РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЯ ФАЗЫ АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВОЙ ШКАЛОЙ ВРЕМЕНИ КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Значительное развитие современной космонавтики в последние годы позволило существенно увеличить объем фундаментальных знаний об окружающем нас мире. Передовые космические системы и технологии несут непосредственную пользу обществу, что подтверждается активным ростом группировки спутников связи, навигации, дистанционного зондирования Земли.

Первый навигационный отечественный спутник выведен на орбиту в 1967 году, а штатная эксплуатация для гражданских пользователей, посредством развертывания орбитальной группировки ГЛОНАСС началась в 1995 году.

Космический спутник является сложным техническим устройством, полностью подготовленный для работы на околоземном космическом пространстве Земли. «Высоты и траектории полета космического аппарата (КА) зависят от непосредственного назначения космической системы и способны охватывать обширные области околоземного, окололунного и межпланетного космического пространства.»[1]

Структура космической системы представлена следующим составом:

• орбитальная группировка (ОГ) космических аппаратов;
• наземный комплекс управления (НКУ) космическими аппаратами;
• ракетно-космический комплекс (РКК);
• специальный комплекс;
• центр управления системой;

Рисунок 1. Структурно-функциональная схема космической системы

• бортового источника радионавигационного сигнала (БИНС)
• бортового синхронизирующего устройства (БСУ)
• бортовой аппаратуры межспутниковых измерений (БАМИ)

Бортовое синхронизирующее устройство предназначено для осуществления таких задач как: непрерывное генерирование и выдача высокостабильной частоты 5 МГц в системы спутника; формирование, хранение и выдача бортовой шкалы времени на основе высокостабильной частоты.

В состав БСУ входят:

1. Квантовые и атомные стандарты частоты.
2. Устройство синхронизации времени (УСВ)
3. Аппаратура управления бортовой шкалой времени (АУБШВ)

Квантовые стандарты реализуются на основе атомно-лучевой трубки (КСЧ-АЛТ) и рубидиевой газовой ячейки (КСЧ-РГЯ), выдающие высокостабильную частоту 5МГц. Атомные стандарты строятся на основе цезиевого генератора, генерирующего колебания в 5МГц, атомно-лучевой трубки, системы стабилизации колебаний и автоподстройки частоты.

УСВ необходимо для формирования потребителям сетки синхрочастот и коррекции бортовой шкалы времени. В свою очередь бортовая шкала времени предназначена для синхронизации бортового времени КА, важно, чтобы шкалы времени, используемые в космических навигационных спутниках, полностью согласовывались между собой.

Аппаратура управления бортовой шкалой времени (АУБШВ) выдаёт сигнал частотой 5 МГц, фиксирует скачкообразные изменения относительной вариации частот сигнала, вычисляет частотно-временные поправки для КА, обеспечивает обмен информацией с системами изделия в кодовом виде по дублированному мультиплексному каналу обмена (МКО).

В состав АУБШВ входят три основные блока:

• Кварцевый генератор
• Измеритель фазы и вычислитель разности фаз
• Блок управления шкалой времени

Рисунок 2. Блок-схема АУБШВ

Компаратор содержит два идентичных блока четырехканального фазового компаратора для измерения синусоидальных сигналов, блок сигнального процессора с интерфейсом RS-232C, блок питания.

Четырехканальный компаратор имеет четыре входа для измеряемых сигналов (Y; Z; V; W), один вход опорного сигнала (X) и состоит из двух модулей: фазового компаратора и расширителя каналов. Он содержит четыре умножителя относительной разности частот.

Система информационного обмена осуществляется с помощью разработанной программы в среде Microsoft Visual Studio на языке программирования С#. Основным функционалом программы является информационный обмен между компаратором и персональным компьютером, а именно получение оцифрованной разности фаз через последовательный порт компьютера (RS-232C), также иногда именуемый как COM-порт. На основе полученных данных вычисляются различные статистические функции, начиная от средне квадратичного отклонения частоты до средней разности частот за все время наблюдения, а также создается понимание необходимости о возможной допустимости подстройки частоты для правильной синхронизации времени на борту КА. Более того, разработанное программное приложение позволяет вычислять некоторые статистические функции и отображать результаты измерений и вычисляемых функций в виде диаграмм и графиков на экранном интерфейсе.

Таким образом, разработка данного программного приложения позволяет осуществить наблюдение, на основе входных данных (разности фаз), за правильной работой бортовой шкалы времени космического аппарата и, в случае необходимости, подавать сигнал о необходимости её подстройки, что существенно повышает надежность и правильность работы блоков БСУ в целом.