CC BY
23<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 629.783
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВИЗУАЛЬНОГО НАБЛЮДЕНИЯ
А. С. Тимофеев1, А. С. Шаранок1*, В. А. Афонина2
'ООО «Научно производственный центр «Малые космические аппараты» Российская Федерация, 662971, г. Железногорск Красноярского края, ул. Школьная, 33 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: *sharanok@mail.ru
Необходимость визуального контроля состояния космического аппарата, а также отсутствие подобных систем на российском рынке космической техники стали причинами разработки системы визуального наблюдения, способной выполнить поставленную задачу.
Ключевые слова: SpaceWire, визуальное наблюдение, фотокамера, инфракрасная камера, LVDS.
DEVELOPING VISUAL OBSERVATION SYSTEM
A. S. Timofeev1, A. S. Sharanok1*, V. A. Afonina2
'Research and Production Center Small Satellites Limited Liability Company 33, Shkol'naya Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662971, Russian Federation 2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: *sharanok@mail.ru
Necessity of visual inspection of the spacecraft state and the lack of such systems in the Russian market of space technology have become reasons for the development of a visual observation system, which is able to complete the task.
Keywords: SpaceWire, visual observation, photo camera, infrared camera, LVDS.
На первом этапе летных испытаний космических аппаратов различного класса важнейшей задачей является оперативный контроль состояния космического аппарата, в том числе и контроль за трансформируемыми конструкциями. В настоящий момент на российском рынке космической техники отсутствует аппаратура, способная выполнить указанную задачу.
Задача по мониторингу трансформируемых систем была поставлена в рамках создания космического аппарата «Енисей-А1». Кроме того, в рамках создания системы визуального наблюдения заказчиком (АО «ИСС») было предложено реализовать дополнительный функционал, включающий в себя не только мониторинг трансформируемых систем, но и мониторинг температурного фона поверхности космического аппарата и его отдельных частей посредством фотографирования поверхности космического аппарата в инфракрасном диапазоне.
Анализ поставленной задачи привел к тому, что для построения системы визуального наблюдения была выбрана модульная структура, которая включила в себя: центральный моноблок (ЦМБ) и блоки регистрации данных (БРД). Структурно-функциональная схема системы визуального наблюдения приведена на рисунке.
Выбранная схема позволяет выполнять мониторинг поверхности космического аппарата и трансформируемых систем в различных точках космического аппарата, при этом со стороны приборов космического аппарата всё информационно-логическое взаимодействие строится через ЦМБ СВН как с еди-
ным прибором. Такой подход позволяет избавиться от большого числа абонентов, подключаемых к информационно-логической сети КА.
Распределение задач по модулям СВН.
Задачи БРД:
- обеспечение фотографирования в визуальном диапазоне с заданными параметрами;
- обеспечение фотографирования в инфракрасном диапазоне с заданными параметрами;
- хранение и передача снимков в ЦМБ.
Исходя из поставленных задач, в состав БРД вошли:
модуль формирования изображений (МФИ), включающий в свой состав камеры видимого и инфракрасного диапазонов;
универсальная поворотная платформа (УПП), которая совместно с камерами МФИ призвана обеспечить требования по углам обзора.
Задачи ЦМБ:
- управление питанием БРД;
- сбор данных с БРД;
- сжатие и передача данных внешнему потребителю;
- хранение снимков в сжатом формате.
Исходя из поставленных задач, в состав ЦМБ вошли:
Flash NAND - устройство хранения данных;
устройство управления (УУ), включающее в себя центральный процессор, ОЗУ, внутренний коммутатор SpaceWire [1];
модуль управления питанием (МУП);
контроллер SpaceWire, обеспечивающий связь с внешними абонентами.
Космическое и специальное электронное приборостроение
Структурно-функциональная схема системы визуального наблюдения (СВН)
Учитывая объем передаваемой информации между модулями СВН, а также количество возможных абонентов (до 16), в качестве внутреннего интерфейса был выбран интерфейс SpaceWire с транспортным протоколом RMAP [2-3].
В качестве внешнего интерфейса, в соответствии с требованиями заказчика, был также выбран SpaceWire с транспортным протоколом RMAP, но при необходимости он может быть заменен на любой другой.
Одной из проблем, с которой столкнулись при разработке СВН, был большой объем информации, необходимый для передачи на Землю по каналу управления космическим аппаратом. Информативность современных каналов управления космическими аппаратами составляет 8 000 бит/с (для некоторых КА 32 000 бит/с). С учетом современных возможностей каналов управления изображение размером 96 Кбайт будет передаваться приблизительно за 330 кадров телеметрии, или за 165 секунд (при информативности 8 000 бит/с). Однако средства канала управления КА не могут в настоящий момент обеспечить непрерывный прием (без пропуска принимаемых кадров телеметрии) такого количества информации, как следствие - восстановление изображения наземными средствами становится затруднительным.
Для преодоления этой проблемы было предложено два варианта решения:
интегрировать передаваемую информацию в высокоскоростные каналы полезной нагрузки космического аппарата;
уменьшить объем передаваемой информации. Первый вариант имеет множество трудностей организационного характера, связанных с передачей информации от пользователя КА (эксплуатирующей организации) к организации, обеспечивающей оперативный контроль за космическим аппаратом (в данном случае АО «ИСС»), а также с размещением информации от системы визуального наблюдения внутри пакетов информации полезной нагрузки.
Исходя из вышеизложенного был выбран второй вариант решения проблемы, для чего разработаны алгоритмы сжатия информации и ее передачи на наземные средства управления космическими аппаратами порционно [4-5].
Стоит отметить, что в настоящий момент успешно проведены лабораторно-отладочные испытания системы визуального наблюдения. Разработка продолжается.
Краткие характеристики СВН. Масса и габариты:
ЦМБ - 6 кг;
БРД (1 комплект) - 4 кг;
ЦМБ (ДхШхВ) - 200x200x300 мм;
БРД (ДхШхВ) - 200x200x300 мм.
Технические характеристики. Количество ТМ датчиков - 4, а именно:
- 2 аппаратных параметра (0-6В): включение 1-го комплекта, включение 2-го комплекта;
- 2 температурных параметра: температура 1-го комплекта, температура 2-го комплекта.
Количество команд управления - 3, с характеристиками:
- амплитуда от 22 до 31 В;
- длительность от 40 до 150 мс;
- суммарный ток утечки ключей формирования команд в закрытом состоянии не более ±200 мкА.
Интерфейсы информационного обмена - в качестве внутреннего интерфейса обмена (между ЦМБ и БРД) выбран интерфейс SpaceWire. В качестве внешнего интерфейса обмена выбран интерфейс SpaceWire с поддержкой протокола обмена RMAP, поддержка других протоколов обмена может быть реализована путем доработки прошивки ЦМБ СВН.
Характеристики камеры. Горизонтальный угол обзора с учетом возможностей унифицированной поворотной платформы: ±180.
Вертикальный угол обзора с учетом возможностей унифицированной поворотной платформы: ±155.
Камера визуального диапазона:
- разрешающая способность камеры 1 032x779 пикселей;
- матрица размером 1/3 дюйма;
- цветность: черно-белая в градациях серого (8, 10, 12 бит);
- скорость: 40 кадров в секунду;
- объектив: опционально;
- размер кадра: 640x480 - 48 Кбайт, 1 024x768 -96 Кбайт.
Камера инфракрасного диапазона:
- термочувствительность: 0,6 С;
Решетневс^ие чтения. 2016
размер матрицы ИК-детектора: 160x120 точек; температурный диапазон: -40.. .+100 С; максимальное расстояние до объекта измерения:
5 м.
Библиографические ссылки
1. ESA Standard ECSS-E-50-12C SpaceWire - Links, nodes, routers and networks. European cooperation for space standardization // ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2008. 129 p.
2. ESA Standard ECSS-E-ST-50-52C SpaceWire -Remote memory access protocol. European cooperation for space standardization // ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2010. 109 p.
3. Разработка транспортного протокола СТП-ИСС для бортовых сетей SpaceWire / Ю. Е. Шейнин, В. Л. Оленев, И. Я. Лавровская и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 6 (2). С. 632-639.
4. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео / Д. Ватолин, А. Ратушняк, М. Смирнов и др. М. : Диалог-МИФИ, 2002. 384 с.
5. Миано Дж. Форматы и алгоритмы сжатия изображений в действии. М. : Триумф, 2003. 336 с.
References
1. ESA Standard ECSS-E-50-12C SpaceWire - Links, nodes, routers and networks. European cooperation for space standardization. ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2008. 129 p.
2. ESA Standard ECSS-E-ST-50-52C SpaceWire -Remote memory access protocol. European cooperation for space standardization. ESA Publications Division ESTEC. The Netherlands, Noordwijk, 2010. 109 p.
3. Sheynin Yu. E., Olenev V. L., Lavrovskaya I. Ya., Korobkov I. L., Kochura S. G., Open'ko S. I., Dymov D. V. [Development of the STP-ISS transport protocol for the onboard SpaceWire networks] // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2014. Vol. 16, № 6. P. 632-639. (in Russ.)
4. Vatolin D., Ratushnyak A., Smirnov M., Yukin V. [Data compression methods. Archiver design, image and video compression]. Moscow : Dialog-MIFI, 2002. 384 p. (In Russ.)
5. Miano J. Formaty i algoritmy szhatiya izobrazheniy v deystvii [Compressed image file formats: JPEG, PNG, GIF, XMB, BMP]. Moscow : Triumf, 2003. 336 p. (In Russ.)
© Тимофеев А. С., Шаранок А. С., Афонина В. А., 2016
УДК 681.3:629.7
ВНУТРИКРИСТАЛЬНОЕ ИНЪЕКТИРОВАНИЕ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
В. X. Ханов*, С. А. Чекмарёв, Е. С. Лепешкина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: *khvkh@mail.ru
Рассмотрен вопрос тестирования сбоеустойчивости микропроцессоров к ионизирующему излучению космического пространства. Обосновывается актуальность инъектирования сбоев в реальном времени. Для этой цели для микропроцессоров типа «система на кристалле» предлагается внутрикристальное инъектирование.
Ключевые слова: сбоеустойчивость, инъектирование сбоев, реальное время.
REAL TIME ON-CHIP INJECTION V. Kh. Khanov*, S. A. Chekmarev, E. S. Lepeshkina
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: * khvkh@mail.ru
This paper describes the problem of microprocessor radiation fault tolerance testing. It demonstrates the need of real time fault injection. With this view for SoC-microprocessors the paper proposes on-chip injection.
Keywords: fault tolerance, fault injection, real time.
Инъектирование сбоев - это способ оценки сбое-устойчивости системы путем преднамеренного введения (инъектирования) сбоев в нее. Обеспечение сбое-устойчивости является важной проблемой повышения надежности электронной компонентной базы, исполь-
зующейся в космосе. Существующие методы инъекции сбоев можно классифицировать по скорости инъектирования как быстрые и медленные. В работах [1; 2] вводится понятие инъектирования в реальном времени.
