Научная статья на тему 'Управление группировками напланетных роботов с борта пилотируемой орбитальной станции в рамках проекта «Meteron»'

Управление группировками напланетных роботов с борта пилотируемой орбитальной станции в рамках проекта «Meteron» Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
160
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УПРАВЛЕНИЕ ГРУППИРОВКАМИ РОБОТОВ / СЕТЕЦЕНТРИЧНОСТЬ / КОМБИНИРОВАННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Заборовский Владимир Сергеевич, Кондратьев Александр Сергеевич, Мулюха Владимир Александрович, Силиненко Александр Витальевич, Ильяшенко Александр Сергеевич

Рассмотрено использование сетецентрического подхода к задачам управления группировками напланетных робототехнических объектов, управляемых с борта пилотируемой орбитальной станции.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Заборовский Владимир Сергеевич, Кондратьев Александр Сергеевич, Мулюха Владимир Александрович, Силиненко Александр Витальевич, Ильяшенко Александр Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The article concerns the usage of the network-centric approach to the tasks of surface robotic groups control from manned space station.

Текст научной работы на тему «Управление группировками напланетных роботов с борта пилотируемой орбитальной станции в рамках проекта «Meteron»»

УДК 004.5+004.77

В.С. Заборовский, А.С. Кондратьев, В.А. Мулюха, А.В. Силиненко, А.С. Ильяшенко

УПРАВЛЕНИЕ ГРУППИРОВКАМИ НАПЛАНЕТНЫХ РОБОТОВ С БОРТА ПИЛОТИРУЕМОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНцИИ В РАМКАХ ПРОЕКТА «METERON»

Решение задач исследования космического пространства и планет Солнечной системы требует создания новых технологий управления удаленными объектами. В качестве таких объектов управления могут выступать как космические аппараты (пилотируемые и непилотируемые), так и роботы, а также группировки роботов, согласованно выполняющих технологические операции, связанные с манипуляциями, перемещениями и наблюдениями под управлением оператора [1]. В статье рассматривается использование сетецен-трического подхода к задачам управления группировками робототехнических объектов (РО), управляемых с борта пилотируемой орбитальной станции.

В настоящее время существуют различные подходы к реализации сетецентрических принципов управления сложными системами, изложенные, в частности, в [2-4]. В настоящей статье под сетецентричностью будем понимать способ самоорганизации сложных технических систем на основе использования единого информационного пространства, обеспечивающий:

• режим ситуационной осведомленности объектов системы, основанный на непрерывной актуализации данных о состоянии компонентов и окружающей среды и формирующий целостное представление о системе для выработки управляющих воздействий;

• системную целостность и масштабируемость в условиях реализации многоцелевых операций за счет использования всеми объектами-участниками операций единых спецификаций для прикладных интерфейсов информационного взаимодействия;

• использование для целей управления как локальных, так и пространственно-удаленных информационно-вычислительных ресурсов, а также возможностей оператора.

Таким образом, носителями свойства сетецен-тричности можно считать методы идентифика-

ции состояния объектов-участников выполнения операций, например РО, и средства реализации механизмов обмена данными в сетевой среде, включая протоколы и интерфейсы межсетевого взаимодействия, обеспечивающие заданные характеристики качества информационного сервиса. В этих условиях сетецентричность обеспечивает возможность управления процессами информационного взаимодействия РО по интегральным критериям, используя для этого пространственные, временные, масштабные, тематические и контекстные характеристики.

1. Сетецентрический подход к управлению группировками роботов

Космическая робототехника - одно из важнейших направлений развития космонавтики, ее современный уровень развития позволяет решать широкий круг практических задач [5, 6], среди которых выделяют:

проведение технического обслуживания спутников;

сборку космических объектов на орбите; удаление техногенного мусора из околоземного космического пространства;

исследование и освоение планет Солнечной системы.

Использование сетецентрического подхода при управлении космическими роботами представляется наиболее целесообразным применительно к исследовательским задачам, связанным с нахождением РО на поверхности планеты, а оператора - на борту пилотируемой орбитальной станции. Специфика такого рода космических операций заключается в постоянном движении орбитальной станции относительно поверхности планеты, что делает невозможным обеспечение непрерывной связи с географически локализованной группировкой напланетных роботов без использования дополнительного оборудования в виде спутников-ретрансляторов и/или развитой

сетевой инфраструктуры, включающей приемопередающие станции космической связи и объединяющие их телематические каналы. Это влечет за собой необходимость реализации в общем случае двух режимов управления группировкой РО:

супервизорного при наличии устойчивой связи с управляемым объектом, когда функционирование роботов происходит под контролем оператора, находящегося на борту орбитальной станции;

автономного при неустойчивой связи с управляемым объектом или ее отсутствии, когда группировка роботов должна обеспечивать выполнение заданной операции, полагаясь исключительно на собственный интеллект.

Наличие сетецентрических свойств у группировки напланетных роботов, функционирующих в автономном режиме, позволит обеспечить совместное выполнение поставленной задачи без непосредственного контроля со стороны оператора, что существенно увеличит эффективность выполнения технологических операций. В рамках применения данной идеи к задачам космической робототехники РО представляется удаленному клиенту (оператору или другому РО) в виде набора функций, доступных через известный интерфейс взаимодействия и позволяющих реализовать различные сценарии управления и координации совместных действий. В предложенной модели робот является частью сетецен-трической инфраструктуры и представляется в виде сетевого сервиса в едином информационном пространстве, функционирующего по известным протоколам через универсальный интерфейс прикладного программирования (Application Programming Interface - API).

В свою очередь сетевая инфраструктура позволит создавать группировки - «кластеры» роботов. Группировка роботов - это совокупность РО, предназначенных для совместного выполнения заданий, функционирующих в едином информационном пространстве под управлением удаленного оператора или группы операторов, имеющих возможность формировать и динамически корректировать целевую функцию через предназначенные для этого человеко-машинные интерфейсы. Такие группировки взаимодействующих роботов являются перспективными техническими системами, повышающими безопасность и эффективность выполнения полетных заданий в условиях космического пространства [5].

Специфика решаемых в этом случае задач требует рассмотрения таких объектов управления, как автоматизированных систем, находящихся под контролем космонавта-оператора, который имеет возможность оперативно корректировать целевую функцию системы с учетом недетерминированности среды ее исполнения.

Одним из основополагающих принципов се-тецентрического подхода в управлении группировкой роботов является представление РО как сетевого сервиса, предоставляемого оператору при помощи телематических каналов связи. Данный подход доказал свою эффективность в одноранговых сетях, когда удаленный клиент (пользователь или процесс) не нуждаются в информации о специфике реализации конкретного сервиса, используя стандартные API, устройства ввода-вывода, сетевые интерфейсы и протоколы информационного обмена. При сетецентриче-ском подходе оператор или группа операторов, осуществляющих управление группировкой ро-бототехнических объектов, должны использовать минимальное число устройств управления, стандартные сетевые интерфейсы и универсальные протоколы передачи данных и API. При этом каждый РО характеризуется своими функциональными возможностями и по-своему интерпретирует получаемые управляющие воздействия, а выбор форматов передаваемых сообщений должен быть прозрачным для пользователя и осуществляться программно-математическим обеспечением на борту орбитальной станции на основании данных, предоставленных РО, без непосредственного участия космонавта-оператора.

На базе группировки роботов может быть реализована сеть робототехнических операций (СРО). СРО является виртуальной средой функционирования РО, отвечающей за формирование последовательностей операций, реализующих заданную целевую функцию сети. Основным принципом организации СРО на базе группировки РО является ее реконфигурируемость, т. е. возможность изменения состава группировки РО в процессе ее функционирования для повышения эффективности работы СРО. При осуществлении напланетных операций должна существовать возможность добавлять РО в группировку для реализации целевой функции СРО и исключать неэффективные РО из группировки. Каждая на-планетная группировка роботов должна включать в себя специализированный планировщик

операций, получающий команды управления непосредственно от оператора и осуществляющий планирование последовательностей простейших операций, которые необходимо совершить РО, входящим в состав СРО, для реализации целевой функции. При добавлении в группировку нового РО планировщик должен проанализировать его функциональные возможности на основании полученных от него данных и модифицировать последовательность простейших операций с целью оптимизации выполнения целевой функции.

При объединении РО в группировку при помощи СРО, проявляется свойство эмерджентно-сти (системный эффект), когда у такой робото-технической системы возникают новые свойства, не присущие отдельным РО. При организации операций планировщик учитывает возможности роботов, входящих в состав СРО, а также анализирует вновь появляющиеся свойства объединенной группировки робототехнических объектов.

Для организации эффективного информационного обмена между компонентами СРО, внутри каждой напланетной группировки РО должна существовать возможность приоритезации процессов их информационного взаимодействия. Это необходимо в случае, когда в группировке имеется «ведущий» РО, отвечающий за управление всей группой, команды которого являются командами наивысшего приоритета. Доставка таких команд будет являться важнейшей задачей управления потоками данных внутри СРО. При создании сети робототехнических операций должна быть реализована возможность настройки приоритета потокам данных, которые создают РО в процессе функционирования в СРО. Например в большинстве режимов работы СРО видеосигнал должен иметь более низкий приоритет, чем команды управления, поэтому можно «пожертвовать» частью видеоданных для сохранения стабильности управляющих сигналов. С другой стороны, в процессе выполнения операций может возникнуть ситуация, при которой визуальная информация от камер наблюдения окажется наиболее важной для пользователя. Таким образом, в СРО должно осуществляться динамическое приоритетное управление потоками данных как на уровне устройств, так и на уровне сетевых виртуальных соединений.

Для математического описания такого подхода предлагается использовать модель теории приоритетных систем массового обслуживания

М2 / М /1/ к / /\, рассмотренную и подробно исследованную в работах [6, 7].

2. Технические возможности удаленного управления напланетными группировками РО с борта орбитальной станции

Одним из основных принципов управления группировки РО является использование комбинированного управления РО и оптимальное сочетание возможностей РО и оператора при выполнении операций. Для реализации данного принципа предлагается использовать комбинированные алгоритмы управления, распределенные между оператором и планировщиком операций, а также гетерогенные каналы связи, обеспечивающие информационный обмен между оператором на борту орбитальной станцией и РО с определенными характеристиками. Для отработки данной технологии предлагается использовать следующие телематические каналы связи:

• канал связи реального времени, характеризующийся низкими значениями математического ожидания и дисперсии задержки в передаче данных, сравнительно невысокой пропускной способностью и небольшой продолжительностью сеанса связи, используемый преимущественно для телеуправления напланетными РО, а также широкополосный канал связи, характеризуемый большими, но стабильными задержками и высокой пропускной способностью, используемый, в основном, для передачи видео-, аудио- и других потоковых данных между оператором и группировкой напланетных роботов;

• канал связи, нечувствительный к задержкам и гарантирующий факт доставки сообщения, но имеющий высокие и нестабильные значения задержек передачи данных, а также сравнительно невысокую пропускную способность, используемый для передачи заданий на выполнение многоцелевых операций и результатов их выполнения между оператором и группировкой РО.

Организация группировок РО и устройств управления позволяет более эффективно использовать ресурсы РО и оператора, предоставляя возможности программного управления группой роботов, тем самым перекладывая выполнение простейших операций на планировщика и освобождая оператора для выполнения более важных задач. При этом необходимо отметить, что управляющая программа может быть как полностью

создана непосредственно самим космонавтом-оператором, так и заполнена на базе подготовленного заранее шаблона. Помимо программного управления существует возможность прямого телеуправления каждым из РО для решения сложных задач и выполнения ответственных операций в недетерминированных условиях. При этом для управления одной или несколькими группировками напланетных робототехнических устройств могут быть задействованы несколько территориально удаленных операторов. Данный подход позволяет оптимально сочетать возможности РО и оператора при реализации заданной операции.

Для отработки технологии выполнения многоцелевых операций группировкой напланетных роботов, управляемых с борта пилотируемой орбитальной станции, планируется организация специализированного космического эксперимента (КЭ).

3. Подход к реализации экспериментального решения по отработке технологии выполнения многоцелевых операций группировкой РО

Для изучения предлагаемого подхода предлагается проведение научно-прикладных иссле-

дований по отработке технологий выполнения многоцелевых операций напланетными роботами и устойчивыми группировками роботов, управляемых космонавтом-оператором с борта пилотируемой орбитальной станции [10, 11]. В рамках данного эксперимента должна осуществляться проработка одного из перспективных сценариев исследования планет Солнечной системы (Луна, Марс) при помощи напланетных интеллектуальных роботов, контролируемых группой удаленных операторов с орбитальной станции.

В соответствии с рис. 1 представлены основные компоненты и связи в системе управления группировками напланетных роботов в планируемом КЭ. В системе выделяется три функциональных уровня в соответствии с рис. 2:

• уровень формирования заданий на выполнение многоцелевых операций, находящийся в составе бортового сегмента и включающий оператора и автоматизированное рабочее место (АРМ) с набором задающих устройств;

• уровень гетерогенной инфраструктуры доступа, объединяющий сетевое и радиооборудование передачи данных бортового и напланетно-го сегментов;

Рис. 1. Организация системы управления группировками напланетных роботов

• уровень выполнения заданий, включающий планировщиков и исполнительные устройства, объединенные в группировки роботов напланет-ного сегмента.

Задание для группировки напланетных роботов (многоцелевая операция) рассматривается как сложная, функционально завершенная операция, состоящая из комбинации целей, достижение которых связано с перемещением в пространстве, манипуляцией предметами и наблюдением за окружающими объектами. Сетецентрические свойства, реализованные в напланетных роботах, позволят объединять эти устройства в группировки, совместно выполняющие заданные технологические операции.

Операции могут выполняться как под контролем группы операторов в реальном масштабе времени, так и автономно под управлением пла-

нировщика заданий в зависимости от доступных в данный момент каналов связи между бортом орбитальной станции и напланетной сетевой инфраструктурой. Предполагается наличие нескольких таких каналов, отличающихся используемой технологией передачи данных, а также своими количественными и качественными характеристиками: пропускной способностью, задержками, вероятностью потерь пакетов данных, стоимостью и доступностью в заданное время.

Для управления напланетными роботами на борту орбитальной станции должен присутствовать набор задающих устройств, каждое из которых обеспечивает выполнение заданного перечня робототехнических операций с помощью роботов, входящих в группировку. Состав набора задающих устройств должен обеспечивать поддержку максимально широкого перечня робототехниче-

Рис. 2. Общая структура информационных и функциональных связей системы управления группировками напланетных роботов

ских операций, которые могут быть выполнены роботами. Целесообразно включение в этот набор оборудования, позволяющего с наибольшей реалистичностью «погрузить» оператора в среду функционирования исполнительных устройств, создав у оператора эффект присутствия на исследуемой планете.

Таким образом, актуальными задачами в настоящее время являются отработка и выбор оптимального состава задающих устройств, технологий и каналов связи, а также роботов для формирования группировок, позволяющих эффективно реализовывать сценарии исследовательских миссий в условиях недетерминированной среды малоизученных планет [11].

4. Реализация предложенных принципов управления: космический эксперимент «МЕТЕРОН-Р»

Для реализации предложенных принципов управления планируется проведение международного космического эксперимента (КЭ) «МЕТЕРОН-Р», целью которого является отработка технологии выполнения многоцелевых операций группировкой напланетных роботов, управляемых с борта пилотируемой орбитальной станции для решения задач исследования и освоения планет Солнечной системы. Инициаторами проведения эксперимента являются со стороны Российской Федерации: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет;

Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики (Санкт-Петербург); со стороны Евросоюза:

Делфтский технический университет (г. Делфт, Нидерланды);

Европейское космическое агентство (ЕКА). С 2009 г. Европейское космическое агентство совместно с NASA проводит наземную отработку и подготовку к реализации проекта «METERON» (Multi-purpose End-To-End Robotic Operations Network), моделирующего сценарии исследования и освоения Луны и Марса с помощью напла-нетных роботов [12]. Космический эксперимент «МЕТЕРОН-Р» будет представлять собой российскую часть данного проекта, позволяющего консолидировать усилия групп европейских, американских и российских исследователей, со-

вместно использовать доступные ресурсы (каналы связи, задающие устройства, робототехниче-ские объекты, разработанные протоколы), равно как и результаты, полученные при реализации данного КЭ.

Основным объектом исследований в КЭ «МЕТЕРОН-Р» являются технологии выполнения множества операций группировкой напланетных роботов (ГНР), управляемых с МКС. Под управлением ГНР понимается как телеуправление отдельными роботами из состава ГНР в случаях, когда это необходимо, так и реализация заданной целевой функции в режиме автономного функционирования ГНР под локальным управлением планировщика. В качестве объекта управления выступает ГНР, объединяющая группу робототехнических объектов, информационное взаимодействие которых обеспечивается при помощи планировщика. Предметом исследования КЭ являются: технологии обеспечения безопасности и эффективности информационного обмена между МКС и напланетными объектами с использованием существующих телекоммуникационных протоколов и каналов космической связи с различными характеристиками качества;

группировки напланетных роботов, предназначенных для решения задач исследования планет Солнечной системы;

комплексные универсальные интерактивные задающие устройства (в т. ч. с силомоментным очувствлением) и их использование в условиях микрогравитации.

Один из возможных сценариев управления в настоящем КЭ предполагает оперативное формирование и использование напланетной телекоммуникационной инфраструктуры на основе группировки мобильных и/или стационарных приемопередающих станций, обеспечивающих связь между роботами внутри ГНР. При этом связь ГНР с АРМ оператора на космической станции обеспечивается через специализированный планировщик, реализующий интерфейс между роботами, входящими в группировку, и каналами космической связи. Такая телекоммуникационная инфраструктура характеризуется рядом параметров (пропускная способность, задержка, длительность сеанса связи, вероятность потери пакетов данных и др.), значения которых могут существенно варьироваться во время сеанса управления в зависимости от типа канала и условий проведения сеансов.

В качестве задающих устройств предполагается использование в т. ч. устройств, изменяющих свои тактико-технические характеристики при их применении в условиях микрогравитации по сравнению с земными условиями, например, задающих манипуляторов с силомоментной обратной связью.

В рамках КЭ предполагается исследовать возможность совместного использования трех различных типов каналов связи между АРМ оператора на борту МКС и ГНР:

канал связи в диапазоне S-band (канал реального времени), который характеризуется низкими значениями математического ожидания и дисперсии задержки в передаче данных (5-15 мс) и небольшой продолжительностью сеанса управления (8-10 мин);

канал связи на основе технологии Delay&Disruption Tolerant Network (DTN), который гарантирует факт доставки сообщения, но при этом имеет высокие и нестабильные значения задержек передачи данных;

канал связи в диапазоне K-band, который характеризуется большими, но стабильными значениями задержек и высокой пропускной способностью.

С учетом различного качества используемых каналов связи актуальными становятся задачи исследования влияния характеристик телекоммуникационных каналов на возможность эффективного управления ГНР с борта МКС, а также разработки методов адаптации управляющих сообщений к параметрам каналов связи на основе управления пропускной способностью и приоритетами виртуальных соединений.

Сетецентричность как способ самоорганиза ции представляется закономерным этапом эво

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Интеллектуальные роботы [Текст] / Под ред. Е.И. Юревича. -М.: Машиностроение, 2007. -360 с.

2. Wilson, C. Network Centric Operations: Background and Oversight Issues for Congress [Электронный ресурс] / C. Wilson // CRS Report for Congress. -Updated March 15, 2007. -55 p.

3. Затуливетер, Ю.С. Компьютерный базис се-тецентрического управления [Текст] / Ю.С. Затуливетер // Тр. конф. Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения. -М., 2010. -С. 492-511.

4. Каляев, И.А. Самоорганизующиеся распреде-

люции сложных технических систем в условиях современного уровня развития информационных технологий. Использование сетецентической парадигмы в робототехнике, когда робот является сервисом в едином информационном пространстве, позволит повысить эффективность выполнения операций в тех случаях, когда не представляется возможным обеспечить непрерывный контроль оператора над системой.

Целесообразно развитие сетецентрического подхода применительно к космическим роботам, решающим исследовательские задачи на поверхностях планет под управлением операторов, находящихся на борту орбитальной станции. Реализация данного подхода в планируемом космическом эксперименте «МЕТЕРОН-Р» позволит сделать следующее:

отработать стратегии управления, обеспечения информационной безопасности, человеко-машинные и прикладные программные интерфейсы для взаимодействия оператора на борту орбитальной станции и группировки напланетных роботов, а также роботов внутри группировки;

создать универсальный масштабируемый испытательный стенд для отработки технологий телеуправления роботами с борта МКС;

разработать архитектуру сети информационного взаимодействия, включающую комбинацию проводных и беспроводных телекоммуникационных каналов связи;

сформулировать требования к характеристикам интерфейсов управления, включая интерактивные механизмы формирования управляющих воздействий, учитывающие свойства мехатрон-ных робототехнических объектов и среды передачи управляющей информации.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

ленные системы управления группами интеллектуальных роботов, построенные на основе сетевой модели [Текст] / И.А. Каляев, С.Г. Капустян, А.Р. Гайдук // Управление большими системами. Спецвыпуск 30.1 Сетевые модели в управлении. -М.: ИПУ РАН, 2010. -С. 605-639.

5. Юревич, Е.И. Космическая робототехника: состояние и перспективы развития [Текст] / Е.И. Юревич // Rational Enterprise Management. -04.2011. -С. 24-26.

6. Минаков, Е.П. Концепция развития робототех-нических систем в интересах пилотируемой космонавтики, исследования Луны и планет Солнечной систе-

мы [Текст] / Е.П. Минаков, В.А. Лопота, Е.И. Юревич, А.С. Кондратьев // Матер. XX Междунар. науч.-техн. конф. Экстремальная робототехника. Нано- микро- и макророботы (ЭР-2009). -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. -С. 103-106.

7. Бабкин, Е.В. Супервизорное управление космическим роботом на Международной космической станции (МКС) с использованием сети Интернет [Текст] / Е.В. Бабкин, М.Ю. Беляев, И.А. Васильев, В.С. Забо-ровский, В.П. Макарычев, А.В. Силиненко, К. Ланд-цеттель // Матер. Всерос. молодежной конф. Экстремальная робототехника. -2011. -С. 32-42.

8. Заяц, О.И. Управление пакетными коммутациями в телематических устройствах с ограниченным буфером при использовании абсолютного приоритета и вероятностного выталкивающего механизма. Ч. 1 [Текст] / О.И. Заяц, В.С. Заборовский, В.А. Мулюха, А.С. Вербенко // Новые технологии. Программная инженерия. -2012. -№ 2. -С. 22-29.

9. Заяц, О.И. Управление пакетными коммутациями в телематических устройствах с ограниченным буфером при использовании абсолютного приоритета

и вероятностного выталкивающего механизма. Ч. 2 [Текст] / О.И. Заяц, В.С. Заборовский, В.А. Мулюха, А.С. Вербенко // Новые технологии. Программная инженерия. -2012. -№ 3. -С. 21-29.

10 Заборовский, В.С. Проведение космических экспериментов с использованием сети многоцелевых робототехнических операций [Текст] / В.С. Заборовский, В.А. Мулюха, А.В. Силиненко, А.С. Ильяшенко // Матер IV Всерос. мультиконф. по проблемам управления. -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - Т. 1. -370 с.

11. Заборовский, В.С. Перспективные задачи космических экспериментов на борту РС МКС в области создания многоцелевой сети робототехнических операций [Текст] / В.С. Заборовский, В.А. Мулюха, А.В. Силиненко, А.С. Ильяшенко, А. Шиле // К.Э. Циолковский и будущее космонавтики: Матер. XLVI Научных чтений памяти К.Э. Циолковского. -Калуга: Изд-во «Эйдос», -2011. - 97 с.

12. Nergaard, Kim. METERON. Conducting robotic operations and experiments from orbit [Text] / Kim Nergaard [et al.] // ESA Bulletin. -Aug. 2011. -№ 147. -P. 22-29.

УДК 621.391.037.3

А.Б. Кислицын, А.В. Рашич

ПЕРЕДАЧА И ПРИЕМ СИГНАЛОВ С DOQPSK И CDOQPSK С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМА ВИТЕРБИ

При передаче сообщений с помощью сигналов с DOQPSK (Differential Offset Quadrature Shift Keying) обеспечивается сравнительно малое значение пик-фактора излучаемых колебаний. Кроме того, при использовании таких сигналов появляется возможность осуществлять прием без фазовой и частотной синхронизации в широком диапазоне величин отстройки. Применение вида манипуляции CDOQPSK (Constant envelope Differential Offset Quadrature Shift Keying) обеспечивает значение пик-фактора колебаний 0 дБ, что позволяет использовать усилители мощности передатчиков с эффективностью, близкой к максимально достижимой. Сигнал CDOQPSK формируется в результате амплитудного клиппирования сигнала с DOQPSK после его цифровой фильтрации на выходе передающего устройства.

Процедура формирования сигналов с CDOQPSK (устранение девиаций вещественной

огибающей) приводит к двукратному расширению спектра (по сравнению со спектром сигнала с DOQPSK) для уровня излучения менее -40 дБ. В то же время данный эффект не увеличивает шумовую полосу сигнала вследствие применения одинаковых входных фильтров как в процессе приема сигналов с DOQPSK, так и в процессе приема сигналов с CDOQPSK.

Недостатком сигналов с DOQPSK и CDOQPSK является их малая энергетическая эффективность, что обусловлено интерференцией, вносимой выходным фильтром, относительной задержкой модуляции синфазной и квадратурной компонент сигнала, а также выполнением дифференцирования точек максимального эффекта сигнала в процессе его приема. При некогерентной поэлементной демодуляции сигналов с DOQPSK в канале с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) вероятность ошибки на бит 10-5 достигается для

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.