СТАНЦИЯ ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ ОТ АВАРИЙНЫХ РАДИОБУЕВ КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОИСКА И СПАСАНИЯ

Предложенное техническое решение относится к технике космической связи и может быть использовано в космических системах поиска и спасания для приема сигналов от аварийных радиобуев системы КОСПАС-САРСАТ, ретранслированных бортовым радиотехническим комплексом геостационарного искусственного спутника Земли и передачи достоверной информации в координационный центр системы.
Известна станция приема информации от аварийных радиобуев GEOLUT, предназначенная для приема и обработки сигналов аварийных радиобуев АРБ-406, ретранслированных через геостационарные космические аппараты и передачи достоверных посылок в координационный центр системы. Станция GEOLUT имеет в своем составе: параболическую антенну, полосовой фильтр и малошумящий усилитель с преобразователем частоты вниз, размещаемые на антенне, блок обработки модели GEOLUT 600, включающий аналого-цифровой приемник, навигационный приемник глобальной навигационной спутниковой системы GPS, интерфейс с координационным центром системы. Наведение антенны - ручное.
Описание станции GEOLUT приведено на сайте фирмы производителя www.ems-t.com. Технические характеристики станции GEOLUT определены документом Международной системы КОСПАС-САРСАТ C/S T.009 «Спецификации и руководящие принципы построения наземной станции приема GEOLUT системы КОСПАС-САРСАТ». Устройство станции GEOLUT по функционально-структурной схеме наиболее близко к предложенному техническому решению и выбрано в качестве его ближайшего аналога.
Основным недостатком станции GEOLUT является наличие только ручного наведения приемной антенны на искусственный спутник Земли, что значительно усложнит наведение антенны на геостационарный спутник «Электро-Л» после трех лет использования. Также к недостаткам известной станции приема информации можно отнести высокую стоимость.
Предложенное техническое решение позволяет устранить перечисленные недостатки станции GEOLUT. В результате предлагаемая станция приема информации от аварийных радиобуев СПИАБ позволит обнаруживать сигналы от аварийных радиобуев (АРБ-406), ретранслированные геостационарным спутником «Электро-Л», при непрерывном круглосуточном функционировании станции и программном наведении на геостационарный спутник при лунно-солнечной прецессии спутника.
Технический результат, ожидаемый от использования предложенной конструкции, будет достигнут тем, что предложена станция приема информации от аварийных радиобуев космической системы поиска и спасания, включающая антенный пост, внешние приемные устройства, навигационные приемники глобальных навигационных спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС, аналого-цифровые приемники, вычислительные системные блоки, коммутатор-маршрутизатор, консольный переключатель, источники вторичного и бесперебойного питания, а также рабочее место оператора. Внешние приемные устройства, аналого-цифровые приемники, вычислительные системные блоки, а также источники вторичного и бесперебойного питания включают резервный комплект оборудования. Выходы основного и резервного внешних приемных устройств соединены соответственно с входами основного и резервного аналого-цифрового приемников. Основной и резервный аналого-цифровые приемники соединены с основным и резервным вычислительными системными блоками соответственно. Основной и резервный вычислительные системные блоки соединены соответственно с основным и резервным навигационными приемниками и через коммутатор-маршрутизатор с устройством управления
антенного поста, а также через консольный переключатель и коммутатор-маршрутизатор с рабочим местом оператора. Дополнительно в состав станции введен имитатор бортового источника сигнала, выход которого соединен с входом малошумящего усилителя, входящего в состав внешнего приемного устройства, а вход - с вычислительным системным блоком. В отличие от известного технического решения в предложенной станции приема информации от аварийных радиобуев в качестве навигационных приемников используются совмещенные GPS/ГЛОНАСС приемники. Также в отличие от известного технического решения антенный пост оборудован системой наведения и автосопровождения, соединенной с выходами основного и резервного вычислительных блоков и выполненной с возможностью программного или ручного наведения антенны.
Также вычислительные системные блоки через коммутатор-маршрутизатор соединены с внешними комплексами обработки информации. Внешними комплексами обработки информации являются международный координационно-вычислительный центр (МКВЦ) и наземный комплекс приема, обработки и распространения информации (НКПОР).
Основной и резервный аналого-цифровые приемники, основной и резервный вычислительные системные блоки, основной и резервный навигационные приемники глобальной навигационной спутниковой системы, система наведения и автосопровождения, основной и резервный источники вторичного питания, основной и резервный источники бесперебойного питания, имитатор бортового источника сигнала и рабочее место оператора размещены в едином помещении аппаратной станции приема и обработки информации от аварийных радиобуев.
Рабочее место оператора оборудовано монитором, клавиатурой, манипулятором «мышь», которые соединены с основным и резервным вычислительными системными блоками через консольный переключатель. Также в рабочее
место оператора входит принтер, который соединен с основным и резервным вычислительными системными блоками через коммутатор-маршрутизатор. Предложенное техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - структурная схема станции приема информации от аварийных радиобуев;
фиг.2 - структурная схема вычислительного комплекса станции приема информации от аварийных радиобуев.
Станция приема информации от аварийных радиобуев (фиг.1), включает антенный пост 14, оборудованный системой наведения и автосопровождения 15, внешнее приемное устройство 12, состоящее из основного и резервного малошумящих усилителей и основного и резервного полосовых фильтров, совмещенные GPS/ГЛОНАСС навигационные приемники (основной 1 и резервный 2), аналого-цифровые приемники (основной 7 и резервный 8), вычислительные системные блоки (основной 9 и резервный 10), имитатор бортового источника сигнала 16. Также станция СПИАБ включает источники вторичного питания (основной 3 и резервный 4), источники бесперебойного питания (основной 5 и резервный 6), коммутатор-маршрутизатор 11, консольный переключатель 17. Рабочее место оператора 18 оборудовано монитором, клавиатурой, манипулятором «мышь» и принтером. Входящие в состав станции приема информации функциональные устройства, постоянно находящиеся в процессе эксплуатации в помещении аппаратной, за исключением устройств, размещаемых на рабочем месте оператора, заключены в приемно-вычислительную стойку 20. Вся радиоэлектронная аппаратура сквозного тракта приема, обнаружения, выделения и обработки информации аварийных сообщений станции дублирована. Составные части предлагаемой станции СПИАБ построены преимущественно из покупных стандартизованных изделий, что позволит существенно сократить стоимость, сроки ее разработки и поставки аппаратуры.
Комплекс программного обеспечения является важной системо-образующей частью станции приема информации от аварийных радиобуев.
Программное обеспечение станции обеспечивает решение задач непрерывного круглосуточного приема и обработки сообщений от радиобуев АРБ-406 системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ, принимаемых от аналого-цифрового приемника (7 или 8), выделение и передачу достоверных сообщений в международный координационно-вычислительный центр (МКВЦ) и передачу информации о работоспособности станции СПИАБ в наземный комплекс приема, обработки и распространения (НКПОР). Также программное обеспечение станции обеспечивает управление и контроль техническими средствами и архивирование информации станции СПИАБ.
Антенный пост 14 принимает сигналы, передаваемые геостационарным искусственным спутником Земли 13, модулированные по фазе ретранслированными сигналами аварийных радиобуев. Внешнее приемное устройство 12 подключено к облучателю антенного поста 14 и аппаратно реализовано на основе основного и резервного полосовых фильтров и основного и резервного малошумящих усилителей, в состав которых конструктивно входят направленные ответвители для подключения к имитатору бортового источника сигнала 16, и обеспечивает предварительное усиление сигнала и фильтрацию от промышленных помех. Антенный пост 14 целесообразно использовать либо в ручном, либо программном режиме наведения. Ручное наведение используется для установки первоначального направления антенны на геостационарный искусственный спутник Земли 13 по максимуму сигнала с выхода аналого-цифрового приемника (7 или 8). После такой установки антенный пост 14 должен работать в этом режиме до тех пор, пока геостационарный искусственный спутник Земли 13 будет сохранять свое номинальное положение на геостационарной орбите. После израсходования рабочего тела на поддержание наклонения орбиты искусственного спутника Земли 13 наклонение его орбиты будет постоянно увеличиваться за счет воздействия притяжения от Луны и Солнца (лунно-солнечной прецессии орбиты геостационарного спутника). Положение искусственного спутника Земли 13 на небесной сфере будет описывать
так называемую «восьмерку». Для последующего отслеживания антенным постом 14 этой «восьмерки» достаточно использовать режим программного наведения антенного поста, который будет обеспечен системой наведения и автосопровождения 15 по информации от комплекса программного обеспечения.
Основной 7 и резервный 8 аналого-цифровые приемники представляют собой аналого-цифровые устройства и обеспечивают прием и первичную обработку сигналов аварийных радиобуев АРБ-406, ретранслированных геостационарными искусственными спутниками Земли 13. Аналого-цифровой приемник (7 или 8) решает задачи обнаружения и фазовой синхронизации по сигналу несущей, оценивания ее параметров (частоты и энергетического потенциала), демодуляции сигнала и полосовой фильтрации демодулированного сигнала поднесущей, представляющей собой аддитивную смесь шума бортового приемника с ретранслированными сигналами аварийных радиобуев, с целью выделения достоверных информационных посылок путем накопления сигналов нескольких посылок от одного радиобуя и формирования оценок параметров соответствующего сигнала, привязанных ко времени. Сигнал от основного или резервного малошумящего усилителя поступает на вход аналого-цифрового приемника (7 или 8). Путем двойного частотного преобразования понижается частота сигнала, после чего сигнал обрезается по полосе и оцифровывается. Вся дальнейшая обработка сигнала осуществляется в цифровом виде. Результаты текущей обработки сигнала собираются в информационные пакеты и через USB порт передаются в вычислительный системный блок (9 или 10), где осуществляется окончательная обработка сигнала. Для управления приборами используется порт RS-232.
Вычислительные системные блоки (основной 9 и резервный 10) предназначены для решения задач приема, обработки и выдачи информации потребителям. Принятые портом USB вычислительного системного блока (9 или 10) информационные пакеты запоминаются в буфере вычислительного блока, емкость которого позволяет сохранять как минимум 6-8 посылок от
одного аварийного радиобуя. Далее осуществляется первичное обнаружение полезного сигнала, формирование оценок его частоты и мощности, привязанных к текущему времени. Совмещенный GPS/ГЛОНАСС навигационный приемник (основной 1 или резервный 2) обеспечивает привязку сообщений вычислительного системного блока к единой шкале времени (декретное московское время).
По мощности сигнала от аварийного радиобуя определяется минимальное число накапливаемых посылок для данного радиобуя, а из значений оценок частоты и времени обнаружения посылки формируются параметры частотно-временного окна для определения принадлежности последующих принятых посылок данному аварийному радиобую. По достижению требуемого числа принятых посылок осуществляется суммирование сигналов этих посылок путем обработки всей совокупности «в целом». Выделенная в результате суммирования информационная посылка проверяется программным декодером БЧХ. Если требуемая достоверность выделенной информационной последовательности получена, то информационная посылка передается для дальнейшей обработки в Комплекс программ СПИАБ с целью формирования выходного формата с достоверной посылкой для выдачи в международный координационно-вычислительный центр. В противном случае принимается следующая посылка и процедура суммирования повторяется с использованием сформированных оценок параметров сигналов предыдущих посылок. Быстродействие вычислительного системного блока (9 или 10) таково, что позволяет реализовать алгоритмы обнаружения, измерения параметров, демодуляции и накопления сигналов одновременно и независимо не менее двадцати аварийных радиобуев с учетом независимости их несущих частот и моментов излучения.
Имитатор бортового источника сигнала 16 служит для отладки и автономных испытаний, а также для контроля работы станции приема информации от аварийных радиобуев в процессе ее эксплуатации. Функционирование
имитатора бортового источника сигнала осуществляется следующим, описанным ниже образом. Вычислительный системный блок производит расчет цифровых значений выборок сигналов АРБ-406 в смеси с шумом приемника бортового ретранслятора этих сигналов в диапазоне его выходных частот. Цифро-аналоговый преобразователь преобразует эти значения в аналоговый сигнал, который поступает на вход фазового модулятора сигнал-генератора. Сигнал-генератор отвечает требованиям, предъявляемым к метрологическому оборудованию, и способен точно моделировать сигнал на выходе ретранслятора сигналов аварийного радиобуя бортового радиотехнического комплекса. Управление работой сигнал-генератора и изменением параметров генерируемого сигнала (несущей частоты, выходной мощности, индекса фазовой модуляции) осуществляется вычислительным системным блоком по интерфейсу RS-232.
Таким образом, предложенное техническое решение построения станции приема информации от аварийных радиобуев космической системы поиска и спасания обеспечит при непрерывном круглосуточном функционировании требуемые характеристики обнаружения ретранслированных через геостационарный спутник «Электро-Л» сигналов от аварийных радиобуев, выделение содержащейся в них информации и передачу достоверной информации в международный координационно-вычислительный центр.