Декодер командной и телеметрической информации бортовой аппаратуры командно-измерительной системы

Полезная модель относится к области вычислительной техники и предназначена для использования в бортовой аппаратуре командно-измерительной системы (БА КИС) для управления космическим аппаратом (КА).
В течение срока активного существования (САС) КА на орбите, который в зависимости от высоты орбиты и назначения может быть разным, а в ряде случаев требуется не менее 15 лет, необходимо с наземной станции на БА КИС посылать разовые команды (РК) и командно-программную информацию (КПИ), принимать квитанции (KB) об их исполнении и телеметрическую информацию (ТМИ). В БА КИС для этого предусмотрен декодер командно-программной и телеметрической информации (ДКТИ), включающий в себя декодер командно-программной информации (ДКПИ) и блок обработки телеметрии (БОТ), осуществляющий функции декодирования РК и КПИ, формирования KB и кадров ТМИ.
Основные требования, предъявляемые к ДКТИ, помимо требований назначения: малые габариты, масса, энергопотребление и высокая надежность в течение САС.
В качестве ближайшего аналога предлагаемой полезной модели может быть выбран ДКТИ для БА КИС, в котором ДКПИ и БОТ являются отдельными приборами (см. Булгаков Н.Н., Алыбин В.Г., Кривошеин А.А. «Особенности построения двухдиапазонной бортовой аппаратуры командно-измерительной системы для управления космическим аппаратом на этапе его вывода на ГСО». Ракетно-космическое приборостроение и информационные технологии. 2013. VI Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий» (5-7 июня 2013 г.), стр. 266-276, - М: 2014). Известный ДКТИ, содержит ДКПИ, БОТ и коммутационную матрицу (КМ). ДКТИ соединен с бортовым источником ТМИ, с цифровым приемником (ЦПРМ) и цифровым формирователем ответного сигнала (ЦФОС).
Недостатком известного технического решения являются большие габариты, масса и недостаточная надежность в течение САС, обусловленные следующими причинами:
- масса ДКТИ увеличена из-за большого числа соединений между ДКПИ и БОТ, включая кабели, трансформаторные интерфейсные схемы и разъемы;
- надежность устройства недостаточно высока из-за большего числа активных и пассивных элементов, чем при реализации ДКПИ и БОТ в виде одного прибора;
- большее энергопотребление из-за необходимости запитывать два устройства вместо одного.
В свою очередь, предлагаемая полезная модель позволит устранить данные недостатки и получить технический результат, заключающийся в уменьшении габаритов, массы, энергопотребления ДКТИ при повышении надежности в течение САС.
Заявленный технический результат достигается при использовании предложенного ДКТИ БА КИС, который содержит ДКПИ, БОТ, программно-временное устройство (ПВУ), КМ и соединен с ЦПРМ, ЦФОС, источником KB, источником ТМИ, потребителями РК, потребителями КПИ. В отличие от аналога, в предложенном ДКТИ БА КИС ДКПИ и БОТ выполнены в виде единого прибора, реализованного на одной программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС). ПВУ предусмотрено для парирования нештатных ситуаций в ДКТИ.
Предложенный ДКТИ БА КИС поясняется структурной схемой, где: 1
- ДКТИ, 2 - единый прибор, содержащий ДКПИ+БОТ, 3 - ПЛИС, 4 - КМ, 5 - ЦПРМ, 6 - ЦФОС, 7 - ПВУ.
В ДКТИ 1 БА КИС ДКПИ и БОТ 2 выполнены в виде единого прибора на одной плате с ПЛИС 3. ДКТИ 1 БА КИС содержит: входы (РК и КПИ) от ЦПРМ 5; входы от источника ТМИ; выходы (KB и ТМИ) на ЦФОС 6; коммутационную матрицу КМ 4; программно-временное устройство - ПВУ 7. Использование ПЛИС 3 в составе ДКТИ 1 обеспечит минимальные затраты на проектирование, а также максимальную гибкость при модернизации аппаратуры. ДКПИ и БОТ 2 представляют собой функциональные логические блоки ПЛИС 3, то есть блоки триггеров и логических элементов.
Рассмотрим работу ДКТИ 1 БА КИС. РК или КПИ, принятые с наземной станции командно-измерительной системы (НС КИС) после ЦПРМ 5 поступают в ДКТИ 1. РК декодируются в ПЛИС 3 и после этого поступают на КМ 4. По результатам декодирования формируется квитанция (KB), поступающая на вход ЦФОС 6 для дальнейшей передачи на НС КИС. По результатам декодирования формируется телеметрия исполнения РК (ТМ ИСП). С выхода КМ 4 РК поступают в системы КА для их исполнения. КПИ транслируется через ДКТИ 1 для исполнения в системы КА. От систем КА в ДКТИ 1, поступают квитанции (KB) об исполнении РК или КПИ, а также ТМИ о состоянии систем КА. Для передачи ТМИ на НС КИС в ПЛИС 3 формируется телеметрический кадр (ТМК), который поступает на вход ЦФОС 6, преобразуется на требуемую несущую частоту, усиливается и передается на НС КИС. Для парирования нештатных ситуаций в ДКТИ 1 предусмотрено ПВУ 7, соединенное с КМ 4.
Использование ДКПИ и БОТ, выполненных в виде единого прибора 2, реализованного на одной ПЛИС 3 позволяет:
- применить регистры состояний внутри ПЛИС 3 вместо использовавшихся ранее трех поляризованных реле для запоминания режимов работы ДКПИ и БОТ, исключить силовые команды для переключения режимов работы, что существенно уменьшает габариты и массу прибора (за счет миниатюризации плат с ПЛИС и исключения разъемов и кабелей, связывавших ранее ДКПИ и БОТ), а также сокращает число устройств перекрестного резервирования;
- уменьшить число элементов и соединений благодаря объединению двух приборов - ДКПИ и БОТ в один 2, что повышает надежность ДКТИ 1 в течение САС;
- использовать одну ПЛИС 3 вместо использовавшихся ранее двух активных элементов в разных приборах, что обеспечило уменьшение энергопотребления;
- увеличить надежность ДКТИ 1 в течение САС путем внутреннего резервирования в ПЛИС 3.
Благодаря выполнению в ДКТИ 1 ДКПИ и БОТ в виде единой платы 2 с ПЛИС 3, возможно уменьшение габаритов, массы, энергопотребления ДКТИ 1 и повышение надежности ДКТИ 1 в течение САС.
При реализации заявленной полезной модели на практике получены следующие результаты:
3
- габариты ДКТИ в объемном выражении сократились на 50%, т.е. на 7,1 дм;
- масса ДКТИ сокращена на 48% т.е на 4,3 кг;
- энергопотребление уменьшено на 30%;
- расчетная вероятность безотказной работы на 15 лет САС для ДКТИ составила 0,9940 (для аналога ДКПИ и БОТ - 0,9933).