Управление целевым функционированием информационных спутниковых систем Тема

каналов в низкоорбитальной космической системе связи. Прецезионное управление остронаправленной антенной
дтн,

снс Клюшников В.Ю.
(ЦНИИ машиностроения)

Кафедра 604 «Системный анализ и управление»

канала
спутниковой связи
1
К сценарию целевого функционирования низкоорбитальной КСС – глобальной

системы персональной спутниковой связи:
Целевое функционирование низкоорбитальной КСС состоит в предоставлении услуг связи земным абонентам посредством установления и удержания мобильных каналов связи их терминалов через сеть КА.

Принцип организации мобильных каналов спутниковой связи:
в момент связи радиосигнал от абонент­ов терминала передается на бортовое АФУ ближайшего КА, в зоне обслуживания которого он находится, обрабатывается, ретранслируется через сеть КА и затем передается на терминал абонента-адресата. Таким способом мобильный канал устанавливается через абонентские и межспутниковые линии связи. Возможен также вариант установления мобильного канала через фидерные и межспутниковые линии, когда радиосигнал с абонентского терминала передается сначала на станцию сопряжения, а затем уже ретранслируется через сеть КА.

в межспутниковых линиях
Межспутниковые линии связи образуются несколькими волноводно-щелевыми антеннами, количество

которых определяется техническими возможностями:
(б) каждый КА может одновременно связаться только с четырьмя соседними КА (двумя, расположенными спереди и сзади в той же орбитальной плоскости, и двумя, расположенными слева и справа в соседних орбитальных плоскостях)
(в) каждый КА может одновременно связаться не только с четырьмя соседними КА, но и с другими, находящимися в зоне радиовидимости АФУ

3

(а) Абонентские линии связи образуются совокупностью фазированных антенных решеток, обеспечивающих покрытие определенной территории земной поверхности своими зонами обслуживания

КА, определяется количеством каналов, занятых на предыдущем интервале, и разницей

количества каналов, подключаемых и освобождаемых на этом интервале.

4

планирования
Эффективность целевого функционирования низкоорбитальной КСС на интервале планирования определяется совокупными

затратами на информационное обслуживание абонентских терминалов и совокупными платежами абонентов за предоставленные им услуги. По существу, показателем экономической эффективности космической системы является прибыль от ее функционирования на интервале планирования [t0, T]:

5

(КСС)
6

связи (КСС)
Для установления четырех мобильных каналов связи между парами абонентских

терминалов 1-2, 1-4, 3-2 и 3-4 требуется не более семи КА, причем каналы 1-2, 1-4, 3-4 могут быть установлены двумя способами при одинаковом количестве КА-ретрансляторов в них. В показанных вариантах черные значки соответствуют непосредственным связям КА-ретрансляторов в стабильных каналах.

7

обмена любыми данными, представленными в цифровой форме, между подвижными и

стационарными пользователями, находящимися в зоне радиовидимости космического аппарата;
• телефонную связь в подспутниковой зоне КА;
• определение местоположения средствами системы (с точностью до 500 м) либо с использованием интегрируемой в земную станцию платы ГЛОНАСС/GPS (с точностью до 10 м);
• взаимодействие своих абонентов (пользователей) с абонентами других сетей, в том числе сетей общего пользования.

системе «Гонец-Д1», терминал работает с КА в одном из двух

режимов: персональном или групповом.

В режиме персонального обслуживания сеанс связи с КА организуется терминалом. Выполняемые в сеансе работы определяются планом сеанса. План типового сеанса определяет ПО терминала и может изменяться при вводе терминала в систему. В одном минутном интервале с КА работает один терминал. Работа терминала в персональном режиме в зоне радиовидимости региональной станции в силу особенностей организации связи в системе «Гонец-Д1» практически невозможна.

В режиме группового обслуживания сеанс связи с КА организуется региональной станцией. Терминалы, обслуживаемые в групповом сеансе связи, работают по жесткой программе, определенной при вводе терминала в систему. В одном минутном интервале с КА могут работать на передачу до 46 терминалов при объеме передаваемых сообщений до 1 Кбит.

коэффициентами усиления позволяют получить зеркальные антенны.
Зеркальными называют антенны, у

которых электромагнитное поле в раскрыве формируется в результате отражения радиоволн от металлической (металлизированной) поверхности специального рефлектора (зеркала). Источником радиоволн служит какая-либо небольшая элементарная антенна, которую называют в этом случае облучателем. Таким образом, зеркальная антенна конструктивно состоит из двух основных частей: рефлектора и облучателя.
Существуют различные типы зеркальных антенн. Наибольшее распространение получили антенны с параболическим зеркалом в виде части параболоида вращения или в виде части параболического цилиндра.
В остронаправленных зеркальных антеннах зеркало служит для преобразования сферического (или цилиндрического) фронта волны, падающей от слабонаправленного облучателя, в плоский фронт после зеркала.
В качестве облучателя в зеркальных антеннах могут применяться: открытый конец волновода, небольшой рупор, вибратор с рефлектором или ряд других слабонаправленных облучателей.

11

М.Ф.Решетнева)
12

узким главным лепестком и относительно малым уровнем излучения по боковым

лепесткам.
Расчет вектора направления остронаправленной антенны на наземный измерительный пункт ли земную станцию производится на каждом такте БЦВС по известным значениям параметров вектора состояния КА, полученным при помощи бортового прогноза (подход к организации бортового прогноза изложен выше), параметрам текущей ориентации КА и заданным координатам НИП.
Погрешность расчета углов (без учета погрешности начального задания параметров орбитального движения КА) определяется точностью баллистического прогноза, текущего звездного времени, ориентации КА и геодезических координат НИП (ЗС).
Требуемый уровень точности обеспечивается за счет надлежащей частоты обновления начальных условий указанных выше параметров из НКУ. Типовые процедуры подобных коррекций подлежат определению в процессе рабочего проектирования.

13

Остронаправленная антенна и привод остронаправленной антенны КА «Спектр-УФ»:
- рабочий диапазон углов поворота - 10º ± 50‘;
- скорость разворота - от 0,00269 º/с до 0,35 º/с ;
- погрешность поворотов -  8‘.

– механизм (платформа) с параллельной кинематической структурой, предназначенный для высокоточного

позиционирования целевой аппаратуры КА информационного назначения по 6-ти координатам. Работает в условиях глубокого вакуума и в широком температурном диапазоне. Совмещает функции стабилизации и наведения бортовой целевой аппаратуры КА с активной защитой от внешних и внутренних механических возмущений.
Для управления гексаподом решается обратная задача динамики. При этом используют пропорционально-дифференциальный (ПД-) или пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-) регулятор совместно с обратной моделью динамики гексапода (ОМД-регулятор). Управление реализуют в двух вариантах регуляторов:
1. Управление в пространстве длин ног. При этом на основе заданного программного движения платформы – векторов положений, скоростей и ускорений положений и ориентации в декартовом пространстве вычисляют задающие сигналы для системы управления длинами ног гексапода.
2. Управление в пространстве декартовых координат, реализуемое на основе заданного программного движения.

14

понимается целенаправленный процесс изменения структуры (структур) объекта в целях сохранения,

восстановления, а в некоторых ситуациях повышения эффективности применения, либо обеспечения минимального их снижения при возможной деградации и/или выходе из строя элементов и подсистем

15

экстремальных воздействиях
17
В основу построения внешнего контура адаптации может быть положена

способность системы к структурной и программной реконфигурации и автономному принятию решений с использованием средств искусственного интеллекта

Многоуровневая структурная организация изделия РКТ

входных координат физических процессов в техническом объекте, ограничений области допустимых

значений некоторых координат или показателей качества процессов в технической системе.

Параметрическое управление направлено на изменение значений физических параметров элементов технической системы.

18

по технологии программируемых логических интегральных схем (ПЛИС):
2) Динамическая перестройка поля

однородной вычислительной системы (ОВС) в процессе решения задач управления АКА.

Структура вычислительной
ячейки ОВС

Диагональные связи
в матричной ОВС

Функциональные блоки ВЯ регенеративной ОВС

Первый уровень аппаратной конфигурации

Второй уровень аппаратной конфигурации

……

системой при выполнении новой версии ПО
БЦВК КА функционирует под управлением

старой версии ПО. При этом новая версия выполняется параллельно со старой, результаты ее решения не используются для управления КА, но проверяются с помощью проверочных тестов (ПТ) или путем сравнения с результатами старой версии. В случае возникновения в новой версии ошибки замена версий прекращается. Выполняется корректировка новой версии.

Новая версия ПО используется для первичного управления КА, а старая версия выполняется как фоновый процесс, т.е. результаты ее вычислений не используются (подавляются). Контроль новой версии осуществляется по-прежнему с помощью ПТ или путем сравнения с результатами старой версии. В случае возникновения ошибки при выполнении новой версии замена версий ПО прекращается, старая версия ПО становится активной.

20

тип аппаратных систем, который включает в себя реконфигурируемые и автономные

системы, искусственный интеллект, а также эволюционные алгоритмы (ЭА). Основная особенность ЭАС – возможность изменения архитектуры системы в зависимости от внешних условий. В основе ЭАС лежат эволюционные алгоритмы – методология поиска решений для получения соответствующей архитектуры. В качестве аппаратной платформы при создании ЭАС выступают реконфигурируемые устройства.
Эволюционные аппаратные средства имеют следующие особенности:
♦  система эволюционирует, а не разрабатывается;
♦  может получиться не оптимальное решение, но пригодное для поставленной задачи;
♦  адаптивность к внешним изменениям.

Принцип реализации аппаратной конфигурации

Реконфигурируемое устройство аппаратной реализации генетического алгоритма

21