Наземная станция командно-измерительной системы управления геостационарными космическими аппаратами Российский патент 2020 года по МПК B64G3/00 

Описание патента на изобретение RU2731822C1

Предлагаемое изобретение относится к области космонавтики, а именно к средствам наблюдения и слежения за полетом космических кораблей -наземным комплексам управления, более конкретно к наземным станциям командно-измерительных систем.

В качестве примера наземной станции командно-измерительной системы можно указать наземную станцию командно-измерительной системы «Каштан» (Урличич Ю.М. и др. «Современные технологии навигации геостационарных спутников», Москва, Физматлит, 2006, стр. 213-214). Наземная станция командно-измерительной системы управления геостационарными космическими аппаратами, представляет собой аппаратно-программный комплекс управления полетом космического аппарата, связанный посредством системы передачи данных с аппаратно-программным комплексом управления полетом космического аппарата, представляющим собой систему «человек -машина», - центром управления полетом. Совершенствование наземных станций командно-измерительных систем обусловлено решением актуальных научно-технических задач, среди которых можно выделить взаимосвязанные друг с другом задачи обеспечения надежности функционирования наземной станции командно-измерительной системы и обеспечения информационной безопасности при эксплуатации наземной станции командно-измерительной системы.

Например, в патенте на изобретение RU 2 653 935, АО «Российские космические системы», опубликован в 2018 г., предложен наземный комплекс управления, в котором для обеспечения информационной безопасности (в первую очередь) и повышения надежности управления первый центр управления полетом связан через второй центр управления полетом и систему передачи данных с наземной станцией командно-измерительной системы. Решение задачи повышения надежности функционирования наземной станции командно-измерительной системы предложено в патенте на изобретение RU 2 604 053, АО «Российские космические системы», опубликован в 2016 г., ближайший аналог изобретения, где предложен наземный комплекс управления геостационарными космическими аппаратами, в котором наземная станция командно-измерительной системы управления геостационарными космическими аппаратами, представляет собой аппаратно-программный комплекс управления полетом космического аппарата, с компьютерами, объединенными в кластер, и резервированной высокочастотной аппаратурой, связанный посредством системы передачи данных с аппаратно-программным комплексом управления полетом космического аппарата, представляющим собой систему «человек - машина», - центром управления полетом. Предложенное в RU 2 604 053 резервирование оборудования наземной станции не позволяет в полной мере решить важную для работы с геостационарными космическими аппаратами задачу обеспечения надежной круглосуточной работы наземной станции командно-измерительной системы с сохранением данных при нештатных ситуациях с минимизацией воздействия человеческого фактора на работу наземного комплекса управления. Очевидно, что решение данной технической задачи взаимосвязано с решением задачи обеспечения информационной безопасности наземного комплекса управления.

В свою очередь, предложена наземная станция командно-измерительной системы управления геостационарными космическими аппаратами, представляющая собой аппаратно-программный комплекс управления космическим аппаратом, с компьютерами, объединенными в кластер, и резервированной высокочастотной аппаратурой, связанный посредством системы передачи данных с аппаратно-программным комплексом управления полетом космического аппарата, представляющим собой систему «человек - машина», - центром управления полетом. В отличие от ближайшего аналога наземная станция командно-измерительной системы находится под управлением аппаратно-программных средств центра управления полетом без непосредственного участия человека и включает высокочастотный тракт передачи данных и высокочастотный тракт приема данных с горячим резервированием каждого активного элемента в указанных высокочастотных трактах. В указанном кластере компьютеров наземной станции, являющемся частью высокочастотного тракта передачи данных и высокочастотного тракта приема данных, каждый компьютер оснащен системой цифровой обработки сигнала на базе платы PCI Express для автоматического контроля передачи данных между космическим аппаратом и наземным комплексом управления и предусматривает функциональное разделение программного обеспечения управления и администрирования.

Осуществление предложенного изобретения может быть поясняется

фиг. 1 - схема наземной станции командно-измерительной системы;

фиг. 2 - схема взаимодействия программного обеспечения, обеспечивающего работу наземной станции командно-измерительной системы.

В состав наземного комплекса управления входит центр управления полетом (ЦУП, 1) и наземная станция командно-измерительной системы (НС КИС, 2), представляющие собой аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие функции управления полетом и обмена данными с космическим аппаратом, соответственно. Центр управления полетом 1 представляет собой систему «человек - машина», под которой понимается система, сочетающая деятельность человека и функционирование объекта техники, основанных на взаимодействии в соответствии с получаемой информацией с объектом управления и машиной посредством органов управления. В свою очередь наземная станция командно-измерительной системы 2 функционирует без привлечения штатных операторов, находящихся на станции, то есть обеспечивает обмен информации с космическим аппаратом, находясь под удаленным управлением центра управления полетом 1. На оборудовании центра управления полетом 1 находится программа удаленного управления наземной станцией командно-измерительной системы 2 и программа информационного обмена для подключения программного обеспечения управления и программного обеспечения обработки телеметрии. Центр управления полетом 1 и наземная станция командно-измерительной системы 2 связаны между собой посредством защищенной системы передачи данных (ЗСПД, 3) с применением межсетевых экранов (МЭ).

В наземной станции командно-измерительной системы 2 можно выделить высокочастотный тракт передачи данных и высокочастотный тракт приема данных, оконечным пунктом которых является кластер аппаратно-программных средств, и отнести оборудование станции к тому или иному тракту. Для того, чтобы обеспечить круглосуточное надежное функционирование наземного комплекса управления предложено дублировать компьютерные и все активные высокочастотные элементы (устройства) наземной станции командно-измерительной системы 2, то есть обеспечить горячее резервирование всех активных устройств высокочастотного тракта приема данных и высокочастотного тракта передачи данных, выполняющих функции, заданные для данных устройств. То есть, в наземной станции командно-измерительной системы 2 объединены в программный кластер два комплекта аппаратно-программных средств - компьютеров 4, 4', один из которых обеспечивает горячее резервирование другого. Обеспечивается горячее резервирование преобразователя частоты вниз (конвертор вниз 1:1 на схеме) и малошумящего усилителя (LNA) для высокочастотного тракта приема данных, а также преобразователя частоты вверх (конвертор вверх 1:1 на схеме) и усилителя мощности (HPA) для высокочастотного тракта передачи данных. В зависимости от функционального назначения высокочастотных трактов горячее резервирование обеспечивают при помощи сумматоров, делителей, переключателей. Возможность горячего резервирования (автопереключения) обеспечит бесперебойную (24 ч / 7 дней в неделю) работу наземной станции командно-измерительной системы, в том числе работу станции при аварии, что особенно важно для обеспечения хранения журналов работы системы (в случае аварии одного из компьютеров история работы наземного комплекса управления сохраняется). Каналы управления активных элементов высокочастотных трактов зарезервированы с использованием преобразователей портов RS232/RS485 в Ethernet, то есть через порты RS232/RS485 обеспечивается передача управляющих команд с компьютеров на прочие активные элементы высокочастотных трактов. Комплекты высокочастотных устройств переключаются независимо, обеспечивается инкрементальная синхронизация протоколов и телеметрии обоих комплектов аппаратно-программных средств, блочная синхронизация данных телеметрии на обоих комплектах. Оборудование наземной станции командно-измерительной системы 2 размещается в контейнере.

Компьютеры (ПЭВМ, 4, 4') стоечного исполнения, образующие единый кластер и резервирующие друг друга, оснащены программируемой системой цифровой обработки сигнала, обеспечивающей автоматический контроль передачи данных между космическим аппаратом и наземным комплексом управления (система модернизированной цифровой обработки сигнала, МЦОС). Система цифровой обработки сигнала позволяет автоматически определять тип приемного сигнала - широкополосный или узкополосный, тип телеметрического сигнала, а также проводить радиоконтроль орбиты с заданной точностью, принимать телеметрию во время проведения радиоконтроля орбиты. Система цифровой обработки сигнала выполнена на базе платы PCI Express, установленной на компьютере, на которой расположены ПЛИС, цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь. На ПЛИС реализованы алгоритмы, соответствующие алгоритмам и протоколам командно-измерительных систем семейства «Тамань-База». Выходы модернизированной системы цифровой обработки сигнала связаны с облучателем антенны через преобразователь частоты вверх (конвертор вверх 1:1) и усилитель мощности (HPA), обеспечивающий суммирование мощности без разрыва фазы, а вход - подключен к облучателю антенны через малошумящий усилитель (LNA) и преобразователь частоты вниз (конвертор вниз 1:1), то есть сформированы высокочастотные тракты передачи и приема данных, соответственно. Для проведения юстировки при проведении радио контроля орбиты и проверки работоспособности высокочастотного тракта используют конвертер контрольного сигнала (ККС).

Также, в компьютерах 4, 4' каждого комплекта аппаратно-программных средств для большей надежности функционирования наземной станции командно-измерительной системы предложено функционально разделить программное обеспечение для управления и для администрирования, то есть выделить в компьютерах 4, 4' отдельно программный сервис управления и отдельно программный сервис удаленного администрирования, в каждом из которых реализован алгоритм кластера. Сервис управления наземной станции командно-измерительной системы 2 отвечает за мониторинг и управление ее всеми устройствами, выдачу воздействий на космический аппарат и прием телеметрии и взаимодействует с системой цифровой обработки сигнала через программу драйвер. Для шифрования и дешифрования данных поступающих и принимаемых с космического аппарата используется аппаратура закрытия информации (АЗИ), подключенная к обоим компьютерам (для подключения аппаратуры закрытия информации выделены отдельные PCI платы - ЯУ643), с которой через соответствующую программу драйвер взаимодействует сервис управления.

Таким образом, предложена архитектура аппаратно-программных средств наземного комплекса управления, характеризующегося большей надежностью при эксплуатации.

Похожие патенты RU2731822C1

название год авторы номер документа
Спутниковая система, управляемая по межспутниковой радиолинии 2018
  • Пантелеймонов Игорь Николаевич
RU2690966C1
СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТАМИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 2010
  • Соколов Николай Леонидович
  • Козлов Виктор Григорьевич
  • Соколов Владимир Иванович
  • Литвиненко Антон Олегович
RU2438941C1
Мобильный измерительный пункт комплекса средств измерений, сбора и обработки информации от ракет-носителей и/или наземного измерительного комплекса разгонных блоков 2016
  • Петушков Александр Михайлович
  • Кисляков Михаил Юрьевич
  • Маслов Александр Павлович
  • Гирин Борис Борисович
  • Анзигитов Федор Витальевич
  • Костюков Алексей Валерьевич
  • Ушаков Станислав Викторович
RU2622508C1
Способ управления полетом низкоорбитального космического аппарата через телевизионные спутники на геостационарной орбите с применением скрытого резервного канала передачи с кодовым разделением командно-программной информации 2023
  • Жуков Александр Олегович
  • Окунев Евгений Владимирович
  • Дементьев Андрей Николаевич
  • Кучумов Андрей Александрович
  • Мирошник Константин Сергеевич
  • Гедзюн Виктор Станиславович
  • Белов Павел Юрьевич
RU2821957C1
Система управления полетом космического аппарата с применением в качестве ретрансляторов низкоорбитальных спутников, связанных между собой межспутниковыми линиями связи 2019
  • Потюпкин Александр Юрьевич
  • Пантелеймонов Игорь Николаевич
  • Саушкин Александр Михайлович
  • Моисеев Михаил Витальевич
  • Рогов Алексей Евгеньевич
  • Аджибеков Артур Александрович
  • Благодырев Владимир Александрович
  • Березкин Владимир Владимирович
  • Жодзишский Александр Исаакович
  • Селиванов Арнольд Сергеевич
  • Панцырный Олег Александрович
  • Кисляков Михаил Юрьевич
  • Останний Александр Иванович
  • Степанов Антон Максимович
  • Траньков Вячеслав Михайлович
  • Самаров Андрей Витальевич
  • Алпеев Вадим Александрович
  • Петрова Анна Михайловна
  • Крючкова Мария Сергеевна
RU2713293C1
СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВОЙ АППАРАТУРОЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2016
  • Колташев Андрей Александрович
  • Тимисков Михаил Владимирович
  • Шумаков Николай Николаевич
  • Барков Алексей Владимирович
  • Корытин Сергей Сергеевич
  • Дутин Моисей Степанович
RU2653670C1
Система взаимодействия с потребителями данных дистанционного зондирования Земли 2023
  • Жуковская Ксения Ивановна
  • Сизов Олег Сергеевич
  • Борисов Андрей Владимирович
  • Емельянов Андрей Александрович
  • Селин Виктор Александрович
  • Ерешко Максим Владимирович
RU2822003C1
КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2017
  • Мишуров Андрей Валериевич
  • Евстратько Владислав Владимирович
  • Панько Сергей Петрович
RU2692418C2
Способ управления полетом низкоорбитального космического аппарата через навигационные космические аппараты системы ГЛОНАСС с применением резервного канала передачи с кодовым разделением командно-программной информации 2022
  • Жуков Александр Олегович
  • Белов Павел Юрьевич
  • Бондарев Максим Николаевич
  • Скрипачев Владимир Олегович
  • Бондарева Марина Константиновна
  • Охлопков Кирилл Андреевич
  • Марчук Сергей Иванович
  • Гуляев Михаил Алексеевич
  • Иванов Игорь Геннадьевич
  • Сачков Михаил Евгеньевич
RU2800530C1
СПОСОБ ГЛОБАЛЬНОЙ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2014
  • Безруков Анатолий Алексеевич
  • Выгонский Юрий Григорьевич
  • Голубев Евгений Аркадьевич
  • Екимов Евгений Парфенович
RU2570833C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 731 822 C1

Реферат патента 2020 года Наземная станция командно-измерительной системы управления геостационарными космическими аппаратами

Предлагаемое изобретение относится к области космонавтики, а именно к средствам наблюдения и слежения за полетом космических кораблей - наземным комплексам управления, более конкретно к наземным станциям командно-измерительных систем. Наземная станция командно-измерительной системы управления геостационарными космическими аппаратами представляет собой аппаратно-программный комплекс управления полетом космического аппарата с компьютерами, объединенными в кластер, и резервированной высокочастотной аппаратурой, связанный посредством системы передачи данных с аппаратно-программным комплексом управления полетом космического аппарата, представляющим собой систему «человек - машина», - центром управления полетом. При этом наземная станция находится под управлением аппаратно-программных средств центра управления полетом без непосредственного участия человека и включает высокочастотный тракт передачи данных и высокочастотный тракт приема данных с горячим резервированием каждого активного элемента в указанных высокочастотных трактах. Причем в указанном кластере, являющемся частью высокочастотного тракта передачи данных и высокочастотного тракта приема данных, каждый компьютер оснащен системой цифровой обработки сигнала на базе платы PCI Express для автоматического контроля передачи данных между космическим аппаратом и наземным комплексом управления и предусматривает функциональное разделение программного обеспечения управления и администрирования. Заявленное изобретение обеспечивает надежную круглосуточную работу наземной станции командно-измерительной системы с сохранением данных при нештатных ситуациях с минимизацией воздействия человеческого фактора на работу наземного комплекса управления. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 731 822 C1

Наземная станция командно-измерительной системы управления геостационарными космическими аппаратами, представляющая собой аппаратно-программный комплекс управления полетом космического аппарата с компьютерами, объединенными в кластер, и резервированной высокочастотной аппаратурой, связанный посредством системы передачи данных с аппаратно-программным комплексом управления полетом космического аппарата, представляющим собой систему «человек - машина», - центром управления полетом, отличающаяся тем, что находится под управлением аппаратно-программных средств центра управления полетом без непосредственного участия человека и включает высокочастотный тракт передачи данных и высокочастотный тракт приема данных с горячим резервированием каждого активного элемента в указанных высокочастотных трактах, причем в указанном кластере, являющемся частью высокочастотного тракта передачи данных и высокочастотного тракта приема данных, каждый компьютер оснащен системой цифровой обработки сигнала на базе платы PCI Express для автоматического контроля передачи данных между космическим аппаратом и наземным комплексом управления и предусматривает функциональное разделение программного обеспечения управления и администрирования.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2731822C1

НАЗЕМНЫЙ КОМПЛЕКС УПРАВЛЕНИЯ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ 2015
  • Круглов Александр Викторович
  • Алексеев Анатолий Александрович
  • Быстрицкий Владимир Леонидович
RU2604053C1
EP 2867698 А1, 06.05.2015
US 6307503 B1, 23.10.2001
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ СТРЕЛЬБЫ 2006
  • Горский Андрей Владимирович
RU2321812C2
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦЕННОГО ДОКУМЕНТА (ВАРИАНТЫ) 1999
  • Золотарев О.А.
  • Кузнецов И.В.
  • Мошонкин А.Г.
  • Смирнов А.Л.
  • Хамитов И.М.
RU2202827C2

RU 2 731 822 C1

Авторы

Алексеев Анатолий Александрович

Быстрицкий Владимир Леонидович

Нагорных Дмитрий Николаевич

Овчинников Евгений Сергеевич

Рузяков Иван Игоревич

Даты

2020-09-08Публикация

2019-11-11Подача