4.2 Командно – измерительные системы. Основные требования, предъявляемые к кис

КИС представляют собой системы для обеспечения контроля передачи команд и осуществление различного вида измерений на самом спутнике и аппаратуре ретрансляторов.

К КИС предъявляют ряд требований не свойственных системам спутниковой связи, но существенно влияющих на их построение.

1. KИС должны обеспечивать управление ИСЗ в различных режимах его полета:

- при установке в расчетную точку орбиты и функционировании на орбите,

- при ориентированном и неориентированном положении ИСЗ,

- в штатном режиме,

- при возникновении на ИСЗ нештатных и аварийных ситуаций.

2. Источники передаваемой по радиолиниям KИC информации находятся как на борту ИСЗ, так и на Земле (в ЦУП), в то время как для системы связи ИСЗ является лишь ретранслятором информации от земных станций.

3. Радиолинии КИС должны совмещать передачу информации с проведением измерений текущих навигационных параметров.

4. КИС должны обеспечивать повышенную достоверность передаваемой на ИСЗ информации с обязательным квитированием факта ее прохождения, поскольку выдача несанкционированной команды (трансформация команды) или пропуск команды могут привести к серьезным, а иногда и непоправимым последствиям.

5. Объем передаваемой по радиолиниям КИС информации относительно мал.

6. В отечественной практике КИС работают со спутниками связи сеансами.

КИС по классификации Международного союза электросвязи относятся, к службе космической эксплуатации.

В 1992 г. ВАКР на первичной основе для этой службы распределила полосы частот: 2025…2110 МГц в направлении Земля - Космос и 2200…2290 МГц в направлении Космос-Земля.

При штатной эксплуатации управление спутниками связи рекомендуется осуществлять в диапазоне используемой целевой (связной) радиолинией этого ИСЗ.

Обобщенная функциональная схема кис, принцип работы

Рисунок 4.1 Обобщенная функциональная схема KИС

Функциональный состав ЗС и бортовой аппаратуры во многом аналогичны. Каждый комплект включает в себя: антенны, приемники, передатчики, эталонные генераторы, устройства выделения информации, устройства формирования запросного (ответного) сигнала, синтезатор частот в ЗС и устройство формирования несущей частоты ответного сигнала в бортовой аппаратуре.

В соответствии с назначением КИС в ЗС можно выделить устройства формирования и обработки КПИ, обработки ТМИ, формирования и обработки сигналов для измерения текущих навигационных параметров (ИТНП), формирования и сверки времени. В бортовой аппаратуре – предназначенные для решения тех же функциональных задач, соответственно, устройства обработки КПИ и формирования квитанций, формирования ТМИ, формирования меток БШВ. Отметим, что на многих спутниках связи (особенно геостационарных) устройство формирования БШВ не требуется, а в некоторых случаях функции формирования ТМИ выполняются специальной аппаратурой, не входящей в состав КИС.

В состав ЗС входит управляющий информационно-вычислительный комплекс, построенный в современных ΚИС на базе ЭВМ. С его помощью осуществляется автоматизированное управление станцией во время подготовки и проведения сеанса управления с ИСЗ.

Комплекс выполняет необходимые для этого расчеты, в нем хранятся требуемые для работы данные и полученные результаты, с его помощью осуществляется также обмен информацией с ЦУП.

До начала сеанса управления из ЦУП в земную станцию поступают данные, содержащие номер ИСЗ, с которым должен проводиться сеанс, время и программу его проведения. Наличие предварительной информации об орбите ИСЗ позволяет перед началом сеанса рассчитать целеуказания для наведения земных антенн. Априорная информация используется также для прогноза доплеровского смещения частоты в земном синтезаторе и прогноза ожидаемого времени запаздывания сигнала в радиолинии Земля – ИСЗ (ИСЗ – Земля). Приходящая из ЦУП информация либо запоминается в устройстве формирования и обработки КПИ, либо через него в реальном масштабе времени передается на борт.

Земной синтезатор частот из высокостабильного колебания эталонного генератора формирует колебание с несущей частотой f_з запросного сигнала, с частотой f_г гетеродина приемника, а также ряд высокостабильных колебаний, необходимых для работы других устройств станции. При этом частоты f_з и f_г изменяются по программе в соответствии с ожидаемым доплеровским смещением частоты. В передатчике несущее колебание модулируется по частоте или фазе низкочастотным сигналом S_мод, образованным в устройстве формирования запросного сигнала из дальномерного сигнала S_R, сигналов КПИ S_кпи и сигналов S_в, предназначенных для фазирования и коррекции бортовой шкалы времени. Сформированный для излучения на ИСЗ высокочастотный запросный сигнал поступает на антенну и излучается в направлении ИСЗ.

Принятый земной антенной с ИСЗ ответный сигнал обрабатывается и демодулируется в приемнике.

Низкочастотный сигнал S_инф в устройстве выделения информации декодируется и разделяется на сигналы:

- S_кв – сообщения о результатах прохождения переданной на борт информации КПИ (квитанции),

- S_тмк – телеметрическая информация,

- S_свк – сообщения о бортовом времени, передаваемые при проведении СФК бортовой шкалы времени.

- S_итип – информация об измеренных текущих навигационных параметрах.

Эти сигналы поступают на соответствующие функциональные устройства, в которых производится их окончательная обработка.

Существуют два способа построения бортовой аппаратуры КИС: с некогерентным и когерентным преобразованием несущей частоты сигнала.

При первом способе несущая частота ответного сигнала f₀ формируется непосредственно из частоты бортового эталонного генератора. При втором способе она формируется из частоты принятого запросного сигнала f_з и связана с ней коэффициентом преобразования α: f₀ = α · f_з, где α – простая дробь.

Когерентное преобразование несущей частоты существенно усложняет построение БА КИС, требуя выделения и узкополосную фильтрацию гармонического сигнала с частотой f_з. Однако оно позволяет обеспечить высокоточное измерение радиальной скорости ИСЗ запросным доплеровским методом. Кроме того, выделенное колебание несущей частоты может быть использовано в качестве опорного при применении синхронного детектирования сигналов КПИ в БА КИС.

Принятый бортовой антенной сигнал f_з усиливается, фильтруется и демодулируется в приемнике. Здесь же выделяется для дальнейшей ретрансляции на Землю дальномерный сигнал S_R. Низкочастотный информационный сигнал в устройстве выделения информации декодируется и разделяется на сигналы КПИ и сигналы предназначенные для фазирования и корректирования бортовой шкалы времени. В бортовом передатчике несущее колебание с частотой f_о модулируется сигналом, образованным в устройстве формирования ответного сигнала из сигналов квитанций, времени, телеметрии и ответных сигналов дальности.