CC BY
10Решетневскуе чтения. 2018
УДК 621.396.946
РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНОГО МЕТОДА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОВЕРОК ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЯЗНЫХ ПОЛЕЗНЫХ НАГРУЗОК
Е. Б. Проценко, Л. В. Гришаева, А. В. Бычкова
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: eprotsenko@iss-reshetnev.ru
Важным этапом создания связных полезных нагрузок (далее - ПН) и космических аппаратов (далее - КА) в целом, является подтверждение требуемых высокочастотных характеристик. Верификация полученных высокочастотных характеристик проводится на различных этапах создания КА. Целью данной статьи является разработка нового метода проверок при проведении ВЧиспытаний для связных ПН с целью повышения конкурентоспособности создаваемых ПН и КА в целом.
Ключевые слова: космические аппараты, связные полезные нагрузки, наземная экспериментальная отработка.
THE DEVELOPMENT OF A PROMISING METHOD FOR CONDUCTING AUDITS OF HIGH-FREQUENCY CHARACTERISTICS OF THE COMMUNICATION PAYLOADS
E. B. Protsenko, L. V. Grishaeva, A. V. Bychkovа
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: eprotsenko@iss-reshetnev.ru
The most important development phase of communication payloads (PL) and spacecrafts (SC)as a whole is to verify the specified RF performances. Verification of obtained RF performances is carried out at different SC development phases. The purpose of this article is to develop a new verification methods used for RF testing of the communication PL in order to enhance competitiveness of PL and SC as a whole.
Keywords: satellites, communication payloads, AIT.
Расширение спектра решаемых задач и пропускной способности телекоммуникационных космических аппаратов приводит ко все большему усложнению полезных нагрузок (ПН) [1]. К настоящему моменту введены в эксплуатацию КА с ПН, обеспечивающими от шестидесяти до восьмидесяти лучей и содержащими соответствующее количество стволов в Ка-, Q-диапазонах частот.
Однако методы подтверждения заявленных производителем высокочастотных характеристик указанных ПН в большинстве случаев соответствуют методам, используемым для проверок стандартных связных ПН, работающих в более низких C- и Ku-диапазонах.
Поскольку ПН становятся все более сложными по критерию количества ВЧ трактов, применение общепринятых методов испытаний приводит к увеличению (пропорционально количеству стволов) общего времени проверок ПН. В вязи с тем, что высокочастотные испытания ПН являются значительным этапом отработки КА, дополнительные проверки ВЧ характеристик могут стать одной из причин существенного увеличения сроков сдачи КА Заказчику. Следует также отметить, что проведение дополнительных испытаний влияет на общую стоимость выполнения работ. В комплексе стоимостной и временной критерии яв-
ляются ключевыми показателями, определяющими выбор поставщика КА.
Прогнозируется, что в ближайшем будущем у операторов спутниковой связи появится потребность в более сложных миссиях с сотнями лучей на каждом КА [2]. Таким образом, пересмотр имеющейся идеологии испытаний перспективных связных ПН, с целью обеспечения их соответствия быстро развивающимся технологиям и требованиям Заказчика, имеет, на сегодняшний день, первоочередную важность. Тем не менее, сокращение сроков испытаний не должно повлиять на качество выпускаемой продукции. Для этого требуется выработать критерий, позволяющий проводить полную верификацию результатов, с меньшими затратами средств и времени.
Таким образом, целью работы является разработка более эффективного метода проведения проверок высокочастотных характеристик связных полезных нагрузок, который заключается в пересмотре идеологии проведения испытаний и определении(я) критериев подтверждения полученного результата от этапа автономных испытаний ПН до сдачи КА Заказчику.
Для проверки характеристик стволов и оценки системного эксплуатационного параметра (интенсивность битовых ошибок (BER - bit error rate)) предлагается использовать модулированные сигналы. Моду-
Системы управления, космическая навигация и связь
ляция группового сигнала позволит проводить проверки сразу всех стволов, подключенных к одному порту входной/выходной антенны. Для реализации данного подхода необходима разработка достаточно представительной математической модели ПН.
Данная математическая модель может быть использована на проектных этапах для расчета ожидаемых характеристик ПН. В случае выявления отклонений оборудования от заданных требований, использование математической модели позволит выполнить оценку влияния данных отклонений на интегральные характеристики системы [3].
Разрабатываемый подход может иметь два возможных сценария применения, в зависимости от типа подтверждаемых характеристик:
а) требования к интенсивности битовых ошибок;
б) требования к высокочастотным характеристикам в классическом виде (ЭИИМ, добротность, внут-риполосные характеристики стволов и т. д.).
При условии необходимости подтверждения требований к ВЕЯ, проверку на этапе автономных испытаний предлагается выполнять сравнением измеренного значения с математической моделью ПН. Модель строится на основе измерений отдельных приборов, предоставленных поставщиками оборудования. Испытания в составе КА выполняются в уменьшенном объеме, и критерием успешного выполнения в данном случае выступает сходимость полученных значений с результатами автономных испытаний и математического моделирования ПН (в случае отсутствия автономных ЭТВИ ПН).
Предлагаемый план наземной экспериментальной отработки приведен на рис. 1.
При отсутствии необходимости в подтверждении требования к ВЕЯ (не задано Заказчиком), автономные испытания, как менее критичный по срокам этап, предлагается проводить с применением смодулированных несущих и модулированных сигналов. Испытания с применением смодулированных несущих позволяют подтвердить заданные требования (ЭИИМ, добротность, внутриполосные характеристики ство-
лов и т. д.), а проверки с применением модулированных сигналов - сформулировать критерии для дальнейших этапов высокочастотных испытаний. Высокочастотные испытания в составе КА выполняются только с применением модулированных сигналов. Предлагаемый план НЭО при отсутствии необходимости в подтверждении требования к ВЕЯ приведен на рис. 2.
В данном случае соответствие измеренного ВЕЯ предсказанному (измеренному на предыдущем этапе) позволяет подтвердить интегральные характеристики ПН и точность проведенных ранее измерений в процессе имитаций условий, приближенных к условиям функционирования.
Существующее на данный момент измерительное оборудование позволяет формировать и анализировать требуемые для проверки характеристик перспективных ПН полосы частот. Применение данного метода, по предварительной оценке, позволит значительно сократить (на 30-50 %) время, требуемое для проведения проверок ПН на уровне КА.
Чтобы сохранить полученный временной выигрыш, необходимо также оптимизировать алгоритм обмена данными с Заказчиком КА, организуемый при рассмотрении и утверждении результатов испытаний.
Тенденция к созданию более сложных ПН, очевидно, затронула все телекоммуникационные диапазоны частот (С-, Ки-, Ка- и выше). Следовательно, предлагаемый метод отработки и соответствующую испытательную инфраструктуру можно использовать практически для всех связных ПН.
Суммарный эффект от внедрения описанного метода заключается в значительном сокращении трудоемкости этапа подтверждения заявленных ВЧ характеристик ПН (в зависимости от сложности ПН) и в пропорциональном сокращении общего времени изготовления изделий. Кроме того, использование предлагаемого подхода значительно повысит конкурентоспособность производственного цикла АО «ИСС» при изготовлении КА с полезными нагрузками высокой сложности.
Немодулированные несущие
Модулированные сигналы, сравнение с мат моделью
- на данных этапах проводятся проверки I характеристик стволов ПН
-дополнительные работы, выполняются I по требованию Заказчика КА
Модулированные сигналы, критерии сходимости - ВЕР на ЭИ ПН в составе КА
Рис. 1. План НЭО при наличии критерия по ВЕЯ
Решетневские чтения. 2018
Немодулированные несущие
Немодулированные несущие и модулированные сигналы (сравнение с мат моделью)
Модулированные сигналы сравнение с АИ ПН
□ - на данных этапах проводятся проверки характеристик стволов ПН — - дополнительные работы, выполняются _ \ по требованию Заказчика КА
Модулированные сигналы, критерии сходимости - BER на ЭИ ПН в составе КА
Рис. 2. План НЭО при отсутствии критерия по BER
Применение нового метода дополнительно приведет к росту экономического эффекта в следующих направлениях:
а) унификация состава контрольно-проверочной аппаратуры для проверки стволов с полной регенерацией сигналов, цифровой коммутацией и без обработки;
б) расширение спектра предоставляемых Заказчику услуг:
- формирование рекомендаций по режимам работы отдельных стволов для определенных сигнально-кодовых конструкций;
- имитация нагрузки на сети Заказчика, благодаря использованию в наземных испытаниях модулированных сигналов, а также настройка режимов работы стволов в сжатые сроки;
- оценка помеховой обстановки и моделирование прохождения сигналов (промышленные и «специальные» помехи) за счёт применения имитатора стволов ПН (математической модели);
- сокращение времени, требующегося для исследования функционирования стволов ПН при отказах и сбоях в процессе ввода в эксплуатацию и на этапе штатной работы.
К возможным недостаткам данного метода можно отнести:
- высокую трудоемкость работ по построению детально проработанного имитатора (модели, позволяющей верифицировать характеристики оборудования с учётом влияния температур и давлений, эффекта рассогласования, задержки распространения сигналов в волноводных и коаксиальных трактах, линеаризации);
- возможное увеличение времени автономных испытаний ПН (при отсутствии критерия к БЕЯ в ТЗ/Контракте);
- повышение стоимости контрольно-проверочной аппаратуры для перспективных диапазонов частот (0-, V-).
Библиографические ссылки
1. Полезные нагрузки современных спутников ФСС/РСС и тенденции их развития / Ю. Г. Выгон-ский, Д. А. Мочалов, А. В. Капелько и др. // Технологии и средства связи. Спец. вып. «Спутниковая связь и вещание - 2015». Ч. 2. 2014. № 6. С. 44-53.
2. Дорит Орен. Будущее спутников с высокой пропускной способностью // Технологии и средства связи. Спец. вып. «Спутниковая связь и вещание -2016». Ч. 2. 2015. № 6. С. 28-29.
3. Разработка высокочастотной модели связной полезной нагрузки для анализа возможностей ее использования на этапах наземной экспериментальной отработки / Е. Б. Проценко, А. С. Кислица, А. А. Шаров и др. // Метрология в радиоэлектронике : XI Все-рос. науч.-технич. конф. 2018.
References
1. Payload of current satellites BCC/PCC and tendencies of their development / Y. G. Vygodskii, D. A. Mochalov, A. V. Kapelko et al. // Technology and means of communication. Special issue "Satellite communication and broadcasting - 2015". Part 2. 2014. № 6. P. 44-53.
2. Dorit Oren. The future of high-bandwidth satellites // Technology and communications. Special issue "Satellite communication and broadcasting - 2016". Part 2. 2015. № 6. P. 28-29.
3. Development of high-frequency coherent model of the payload to analyze the possibilities of its use in the stages of experimental ground tests / E. B. Protsenko, A. S. Kislitsa, A. A. Sharov et al. // XI all-Russian scientific-technical conference "Metrology in radio electronics", 2018.
© Проценко E. Б., Гришаева Л. В., Бычкова А. В., 2018
