Библиографическое описание:

Пейсахович Д. Г. Некоторые особенности построения систем передачи телеметрической информации // Молодой ученый. — 2010. — №8. Т. 1. — С. 109-112.

Системы передачи телеметрической информации объединяют бортовую и наземную телеметрические системы. А также радиолинию космический аппарат – Земля.

Бортовая телеметрическая система обеспечивает сбор информации от различных служебных и научных датчиков, преобразует выходные сигналы этих датчиков в цифровую форму, обеспечивает хранение информации в период между сеансами связи и формирование единого цифрового потока двоичных данных.

Можно выделить три основных вида источника данных на космическом аппарате [1]:

–   системы космического аппарата (электропитание, ориентации, управления, двигательная установка и др.);

–   низкоинформативные научные приборы;

–   высокоинформативные научные приборы (ТВ камеры, оптико-механические сканеры и т.п.).

Эти источники информации, как правило, используют общую бортовую систему сбора, преобразования и хранения информации и единую радиолинию космический аппарат – Земля.

На Земле с выхода телеметрической системы передачи информации сообщения поступают к разным потребителям. Данные о состоянии систем космического аппарата поступают в группу анализа ЦУП. Научная информация используется различными научными институтами. Информация от датчиков изображения используется как в интересах управления космический аппарат, так и в интересах науки.

Характеристики телеметрической системы зависят от того, какие датчики информации она обслуживает. Задачи системы передачи служебной ТМИ сводятся к передачи сообщений о состоянии систем космический аппарат, температура в отсеках космический аппарат, исполнение передаваемых функциональных и числовых команд.

Запуск каждого нового космического аппарата является началом лётно-конструкторских испытаний,  так как практически все космические аппараты отличаются друг от друга по решаемым задачам и, следовательно, имеют отличие в системах космического аппарата и укомплектованы разными научными приборами.

Основным отличительным признаками системы передачи служебной телеметрической информации являются:

–   большая избыточность передаваемых сообщений;

–   невысокая точность измерения параметров;

–   большое число измеряемых параметров;

–   необходимость передачи данных в аварийном состоянии космического аппарата (потеря ориентации, снижение мощности передатчика и др.).

Требования минимизации массы и энергопотребления бортовой аппаратуры приводит к необходимости создания единой бортовой телеметрической системы, которая передаёт сообщение как от датчиков состояния систем космического аппарата (служебная телеметрия), так и от научных датчиков (научная телеметрия).

Телеметрическая информация передаётся кадрами (см. рис. 1) [2]. Обычно каждый кадр состоит из 128 8-ми разрядных слов, в начале каждого кадра передаётся синхропосылка (СП), как правило состоящая из 4х слов. Первое слово после СП несёт в себе значение номера ТМ кадра, в которую входит номер цифрового массива (ЦМ), передаваемого в структуре ТМ кадра.

Рисунок 1 - Состав телеметрического кадра

 

 

Порядок следования информационных слов в ТМ кадре однозначно определяется номером кадра. При передачи ЦМ в четырёх старших разрядах пятого слово записывается «0», шестое и седьмое слова в кадре несут информацию о бортовом времени (БВ) от 0 до 59 минут. 6 старших разрядов 6-го слова могут принимать значения от 0 до 59 минут с дискретом в 1 минуту.

2 младших разряда 6-го слова и 4 старших разряда 7-го слова могут принимать значения от 0 до 59 с дискретом в 1 с.

4 младших разряда 7-го слова могут принимать значения от 0 до 15 (0-937,5 мс) с дискретом в 62,5 мс.

С 8-го по 127-ое слово передаётся телеметрическая информация.

Последнее слово в кадре – контрольная сумма. Она получается суммирование 2-чных слов всего кадра с учётом СП без переноса бита переполнения 8-ми разрядной сетки.

Телеметрическая информация передаётся как безызбыточным кодом при малых скоростях передачи, так и после кодирования свёрточным кодом (СК) с длиной кодового ограничения К=6 и кодовой скоростью R=1/2.

При выборе перспективных методов кодирования телеметрической информации рассматриваются несколько возможных кодов:

–   каскадный код, состоящий из свёрточного кода К=6, R=1/2 и расширенного кода Боуза-Чоудхари-Хеквенгейма (64;51;t=2);

–   свёрточный код с К=9, R=1/3.

Требуемое отношение сигнал-шум на бит информации для обеспечения вероятности ошибки 10-5 соответственно составляет 2,2 и 1,9.

Для сравнения, отношение Еб/N0 для СК с К=6, R=1/2 равно 2,8.

Полагаем, что потери при демодуляции и синхронизации кодовых символов реально не должны превышать 1 дБ. Для рекомендации одного из рассматриваемых методов кодирования учтём следующие соображения:

–    наиболее помехоустойчивый из этих кодов – свёрточный с К=9, R=1,3 – пригоден в основном для программной реализации. Сложность аппаратурной реализации примерно в 8 раз больше чем для свёрточного кода с К=6, R = 1,2;

–    каскадный код приходит к утроению – учетверению сложности кодирующего устройства. Сложность декодирующего устройства увеличивается незначительно. Учитывая, что энергетический выигрыш, на который разменивается сложность, составляет 1 дБ, следует иметь убедительные причины для его применения.

Бортовой комплекс телеметрической системы (см. рис. 2) обеспечивает следующие режимы работы:

–   передачу в реальном времени в сеансе связи;

–   запоминание информации между сеансами связи;

–   передачу одной части информации в реальном времени и одновременное запоминание другой части информации.

Надпись: Рисунок 2 - Структурная схема бортового комплекса системы передачи телеметрической информации

 

 

Сигналы от датчиков поступают на входы коммутаторов. Программа опроса датчиков находится в памяти устройства хранения и формирования. Аналоговые сигналы проходят через АЦП и в устройстве формирования кадра УФК объединяются в единый цифровой поток, который в реальном времени передаётся через радиолинию, в режиме запоминания поступает старт-стопное запоминающее устройство. Все необходимые синхросигналы бортовой комплекс получает от программно-временной системы (ПВС). Обработку цифровых сообщений и управление режимами работы системы выполняет ЭВМ, входящая в состав телеметрической системы. Бортовой комплекс способен обрабатывать не только данные отдельных датчиков, но и цифровые массивы, при этом поступающий на вход радиолинии цифровой массив разделяется на стандартные кадры по 1024 бита. В каждом кадре имеется СП.

В сеансе связи телеметрическая информация, сначала передаётся в режиме воспроизведения с ПЗУ, а затем реального времени. Типовой сеанс связи продолжается около 30 минут. При необходимости передачи большого объёма данных сеанс может продолжаться до нескольких часов в зависимости от возможности системы электропитания космический аппарат.

Наземный комплекс предусматривает регистрацию принимаемой информации, чтобы отказ в сеансе связи наземных систем синхронизации и декодирования, каналов связи с ЦУП и т.п. не приводил к потере информации. Поэтому наземный комплекс (см. рис. 3) имеет несколько ступеней регистрации.

Для приёма телеметрической информации используется одна из двух антенн комплекса космической связи: с диаметром зеркала 32 либо 70 метров.

Для сужения зоны поиска сигнала по частоте и снижения тем самым порогового значения энергетического потенциала используются программируемые синтезаторы частоты, позволяющие компенсировать известную часть доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала. В системе используются мягкое декодирование по алгоритму Витерби [3]. При этом, с учётом потерь в реальном приёмном устройстве при вероятности ошибочного приёма бита информации 10-4 требуется Еб/N0 = 3 с учётом потерь на реализацию. После декодирования цифровые данные поступают на схему выделения сигнала кадровой синхронизации и схему выделения результатов измерения отдельных параметров.

Рисунок 3 - Структурная схема наземного телеметрического комплекса

 

 

Литература:

1.      Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение [текст]: М., 1982

2.      Радиосистемы межпланетных космических аппаратов [текст]: Под общей редакцией А. С. Виницкого – М. – «Радио и Связь» 1993г.

3.      Хаусли Т. Системы передачи и телеобработки данных [текст]: М. – 1994

4.      Разработка программного обеспечения для автоматизированного проектирования программы телеметрических измерений модернизируемого изделия 11Ф695. Программа и методика испытаний [текст]: НТЦ «Наука» – Самара – 2002.

5.      Разработка программного обеспечения для автоматизированного проектирования программы телеметрических измерений модернизируемого изделия 11Ф695. Отчёт по результатам испытаний [текст]: НТЦ «Наука» – Самара – 2002.

Основные термины: телеметрической информации, телеметрической системы, космический аппарат, космического аппарата, передачи телеметрической информации, радиолинию космический аппарат, телеметрической системы передачи, систем передачи телеметрической, передачи служебной телеметрической, систем космического аппарата, Системы передачи телеметрической, системы передачи служебной, бортовой телеметрической системы, Характеристики телеметрической системы, комплекс телеметрической системы, анализе телеметрической информации, кодирования телеметрической информации, приёма телеметрической информации, состав телеметрической системы, разряда 7-го слова

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle