Разработка перспективного высоконадежного отечественного ccu с функционированием по стандартам ESA Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Scope 1

File Edit View Insert Tools Desktop Window Help **

В a S«* i SFSFS Bil

50 0 -50 ■100 -150 -9ПП

ffnnp

"TU Ч

ÜL.,

ч ч

.......:......Н

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 Время t, 4 iTime offset: 0

б

Рис. 2. Смещение нуля гироскопа: а - без компенсации, б - после алгоритмической компенсации

а

в модели, являются температура и скорость ее изменения. Рабочим диапазоном для модели является диапазон температур от -25 °С до +75 °С. Погрешность выходного сигнала рассматривалась как аддитивная, компенсация которой осуществлялась вычитанием из выходного сигнала соответствующей поправки, рассчитанной на основе математической модели, что позволило на 2 порядка снизить обусловленный температурной нестабильностью дрейф гироскопа (рис. 2).

Полученные в ходе компьютерного моделирования результаты позволяют сделать обоснованные выводы относительно влияния температурных воздействий на рабочие характеристики пьезоэлектрического вибрационного гироскопа и сформулировать предложения по выбору технических решений, направленных на компенсацию соответствующих погрешностей.

Библиографические ссылки

1. Суханов С. В.. Алгоритмы компенсации погрешностей выходного сигнала лазерного гироскопа // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Ло-

бачевского. Сер. Математическое моделирование. Оптимальное управление. 2011. № 3(2). С. 134-140.

2. Marinushkin, P. S. Modeling of temperature-induced errors of the piezoelectric vibratory gyroscope // 2011 IEEE Third School and Seminar on Fundamental Problems of Micro/Nanosystem Technologies MNST'2011, Proceedings. Novosibirsk : NSTU, 2011. P. 19-21.

References

1. Suhanov S. V.. Algoritmy kompensacii pogreshnostej vyhodnogo signala lazernogo giroskopa // Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Loba-chevskogo. Serija Matematicheskoe modelirovanie. Optimal'noe upravlenie. 2011. № 3(2). S. 134-140.

2. Marinushkin, P. S. Modeling of temperature-induced errors of the piezoelectric vibratory gyroscope // 2011 IEEE Third School and Seminar on Fundamental Problems of Micro/Nanosystem Technologies MNST'2011, Proceedings. Novosibirsk : NSTU, 2011. P. 19-21.

© Маринушкин П. С., 2013

УДК 629.783.01:523

РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНОГО ВЫСОКОНАДЕЖНОГО ОТЕЧЕСТВЕННОГО CCU С ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ ПО СТАНДАРТАМ ESA

В. В. Матвеев, Ю. Г. Тугбаев

ОАО «Ижевский радиозавод» Россия, 426034, Удмуртская Республика, г. Ижевск, ул. Базисная, 19. E-mail: [email protected]

Рассмотрены аспекты создания перспективного высоконадежного отечественного CCU на примере инженерной модели CCU. Приведены основные технические характеристики и принципы функционирования CCU.

Ключевые слова: бортовая аппаратура, интерфейс сопряжения, пакет телекоманд, команды управления, командно-программная информация, телеметрия, формат ESA.

Космическое электронное приборостроение

DEVELOPMENT OF A PROMISING RELIABLE DOMESTIC CCU FUNCTIONING ACCORDING TO ESA STANDARDS

V. V. Matveev, Y. G. Tugbaev

Izhevskii Radiozavod (IRZ) 19, Bazisnaia str., Izhevsk, Udmurt Republic, 426034, Russia. E-mail: [email protected]

This article considers some aspects of promising reliable domestic CCU through the example of the engineering model CCU. The article contains the main technical characteristics and principles of CCU functioning.

Keywords: onboard equipment, communication interface, packet of telecommands, control commands, command-program information, telemetry, ESA format.

CCU (Communications Control Unit / Блок управления связью) предназначен для использования в составе бортовой аппаратуры служебного канала управления космического аппарата (КА) для реализации протоколов обмена командной и телеметрической информацией между наземным комплексом управления (НКУ) и системами КА с использованием протоколов стандарта ESA или их модифицированных версии.

Для выполнения целевой задачи CCU должен реа-лизовывать следующие функции:

- прием (по нескольким входам) команд управления и командно-программной информации (КПИ) от приемников служебного канала управления (СКУ);

- декодирование пакета телекоманд в соответствии со стандартом пакетных телекоманд ESA-PSS-04-107 (ECSS-E-ST-50-04C);

- выполнение процедур преобразования информации для выдачи в модули CCU, управление работой модулей CCU, контроль состояния CCU;

- выдача команд управления на другие модули СКУ;

- передача декодированных команд управления и КПИ в БКУ;

- коммутация электропитания приборов БА СКУ и CCU;

- генерация заданных последовательностей команд по внешним командам управления;

- формирование ТМ кадра с данными о состоянии БА СКУ, CCU и полученной ТМИ от БКУ в пакетную телеметрию в соответствии со стандартом ESA-PSS-04-106 (ECSS-E-ST-50-03C);

- формирование и кодирование полного пакета ТМИ в соответствии с ESA-PSS-04-106 (ECSS-E-ST-50-03C) и выдача его в передатчик СКУ в виде модулированного сигнала.

Учитывая большое количество создаваемых КА с системой обмена информацией с НКУ по стандартам ESA (ESA PSS-04-106, ESA PSS-04-107) и практически полное отсутствие отечественных CCU с функциональными возможностями, соответствующими стандартам ESA, тема создания современного отечественного CCU со сроком активного существования более 10 лет является актуальной.

Смысл стандартов ESA по передаче данных - дать гарантию о совместимости подсистемы СКУ КА с соответствующим НКУ и оборудованием БКУ КА. С этой целью стандарты устанавливают общую структуру представления данных для потоков телекоманд и

телеметрии КА, описывают порядок обработки этих данных, определяют механизмы взаимодействия между бортовой аппаратурой КА и НКУ.

При этом стандарт жестко не регламентирует объем, структуру и способы обработки самой телекомандной и телеметрической информации, что позволяет использовать данные стандарты для создания БА СКУ КА различного назначения и с различной бортовой аппаратурой в связке с НКУ на базе стандарта ESA. Аппаратура CCU, функционирующая по стандартам ESA, позволяет обеспечить сопряжение НКУ c аппаратурой БКУ различных систем.

CCU построен по модульному принципу с использованием современной спецстойкой элементной базы и конструктивно представляет собой смонтированный в едином негерметичном корпусе дублированный комплект аппаратуры.

В 2011-2012 гг. проводились работы по разработке и проведению испытаний инженерной модели CCU с обменом и обработкой информации в соответствии со стандартами ESA PSS.

Основные тактико-технические характеристики CCU приведены в таблице, 3Б-изображение с габаритными размерами варианта CCU представлено на рисунке.

3D изображение CCU

Функции декодирования пакета телекоманд, формирования и кодировки полного пакета ТМИ в соответствии со стандартами ESA PSS-04-107 и ESA PSS-04-106 полностью реализованы в ПЛИС начиная с уровня представления данных в виде битового потока TTL-уровня.

Характеристика Значение Примечание

Напряжение питания, В От 23 до 32

Потребляемая мощность, Вт, не более 8,0

Интерфейсы: - с ППУ; - с аппаратурой БКУ Дублированные, резервированные RS-422 RS-232 (импульсный) МКО, SpaceWire (опции) Могут быть изменены по требованию заказчика

Формат принимаемой телекомандной информации ESA-PSS-04-107 (ECSS-E-ST-50-04C)

Количество декодируемых команд РК (для БКУ) 256

Количество исполняемых импульсных РК 30 Конкретное количество (до 256) определяется заказчиком

Скорость приема командной информации от приёмного устройства 1,0 кбит/с Может быть изменена для конкретного заказа

Формат формируемой пакетной телеметрии ESA-PSS-04-106 (ECSS-E-ST-50-03C)

Кодирование телеметрического кадра свёрточное (K = 7, R = 1/2)

Скорость передачи телеметрической информации 8, 32 Кбит/с Может быть изменена для конкретного заказа

Габаритные размеры инженерной модели (Д, Ш, В) 163x179x137

Срок активного существования, лет 15 Расчетный

Вероятность безотказной работы за САС 0,99

Масса, кг 5

Учитывая возможности по изменению структур данных, заложенные в стандартах ESA, использование ПЛИС дает широкие возможности по модификации прибора в части форматов ТМ/ТК, конфигурации системы, форматов обмена с аппаратурой платформы без переработки плат, с изменением только ПМО ПЛИС. Это может существенно сократить сроки доработки проекта (особенно на поздних стадиях разработки и изготовления) или модификации аппаратуры для других проектов.

Полученные в ходе испытаний результаты подтверждают, что CCU соответствует основным требованиям:

- по реализации алгоритмов декодирования пакета телекоманд формата ESA;

- реализации алгоритмов кодирования и модуляции пакета телеметрии в формате ESA;

- реализации физических интерфейсов сопряжения с внешними устройствами;

- реализации функциональных интерфейсов сопряжения с внешними устройствами;

- энергетическим характеристикам.

Вероятность безотказной работы и САС подтверждены предварительным расчетом надежности и предварительным радиационным анализом. Полученные в результате расчётов результаты справедливы только при применении элементной базы уровня качества (не ниже MIL-STD-883 с применением ЭРИ класса Space) и при радиационной стойкостьи не ме-

нее 100 кРад (с учетом коэффициента запаса по накопленной дозе 1,5) и расположении изделия в приборном отсеке КА.

В настоящее время ведется проектирование модулей CCU для ряда КА.

Уточнение и изменение функциональных, технических и конструктивных характеристик CCU целесообразно производить при проведении работ по проектированию CCU под конкретный заказ.

По результатам проведенных работ, с учетом актуальности рассмотренной темы и опыта ОАО «ИРЗ» по созданию бортовой аппаратуры предложенный вариант построения CCU может быть успешно реализован в одном из проектов по созданию КА с информационным обменом по стандартам ESA.

References

1. ESA PSS-04-106 Issue 1January 1988 Packet Telemetry Standard

2. ESA PSS-04-107 Issue 2 April 1992 Packet telecommand standard

3. ECSS-E-ST-50-04C Space data links - Telecommand protocols synchronization and channel coding

4. ECSS-E-ST-50-03C Space data links - Telemetry transfer frame protocol

© Матвеев В. В., Тугбаев Ю. Г., 2013