CC BY
0УДК 004
Ковальчук А.С.
Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (г. Москва, Россия)
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОМАНДНОЙ РАДИОЛИНИИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ГЛОНАСС
Аннотация: в работе приведён обзор развития командной радиолинии для космических аппаратов (КА) ГЛОНАСС. Представлена структурная схема командной радиолинии в КА. Рассмотрены проблемы, возникающие при активном использовании радиолинии, и предложены возможные пути их решения.
Ключевые слова: ГЛОНАСС, приёмо-передающее устройство, дешифратор, разовая команда, телеметрическая информация.
Российская глобальная навигационная система связи (ГЛОНАСС) [1], как и американская GPS, наряду с системами мобильной связи, стала неотъемлемой частью человеческой деятельности. Существование этой системы значительно окупается ее широким спектром применения. В ряде случаев использование системы связи ГЛОНАСС жизненно необходимо.
ГЛОНАСС - это целая система, состоящая из 24 КА, которые, в свою очередь, находятся на круговых орбитах высотой 20000 км. В целях удержания каждого КА на орбите, необходимо осуществлять индивидуальное управление ими в течение всего срока активного существования (САС) с помощью сеансов связи между радиотехническими комплексами на Земле и КА, которые называются наземной аппаратурой командно-измерительной системы (НА КИС) и бортовой аппаратурой командно-измерительной системы (БА КИС).
БА КИС и НА КИС связаны между собой радиолиниями (восходящей и нисходящей). Радиолинии работают в С-диапазоне частот (от 3,4 ГГц до 8 ГГц). По восходящей радиолинии, которая также называется запросным каналом, поступают команды управления БА КИС [2]. Команды управления называются разовыми командами (РК). Они нужны для оперативного изменения конфигурации и режимов функционирования БА КИС, а также других систем в случае отказа их составных частей. Также по радиолинии, помимо РК, передаются массивы рабочих и суточных программ, массивы корректировки программного обеспечения (ПО) встроенных вычислительных средств, различная телеметрия и другие виды информации. Вышеперечисленные массивы необходимы для обеспечения функционирования других элементов КА. По ответному (нисходящему) каналу передаются ответные сообщения, которые содержат в себе информацию о том, дошло ли до КА сообщение и корректно ли оно. Такую информацию называют квитанцией. На рисунке 1 представлена типовая структура КИС.
Спутник-ретранслятор
Бортовой комплекс управления
Наземный комплекс управления
Рис. 1. Типовая структура КИС.
Основными параметрами командной радиолинии являются: скорость передачи информации (особенно телеметрической) о состоянии систем КА и БА КИС.
вероятность ошибок при передаче РК и командно-программной информации (КПИ).
Используемое энергопотребление БА.
Существуют несколько видов проблем при использовании командной радиолинии:
В настоящее время один из приоритетных вопросов усовершенствования командной радиолинии КИС - увеличение скорости передачи информации, в частности, телеметрической, о состоянии всех систем КА ГЛОНАСС. Эта задача может быть решена и при сохранении структуры сигнала, которая используются сегодня, однако, это приведёт к росту энергопотребления и возрастанию массы прибора БА.
Возникновение ошибок при передаче информации по прямому радиоканалу. Известны такие системы связи с обратным каналом, в которых реализованы различные методы повышения достоверности данных. При их осуществлении повторно передаются искажённые блоки данных, возможна передача лишь искажённо принятых подблоков, что, казалось бы, позволяет оптимально использовать возможности радиолинии. Однако, стоит отметить, что такой подход неэффективен при плохих погодных условиях, т.к. в таких условиях при передаче информации возникают различные помехи и, в том случае, когда НА отправляет искажённую информацию в плохих условиях, существует риск того, что эта информация так и не дойдёт до БА за допустимое время, что может привести к катастрофическим последствиям, а именно - к падению КА.
Проблема снижения энергопотребления БА связана прежде всего с выбором таких структур сигналов в радиолинии «БА КИС - НА КИС», при которых требуемая вероятность посимвольных ошибок не выше определённой величины, порядка 10-5, достигается при наименьшем соотношении сигнал/шум.
Рассмотрев вышеперечисленные проблемы, прослеживаются следующие тенденции по улучшению командной радиолинии. Для решения первой проблемы, как уже было сказано выше, предлагается усложнить КА ГЛОНАСС, но такой подход чреват увеличением энергопотребления и
возрастанию массы КА, следовательно, увеличатся и расходы на изготовление БА. Гораздо более эффективным способом, на мой взгляд, является изменение структуры сигнала так, чтобы НА оценивала помеховую обстановку окружающей среды и, в зависимости от помеховой обстановки и от длины передаваемого массива информации, изменяла скорость передачи данных. Вышеперечисленный способ выглядит более оптимальным за счёт подбора такой структуры сигнала, при которой архитектура БА существенно не изменится, а значит, энергопотребление и масса устройства останутся теми же.
Вследствие рассмотрения второй проблемы стоит отметить, что с каждым днём возрастают требования к достоверности единичного символа при передаче информации. В целях повышения достоверности передаваемых данных и исключения влияния на них помех, возникающих при изменении погодных условий или ориентации КА, рассматривается создание алгоритма оценки параметров принимаемого сигнала относительно помеховой обстановки. В перспективе, предполагается создание такого метода передачи информации, при котором, в зависимости от длины массива и погодных условий, будет варьироваться скорость передачи данных.
Вследствие рассмотрения третьей проблемы, предлагается переход на новую структуру сигналов, повышающих энергетический потенциал радиолинии «БА КИС - НА КИС» и позволяющих снизить мощность бортового передатчика. Недостатком такого подхода является существенное изменение наземной аппаратуры КИС, что так же приведёт к существенным денежным затратам.
Таким образом, в ближайшей перспективе рассматривается создание алгоритма оценки параметров принимаемого сигнала относительно помеховой обстановки, а также выработка методики адаптивного изменения сигнально-кодовой конструкции в зависимости от помеховой обстановки окружающего пространства. При использовании алгоритма НА будет способен самостоятельно оценивать помеховую обстановку в радиоканале и вести работу в следующих режимах:
Режим, при котором НА будет считать помеховую обстановку командной радиолинии (соотношение сигнал/шум выше нормы) благоприятной. В таком случае, вне зависимости от размера передаваемого массива, он будет передаваться с высокой скоростью, с высокой достоверностью. В таком случае коды с автокоррекцией использоваться не будет.
Режим, при котором НА будет считать помеховую обстановку (соотношение сигнал/шум ниже нормы) неблагоприятной. В таком случае НА будет оценивать массив передаваемых данных и в случае, когда массив небольшой, будет передавать его с высокой скоростью с применением кодов автокоррекции. В случае передачи большого массива данных, НА перед отправкой уменьшит скорость.
Описанный выше метод, на мой взгляд, сможет решить проблемы со скоростью передачи, а также позволит эффективно использовать аппаратные ресурсы (в том числе существует высокая вероятность снижения энергопотребления БА при вышеупомянутом подходе) и достоверно передавать необходимый массив информации в рамках одного сеанса связи, а также обеспечит достоверную передачи телеметрической и прочей информации с первого раза, что позволит значительно сэкономить время. Эти преимущества существенно снизят риск падения КА с орбиты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2010. 800 с (дата обращения 19.05.2024);
2. Бортовая аппаратура командно-измерительной системы для космических аппаратов ГЛОНАСС: результаты эксплуатации и перспективы развития / Н.Н. Булгаков, В.Г. Глыбин, А.А. Кривошеин, А.С. Семочкин, журнал «Ракетно-
космическое приборостроение и информационные системы», 2014, том 1, выпуск 2, с.65 - 73. (дата обращения 19.05.2024);
3. Методы управляемого разнесённого приёма данных телеизмерений/ Воронцов В.Л., журнал «Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы», 2019, том 6, выпуск 4, с. 66 - 74 (дата обращения 19.05.2024)
Kovalchuk A.S.
Moscow State Technological University «STANKIN» (Moscow, Russia)
PROBLEMS OF USING AND PROSPECTS FOR DEVELOPMENT OF COMMAND RADIO LINE FOR GLONASS SPACECRAFT
Abstract: paper provides an overview of the development of the command radio line for GLONASS spacecraft. A block diagram of the command radio line in the spacecraft is presented. The problems arising from the active use of the radio line are considered and possible solutions are proposed.
Keywords: GLONASS, receiving transmitting device, decoder, one-time command, telemetry information.
