Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: РТКС
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Оценка системных показателей качества спутниковой связи и надёжности управления с использованием экспериментального РТКС
Цель эксперимента:

Оценка системных показателей качества спутниковой связи и надёжности управления с использованием экспериментального РТКС

Описание эксперимента:

Одним из главных требований к РТКС КА являются высокие значения их оперативности и глобальности – системных показателей качества, отражающих досягаемость КА и разгонных блоков для передачи РК и приёма ТМИ и ЦИ.

Используемая в настоящее время схема управления низкоорбитальными КА, проходящими через зоны радиовидимости отдельных командно-измерительных комплексов, характеризуется чрезвычайно низкими показателями. Так, сохранившиеся после развала Советского Союза 6 комплексов обеспечивают глобальность управления не более 0,8…3,5% в зависимости от типа орбиты, что не позволяет вести постоянный информационный обмен с КА и разгонными блоками вне зависимости от их текущего орбитального положения. Результатом этого является невозможность постоянного контроля параметров орбиты на участке выведения, а также приёма ТМИ и своевременной выдачи РК на этапе орбитального полета.

Можно ожидать, что новый РТКС позволит на порядки повысить показатели оперативности по сравнению с существующей схемой, в которой передача управляющих воздействий и приём телеметрии производится при прохождении КА зоны радиовидимости стационарного земного пункта. Суть нового подхода заключается в том, что для передачи информации с высоким быстродействием и помехозащищённостью используют фазоманипулированный сигнал. Этот вид сигнала является единственным, который наряду с помехозащищённостью по сравнению амплитудной модуляцией обеспечивает быструю подстройку за счёт исключения гармоник от информационного сигнала при использовании двойного значения несущей частоты.

Существует отечественный задел, позволяющий в короткие сроки создать радиотехнический комплекс связи нового поколения на базе новых технологий с использованием стандартных сервисов и серийного оборудования через ПК. Создание подобного РТКС потребует разумных финансовых и временных затрат – при том, что показатели его глобальности будут находиться в пределах 57...100% в зависимости от типа орбиты группировки КА.

Для проверки корректности технических решений, заложенных в РТКС, а также для оценки системных показателей РТКС в целом необходимо провести КЭ на РС МКС.

Перечень необходимых работ при подготовке и проведении КЭ включает:

-размещение РТКС на внешней поверхности РС МКС;

-исследование системных показателей качества (чувствительности, быстродействия, надёжности связи в условиях изменения Доплеровских частот и с изменением несущей частоты) однопунктного управления низкоорбитальным КА;

-оценка параметров по скорости поиска по Доплеровской частоте, скорости передачи информации, достоверности переданной и принятой информации, оценка дальности действия радиосвязи при использовании экспериментального РТКС с применением комплексного метода подстройки по Доплеровской частоте;

-разработку и отладку специального программного обеспечения;

-создание РТКС, доставку его на МКС, размещение на внешней поверхности РС МКС и включение;

-набор статистики сеансов управления КА и приёма целевой информации с его борта при различной интенсивности трафика.

Выполнение всех работ в рамках КЭ, кроме установки и демонтажа производится без участия экипажа МКС.

Ожидаемые результаты КЭ – оценки корректности принятых технических решений при создании РТКС и системные показатели качества (оперативность, надёжность, дальность, устойчивость связи и работа с различными форматами передачи данных) – будут востребованы при разработке серийных образцов РТКС и при обосновании перспектив внедрения РТКС нового типа на предприятиях российской космической отрасли.

В качестве перспектив практического использования результатов КЭ в социально-экономической сфере следует отметить возможность использования нового типа РТКС для управления группировками микроспутников, а также для приёма телеметрической и навигационной информации с разгонных блоков и последних ступеней ракет-носителей.

Новизна эксперимента:

Идея использования для подстройки по доплеровской частоте при фазоманипулированном сигнале двойного значения частоты не нова, однако считалось, что схема Костоса предпочтительней схемы с удвоением частоты ввиду её меньшей чувствительности к сдвигам центральной частоты и способности работать в более широкой полосе частот. Кроме того, трудность её реализации связана с требованием использования последних высокоскоростных АЦП и ПЛИС с высокой тактовой частотой как минимум в 2 раза выше, чем в схеме Костоса. Поэтому существующие разработки по подстройке по доплеровской частоте основывались на схеме Костоса и это оправдывалось благодаря низким и медленным изменениям доплеровской частоты. Понятно, что изначальное упрощение приводящее к проникновению выбросов при смене фазы в канал ФАПЧ никак не могло дать лучшие характеристики, так как удаление фазовой манипуляции было возможно только на двойной частоте. Комплексный метод, реализованный нами, позволил решить недостатки от использования метода удвоения частоты и метода Костоса с существенным расширением диапазона доплеровских частот, скорости первоначальной подстройки и скорости изменения доплеровской частоты в сочетании с высокой скоростью передачи информации. В 2013 году, создав действующий макет специалисты АНО «НТИЦ «ТЕХКОМ» подтвердили эффективность выбранного решения по сравнению с аналогами и прототипами. Указанного устройства обработки нет сейчас и за рубежом. В дальнейшем предполагается создавать и алгоритмы работы ПЛИС совместимые по сигналам с известными сигналами компаний «Inmarsat», «Broad Reach Engineering» (USA) и «COM DEV Europe» (UK), но с более высокими показателями.

Научная аппаратура:

Разрабатываемый РТКС представляет собой плату с ПЛИС к которой подключается плата приёмника с выходом к промежуточной частоте порядка 10 МГц, это обеспечивает обработку информационных сигналов порядка 1-2 Мбит/сек. Меры адаптации включают использование радиационно-стойкой элементной базы и доработку алгоритмов функционирования управляющего процессора модема в части компенсации доплеровских сдвигов частот и быстрой подстройки по частоте Доплера. В этом нет ничего неосуществимого на производственной базе постановщика КЭ, тем более что макет основной платы ПЛИС уже функционирует. Дополнительные возможности для создания требуемого оборудования обеспечивает наличие заделов по научно-исследовательским работам «Линия» и «Надежда» и закрепляемому на МКС микроспутнику «Попутчик».

Ожидаемые результаты:

- подтверждение преимущества комплексного метода подстройки по доплеровской частоте в сравнении с методом Костоса и удвоения частоты для фазоманипулированного сигнала в реальных условиях;

- отработка технических решений для создания РТКС КА на базе ПЛИС с ФАПЧ; - системные показатели качества (диапазон и скорость изменения доплеровской частоты, время подстройки, скорость передачи, вероятность битовой ошибки) РТКС как глобального однопунктного комплекса управления низкоорбитальными КА.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2014-15
Состояние эксперимента: Выведен
Организация постановщик: Автономная некоммерческая организация «Научно-технический инновационный центр «ТЕХКОМ»
Организации участники: АНО «НТИЦ «ТЕХКОМ», ООО «ТЕХКОМ-электроник», ОАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королева», ФГБУ «НИИ «ЦПК имени Ю.А. Гагарина»
Научный руководитель: Бойкачев В. Н., АНО «НТИЦ «ТЕХКОМ», директор, к.т.н., с.н.с.
Публикации по эксперименту:

1. Ветринский Ю.А. Концепция управления микроспутниками оперативного мониторинга на базе сети «Inmarsat-BGAN» // Полёт. 2011. №. 9.

2. Ветринский Ю.А., Кислицкий М.И. Управление малыми космическими аппаратами и прием целевой информации на базе сети INMARSAT-BGAN. Материалы междунар. конф. «Человек-Земля-Космос», посвященной 50-летию со дня полёта в космос Ю.А. Гагарина. – Калуга: ООО «Ваш дом», 2011.

3. Ветринский Ю.А., Фридлянд Ю.М. Проект научно-образовательного микроспутника «Попутчик» // Высокие интеллектуальные технологии и инновации в образовании и науке: XVIII Междунар. науч.-метод. конф. 17-18 февраля 2011 года, Санкт-Петербург. Т. 1. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011.

4. Ветринский Ю.А., Гавриленко Б.А. Моделирование процесса хендовера в зонах обслуживания системы «Inmarsat-BGAN» // XLI Неделя науки СПбГПУ: материалы научно-практической конференции. Ч. IX. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012.

5. Ветринский Ю.А., Арефьев Д.В. Программа управления лучом антенной решётки космического аппарата при сопровождении геостационарных спутников командно-ретрансляционной системы / Свидетельство о государственной регистрации № 2013611529 от 23.01.2013 г.

6. Ветринский Ю.А., Арефьев Д.В. Программа компенсации доплеровских сдвигов частот в терминале «Inmarsat-BGAN» при использовании его в качестве бортовой радиосистемы космического аппарата / Свидетельство о государственной регистрации № 2013611530 от 23.01.2013 г.

 

Последнее обновление: 17.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения