство.

Наиболее важными для ИСЗ являются команды на изменение его орбиты (траектории), ориентацию ИСЗ относительно Земли или Солнца и его стабилизацию относительно этого направления.

Команды на коррекцию орбиты формируются на центральном пункте управления по результатам траекторных измерений и передаются на ИСЗ по командной радиолинии. Команды на ориентацию спутника могут как поступать по командной радиолинии, так и формироваться БЦВМ на основании сигналов от датчиков ориентации. Такими датчиками могут быть, во-первых, датчики внешней информации, определяющие положения осей ИСЗ относительно внешних ориентиров: солнечный датчик, датчик горизонта, инфракрасная вертикаль, датчик, работающий по радиомаяку, и т.п. Во-вторых, это инерциальные датчики и, наконец, датчики памяти (например, свободный гироскоп), которые могут «помнить» некоторое начальное положение осей в течение определенного времени Последние датчики используются в системе активной стабилизации ИСЗ после завершения операции его ориентации. Как правило, по сигналам бортовых датчиков команды управления стабилизации ИСЗ формируются БЦВМ, не привлекая к этому наземные комплексы.

Точность ориентации определяется назначением ИСЗ. Для ИСЗ со слабонаправленными антеннами допустима погрешность 5... ...15°. Для ИСЗ с остронаправленными антеннами 1 ... 3°. Надо заметить, что потенциальная точность ориентации космического аппарата может быть очень велика и составлять несколько угловых секунд и даже долей угловых секунд, например, для межпланетных станций. Однако для ИСЗ околоземного пространства такая точность ориентации является излишней.

Команды управления могут передаваться на борт ИСЗ по радиолинии в фиксированные моменты, т. е. синхронно, или в произвольные моменты—асинхронно. При частотном методе уплотнения возможны оба режима, а при временном—только синхронный режим.

Для передачи количественных команд широко используют, как и в РТС, временные, а также цифровые методы модуляции. Это вызывается требованиями высокой помехоустойчивости и помехозащищённости радиоканала, а также простотой сопряжения ЦВМ с каналообразующей аппаратурой.

Высокое качество передачи командной информации достигается при использовании квитирующей (проверочной) обратной связи. В этом случае команда считается принятой, если КИП получил от ИСЗ подтверждение ее получения—так называемую квитанцию. В противном случае передача команды повторяется, т. е. вводится переменная избыточность, степень которой определяется качеством канала.

Принципы построения совмещенных радиолиний. Как уже го-ворилось, в космических радиотехнических комплексах широко используется принцип совмещения радиосистем. В радиолинии Земля—ИСЗ совмещают канал передачи командной информации управления работой бортовой аппаратуры и движения ИСЗ и прямой измерительный канал, по которому передаются сигналы запроса, позволяющие осуществить траекторные или навигационные измерения. В радиолинии ИСЗ—Земля совмещают информационный канал, по которому ведут передачу телеметрической и научной информации, канал обратной связи, обеспечивающий передачу квитанций о выполнении бортовыми исполнительными устройствами команд управления, и обратный измерительный канал. Для осуществления синхронизации в совмещенных радиосистемах по одному из каналов передают специальные синхронизирующие сигнальные последовательности.

Комплексирование каналов, несущих разнородную информацию возможно только в том случае, если системы модуляции и детектирования используют одну и ту же аппаратуру. Так как передаваемые команды управления воздействуют на целый ряд различных устройств ИСЗ, а передаваемая с борта ИСЗ информация снимается, в свою очередь, с большого числа датчиков, то радиолинии Земля—ИСЗ и ИСЗ—Земля являются многоканальными и, следовательно, при их проектировании необходимо согласовывать различные группы сигналов.

Для передачи на борт спутника управляющих сигналов служит радиосистема передачи командной информации РСПКИ. Эта система осуществляет передачу команд, с помощью которых можно регулировать положение управляющих органов ракеты-носителя и космического аппарата, а также включать, выключать и изменять режимы работы бортовой аппаратуры. Эти команды формируются в координационно-вычислительном центре КВЦ и, как правило, в цифровой форме направляются для передачи на те КИП, которые поддерживают связь с данным КА. В передаваемой командной информации всегда указывается адрес команды, ее содержание и момент, когда команда должна быть выполнена.

Различают внешний и внутренний адрес команд. Внешний адрес характеризует тот или иной спутник, с которым необходимо войти в связь, например с одним из нескольких находящихся одновременно в полете ИСЗ, а внутренний указывает на один или группу агрегатов, блоков, устройств ИСЗ, состояние которых необходимо изменить. Вслед за указанием внутреннего адреса команды передается информация о содержании команды: является ли она функциональной, обеспечивающей операции включения или выключения бортовой аппаратуры, или количественной (плавной). В последнем случае сообщается числовое значение команды. Заметим, что в РСПКИ обычно используют цифровую форму представления команды. Это упрощает согласование входа бортовой ЦВМ (или БПВУ) с выходом РСПКИ, которая через ЛПД связана с КВЦ. Командная информация может передаваться на борт периодически, в определенные моменты (синхронно) или в произвольные моменты (асинхронно). Первый тип передачи позволяет облегчить декодирование команд и повысить достоверность приема, однако он требует организации специальной системы синхронизации.

Поскольку РСПКИ могут обслуживать одновременно несколько космических аппаратов, они должны иметь большое число внешних адресов.

Для сокращения числа внутренних адресов идут на некоторое усложнение бортового программно-временного устройства БПВУ, вводя в него ряд специализированных подпрограмм, обеспечивающих выполнение бортовыми исполнительными устройствами целой группы операций, следующих друг за другом. Например, по команде «Построение опорных координат» в соответствии с заложенной в БПВУ программой включается система ориентации, осуществляется поиск Земли или опорных светил и захват их.

Заметим, что выбор ансамбля сигналов, способа передачи и решение вопроса об использовании синхронного или асинхронного метода приема тесно связаны с выбором метода разделения (уплотнения) каналов. В космических системах с успехом используются временной, частотный и кодовый методы разделения (ВРК, ЧРК и КРК). Особенно широко применяется кодовый метод, позволяющий сочетать высокое качество приема с возможностью организации асинхронного режима работы. Примером сигнала, реализующего этот метод, может служить сигнал КИМ—ЧВК—AM, где используется частотно-временное кодирование ЧВК. При частотном методе разделения каналов в линии (КИМ—AM) удается по-лучить довольно простое бортовое приемное устройство.

Переданная на борт команда может исполняться немедленно или запоминаться в БПВУ и отрабатываться в требуемый момент. Немедленное исполнение команд характерно для управления космическим аппаратом на начальном участке траектории, когда ИСЗ находится в пределах прямой радиовидимости, и при сравнительно небольших задержках поступления команды управления, вызванных конечным временем распространения радиосигнала от КИС до ИСЗ. При большой удаленности ИСЗ от Земли, когда условия распространения радиосигнала на трассе между КИС и ИСЗ в момент передачи команды точно неизвестны, обеспечить выполнение команды в точно установленное время оказывается затруднительным, а иногда просто невозможным из-за неопределенности временной задержки сигнала. При нахождении ИСЗ вне зоны прямой радиовидимости КИС КИП вообще нельзя передать на борт какую-либо команду, поэтому команды, которые должны быть выполнены в строго определенные моменты с высокой точностью, например команды на включение двигателей коррекции, независимо от взаимного расположения КИС и ИСЗ записываются в запоминающем устройстве БЦВМ (или в БПВУ) с указанием момента воспроизведения. Наличие на борту периодически контролируемого эталона времени (бортовых часов) позволяет вводить в программное устройство временную шкалу, совпадающую со шкалой СЕВ, и считывать в заданный момент ту или иную команду.

      Бортовая ЦВМ играет очень большую роль в координации всей работы ИСЗ. С ее помощью не только осуществляется управление бортовой аппаратурой по запомненным командам, но и ведется контроль за движением ИСЗ, т. е. решаются навигационные задачи. Кроме того, БЦВМ обрабатывает и накапливает различную научную информацию, контролирует состояние бортовой аппаратуры и ее калибровку, а также подготавливает  телеметрическую информацию к передаче на Землю. Использование в БЦВМ 32-разрядных двоичных слоев для кодирования данных обеспечивает относительную ошибку ….. , что достаточно для решения навигационных задач.

Вопросы для самостоятельной работы и контроля знаний

 

1.Каков состав наземной автоматизированной системы управления движением ИСЗ?

2.Почему в состав НАСУ входит большое число командно-измерительных систем?

3. Каков состав наземной части командно-измерительной системы?

4. Каков состав бортовой части КИС?

5. Какими методами можно измерить дальность до ИСЗ?

6. Назовите недостатки одночастотного фазового метода измерения дальности?

7. Что такое запросные и беззапросные методы измерения параметров движения ИСЗ?

8. Какие методы применяются при измерении углового положения ИСЗ?

9. Что такое телеметрия, зачем она нужна?

 


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 488; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!