Система передачи информации космического аппарата
Система передачи информации космического аппарата — совокупность программных и аппаратных средств, позволяющих передавать информацию между космическим аппаратом (КА) и центром управления полётом этого космического аппарата.
Передаваемую информацию можно разделить на три основных типа:
научная информация (КА-Земля);
служебная и телеметрическая информация (КА-Земля);
командно-программная информация (Земля-КА). Управление полётом космического аппарата осуществляется автоматизированной системой управления, состоящей из двух основных частей: бортовой и наземной. Бортовой комплекс управления космическим аппаратом состоит из двух главных систем: управления движением и управления ориентацией. Наземный автоматизированный комплекс управления объединяет наземные командно-измерительные пункты, центры управления полётом космического аппарата и баллистические центры.
Основной задачей системы управления космическим аппаратом является управление ориентацией космического аппарата и движением его центра масс. Для этого необходимы системы передачи командно-программной информации на космический аппарат и телеметрической информации от него.
Системы передачи командно-программной информации (КПИ) и телеметрической информации (ТМИ) используют цифровую форму представления сообщений в виде равномерного двоичного кода . Известно, что в этом случае оптимальными являются противоположные сигналы, которые могут быть получены при фазовой манипуляции гармонического колебания. При воздействии аддитивного «белого» шума оптимальный приёмник сигналов представляет собой перемножитель образца принимаемого сигнала и смеси сигнала с шумом. Результат перемножения интегрируется на интервале длительности символа и сравнивается с нулевым порогом.
При идеальном приёме все значащие моменты времени принимаемого сигнала должны быть известны. Для этого приёмник содержит устройство синхронизации, которые, как привило, реализуются в виде замкнутых систем, следящих за фазами несущей, поднесущей и символьной частот. Замкнутые следящие системы фазовой автоподстройки частоты требуют дополнительной аппаратуры и дополнительного времени на поиск и захват сигнала по частоте и фазе . В то же время асинхронные системы приёма цифровых сигналов обладают худшими удельными расходами энергии. И более широкой полосой частот, однако, они аппаратно менее сложны и позволяют с меньшими задержками обеспечить приём сигналов.
Для дальних космических аппаратов энергетический потенциал сигнала на входе бортового приёмника при использовании малонаправленной антенны не превышает 1000 Гц. При таком энергетическом потенциале при последовательных методах поиска несущей частоты и фазы сигнала в пределах неопределённости знания радиальной скорости космического аппарата на вхождение в синхронизм затрачивается порядка 300 секунд. Примерно столько же времени необходимо для поиска фазы моделирующей последовательности. Итого для полного вхождения в синхронизм бортовому приёмнику требуется до 600 с. Такое время вхождения в синхронизм не слишком велико в штатной ситуации, ибо сеанс связи с дальним космическим аппаратом может длиться довольно продолжительное время. Однако в аварийной ситуации, например при потере ориентации и вращении космического аппарата, уровень сигнала на входе приёмника сильно меняется в течение 1-2 минут из-за неравномерности диаграммы направленности бортовой антенны. В такой ситуации 600 с, требуемые для синхронизации, не позволят установить связь с космическим аппаратом.
Таким образом, можно обосновать структуру сигнала в радиолиниях системы передачи командно-программной и телеметрической информации. Энергетический потенциал радиолинии КА — Земля всегда на порядок выше, чем радиолиния Земля — КА, из-за возможности использования на Земле в 100—1000 раз более мощного передатчика, в то время как чувствительность наземного приёмника выше, чем у бортового приёмника, всего в 10 раз. Это означает, что при одинаковой скорости передачи информации по этим радиолиниям для передачи командно-программной информации можно использовать неоптимальные (асинхронные) методы приёма сигналов ради исключения системы синхронизации и повышения тем самым надёжности вхождения в связь, а также ради уменьшения массы аппаратуры на космическом аппарате.
При создании радиолинии систем передачи командно-программной и телеметрической информации дальних космических аппаратов учитываются следующие условия их работы:
большой диапазон изменения расстояния между космическим аппаратом и Землёй в процессе осуществления проекта;
большое доплеровское смещение частоты принимаемого сигнала за счёт взаимного движения космического аппарата и движения станции;
сильное влияние среды распространения (атмосфер Земли и исследуемой планеты , межпланетного пространства и околосолнечной плазмы) на изменение амплитуды, фазы и частоты сигнала;
ограничение массы, габаритов и энергопотребления бортовой аппаратуры;
высокая надёжность бортовой аппаратуры, вытекающая из высокой стоимости проекта и жёстких астрономических сроков осуществления проекта. Источник: Википедия
Связанные понятия
Спектральное уплотнение каналов (англ. wavelength-division multiplexing, сокр. WDM — мультиплексирование с разделением по длине волны) — технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.
Инфракрасный канал — канал передачи данных, не требующий для своего функционирования проводных соединений. В компьютерной технике обычно используется для связи компьютеров с периферийными устройствами (интерфейс IrDA).
Цифровая антенная решётка (ЦАР) (антенная решётка с цифровой обработкой сигнала) — антенная решётка с поэлементной обработкой сигналов, в которой сигналы от излучающих элементов подвергаются аналого-цифровому преобразованию с последующей обработкой по определённым алгоритмам.
Радиолокационная станция (РЛС), рада́р (англ. radar от radio detection and ranging — радиообнаружение и измерение дальности) — система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров. Использует метод радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Английский термин появился в 1941 году как звуковая аббревиатура (англ. RADAR), впоследствии перейдя в разряд самостоятельного слова...
Дальняя космическая связь — вид радиосвязи с космическими аппаратами, находящимися на значительном удалении от Земли. Дальняя космическая связь осложняется значительным ослаблением сигнала за счёт рассеяния в пространстве, доплеровским смещением частоты, а также значительными задержками, вызванными конечной скоростью распространения радиоволн (см. скорость света).
Телеметрия , телеизмерение (от др.-греч. τῆλε «далеко» + μέτρεω — «измеряю») — информация о значениях измеряемых параметров (напряжения, тока, давления, температуры и т. п.) контролируемых и управляемых объектов методами и средствами телемеханики. Термин образован от греческих корней «теле» — «удалённый» и «метрон» — «измерение». Хотя сам термин в большинстве случаев относится к механизмам беспроводной передачи информации (например, используя радио или инфракрасные системы) он также заключает в себе...
Радиоуправле́ние — метод дистанционного управления техническими объектами, при котором управляющие воздействия и обратная связь осуществляются через радиоканал с помощью радиоволн.
«Зевс » («ЗЕВС») — кодовое название объекта (передатчика) радиосвязи ВМФ России для передачи сообщений подводным лодкам, находящимся в погружённом состоянии в океанских глубинах или под арктическими льдами. Расположен на Кольском полуострове. Передача сообщений осуществлялась на несущей частоте 82 Гц.
Цифровая связь — область техники, связанная с передачей цифровых данных на расстояние.
Система ориентации космического аппарата — одна из бортовых систем космического аппарата, обеспечивающая определённое положение осей аппарата относительно некоторых заданных направлений. Необходимость данной системы обусловлена следующими задачами...
Космический аппарат (КА) — общее название технических устройств, используемых для выполнения разнообразных задач в космическом пространстве, а также проведения исследовательских и иного рода работ на поверхности небесных тел. Средствами доставки космических аппаратов на орбиту служат ракеты-носители или самолёты.
Моноимпульсная радиолокация — метод измерения радиолокационной станцией (РЛС) угловых координат объекта, основанный на определении угловой ошибки положения луча антенны, направленного на объект, по принятому одиночному (отражённому или переизлучённому объектом) импульсному сигналу. Основное преимущество этого метода перед другими радиолокационными методами, основанными на обработке непрерывных или нескольких последовательно принимаемых импульсных сигналов заключается в более высокой точности измерений...
Плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ, также PDH от англ. Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).
Глоба́льная навигацио́нная спу́тниковая систе́ма (ГЛОНА́СС) — российская спутниковая система навигации, одна из двух полностью функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации.
Подробнее: ГЛОНАСС
Радиолока́ция — область науки и техники, объединяющая методы и средства локации (обнаружения и измерения координат) и определения свойств различных объектов с помощью радиоволн. Близким и отчасти перекрывающимся термином является радионавигация, однако в радионавигации более активную роль играет объект, координаты которого измеряются, чаще всего это определение собственных координат. Основное техническое приспособление радиолокации — радиолокационная станция (РЛС, англ. radar).
Доплеровский измеритель скорости и сноса (ДИСС) — бортовое радиолокационное устройство, основанное на использовании эффекта Доплера, предназначенное для автоматического непрерывного измерения и индикации составляющих вектора скорости, модуля путевой скорости, угла сноса и координат летательного аппарата, автономно или в комплексе с навигационным оборудованием.
КА «Радуга-1М» (индекс ГУКОС — 17Ф15М, кодовое название «Глобус-1М») — военный спутник связи третьего поколения входящий в Единую космическую систему спутниковой связи 2-го этапа (ЕССС-2). Эти спутники являются дальнейшим развитием КА «Радуга-1», но судя по имеющимся данным производятся в ОАО ИСС на более современной спутниковой платформе. Как и предыдущая модель, КА «Радуга-1М» должны обеспечить ретрансляцию сигналов связи в четырёх частотных диапазонах: L-, C-, X- и Ka-.
Система энергоснабжения космического аппарата (система энергопитания, СЭП) — система космического аппарата, обеспечивающая электропитание других систем, является одной из важнейших систем, во многом именно она определяет геометрию космических аппаратов, конструкцию, массу, срок активного существования. Выход из строя системы энергоснабжения ведёт к отказу всего аппарата.
Цикада (индекс ГУКОС — 11Ф643) — гражданский вариант морской спутниковой навигационной системы «Циклон». Приёмная аппаратура «Шхуна» обеспечивает определение положения судна с точностью 50-100 метров. Сдана в эксплуатацию в 1979 году в составе 4 спутников, выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83°. Плоскости орбит наклонены на 45° друг к другу. Аналогом системы «Цикада» является КНС «Транзит» (США), снятая с эксплуатации в 1997 году.Цикада-М — космическая навигационная система...
Связь через ЛЭП, PLC (англ. Power line communication) — термин, описывающий несколько разных систем для использования линий электропередачи (ЛЭП) для передачи голосовой информации или данных. Сеть может передавать голос и данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. PLC включает BPL (англ. Broadband over Power Lines — широкополосная передача через линии электропередачи), обеспечивающий передачу данных со скоростью до 500 Мбит/с, и NPL (англ...
Технологии защиты телефонных переговоров — методы и средства защиты, направленные на обеспечение конфиденциальности обмена информацией между абонентами. Контроль телефонных переговоров остается одним из наиболее распространенных видов промышленного шпионажа и действий преступных элементов . Причины просты — низкий уровень затрат и риск реализации угроз, необязательность захода в контролируемое помещение, разнообразие способов и мест съёма информации и пр. Контролировать телефонные разговоры можно...
Электросвя́зь — разновидность связи, способ передачи информации с помощью электромагнитных сигналов, например, посредством тока по металлическим кабелям, излучения в оптическом диапазоне (в атмосфере или по волоконно-оптическому кабелю), излучения в радиодиапазоне.
Звёздный датчик (англ. star tracker) — прибор в составе космического аппарата, предназначенный для определения ориентации. Является чувствительным элементом системы ориентации космического аппарата.
Радиотехническая комплексная система (РКС) «Титанит» была создана в конце 60-х годов в Киевском научно-исследовательском институте радиоэлектроники (КНИИРЭ). Главный конструктор — Б. Тука (получил за систему Государственную премию). Система защищена авторским свидетельством (на имена: И. В. Кудрявцев, В. Н. Коломиец, В. А. Драпий, В. Ю. Лапий, А. М. Подгурский, Б. Ю. Тука, В. Л. Черевко, В. А. Щекин-Кротов, А. Д. Лабутин, Е. Т. Липатов, Г. И. Максимов, А. А. Никитин и П. А. Фриденштейн). Система...
Подробнее: Титанит (радиотехническая комплексная система)
Диспетчерская централизация — техническое средство оперативного руководства движением поездов, позволяющее поездному диспетчеру с центрального поста управлять стрелочными переводами и сигналами всех контролируемых пунктов, входящих в диспетчерский круг. Наибольший эффект даёт применение диспетчерской централизации на однопутных участках с двухпутными вставками благодаря возможности производить безостановочное скрещение поездов. К началу 1990-х годов диспетчерской централизацией оборудовано около...
Антенная решётка (АР) — сложная антенна, состоящая из совокупности отдельных антенн (излучающих элементов), расположенных в пространстве особым образом. Антенные решётки применяются для повышения коэффициента направленного действия антенны как системы излучающих элементов по сравнению с одиночным элементом и для получения возможности управления формой диаграммы направленности (в том числе, ориентации в пространстве) с помощью электрических сигналов (электрическое сканирование луча в противовес механическому...
Радар-Прогресс — российский научный эксперимент, предполагает исследование наземными средствами наблюдения отражательных характеристик плазменных неоднородностей, генерируемых в ионосфере при работе бортовых двигателей ТГК «Прогресс». Эксперимент проводится на этапе автономного полета ТГК «Прогресс» после его отделения от МКС.
Прямохаотические системы связи — цифровые системы связи на хаотических сигналах, в которых формирование хаотической несущей и модуляция информационным сигналом происходят непосредственно в полосе частот связи, а извлечение информации производится без промежуточного преобразования частоты.
Ретранслятор — оборудование связи, которое соединяет два или более радиопередатчика, удалённых друг от друга на большие расстояния.
Анализа́тор спе́ктра — прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот.
Лида́р (транслитерация LIDAR англ. Light Identification Detection and Ranging «обнаружение, идентификация и определение дальности с помощью света») — технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления поглощения и рассеяния света в оптически прозрачных средах.
Телемеханика — наука об управлении и контроле на расстоянии с передачей (по каналу связи) кодированных электрических или радиосигналов, несущих управляющую информацию или данные о состоянии контролируемого объекта. Объектами телемеханического управления и контроля могут служить технологические процессы, машины, устройства, биологические системы и др.
Ресурс-Ф — серия советских (российских) космических аппаратов ДЗЗ (фотонаблюдения).
Наземный лазерный сканер (НЛС) — это съёмочная система, измеряющая с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности объекта и регистрирующая соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трёхмерного изображения (скана) в виде облака точек.
Подробнее: Наземное лазерное сканирование
Фазочувствительный оптический рефлектометр (англ. ϕ-OTDR, Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer) — прибор для виброакустического контроля протяжённых объектов. Данный прибор в научно-технической литературе также называют когерентным рефлектометром или датчиком распределенного акустического воздействия .
Двигательная установка космического аппарата — Привод, система космического аппарата, обеспечивающая его ускорение. Преобразует различные виды энергии в механическую, при этом могут отличаться как источники энергии, так и сами способы преобразования. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки, их исследования и поиск новых вариантов продолжаются по сей день. Наиболее распространенный тип двигательной установки космического аппарата — химический ракетный двигатель, в котором газ с высокой...
Единая Система Спутниковой Связи (ЕССС) — система спутниковой связи в интересах Вооружённых Сил СССР и позже Вооружённых Сил Российской Федерации (ВС РФ). В своём развитии прошла первый (1970—1985 гг.) и второй (1986—1999 гг.) этапы. В настоящее время осуществляется переход к третьему этапу развития, Интегрированной Системе Спутниковой Связи, который характеризуется одновременным функционированием единых систем спутниковой связи старого и нового поколений.
Ли́ния заде́ржки — устройство, предназначенное для задержки электрических и электромагнитных сигналов на заданный промежуток времени (фиксированный, переключаемый или с плавной регулировкой). Линии задержки (ЛЗ) широко применяются в радиоэлектронике — в радиолокации и радионавигации, в цветных телевизоров стандарта PAL и SECAM, измерительной технике, вычислительной технике и автоматике, электроакустике (ревербераторы), технике связи, в научных исследованиях.
Система сбора данных (ССД; Data acquisition, DAS, DAQ) — комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером, либо специализированной ЭВМ и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных.
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — наблюдение поверхности Земли наземными, авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использующие естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью...
Следящая система управления — это система автоматического управления, в которой управляемая величина воспроизводит произвольно изменяющееся задающее воздействие.
Радиоста́нция — один или несколько радиопередатчиков или радиоприёмников, или комбинация радиопередатчиков и радиоприёмников, включая вспомогательное оборудование, необходимые в определённом месте для организации службы радиосвязи.
Автоматическая межпланетная станция (АМС) — беспилотный космический аппарат, предназначенный для полёта в межпланетном космическом пространстве (не по геоцентрической орбите) с выполнением различных поставленных задач.
Система терморегуляции космического аппарата (система обеспечения температурного режима) — служебная система космического аппарата обеспечивает поддержание баланса между получаемой тепловой энергией и её отдачей, перераспределением тепловой энергией между конструкциями аппарата и таким образом обеспечением заданной температуры.
Радиофотонная РЛС — радиолокационная станция (РЛС), аппаратура которой выполнена на основе радиофотонных технологий, предполагающих использование радиочастотной модуляции/демодуляции оптических (фотоны) несущих сигналов.
Синхронная цифровая иерархия (СЦИ: англ. SDH — Synchronous Digital Hierarchy, SONET) — это система передачи данных, основанная на синхронизации по времени передающего и принимающего устройства. Стандарты СЦИ определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т. д.
НЕ́ВОД (аббр. от НЕйтринный ВОдный Детектор) — нейтринный водный детектор на поверхности Земли, предназначенный для исследования всех основных компонентов космических лучей. Располагается в Москве на территории Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» в корпусе 47а.
Радиовысотоме́р (радиоальтиметр — устаревшее, производное из иных европейских языков) — бортовое или наземное устройство для определения истинной высоты полёта летательного аппарата (самолёта, вертолёта, спутника и т. д.) над поверхностью Земли радиотехническими методами. Является дополнением и альтернативой барометрическому высотомеру, предназначенному для измерения относительной или абсолютной высоты полёта.