Проблема преобразование данных для систем спутниковой связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика М.Ф. Решетнева

Кафедра Информационно-экономических систем

Проблема преобразование данных для систем спутниковой связи

Выполнить:

Коршакевич Ирина Сергеевна

Аннотация: Существует проблема преобразования данных о местонахождении спутников для станций спутниковой связи, использующих данные, предоставляемые ЦОТУС. В статье рассказывается о том, каким образом осуществляется спутниковая связь, об орбитах, на которых находятся спутники связи, и о форматах представления данных о местонахождении спутников TLE и ИДРЦУ. спутниковый связь космический

Abstract: There is a problem of converting data on satellite location for satellite communications stations, which using data provided by CCTOC. In article it is told about the way of satellite communication, about orbits and about data representation formats about a location of TLE and DCTD satellites is carried out.

Ключевые слова: ИДРЦУ; TLE; спутник; станция спутниковой связи.

Keywords: DCTD; TLE; satellite; satellite communications station.

В настоящее время многие предприятия, работающие со спутниковой связью, используют данные наведения на космические аппараты (КА), полученные из ЦОТУС (Центра Оперативно-Технического Управления Связью). Данный центр предоставляет такие важные данные для станций спутниковой связи, как [3]:

· большая полуось эллипса орбиты КА;

· эксцентриситет эллипса;

· наклонение плоскости орбиты КА к плоскости экватора;

· аргумент перигея;

· долгота восходящего узла;

· время прохождения КА восходящего узла;

· период обращения КА вокруг Земли;

· время начала сеанса связи.

Комплект данных для наведения на земную радиостанцию и на искусственный спутник Земли называется исходными данными для расчета целеуказания (ИДРЦУ). [5] Данные, которые необходимы для осуществления спутниковой связи, предоставляются ЦОТУС и являются высокоточными, учитывающими малейшие изменения движения КА, рассчитанными на как минимум на месяц вперёд. Однако имеют огромный минус: необходимость оформления большого количества документов для их получения.

Для осуществления сеанса спутниковой связи необходимы ИДРЦУ, которые выдаются по запросу Министерства обороны ЦОТУС. Все сеансы заранее планируются, поэтому ЦОТУС предоставляет высокоточные данные о местонахождении спутников. Для промышленных и научных предприятий, выпускающих станции спутниковой связи, также необходимы ИДРЦУ для тестирования станций. Однако ЦОТУС предоставляет им данные редко и с большим опозданием, поэтому на таких предприятиях возникает проблема расчета ИДРЦУ.

Принцип действия систем спутниковой связи (ССС) основан на использовании промежуточного спутникового ретранслятора (СР), через который обеспечивается связь между земными станциями (ЗС). В зависимости от назначения ССС связываемые пункты могут быть расположены на поверхности Земли, в атмосфере или космосе. В каждом из этих пунктов устанавливается обычно приемно-передающая связная радиостанция, а на спутниках - СР, принимающие радиосигналы от одних абонентов и ретранслирующие другим. В простейшем случае ретрансляция сводится к усилению мощности входных сигналов и переносу их спектров на другие частоты. Однако в ряде ССС в СР производится более сложная обработка сигналов, чтобы уменьшить перекрестные помехи между сигналами от различных ССС и повысить помехоустойчивость системы. В общем случае для обеспечения качественной связи между станциями СР приходится размещать на нескольких спутниках, вращающихся на разных орбитах.

В своём большинстве спутниковые станции относятся либо к классу фиксированной спутниковой связи (ФСС), либо к классу подвижной спутниковой связи (ПСС). Земные спутниковые станции делятся на абонентские и операторские (центральные). [4] У всех станций есть свои номера, причем номера центральных станций известны. Когда появляется новая абонентская станция и ей необходим свой номер для дальнейшего обмена данными, делается запрос в Министерство обороны. После рассмотрения запроса в виде ответа отправляется схема организации связи (СХОС), которая содержит номер абонентской станции, номера отправителей информации для станции и номера получателей информации от нее. СХОС может меняться, в зависимости от ситуации. Новая СХОС, кроме списков номеров, содержит дополнительные сведения для смены номера.

Так как связь обеспечивается через СР, которые находятся в движении на значительном расстоянии от земли, то необходимо знать их местоположение, которое рассчитывается на основании их движения. Слежение за перемещением спутника относительно земных радиостанций осуществляется специальной аппаратурой (программное наведение или ручное). С помощью встроенного программного обеспечения (ПО) антенна настраивается на спутник. Для наведения антенны на спутник два электропривода, отвечающие за параметры «угол-место» и «азимут», изменяют ее положение.

На сегодняшний день связь осуществляется в основном с помощью спутников, находящихся на геостационарной орбите (ГСО), которая расположена над экватором Земли. Находясь на ГСО, спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси. В горизонтальной системе координат направление на спутник не изменяется по обоим параметрам: ни по азимуту, ни по углу-место. Спутники, находящиеся на ГСО, имеют ограниченный информационный поток. На самой орбите таких спутников мало, так как процесс выведения их на орбиту сложный и дорогостоящий.

Существует также другая орбита, на которую выводятся спутники со СР, осуществляющие спутниковую связь. Такая орбита называется высокоэллиптической (ВЭО). Ее особенность заключается в том, что высота ее апогея намного больше высоты перигея. Для спутниковой связи используется ВЭО, которая называется «Молния». Особенностью любой ВЭО является то, что на спутники, которые там находятся, сложнее настроится. В этом есть плюс: сложнее создать помеху для сигнала. Из-за этого на ВЭО настраивается мало станций, таким образом, увеличивается скорость передачи данных. На ВЭО «Молния» находятся только российские спутники. Они располагаются таким образом, чтобы наведение антенн станций не зависело от рельефа местности, то есть «угол-место» антенны станции, которая наводится на СР спутника, находящегося на ВЭО, варьируется от 60є до 90є, в то время как для спутников, находящихся на ГСО, от 20є до 30є.

Для наведения антенн тестируемых станций на спутники ВЭО необходимы ИДРЦУ, которые промышленным и научным предприятиям сложно получить. Кроме Министерства обороны РФ наблюдение за спутниками осуществляют другие организации. Одной из них является NASA. У них существует собственный формат представления данных - TLE. Формат широко известен в сети Интернет, данные о спутниках обновляются несколько раз в течение суток [1]. В файле TLE содержатся данные обо всех спутниках. В данных TLE для одного спутника используется множество данных для определения его положения. Важными из них для расчёта являются: наклонение, долгота восходящего узла, эксцентриситет, аргумент перицентра, средняя аномалия и частота обращения. Как видно, этот формат отличен от данных, предоставляемых ЦОТУС, поэтому в случае использования TLE встаёт проблема преобразования данных для станций, уже использующих данные ЦОТУС.

Одним из вариантов решения данной проблемы является использование уже готовых программных решений, например, Orbitron. Система Orbitron предназначена для радиолюбителей и пользователей спутниковой связи. Она доступна для скачивания в сети Интернет для некоммерческого использования. При встраивании ее в ПО станций спутниковой связи система будет использоваться коммерческим образом, следовательно, необходимо производить автору выплаты, в соответствии с законами РФ. Независимо от удобства этой системы, у нее есть один большой минус: на расчеты для одного спутника требуется около 15 минут (для группы - 1 час). В основном все данные после перевода из одного формата в другой будут представлены в виде градусов, но дробным числом. За это время дробная часть переводится в минуты и секунды и вычисляется долгота восходящего узла.

Другим вариантом является создание специализированного программного обеспечения (СПО), способного автоматически переводить данные TLE в ИДРЦУ. Станции спутниковой связи работают на СПО, которое представляет собой единый программный код. Необходимо разработать алгоритм, с помощью которого можно будет создать часть кода и встроить его в общий. Он должен быть создан таким образом, чтобы с его помощью можно было автоматически распознавать данные TLE, выбирать из них данные, необходимые для расчетов, пересчитывать их в ИДРЦУ, позволять пользователю выбирать имя спутника и отправлять рассчитанные данные по выбранному спутнику в блок ИДРЦУ, для последующего наведения антенны на спутник.

Оба варианта приемлемы, однако в первом существует вероятность, что в процессе вычисления могут быть допущены ошибки. Второй вариант является очень трудоемким (около 175 н/ч) [2], [6], так как необходимо вручную вывести все формулы расчета ИДРЦУ, но в то же время внедрение такого алгоритма позволило бы сократить время вычисления и свести к минимуму вероятность допущения ошибок.

Библиографический список

1. TLE. Downloads. [Электронный ресурс]. URL: http://www.tle.info/joomla/index.php/tle-downloads# (дата обращения 18.06.2015)

2. Кукаpцев В. В., Шеенок Д. А. Оценка затрат на модернизацию программного обеспечения критических по надежности систем // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 5(45). С. 62--65

3. Подготовка станции к работе. [Электронный ресурс]. URL: http://studopedia.net/14_53787_podgotovka-k-rabote-stantsii-r--o.html (дата обращения 18.06.2015)

4. Радиотехника: журн. - М.: Радиотехника, 2010. - Вып. 149, 150. - 120 с.

5. Спутниковая станция [Электронный ресурс]. URL: http://roilcom.ru/Спутниковая_станция (дата обращения 18.06.2015)

6. Шеенок Д. А., Кукарцев В. В. Прогнозирование стоимости разработки систем с программной избыточностью // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2013. Т. 17. № 14 (117). С. 101-105

Размещено на Allbest.ru