Повышение эффективности передачи данных при спутниковом мониторинге воздушных судов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

го конструктора многофункциональной космической системы персональной спутниковой связи и передачи данных, президента ОАО «Спутниковая система "Гонец"» А. И. Галькевич. Тамбов : Изд-во Юнис, 2011. 169 с.

5. Дятлов А. П. Системы спутниковой связи с подвижными объектами : учеб. пособие. Таганрог : ТРТУ, 2004. 95 с.

References

1. Son'kin M. A., Yampol'skiy V. Z. Navigatsionno-telekommunikatsionnye sistemy monitoringa podvizhnykh ob"ektov, mobil'nykh grupp i tsentrov upravleniya // Sredstva i sistemy obrabotki i analiza dannykh [Elektronnyy resurs]. URL: http://problem-info.sscc.ru/2011-2/1.pdf (accessed: 15.02.11).

2. Katsura A. V., Akzigitov A. R., Andronov A. S., Strokov D. E., Akzigitov R. A. Razrabotka bortovogo

ustroystva sputnikovogo monitoringa vozdushnykh sudov // Vestnik SibGAU. 2016. № 1(17). P. 125-130.

3. Kuzovnikov A. V.,Testoedov N. A., Agureev V. A. Problems of development of low-orbit multifunctional personal satellite communication system «GONETS-D1M» // Vestnik SibGAU. 2013. № 6(52). P. 158-163.

4. Logachev I. S., Potyupkin A. Yu. Nizkoorbital'naya kosmicheskaya sistema personal'noy sputnikovoy svyazi i peredachi dannykh / pod red. General'nogo konstruktora mnogofunktsional'noy kosmicheskoy sistemy personal'noy sputnikovoy svyazi i peredachi dannykh, prezidenta OAO «Sputnikovaya sistema «Gonets» A. I. Gal'kevich. Tambov: Izdatel'stvo Yunis, 2011. 169 p.

5. Dyatlov A. P. Sistemy sputnikovoy svyazi s podvizhnymi ob"ektami: uchebnoe posobie. Taganrog : TRTU, 2004. 95 p.

© MaHHameBa C. O., 2016

УДК 621.396.931; 621 396 932.1

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПРИ СПУТНИКОВОМ МОНИТОРИНГЕ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

С. О. Майнашева, Э. В. Горбунов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

*E-mail: pnk-sibsau@mail.ru

Спутниковые системы - один из наиболее распространенных методов отслеживания различных объектов по всему миру. Атмосфера нашей планеты неоднородна, и каждый ее слой имеет ряд характеристик, которые затрудняют передачу данных, а в случае недостаточной мощности передачи попросту делает невозможной.

Ключевые слова: Iridium, мониторинг, ионосфера, GEMTEC, погрешность.

INCREASING EFFICIENCY OF DATA TRANSMISSON DURING SATELLITE

MONITORING OF AIRCRAFT

S. O. Maynasheva, E. V. Gorbunov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: pnk-sibsau@mail.ru

Satellite systems are one of the most widespread methods of tracking various objects worldwide. The atmosphere of our planet is non-uniform and every layer has characteristics which complicate data transmission, and in case of the insufficient transfer power this makes the process impossible.

Keywords: Iridium, monitoring, ionosphere, GEMTEC, error.

Среди современных систем связи нашли свое место спутниковые системы. В этих системах спутник используется в качестве ретранслятора [1]. Данные системы разделяются на несколько типов в зависимости от аппаратуры и высоты орбиты. В зависимости от исполнения созвездия и действующей аппаратуры система может выполняться с мгновенной ретрансляцией или с задержкой при наличии модуля памяти. Однако общей для этих систем является передача дан-

ных посредством информационных пакетов. На данный момент существует ряд систем, использующих низкоорбитальные спутники, наиболее распространенными являются системы Iridium, Globalstar и «Гонец». Различием данных систем является количество используемых спутников и реализация структуры созвездий. Наибольший интерес представляет система Iridium, так как ее покрытие составляет почти 100 %, что наиболее предпочтительно в целях авиационного

<Тешетневс^ие чтения. 2016

мониторинга. Мониторинг подвижных объектов является одним из основных направлений в поисково-спасательной деятельности, быстрое нахождение места крушения воздушных судов ВС позволяет не только спасти чью-то жизнь, но и значительно сэкономить бюджет. Однако с использованием любой спутниковой системы связан ряд сложностей, в частности, обеспечение достоверности передачи данных. Основные факторы, влияющие на достоверность, относятся к естественным и техническим. Под естественными факторами понимается воздействие атмосферы и природных факторов. Под техническими факторами -нарушение работы аппаратуры, неверная раскодиров-ка. Возникает необходимость в устранении погрешностей, ошибок и создании сбалансированной линии передачи «борт ВС - Iridium - земля» с достаточным запасом силового потенциала линии.

Ионосферные эффекты обусловлены наличием в атмосфере заряженных частиц, ионов. Эти частицы вызывают задержку сигнала [2]. Причем степень задержки меняется в зависимости от солнечной активности и местоположения, а плотность ионов в атмосфере неравномерна, что делает невозможным точный расчет воздействия [2]. В случае с системой Iridium, диапазон частот которой находится в L-диапазоне, ионосферные эффекты оказывают значительное влияние на определение позиции спутника [3].

Так как средство мониторинга, представленное в работе [4], состоит из GPS-модуля и системы передачи данных Iridium, необходимо рассмотреть методы повышения эффективности каждого блока системы.

За получение информации о местоположении объекта отвечает модуль. Одним из таких решений является использование модели GEMTEC [5]. В основЕ метода лежит использование метода естественных ортогональных функций, которыЕ в качестве исходных данных используЮт распределение коэффициента потери электронных данных в атмосфере [5]. Этот метод предполагает рассмотрение переменных факторов и их полный учет в работе навигационной системы. Информация по переменным передается вместе с сообщением, а корректировка происходит по соответствующему алгоритму минимум раз в 6 дней. Рассмотрим основные уравнения данного метода. Пусть N - набор измерений величины f(n,x), зависящий от совокупности факторов. В каждом наборе переменная x принимает некоторое значение, а остальные факторы принимаются за константу. Разложение же для каждого набора принимает вид [5]

fn (x) = jTbnyt (x), i=1

где yi(x) - естественные ортогональные функции, одинаковые для всех наборов данных; bin- коэффициенты разложения, характеризующие набор данных с номером n и не зависящие от x . Коэффициенты bin несут в себе информацию о всех факторах, кроме фактора x. Сама же система ортогональных функций может быть найдена через матрицы из условия Ayi = Aiyi, где yi - ортогональные функции, а А - матрица размером £о*£о [5]:

! = К> } =

X f\fi

n=1

Е,„ ГП

Jk0 f 2

n=1

X fin fi

n=1

Е,„ ГП

Jk0 J 2

n=1

E,„ ГП

J1 Jk0

n =1

Ern rn

J ko Jk0

n =1

С учетом эксплуатации приемопередающей аппаратуры в условиях баланса радиолинии, средние отклонения данных о положении объекта будут иметь погрешность ±50 м. При использовании методов по смягчению ошибок погрешности в данных о реальном положении искусственного спутника Земли будут иметь меньшие значения. Достоверность данных будет выше в связи с минимальными потерями в информационных пакетах и уменьшением времени задержки на лини связи «спутник - ВС». Так, с учетом использования метода GEMTEC отклонения будут принимать значение ±5м. Используя данную рабочую модель, можно минимизировать потери и задержки с учетом использования дополнительных алгоритмов дифференцирования для использования модели в режиме реального времени.

Библиографические ссылки

1. Аболиц А. И. Системы спутниковой связи. Основы структурно-параметрической теории и эффективность. М. : ИТИС, 2004. 426 с.

2. IRIDIUM. Услуги передачи данных компании Iridium. Белая книга. Версия 1.1.2 [Электронный ресурс]. URL: http://iridium.steccom.ru/wp-content/ uploads/2012/09/Iridium-Data-Services-White-Paper-11.1.2_RU.pdf (дата обращения 15.04.2016).

3. Лазарев А. И., Нечаев Е. Е. Состояние и развитие спутниковых систем связи и навигации // Научный вестник Моск. гос. технич. ун-та гражданской авиации. 2010. № 159. С. 32-43.

4. Кацура А. В., Акзигиов А. Р., Андронов А. С., Строков Д. Е. и др. Разработка бортового устройства спутникового мониторинга воздушных судов // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17, № 1. С. 125-130.

5. Ivanov V. В., Gorbacev O. A., Gefan G. D. The GEMTEC Model: Assessment of Quality of Ionospheric Correction in Satellite Radio Navigation Systems // Consumer Electronics Times. 2012. Vol. 1, № 3. P. 43-46.

References

1. Abolits A. I. Sistemy sputnikovoy svyazi. Osnovy strukturno-parametricheskoy teorii i effektivnost'. M.: ITIS, 2004. 426 р.

2. IRIDIUM. Uslugi peredachi dannykh kompanii Iridium. Belaya kniga. Versiya 1.1.2 [Elektronnyy resurs]. URL: http://iridium.steccom.ru/wp-content/uploads/ 2012/09/Iridium-Data-Services-White-Paper-11.1.2_RU.pdf (data obrashcheniya 15.04.2016).

3. Lazarev A. I., Nechaev E. E. Sostoyanie i razvitie sputnikovykh sistem svyazi i navigatsii // Nauchnyy vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta grazhdanskoy aviatsii. 2010. № 159. Р. 32-43.

4. Katsura A. V., Akzigiov A. R., Andronov A. S., Strokov D. E. et al. Razrabotka bortovogo ustroystva

sputnikovogo monitoringa vozdushnykh sudov // Vestnik SibGAU. 2016. Vol. 17. № 1. Р. 125-130.

5. Ivanov V. B., Gorbacev O. A., Gefan G. D. The GEMTEC Model: Assessment of Quality of Ionospheric

Correction in Satellite Radio Navigation Systems // Consumer Electronics Times. 2012. Vol. 1, № 3. P. 43-46.

© Майнашева С. О., Горбунов Э. В., 2016

УДК 656.7

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ

В АВИАСТРОЕНИИ

Г. С. Медведева, В. А. Иванов, А. Е. Спицын

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: pnk-sibsau@mail.ru

Авторы рассматривают различные композитные материалы, нашедшие применение в авиации, анализируют достоинства и недостатки данных материалов.

Ключевые слова: композитные материалы, углепластик, боропластик, органопластик, стеклопластик.

ANALYSING THE CHARACTERISTICS OF COMPOSITE MATERIALS USED IN AIRCRAFT CONSTRUCTION

G. S. Medvedeva, V. A. Ivanov, A. E. Spicyn

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: pnk-sibsau@mail.ru

The authors examine various composite materials that have found application in aviation. The advantages and disadvantages of these materials are analyzed.

Keywords: composite materials, carbon fiber, boroplastics, organic plastics, fiberglass.

В настоящее время авиастроительные компании активно используют композитные материалы. Данная технология позволяет снизить общую массу конструкции и существенно сократить расходы при эксплуатации [1].

Композиционные материалы (композиты) - многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого отличаются от свойств каждого из его составляющих.

Использование композитных материалов позволяет снизить вес планера летательного аппарата

на 30-40 % по сравнению с весом планера из традиционных металлических материалов [2].

Рассмотрим данные композитные материалы более подробно.

Углепластики - композитные материалы, наполнителем в которых служат углеродные волокна. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Основным преимуществом углепластиков является их низкая плотность при высоком модуле упругости. Углепластики - очень легкие и в то же время прочные материалы. Все углепластики хорошо проводят электричество, что несколько ограничивает области их применения.

Сравнительные свойства различных конструкционных материалов

Материал Плотность, р, кг/м3 Прочность, ов, МПа Модуль упругости, Е, ГПа

Углепластик 1 500 1 200 170

Боропластик 2 000 1 200 270

Органопластик 1 300 2 000 95

Стеклопластик 2 000 2 000 70

Алюминиевые сплавы 2 700 600 70

Титановые сплавы 4 500 1 100 110

Стали 7 800 2 100 200