КОНТРОЛЬНО-ПРОВЕРОЧНАЯ АППАРАТУРА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2015 года по МПК B64G5/00 G01R31/00 

Предлагаемое техническое решение относится к области радиотехники, в частности к области наземных электрических испытаний космических аппаратов (КА) в процессе производства на заводе-изготовителе, а также при предстартовых испытаниях КА.

Известна «Автоматизированная испытательная система для отработки, электрических проверок и подготовки к пуску космических аппаратов» (патент РФ №2245825, опубликованный 10.02.2005, бюлл. №4). Эта система содержит блок приведения системы в готовность к испытаниям КА, блоки управления, ввода и анализа корректности директив, передачи допусковых значений параметров, выбора трактов связи, проведения защитных операций, выдачи технологических команд управления, связи с системой бортовых телеизмерений, связи с бортовой вычислительной системой, измерения аналоговых параметров, ввода и запоминания состояния дискретных параметров, допускового контроля аналоговых и дискретных параметров, формирования команд общего назначения, формирования протокола испытаний, отображения, регистрации основного протокола испытаний, контроля корпуса, формирования сигнала наличия корпуса, контроля работоспособности аппаратуры с соответствующими связями между ними.

Недостаток известной автоматизированной испытательной системы заключается в неполном контроле работоспособности аппаратуры КА, поскольку не учитывается анализ важных составляющих, а именно приемного тракта командной радиолинии и передающего тракта телеметрической радиолинии.

Наиболее близким к заявляемой аппаратуре является устройство, реализующее способ электрических проверок космического аппарата (патент РФ №2447002, опубликованный 10.04.2012, бюлл. №10). Известное устройство (далее контрольно-проверочная аппаратура КА) содержит блок формирования директив оператора в автоматическом режиме и соединенный с ним блок формирования директив оператора в ручном режиме, блок отображения и соединенный с ним блок формирования протокола испытаний, блок контроля сопротивления изоляции бортовых шин питания, соединенный с бортовыми шинами питания КА и с блоком отображения, блок формирования команд управления, соединенный с командной матрицей системы управления бортовой аппаратурой и с блоком формирования директив оператора в автоматическом режиме, блок измерений электрического сопротивления между шинами питания КА, соединенный с бортовыми шинами питания КА, с блоком формирования директив оператора в автоматическом режиме и с блоком формирования команд управления, блок связи с бортовой вычислительной системой, соединенный с бортовой вычислительной системой, блок связи с системой бортовых телеизмерений, соединенный с системой бортовых телеизмерений КА, блоком связи с бортовой вычислительной системой, с блоком формирования директив оператора в автоматическом режиме, с блоком отображения и блоком формирования протокола испытаний, а также с блоком измерений электрического сопротивления между шинами питания КА.

В реальных условиях эксплуатации КА используются только две радиолинии - командная, с помощью которой обеспечивается передача команд и командно-полетной информации с наземного комплекса управления на КА, и телеметрическая радиолиния, обеспечивающая передачу телеметрической информации о состоянии бортовых узлов и систем с КА в наземный комплекс управления. Следует подчеркнуть, что приемный командный и передающий телеметрический тракты КА штатно входят в состав каждого КА. Поскольку правильное функционирование радиолиний является обязательным для жизнеобеспечения КА и выполнения его миссии, возникает необходимость контроля и проверки приемного тракта командной радиолинии и передающего тракта телеметрической радиолинии КА. Такой контроль нельзя осуществить известным устройством, т.к. его связь с КА осуществляется по технологическим линиям, которые не предназначены для оценки работоспособности и измерения характеристик КА, работающего в реальных условиях эксплуатации.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей контрольно-проверочной аппаратуры КА за счет обеспечения контроля работоспособности и измерения характеристик приемного тракта командной радиолинии и передающего тракта телеметрической радиолинии КА.

Функции блоков известной контрольно-проверочной аппаратуры КА-блока формирования директив оператора в автоматическом режиме, блока формирования директив оператора в ручном режиме, блока формирования протокола испытаний и блока отображения на современном уровне развития техники могут выполняться в одном персональном компьютере оператора, поэтому в предлагаемом техническом решении персональный компьютер оператора наделен выполнением функций перечисленных выше блоков и вводится в ограничительную часть формулы изобретения.

Поставленная задача решается тем, что контрольно-проверочная аппаратура космического аппарата, содержащая персональный компьютер оператора, блок контроля сопротивления изоляции бортовых шин питания космического аппарата, блок измерения электрического сопротивления между шинами питания космического аппарата, блок связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с системой бортовых телеизмерений, блок сопряжения контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с командной матрицей системы управления бортовой аппаратурой космического аппарата, блок связи контрольно-проверочной аппаратуры с бортовой вычислительной системой космического аппарата, согласно изобретению дополнительно содержит измеритель мощности принимаемого радиосигнала, измеритель частоты принимаемого радиосигнала, анализатор спектра принимаемого радиосигнала, приемник контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, приемную антенну контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, адресный коммутатор цифровых потоков, управляемый аттенюатор и управляемый аттенюатор-делитель, передатчик контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата и передающую антенну контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, причем приемная антенна контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата соединена с управляемым аттенюатором-делителем, который соответствующими выходами подключен к аналоговым входам измерителя мощности принимаемого радиосигнала, измерителя частоты принимаемого радиосигнала, анализатора спектра принимаемого радиосигнала и приемника контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, передатчик контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата соответствующим выходом соединен с входом управляемого аттенюатора, который выходом соединен с передающей антенной контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, а цифровые двунаправленные входы/выходы персонального компьютера, измерителя мощности принимаемого радиосигнала, измерителя частоты принимаемого радиосигнала, анализатора спектра принимаемого радиосигнала, блока контроля сопротивления изоляции бортовых шин питания космического аппарата, блока измерения сопротивления между бортовыми шинами питания, управляемого аттенюатора и управляемого аттенюатора-делителя, приемника контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, передатчика контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, блока связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с командной матрицей системы управления бортовой аппаратурой космического аппарата, блока связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с системой бортовых телеизмерений космического аппарата и блока связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с бортовой вычислительной системой космического аппарата соединены с соответствующими двунаправленными цифровыми входами/выходами адресного коммутатора цифровых потоков.

На фиг. 1 приведена структурная схема контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата.

Контрольно-проверочная аппаратура (КПА) содержит персональный компьютер 1, подключенный с помощью цифровой двунаправленной шины к адресному коммутатору 2 цифровых потоков. К адресному коммутатору 2 цифровых потоков с помощью цифровых двунаправленных шин также подключены измеритель мощности 3, измеритель частоты 4, анализатор спектра 5, приемник 6 КПА, управляемый аттенюатор-делитель 7, блок контроля 8 сопротивления изоляции бортовых шин питания КА, блок измерений 9 электрического сопротивления между шинами питания КА, блок связи 10 КПА с командной матрицей системы управления бортовой аппаратурой КА, блок связи 11 КПА с системой телеизмерений КА, блок связи 12 КПА с бортовой вычислительной системой КА, передатчик 13 КПА и управляемый аттенюатор 14. Выходом передатчик 13 соединен с входом управляемого аттенюатора 14, выход которого соединен с передающей антенной 15 КПА. К входу управляемого аттенюатора-делителя 7 подключена приемная антенна 16 КПА, а выходами он соединен соответственно с измерителем мощности 3, измерителем частоты 4, анализатором спектра 5 и приемником 6 КПА.

Структура КА 17 приведена на фиг. 1 исключительно с целью наглядности функций КПА. Бортовые шины питания 18 подключены к блоку контроля 8 сопротивления изоляции и блоку измерений 9 электрического сопротивления между бортовыми шинами питания КА. Командная матрица 19 системы управления бортовой аппаратурой КА соединена с блоком связи 10 КПА, система телеизмерений 20 КА соединена с блоком связи 11 КПА, бортовая система вычислений 21 КА соединена с блоком связи 12 КПА.

Контрольно-проверочная аппаратура КА работает следующим образом.

Персональный компьютер 1 устанавливается на рабочем месте оператора. С помощью персонального компьютера 1 оператор имеет возможность ручного формирования директив. Кроме того, на персональный компьютер 1 возложены функции автоматического формирования директив, отображения информации, формирования протоколов испытаний, а также хранения процедур, циклограмм и команд проверки параметров узлов и систем КА. Адресный коммутатор 2 обеспечивает переключение цифровых потоков команд и/или результатов измерения от источника к получателю. Для выполнения конкретной функции следует выполнить ряд стандартных процедур. Например, если появилась необходимость измерения мощности принимаемого радиосигнала, оператор набирает на клавиатуре персонального компьютера 1 соответствующее сообщение (команду) и запускает его (ее) исполнение. Каждое сообщение (команда) сопровождается адресом получателя, который распознается адресным коммутатором 2 цифровых потоков, и команда перенаправляется к получателю. При выполнении сложных сообщений, которые требуют последовательного выполнения нескольких функций, в персональном компьютере 1 автоматически формируется последовательность команд с распределением по времени в соответствии с выбранной циклограммой (из памяти персонального компьютера 1). Кроме того, персональный компьютер 1 обеспечивает автоматическое выполнение функциональных директив по заранее заложенному в память персонального компьютера 1 расписанию, например, проведение измерений одного или нескольких параметров по соответствующему графику по времени.

КА содержит бортовые шины питания 18. В блоке 8 производится контроль сопротивления изоляции бортовых шин питания 18, а в блоке 9 производится измерение сопротивления между шинами питания КА 18. Результаты работы блоков 8 и 9 отображаются на экране монитора и сохраняются в памяти персонального компьютера 1 с целью дальнейшего использования.

Команды управления поступают на борт КА через блок связи 10 КПА с командной матрицей 19 системы управления бортовой аппаратурой КА. Система бортовых телеизмерений КА 20 взаимодействует с КПА через блок связи 11. Блок связи 12 КПА с бортовой вычислительной системой 21 КА обеспечивает контроль правильности прохождения команд и формирования телеметрической информации.

Выход блока связи 10 КПА с командной матрицей КА, вход блока связи 11 КПА с системой телеизмерений КА и блок связи 12 КПА с бортовой вычислительной системой КА соединяются с системами КА с помощью технологического канала связи.

Однако технологический канал связи не позволяет контролировать исправность систем радиосвязи КА с наземным комплексом управления, имеющих важнейшую роль на этапе эксплуатации КА. Для проверки исправности и измерения характеристик передающего и приемного трактов КА необходимо контролировать, по меньшей мере, следующие параметры:

- выходную мощность бортового передатчика;

- спектр выходного сигнала бортового передатчика;

- параметры модуляции бортового передатчика;

- стабильность несущей частоты бортового передатчика;

- проверять правильность передаваемой КА телеметрии;

- чувствительность бортового приемника;

- пороги захвата сигнала приемником КА по частоте и по амплитуде;

- правильность расшифровки и исполнения команд, передаваемых с наземного комплекса управления на борт КА.

Проверка и контроль параметров телеметрической радиолинии осуществляется с помощью измерителей мощности 3 и частоты 4, анализатора спектра 5, приемника 6 КПА, сигнал на которые поступает через управляемый аттенюатор-делитель 7 с приемной антенны 16 КПА. Управляемый аттенюатор-делитель 7 предназначен для приведения уровня принимаемого антенной 16 КПА сигнала к требуемому и подачи на измерители мощности 3 и частоты 4, анализатор спектра 5 и приемник 6. С помощью измерителя мощности 3 производится измерение мощности выходного сигнала передатчика 23 КА, анализатором спектра 5 КПА производится измерение спектра выходного сигнала передатчика 23 и анализ параметров модуляции. Стабильность частоты несущей выходного сигнала передатчика 23 определяется с помощью измерителя частоты 4. Правильность передаваемой телеметрии проверяется путем сверки данных, получаемых с блока связи 11 КПА и приемника 6 КПА, между собой и с имеющимися в памяти персонального компьютера 1.

Проверка и контроль параметров командной радиолинии осуществляется с помощью передатчика 13 КПА, сигнал с которого через управляемый аттенюатор 14 поступает на передающую антенну 15 КПА и далее на приемную антенну 24 КА. Изменение мощности излучаемого передающей антенной 15 КПА радиосигнала с помощью управляемого аттенюатора 14 используется в процессе испытаний работы приемника 22 КА при определении его чувствительности и пороговых значений частоты и амплитуды радиосигнала, поступающего на приемную антенну 24 КА, при которых обеспечивается безошибочный прием. Правильность приема и обработки команд системами КА всесторонне определяется путем передачи команд на борт КА посредством передатчика 13 КПА, а затем проверку их исполнения путем анализа приходящих данных с блоков связи 11, 12 и приемника 6 КПА.

Таким образом, обеспечивается дополнительный канал связи КПА с КА, что позволяет проводить комплексную проверку функционирования систем космического аппарата, в том числе трактов командной и телеметрической радиолиний. Проведенные измерения и контроль правильности обработки данных на борту КА являются основой для полной оценки параметров командного и телеметрического радиоканалов, благодаря чему обеспечивается решение поставленной задачи.

На современном уровне техники КПА может быть реализована на основе серийно выпускаемых измерительных приборов и узлов.

Так, в качестве адресного коммутатора 2 цифровых потоков может быть использован, например, Ethernet (Cisco Catalyst 3750-24TS) или PXIe (National Instruments PXIe-1085), в зависимости от цифровых шин, которые имеются у подключаемых к нему устройств, входящих в состав КПА; измерителя мощности 3 - Agilent N1912A; измерителя частоты 4 - Agilent 53148А; анализатора спектра 5 - Agilent N9030A; аттенюатора 15 - Agilent N5183A-1E1. Управляемый аттенюатор-делитель 7 может представлять собой последовательное соединение аттенюатора Agilent N5183A-1E1 и делителя Mini Circuits ZB4PD-6.4.

Приемник 6 КПА и передатчик 13 КПА могут быть аналогичны используемым в наземных станциях спутниковой связи, соответствующие проверяемому КА по частотным диапазонам и типам модуляции.

Передающая 15 и приемная 16 антенны КПА могут быть выполнены в виде насадок на антенны 24 и 25 КА соответственно для минимизации потерь на излучение в открытое пространство.

Изобретение относится к наземным электрическим испытаниям космических аппаратов (КА) в процессе производства КА на заводе-изготовителе, а также при их предстартовых испытаниях. Согласно изобретению в контрольно-проверочную аппаратуру КА дополнительно введены измерители мощности и частоты, а также анализатор спектра принимаемого радиосигнала, приемник с приемной антенной, адресный коммутатор цифровых потоков, управляемые аттенюатор и аттенюатор-делитель, передатчик с передающей антенной. Данные элементы, а также соответствующие связи между ними позволяют проводить комплексную проверку функционирования систем КА, в том числе ВЧ-трактов командной и телеметрической радиолиний. Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей контрольно-проверочной аппаратуры КА за счет обеспечения контроля работоспособности и измерения характеристик приемного тракта командной радиолинии и передающего тракта телеметрической радиолинии КА. 1 ил.

Контрольно-проверочная аппаратура космического аппарата, содержащая персональный компьютер, блок контроля сопротивления изоляции бортовых шин питания космического аппарата, блок измерения электрического сопротивления между шинами питания космического аппарата, блок связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с системой бортовых телеизмерений космического аппарата, блок связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с командной матрицей системы управления бортовой аппаратурой космического аппарата, блок связи контрольно-проверочной аппаратуры с бортовой вычислительной системой космического аппарата, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены измеритель мощности принимаемого радиосигнала, измеритель частоты принимаемого радиосигнала, анализатор спектра принимаемого радиосигнала, приемник контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, приемная антенна контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, адресный коммутатор цифровых потоков, управляемые аттенюатор и аттенюатор-делитель, передатчик контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата и передающая антенна контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, причем приемная антенна контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата соединена с управляемым аттенюатором-делителем, который соответствующими выходами подключен к аналоговым входам измерителя мощности принимаемого радиосигнала, измерителя частоты принимаемого радиосигнала, анализатора спектра принимаемого радиосигнала и приемника контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, передатчик контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата соответствующим выходом соединен с входом управляемого аттенюатора, выход которого подключен к передающей антенне контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, а цифровые двунаправленные входы/выходы персонального компьютера, измерителя мощности принимаемого радиосигнала, измерителя частоты принимаемого радиосигнала, анализатора спектра принимаемого радиосигнала, блока контроля сопротивления изоляции бортовых шин питания космического аппарата, блока измерения сопротивления между бортовыми шинами питания, управляемых аттенюатора и аттенюатора-делителя, приемника контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, передатчика контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата, блока связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с командной матрицей системы управления бортовой аппаратурой космического аппарата, блока связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с системой бортовых телеизмерений космического аппарата и блока связи контрольно-проверочной аппаратуры космического аппарата с бортовой вычислительной системой космического аппарата соединены с соответствующими двунаправленными цифровыми входами/выходами адресного коммутатора цифровых потоков.