Упрощенная структурная схема космической РСПИ

Структурная схема передающей части космической РСПИ имеет вид изображенный на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3

радиосистема передача информация космический

В состав этой структурной схемы передающей части космической РСПИ входят первичные преобразователи (ПР), аппаратура обработки информации (АОИ), устройство формирования группового сигнала (УФГС), радиопередающие устройства (РПУ), устройство масштабирования, запоминающее устройство (ЗУ) и синхронизатор.

Сигналы U₁, U₂, …, U_N c выхода ПР поступает на вход АОИ. На вход АОИ могут поступать сигналы непосредственно с контролирующих приборов и систем, если подлежащие измерению параметры являются элементарными.

АОИ решает следующие задачи:

1. Сокращение избыточности передаваемой информации.

2. Управление сбором информации на объекте в зависимости от меняющейся ситуации.

3. Согласование производительности бортовых измерительных систем с пропускной способностью радиоканала.

Структура УФГС зависит от метода разделения каналов. В общем случае УФГС можно изобразить в следующем виде (рисунок 1.4):

Рисунок 1.4

Сигналы с генератора канальных сигналов (ГСК) поступают на канальные модуляторы (КМ). В системах с частотным разделением каналов (ЧРК) эти сигналы представляют собой синусоидальные колебания с различными поднесущими частотами (рисунок 1.5),

Рисунок 1.5

а в системе с временным разделением каналов (ВРК) это последовательность импульсов, разнесенных по времени (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6

В системе с разделением каналов по форме канальные сигналы совпадают по времени и частоте, но различаются по форме.

Для синхронизации различных устройств, входящих в состав РТМС, используется синхронизатор. ЗУ используется на летательных аппаратах и низкоорбитальных космических аппаратах. В начале осуществляется накопление информации в ЗУ на участках полета, где отсутствует связь между контролируемым объектом и наземным приемником станции. После восстановления связи с наземными приемными станциями накопленные данные передаются.

В телеметрии важное значение имеет абсолютная величина измеряемых физических параметров с привязкой по времени, т.е. телеметрическая информация должна быть масштабирована. Масштабирование осуществляется по уровню и по времени. Для масштабирования по уровню потребитель должен знать амплитудную характеристику датчика , а также калибровочную характеристику информационного канала РТМС . Эта характеристика может сниматься заранее, но из-за нестабильности параметров измеряемой системы приходится периодически передавать известные значения эталонных уровней сигнала. Обычно калибровка производится с периодом 10 -15 секунд путем передачи на вход информационных каналов сигналов, соответствующих 0%, 50%, 100% напряжения питания датчиков.

Масштабирование по времени осуществляется путем формирования сигнала времени в пункте приема или передачи этих сигналов вместе с данными телеизмерений.

Структурная схема приемно-регистрирующей аппаратуры изображена на рисунке 1.7, где РУ – регистрирующее устройство:

Рисунок 1.7

Сигналы с выхода радиоприемного устройства (РПрУ) поступают на вход устройства декодирования (Декод) и также на синхронизатор (Синх) и далее на формирователь (ФОРМ) сигналов в системе синхронизации с ВРК. В системе ЧРК синхронизатор отсутствует.

Обычно весь групповой сигнал после преобразования записывается в регистрирующее устройство РУ1 в цифровой форме. Зарегистрированная информация повергается обработке, которой предшествует отбор результатов регистрации и исключение ненужных данных (экспресс-анализ) с помощью устройства отображения информации (УОИ).

В результате обработки информации в ЭВМ поступают таблицы или графики измерения телеметрических параметров в истинном масштабе времени.

Кроме этого производится отбраковка ложных измерений, выделение экстремальных значений параметров и др. Результаты обработки представляются на визуальных индикаторах и записываются в РУ2, а также представляются в удобном виде для передачи в линии связи.

Системы, с помощью которых обеспечивается передача дискретной информации, часто называют цифровыми, так как передаваемая этими системами информация может рассматриваться как последовательность чисел, выраженных в удобной для практического применения форме. Цифровые системы передачи информации часто называют кодовыми системами или системами с кодово-импульсной модуляцией. Передача информации в цифровой (дискретной) форме имеет ряд достоинств по сравнению с передачей в аналоговой (непрерывной) форме. Наиболее существенными являются:

- возможность автоматизации обработки информации;

- универсальная форма представления сообщений различной физической природы и, как результат этого, гибкость систем, позволяющая, заменив программу работы, применять одно и то же оборудование для разных целей;

- высокие качественные показатели работы систем;

- возможность объединения отдельных систем в более крупные системы и комплексы.

Достоинства систем передачи цифровой информации связаны со значительным усложнением схем и технологии изготовления аппаратуры, а также с необходимостью использования более широкой полосы частот по сравнению с аналоговыми системами. Однако в настоящее время усложнение аппаратуры не является принципиальным препятствием. Развитие теории и техники «сжатия информации» позволяет в ряде случаев существенно повысить эффективность использования отводимой полосы частот для цифровых систем. В настоящее время передача информации в цифровой форме находит широкое применение в решении самых различных задач связи, телеметрии и управления. Особенно важное значение системы передачи цифровой информации приобрели в таких областях, как передача данных, космическая связь и управление. Бурное развитие ракетно-космической техники поставило перед техникой радиосвязи ряд совершенно новых задач. К их числу относятся:

- обеспечение устойчивой и надёжной связи на различных дальностях;

- передача с борта управляемых объектов на пункты приёма большого количества разнообразной информации о состоянии и работе систем и агрегатов этих объектов, а также о различных процессах, происходящих в окружающем пространстве;

- управление режимом работы объектов путём передачи командной информации с Земли на борт объекта.

Как правило, большинство систем связи являются совмещёнными, то есть представляют собой сложные комплексы, позволяющие одновременно решать задачи связи, телеметрии, измерения параметров движения (траекторные измерения) и управления. К таким системам связи предъявляются жёсткие требования к надёжности работы, высокой точности передачи информации, массогабаритным показателям и т.д. Реализовать такие требования можно только методами и средствами цифровой техники.

Необходимость достоверного приёма информации при больших дальностях и жёстких ограничениях на габаритные размеры и массу радиоаппаратуры в значительной мере определяет всю структуру радиолинии. Как правило, приёмный тракт должен проектироваться таким образом, чтобы в нём практически отсутствовало подавление сигнала шумом. Этого можно достичь, например, если на входе нелинейных элементов (детекторов) обеспечить значительное превышение мощности сигнала над шумом. В реальных радиолиниях такие условия сравнительно просто создаются при импульсных методах модуляции сигнала, например при ВИМ-АМ. Однако в ряде случаев импульсные сигналы оказываются неудобными для применения. Прежде всего необходимость получения большой мощности создаёт дополнительные трудности при проектировании бортовых передатчиков. Кроме того, импульсный режим затрудняет совмещение линий передачи информации с траекторными измерениями, поскольку он мало пригоден для точного измерения скорости по доплеровскому смещению частоты. По этим причинам широкое применение находят непрерывные радиосигналы со сравнительно небольшой мощностью на входе приёмного устройства. Чтобы такой сигнал не подавлялся шумом, для его демодуляции применяют линейные параметрические схемы – синхронные (или фазовые) детекторы. При передаче цифровой информации на первой ступени чаще всего используется кодо-импульсная модуляция (КИМ). В сигналах с двумя ступенями модуляции (КИМ-ФМ, КИМ-ЧМ) сигнал КИМ (т.е. последовательность символов) непосредственно модулирует несущую.

Непосредственная модуляция несущей позволяет более экономично использовать полосу частот, отведённую для радиолинии. Такие сигналы более пригодны для высоких скоростей передачи информации (Мбит/сек), что характерно для радиолиний сравнительно малой дальности (до тысяч км). В сигналах с трёхступенчатыми видами модуляции (КИМ-ЧИМ-ФМ, КИМ-ФМ-ФМ и др.) сигналом КИМ модулируется поднесущая, а затем – несущая. Занимаемая полоса частот увеличивается. Однако такая структура сигнала оказывается более удобна для построения демодуляторов. С помощью поднесущих создаётся дополнительная частотная селекция для защиты от сосредоточенных помех. Сигналы с поднесущими характерны для космических радиолиний протяжённостью вплоть до сотен миллионов километров.

В данной работе проектируется цифровая командная радиолиния КИМ-ФМ, которая должна удовлетворять всем вышеизложенным требованиям.