Проблемы создания имитаторов сигналов для космических угломерных радионавигационных приемников

Красненко С.С.; Пичкалев А.В.; Гребенников А.В.

ле 10,6-10,9 V (са. 8,84 % емкости) не превышают 19,3 %, на интервале 11-11,5 V (са. 29,5 % емкости) не превышают 34 % и на интервале 11,6-12,6 V (са. 53,36 % емкости) не превышают 9,9 %.

2. Кедринский И. А., Яковлев В. Г. Li-ионные аккумуляторы. Красноярск : Платина, 2002. 268 с.

3. Herb F. PhD: Alterungsmechanismen in LithiumIonen-Batterien und PEM- Brennstoffzellen und deren Einfluss auf die Eigenschaften von daraus bestehenden Hybrid-Systemen, Ulm : Universität Ulm, 2010. 185 s.

4. Львов А. Л. Литиевые химические источники тока // Соровский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 3. С. 45-51.

5. Lithium-Ionen-Akkumulator // Википедия. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator (дата обращения: 16.07.2014).

6. Хоффард Ф. Правильная эксплуатация литий-ионного аккумулятора повышает срок его службы. URL: http://powerelectronics.com/portable_power_mana-gement/battery_charger_ics/804PET22li-ion-battery-life. pdf (дата обращения: 14.07.2014).

Рис. 3. Зависимость уровня заряда батареи от напряжения: 1 - экспериментальные данные; 2 - аппроксимация полином второй степени; 3 - полином третьей степени

Заключение. Предлагаемая методика позволяет компенсировать, сводить к минимуму разбаланс напряжений блоков аккумуляторной батареи в процессе выполнения зарядно-разрядных циклов без выравнивания напряжений между блоками. Представлены рекомендации по отбору ХИТ в процессе формирования блоков батареи. Произведена наработка статистических данных по определённому типу ХИТ, позволяющая исследовать вопросы старения элементов. Получены аналитические зависимости уровня заряда батареи от напряжения. Подготовлена база для разработки проблемно-ориентированной системы управления: системы контроля и управления батареей.

Библиографические ссылки

1. Suding M. PhD: Entwicklung von Separatoren für Lithium-Ionen Batterien aus Zwillingscopolymerisaten, Düsseldorf: Heinrich Heine Universität, 2012. 191 s.

References

1. Suding M. PhD: Entwicklung von Separatoren für Lithium-Ionen Batterien aus Zwillingscopolymerisaten, Düsseldorf, 2012. 191 p.

2. Kedrinskiy I., Jakowlew V., Li-ion batteries, Kras-nojarsk: Platinum, 2002. 268 p.

3. Herb F. PhD: Alterungsmechanismen in LithiumIonen-Batterien und PEM- Brennstoffzellen und deren Einfluss auf die Eigenschaften von daraus bestehenden Hybrid-Systemen, Ulm: Universität Ulm, 2010. 185 s.

4. Lvov A. Lithium chemical power sources. // Soros Educational Journal. 2001, vol. 7, № 3, p. 45-51.

5. Wikipedia. Lithium-Ionen-Akkumulator. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator (accessed: 16.07.2014).

6. Hoffart F. Proper Care Extends Li-Ion Battery Life, URL: http://powerelectronics.com/portable_power_mana-gement/battery_charger_ics/804PET22li-ion-battery-life. pdf (accessed: 14.07.2014).

УДК 629.7.05

ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ИМИТАТОРОВ СИГНАЛОВ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ УГЛОМЕРНЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ

С. С. Красненко1, А. В. Пичкалев1, А. В. Гребенников2

1 ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»

Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: t_150@list.ru

2ОАО «НПП «Радиосвязь» Российская Федерация, 660021, г. Красноярск, ул. Декабристов, 19. E-mail: berg24@mail.ru

Рассматривается необходимость размещения угломерной аппаратуры, работающей по сигналам глобальных спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS на борту космического аппарата, находящегося на геостационарной орбите. Изложены результаты анализа основных проблем при создании имитатора навигационных сигналов для бортовой угломерной навигационной аппаратуры.

Ключевые слова: космический аппарат, бортовой навигационный приемник, угломерная аппаратура, проблемы разработки имитатора радионавигационных сигналов.

Решетневскуе чтения. 2014

PROBLEMS OF DESIGNING SIGNAL SIMULATORS FOR SPACE GONIOMETRIC RADIO NAVIGATING RECEIVERS

S. S. Krasnenko1, A. V. Pichkalev1, A. V. Grebennikov2

1 JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation. E-mail: t_150@list.ru

2 JSC "SPE" Radiosvjaz" 19, Dekabristov str., Krasnoyarsk, 660021, Russian Federation. E-mail: berg24@mail.ru

Necessity ofplacing goniometric equipment working on signals of global satellite radio navigating systems GLON-ASS/GPS onboard the space vehicle which is in a geostationary orbit is considered. Results of the analysis of the basic problems are stated at designing the simulator of navigating signals for onboard goniometric navigating equipment.

Keywords: spacecraft, onboard navigation receiver, angle measuring system, the problems of developing simulator navigation signals.

Сегодня технология спутникового координатно-временного обеспечения и решение угломерной задачи посредством навигационных систем ГЛОНАСС/GPS востребованы не только на поверхности Земли, но и в ее воздушном и околоземном пространстве. Радиоугломерная аппаратура устанавливается на различные передвижные наземные комплексы, корабли, самолеты, вертолеты и другие мобильные объекты, включая низкоорбитальные космические аппараты (КА).

Решение проблемы создания навигационных приемников (НП) для геостационарных КА, находящихся выше, чем орбиты навигационных спутников (НКА), обеспечило контроль его полета в автоматическом режиме. А точность позиционирования по бортовому НП увеличилась и составила несколько сотен метров, заменив дорогостоящую астрономическую обсервацию с точностью позиционирования несколько километров [1].

Успешность решения навигационной задачи позволила поднять вопрос о разработке радиоугломерной навигационной аппаратуры по сигналам КНС ГЛОНАСС и GPS для системы ориентации и стабилизации геостационарных и высокоэллиптических КА [2].

Важно отметить, что наличие угломерной аппаратуры на борту геостационарного или высокоэллиптического КА, помимо решения навигационной задачи и получения дополнительных данных о его ориентации, позволит защитить его от воздействия имитационных помех, которые посредством подмены реального навигационного сигнала (НС) ложным могут увести КА со своей орбиты, что создаст предпосылки к временной или полной потере аппарата [3].

Установка угломерной аппаратуры на борту КА предъявляет определенные требования к ее наземной отработке и испытаниям. Обычная угломерная аппаратура, работающая в едином навигационном поле, может быть легко отработана и аттестована в наземных условиях путем сверки ее показаний со стандартными измерителями угла наклона в гравитационном поле Земли. Радиоугломерная, как и навигационная, аппаратура, работающая выше орбит НКА, требует специализированного имитатора радионавигационных сигналов (ИРНС) [4]. Главное отличие угломер-

ной аппаратуры от навигационной состоит в том, что для нее необходим многолучевой ИРНС, количество выходов которого зависит от количества размещенных на борту КА приемных антенных модулей (АМ).

При разработке ИРНС для угломерной аппаратуры существует ряд проблем, касающихся как принципов проверки, так и возможности технического обеспечения требуемой точности на различных выходах.

Проблема состоит в том, что характеристики ПН, использующей фазовые измерения, в значительной мере определяются параметрами применяемых АМ. Проверка, обеспечивающая учет параметров АМ, должна производиться в ситуации приема сигналов из дальней зоны, при условии, что фронт волны можно считать плоским (требуемое расстояние до излучателя не менее 5 м) [5]. При этом положение излучателей, формирующих сигналы различных НКА, относительно многоэлементной антенной системы НП должно постоянно изменяться с тем, чтобы разность хода на разнесенных в пространстве АМ соответствовала пространственной ориентации антенной системы НП относительно НКА. Данный подход на сегодняшний день трудно реализуем.

В качестве альтернативы представленному варианту может рассматриваться подача сигналов на АМ через специальные антенные насадки либо непосредственно на вход МШУ (при отключенных АМ). Основным (и очень существенным) недостатком такого подхода является то, что из числа факторов, учитываемых при проведении испытаний, исключаются характеристики АМ, в том числе их фазовые характеристики, а также (что особенно важно) характеристики восприимчивости АМ к эффектам многолучевого приема сигналов НКА. Но данные недостатки могут быть частично компенсированы отдельными проверками АМ.

Более существенной проблемой при создании многолучевого ИРНС является требование по обеспечению высокой точности формирования задержек -порядка 1.. .5 пс - навигационного сигнала на различных выходах.

На современном этапе развития уровня техники данную точность формирования задержки можно обеспечить только при формировании всех сигналов в едином блоке цифрового формирования сигнала

(БЦФС). Так как КА, находящийся на ГСО, одновременно может принимать сигналы от 10 и более НКА, то для проверки бортового НП с шестью АМ уже требуется формировать порядка 60 сигналов, что в одном БЦФС реализовать весьма затруднительно.

При формировании НС несколькими БЦФС требуется высокая синхронность их работы, для чего на них должны подаваться единая опорная частота и метка времени (МВ). Проблемой данного способа решения является низкая точность синхронизации по МВ, так как ее фронт может растягиваться до 10 нс, что не позволит обеспечить требуемую точность задержки НС для проверки радиоугломерной аппаратуры в 1.5 пс.

Кроме проблемы синхронизации различных БЦФС на точность задержки также влияет задержка формируемой группы сигналов в радиотракте (РТ) ИРНС, которая также может вносить погрешность задержки НС до 1-2 нс. Уменьшить влияние данного фактора можно при помощи калибровки каналов ИРНС специализированной аппаратурой. Примером такой аппаратуры может служить компаратор специальных сигналов МРК-111 разработки ОАО «НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск), который может производить измерения задержки НС относительно МВ с точность до 0,5 нс, что значительно сократит влияние задержки сигнала в РТ, но не устранит его полностью [6].

Вышеописанные основные проблемы при разработке ИРНС для бортовой радиоугломерной аппаратуры показывают, что, как и для навигационной аппаратуры, наиболее сложной задачей станет создание соответствующего испытательного и метрологического оборудования [7] (в то время как принципы создания собственно бортовой аппаратуры, в общем-то, понятны и реализуемы).

Библиографические ссылки

1. Фурманов В. В., Зубавичус В. А., Комаров В. А. и др. Двухсистемный навигационный приемник космического аппарата. Патент РФ № 112401, МПК в01С21/24.

2. Пичкалев А. В., Кочев Ю. В., Гребенников А. В. Радиоугломерная аппаратура для задач ориентации и стабилизации // Тез. докл. 2-й Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 30-летию запуска на орбиту первого навигационного космического аппарата «Глонасс» (10-14 октября 2012 г., Железногорск) / под общ. ред. Н. А. Тестоедова ; ОАО «ИСС» ; СибГАУ. Красноярск, 2012. С. 142-144.

3. Красненко С. С., Пичкалев А. В., Гребенников А. В. Обеспечение помехозащищенности навигационных приемников космических аппаратов от ложных сигналов // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. (12-14 ноября 2013 г., Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю.Ю. Логинова ; СибГАУ. Красноярск, 2013. Ч. 1. С. 180-181.

4. Красненко С. С., Пичкалев А. В. Имитатор радионавигационных сигналов в модульном исполнении

// Решетневские чтения : материалы XIV Междунар. науч. конф. (10-12 ноября 2010, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГАУ. Красноярск, 2010. Ч. 1. С. 154-155.

5. Воскресенский Д. И., Гостюхин В. Л., Максимов В. М., Пономарёв Л. И. Устройства СВЧ и антенны : учебник для вузов. 3-е изд. М., 2008. 384 с.

6. Хазагаров Ю. Г., Гребенников А. В., Кондратьев А. С., Сизасов С. В. Компаратор специальных сигналов МРК-111: особенности построения // Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации : материалы 8 Всерос. науч.-техн. конф. М., 2010.

7. Крившич В. И., Красненко С. С., Пичкалев А. В., Школьный В. Н. Метрологическое обеспечение радионавигационного оборудования космического применения // Тез. докл. 2-й Междунар. науч. конф., по-свящ. 30-летию запуска на орбиту первого навигационного космического аппарата «Глонасс» (10-14 октября 2012 г., Железногорск) / под общ. ред. Н. А. Тестоедова ; ОАО «ИСС» ; СибГАУ. Красноярск, 2012. С. 72-75.

References

1. Furmanov V. V., Zubavichus V. A., Komarov V. A. i dr. Dvyhsistemnui navigacuonnui priemnik kos-micheskogo apparata // Patent RF № 112401, MPK G01C21/24.

2. Pichkalev A. V., Kochev U. V., Grebennikov A. V.. Radiogoniometric navigating equipment for orientation and stabilization problems // Navigacionnue sputnikovue sistemu, ih rol I znachenie v zhizni sovremennogo cheloveka. Krasnoyrsk, 2012, p. 142-154.

3. Krasnenko S. S., Pichkalev A. V., Grebennikov A. V. Maintenance of noise immunity of navigating receivers of space vehicles from false signals // Reshetnevskie chteniya : Materialy XVII Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii. Krasnoyrsk, 2013, p. 180-181.

4. Krasnenko S. S., Pichkalev A. V. The simulator of radio navigating signals in modular execution // Reshet-nevskie chteniya : Materialy XIV Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii, Krasnoyrsk, 2010, р. 154-155.

5. Voskresensii D. I., Gostuhin V. L., Maksimov V. M., Ponamarev L. I. Ustroistva SVCH i antennu. Izd. 3. 2008, 384 p.

6. Hazagarov U. G., Grebennikov A. V., Kondrat'ev A. S., Sizasov S. V. Komparator specialnuh signalov MRK-111 // Materialu 8 Vserosiiskoi nauchno-tehnicheskoi konferentsii. Moskva, 2010.

7. Krivshich V. I., Krasnenko S. S., Pichkalev А. V., Shkolniy V. N. Metrological maintenance of the ra-dionavigating equipment for space application // Naviga-cionnue sputnikovue sistemu, ih rol I znachenie v zhizni sovremennogo cheloveka. Krasnoyrsk, 2012. P. 72-75.

PROBLEMS OF DESIGNING SIGNAL SIMULATORS FOR SPACE GONIOMETRIC RADIO NAVIGATING RECEIVERS

Текст научной работы на тему «Проблемы создания имитаторов сигналов для космических угломерных радионавигационных приемников»