РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
DISTRIBUTED MEASUREMENT AND CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для построения информационно-измерительных систем и измерительно-управляющих систем испытаний земных станций спутниковой связи, осуществляющих передачу данных через бортовые ретрансляционные комплексы космических аппаратов геостационарной орбиты.
Известны системы по патентам US 7675462, US 8611826, на основе которых решаются или могут быть решены задачи испытаний земных станций спутниковой связи (ЗССС) для допуска к работе через бортовой ретрансляционный комплекс, включающих в себя, в том числе: измерение диаграммы направленности антенны ЗССС на передачу данных; измерение кроссполяризационной развязки; измерение долгосрочной стабильности частоты, эквивалентной изотропно излучаемой мощности и т.д.
Недостатком, общим для данных систем, является отсутствие возможности одновременного проведения на их основе испытаний нескольких земных станций спутниковой связи и как следствие недостаточная производительность работ.
Известны распределенные измерительно-управляющие системы, реализующие способы их функционирования по патентам RU 2406140, RU 2468420, RU 2481621, обеспечивающие многопользовательский удаленный доступ объектам исследования, управления и измерения. Общим недостатком, присущим данным системам, является отсутствие возможности их применения для испытаний земных станций спутниковой связи, в связи с отсутствием ряда специализированных функциональных узлов.
Наиболее близкой к заявляемой распределенной измерительно-управляющей системе является система, реализующая способ функционирования по патенту RU 2468420, включающая в свой состав: ПЭВМ пользователей или рабочих мест, сетевой сервер, измерительно-управляющий сервер, устройство сопряжения, исполнительное устройство, объект, в которой каждая из ПЭВМ пользователей или рабочего места посредством вычислительной сети соединена с сетевым сервером, сетевой сервер соединен с измерительно-управляющим сервером, измерительно-управляющий сервер соединен через устройство сопряжения и исполнительное устройство с объектом.
В основу изобретения положена задача повышения производительности работ при проведении испытаний земных станций спутниковой связи.
Поставленная задача решается тем, что в распределенную измерительно-управляющую систему, содержащую ПЭВМ рабочих мест, сетевой сервер, измерительно-управляющий сервер, дополнительно введены анализатор сигналов и антенная система, при этом сигнальный выход антенной системы соединен с сигнальным входом анализатора сигналов, вход управления антенной системой с первым выходом управления измерительно-управляющего сервера, второй выход управления которого соединен с входом управления анализатора сигналов, вход обмена данными измерительно-управляющего сервера соединен с соответствующим выходом анализатора сигналов, измерительно-управляющий сервер соединен с сетевым сервером, который в свою очередь соединен с ПЭВМ рабочих мест посредством компьютерной сети.
1
2
k
Функциональная схема заявляемой системы представлена на фиг.1. На фиг. 2 приведена структурная схема возможного варианта реализации антенной системы. Распределенная измерительно-управляющая система содержит k ПЭВМ рабочих мест 1, 1, …, 1, соединенных через компьютерную сеть 2 с сетевым сервером 3. К сетевому серверу 3 подключен измерительно-управляющий сервер 4. Измерительно-управляющий сервер 4 соединен по выходам управления с соответствующими входами анализатора сигналов 6 и антенной системы 5. Антенная система 5 соединена по сигнальному выходу с соответствующим входом анализатора сигнала 6, при этом анализатор сигналов 6 по выходу обмена данными соединен с соответствующим входом измерительно-управляющего сервера 4. Антенная система 5 содержит приемную антенну 12 с разными выходами поляризации, например вертикальной и горизонтальной, к которым подключены малошумящие усилители 10 и 11, выходы малошумящих усилителей 10 и 11, через управляемый коммутатор 9, связаны с сигнальным входом анализатора сигналов 6, вход управления коммутатора 9 связан с соответствующим выходом измерительно-управляющего сервера 4.
1
2
k
1
2
k
1
2
k
1
2
k
1
2
k
Система работает следующим образом. По команде пользователей системы, ПЭВМ рабочего места 1, 1, …, 1 через компьютерную сеть 2 на сетевой сервер 3 передает представленное в цифровом виде задание на измерение, которое в порядке поступления на сетевой сервер 3 записывается им в очередь заданий других ПЭВМ. Задание на измерение содержит указатель выхода поляризации антенны 12 и параметры настройки анализатора сигналов 6, например центральная частота, полоса обзора, разрешение по частоте и др. Очередное задание передается сетевым сервером 3 на измерительно-управляющий сервер 4. Под управлением измерительно-управляющего сервера 4 в соответствии с обрабатываемым заданием осуществляется выдача управляющих сигналов на соответствующие входы антенной системы 5 и анализатора сигналов 6 в целях установки их конфигурации, и запускается процесс измерения. Анализатор сигналов 6 на частоте, определяемой обрабатываемым заданием, выполняет измерение и оценку параметров принятого антенной системой 5 сигнала с бортового ретрансляционного комплекса космического аппарата 7, передаваемого тестируемой земной станцией спутниковой связи 8, 8, …, 8 на выделенной для нее частоте в одной из поляризаций, например вертикальной или горизонтальной. Сигнал с соответствующего выхода поляризации антенны 12 усиливается при помощи малошумящих усилителей 10 или 11 и через коммутатор 9, управляемый измерительно-управляющим сервером 4, подается на вход анализатора сигнала 6. Результаты измерения в цифровом виде, полученные от анализатора сигнала 6, измерительно-управляющий сервер 4 передает на сетевой сервер 3, а сетевой сервер 3 на соответствующий ПЭВМ рабочего места 1, 1, …, 1 для последующей обработки и визуализации. После этого сетевой сервер 3 передает следующее, имеющееся в очереди задание на измерительно-управляющий сервер 4 для его выполнения. После получения ответа на предыдущее задание, по команде пользователя ПЭВМ рабочего места 1, 1, …, 1, на сетевой сервер 3 отправляет следующее задание на измерение, если потребность в таковом имеется. Этим самым в заявляемой системе реализуется режим разделения времени работы пользователей на основе ПЭВМ рабочих мест 1, 1, …, 1 с анализатором сигналов 5 и антенной системой 6 при выполнении измерений и обеспечивается одновременное проведение испытаний ЗССС.
1
2
k
1
2
k
1
2
k
Одновременная передача сигналов от нескольких тестируемых земных станций спутниковой связи 8, 8, …, 8 через бортовой ретрансляционный комплекс космического аппарата 7 на антенную систему 5 осуществляется с их частотным разделением. Координация действий операторов тестируемых земных станций спутниковой связи 8, 8, …, 8 в части изменения направленности их антенн по азимуту и углу места, установки уровня мощности передаваемой несущей и т.д. может выполняться, например, с помощью телефонной связи или сетевых сервисов передачи текстовых и голосовых сообщений на основе ПЭВМ рабочих мест 1, 1, …, 1 и т.д.
1
2
k
1
2
k
При проведении испытаний на основе заявляемой системы каждый пользователь системы независимо от других пользователей осуществляет координацию действий оператора только одной, прикрепленной к нему тестируемой ЗССС. А также формирует с соответствующей ПЭВМ рабочего места 1, 1, …, 1 задание на установку конфигурации антенной системы 5 и анализатора сигналов 6 и выполнение с их помощью измерений параметров сигнала, передаваемого соответствующей прикрепленной тестируемой ЗССС из 8, 8, …, 8.
Все узлы системы являются широко известными из уровня техники. При этом в качестве анализатора сигналов 6 могут быть использованы промышленно выпускаемые анализаторы спектра, анализаторы несущих сигналов, модульные приборы или любое другое устройство, обеспечивающее измерение параметров высокочастотного сигнала и взаимодействующее с измерительно-управляющим сервером 4, например, посредством интерфейсов LXI, PXI, LAN, USB, GPIB и т.д. В качестве измерительно-управляющего 4 сервера может использоваться, например, ЭВМ промышленного исполнения. Также в некоторых случаях измерительно-управляющий сервер 4 может выполнять функции сетевого сервера 3, что в целом не влияет на сущность заявляемого изобретения.
Технический результат изобретения поясним на конкретном примере. Введем следующие обозначения:
λ - интенсивность передачи заданий на измерение по требованию пользователей с ПЭВМ каждого рабочего места на сетевой сервер;
обсл_ср
t - среднее время выполнения задания под управлением измерительно-управляющего сервера;
μ - интенсивность обслуживания заданий, равная .
обсл_ср
Дополнительно для упрощения предположим, что транспортные задержки передачи заданий с ПЭВМ рабочих мест на сетевой сервер много меньше величины t и ими можно пренебречь, тогда на примере пуассоновского потока поступления заданий с ПЭВМ рабочих мест и показательного закона распределения времени обслуживания заданий на измерительно-управляющем сервере, в соответствии с [Л. Клейнрок. Вычислительные системы с очередями / Перевод с англ. под ред. д-ра техн. наук Б.С. Цыбакова. - М.: Мир, 1979, с. 243], «насыщение» по числу рабочих мест для заявляемой распределенной измерительно-управляющей системы можно определить в соответствии со следующим выражением:
*
*
То есть заявляемая система обеспечивает обработку заданий с k ПЭВМ рабочих мест и как следствие одновременность испытаний в части k тестируемых станций за счет предоставления возможности обращения и использования с ПЭВМ рабочих мест оборудования (антенной системы и анализатора сигналов) в интервалы его «простоя», то есть когда оно не используется непосредственно для проведения измерений по заданиям, например, в интервалы времени координации пользователями действий операторов соответствующих тестируемых земных станций спутниковой связи, подготовки заданий на измерение, обработки и анализа полученных результатов измерений и прочее.
обсл_ср
Предположим, что каждый пользователь с ПЭВМ рабочего места системы в течение 4 часов (ΔT=14400 секунд) выполняет серию из 200 измерений (Х0=200), при этом среднее время выполнения задания на измерение под управлением измерительно-управляющего сервера составляет 5 секунд (t=5 секунд), таким образом в течение рассматриваемого промежутка времени ΔT допустимое число одновременно тестируемых станций в соответствии с (1) составит:
То есть в 15 раз обеспечивается повышение производительности работ при проведении испытаний земных станций спутниковой связи на основе заявляемой системы. Таким образом, достигается поставленная задача изобретения.
*
От соотношения величин ΔT, λ, μ, а также очередности обработки заданий зависит технический эффект заявляемого изобретения, характеризуемый числом одновременно тестируемых земных станций спутниковой связи. При этом фактическое количество одновременно тестируемых земных станций k и соответствующее ему число ПЭВМ рабочих мест может находиться в пределах 1<k≤k и может быть выбрано, например, исходя из допустимого снижения времени реакции системы на задания пользователей.