Командная радиосистема управления космическими аппаратами

Командная радиосистема управления космическими аппаратами

Реферат

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно, к радиолиниям управления с применением спутников-трансляторов. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости. Радиосистема, содержащая на космическом аппарате последовательно соединенные обнаружитель сигнала космического аппарата, селектор, декодер, дешифратор и передатчик, снабжена N-1 селекторов высокочастотного сигнала, генератором тактовых импульсов, двумя формирователями сигналов управления, буферным регистром, последовательно соединенными триггером, элементом И и блоком включения, последовательно соединенными элементом антисовпадения, блоком отключения и коммутатором. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиоуправления космическими аппаратами (КА), а именно, к радиолиниям управления с применением спутников-ретрансляторов.

В последнее время резко возросло внимание к помехоустойчивости радиолиний управления и боевой устойчивости управления системами космических аппаратов к действиям предполагаемого противника при обеспечении оперативности передачи команд управления на любой КА системы. В настоящее время задача обеспечения оперативности передачи команд управления на любой КА системы (который, как правило, находится на орбите с высотой 200÷40000 км над Землей) решается с помощью введения в систему КА спутника-ретранслятора, запускаемого на орбиту высотой около 40 тыс. км, с периодом обращения вокруг Земли, приблизительно совпадающим с земными сутками, что дает эффект "стояния" CP над одной точкой Земли. При наличии второго, определенным образом "выставленного", СР в их суммарной зоне радиовидимости находится примерно 90% территории Земного шара и практически все низколетящие спутники-абоненты космической системы. Для передачи команд управления на любой КА-абонент системы, находящийся вне зоны радиовидимости наземных командных пунктов на территории СССР, командные сигналы излучаются с одного из командных наземных пунктов на территории СССР, принимаются выбранным в данный момент СР и переизлучаются им на один из спутников-абонентов системы или на все спутники-абоненты, "видимые" им, сразу.

К таким системам относятся известные системы, аналогичные глобальным системам телевидения, навигации, системы, описанные в книге Спилкер. Цифровая спутниковая связь, М.: Связь, 1979, стр.130-181.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой командной радиосистеме является система, описанная в книге Спилкер. Цифровая спутниковая связь, М.: Связь, 1979, стр.130-181.

Функционирование системы - прототипа будет понятно из блок-схемы на фиг.1 и следующего описания. На фиг.1 обозначено:

1 - высокочастотный селектор КА-абонента (ВЧС);

2 - обнаружитель сигнала КА-абонента (ОС);

3 - первичный селектор КА-абонента (ПС);

4 - декодирующее устройство КА-абонента (декодер);

5 - дешифрирующее устройство КА-абонента (ДШР);

6 - приемное устройство спутника-ретранслятора (ПРН СР);

7 - декодирующее устройство спутника-ретранслятора (декодер СР);

8 - передатчик для ретрансляции (ПРДР);

9 - дешифрирующее устройство спутника-ретранслятора (ДШР СР);

10 - оператор наземного командного пункта (оператор);

11 - шифратор наземной станции (ШР);

12 - кодирующее устройство наземной станции (кодер);

13 - наземный передатчик (ПРД).

Выход оператора соединен с входом шифратора наземной станции, выход которого соединен с входом кодирующего устройства наземной станции, выход которого соединен с входом наземного передатчика, выход которого соединен с антенной, выход приемного устройства спутника-ретранслятора с антенной соединен с входом декодирующего устройства спутника-ретранслятора, первый выход которого соединен с первым входом передатчика для ретрансляции с антенной, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами дешифрирующего устройства спутника-ретранслятора, вход которого соединен со вторым выходом декодирующего устройства спутника-ретранслятора, третьи выходы дешифрирующего устройства спутника-ретранслятора соединены с системами спутника, выход высокочастотного селектора КА-абонента с антенной соединен с входом обнаружителя сигнала КА-абонента, выход которого соединен с входом декодирующего устройства КА-абонента, выход которого соединен с входом дешифрирующего устройства КА-абонента, выходы которого соединены с системами КА-абонента.

Система функционирует следующим образом. При необходимости передачи разовой команды (РК) на один или все КА-абоненты системы оператор выдает сигналы о включении ПРДР (8), номере РК для КА-абонента и номере КА, на который надо передать РК, на вход шифратора (11). Зашифрованные РК преобразуются кодером (12) в вид сигналов, выбранных в данной радиосистеме, и передаются для модуляции на наземный передатчик (13), который излучает этот сигнал на частоте f₁.

Этот сигнал принимается ПРН СР (6), обрабатывается им и передается в декодер СР (7). Декодированная информация поступает на ДШР СР (9). После дешифровки кода командного сигнала на включение режима ретрансляции, вырабатывается сигнал на первом выходе ДШР СР (9), который, поступив на второй вход ПРД Р(8), включает его, а сигналы команды для КА-абонента, поступив с первого выхода декодера СР (7) на первый вход ПРДР (8), излучаются им на частоте f₂. В случае если команда предназначена только для управления системами СР и в сигнале отсутствуют кодовые признаки включения ПРДР (8), то эта РК, после дешифровки, поступает в системы СР. Излученный ПРДР (8) сигнал, попав в полосу пропускания ВЧС (1) одного или нескольких КА-абонентов, с его выхода поступает на обнаружитель сигнала (2). После установления факта наличия сигнала, т.е. срабатывания ОС (2), сигнал обрабатывается и преобразуется в видеосигнал первичным селектором КА-абонента (3), поступает в декодер (4) и после декодирования информация шифра РК поступает в ДШР КА-абонента (5). После дешифрации РК она выдается на исполнение в системы КА-абонента.

Таким образом, при нахождении КА-абонентов вне зоны радиовидимости наземных командных пунктов на территории СССР, обеспечивается передача на них командных сигналов через СР.

К недостаткам таких систем относится сравнительная легкость "силового" подавления предполагаемым противником радиоканала Земля - СР с помощью достаточно мощных помех, а так же возможность физического уничтожения СР, облегчаемое нахождением СР практически над постоянной точкой Земли и, в связи с этим, знанием противником его координат и трассы распространения командного сигнала.

Таким образом, целью предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости и боевой устойчивости системы к действиям предполагаемого противника.

Сущность изобретения заключается в том, что в командную радио- систему управления космическими аппаратами, состоящую из оператора наземного командного пункта, шифратора и кодирующего устройства наземной станции, наземного передатчика с антенной, высокочастотного селектора космического аппарата-абонента с подсоединенной к его входу антенной, обнаружителя сигнала космического аппарата-абонента, первичного селектора космического аппарата-абонента, декодирующего и дешифрирующего устройств космического аппарата-абонента, передатчика для ретрансляции с антенной, причем выход оператора подсоединен к входу шифратора наземной станции, выход которого подсоединен к входу кодирующего устройства наземной станции, выход которого подсоединен к входу наземного передатчика с антенной, выход обнаружителя сигнала космического аппарата-абонента соединен с входом первичного селектора космического аппарата-абонента, выход которого соединен с входом декодирующего устройства космического аппарата-абонента, выход которого соединен с входом дешифрирующего устройства космического аппарата-абонента, вторые выходы которого соединены с системами космического аппарата-абонента, в нее введены (N-1) высокочастотный селектор космического аппарата-абонента, где N - число космических аппаратов-абонентов и число частотных поддиапазонов, в которых независимо могут передаваться радиосигналы управления, коммутатор, генератор тактовых импульсов, первый и второй формирователи сигнала управления, буферный регистр, блок включения, блок отключения, триггер, элемент И, схема антисовпадения, второй наземный передатчик, передатчик для ретрансляции на каждом космическом аппарате-абоненте, причем вход второго наземного передатчика подсоединен к выходу кодирующего устройства наземной станции, а выход второго наземного передатчика подсоединен к выходу наземного передатчика, входы (N-1) высокочастотного селектора космического аппарата-абонента подсоединены к антенне, выходы (N-1) высокочастотного селектора космического аппарата-абонента подсоединены к соответствующим сигнальным входам коммутатора, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход коммутатора соединен с входом обнаружителя сигнала космического аппарата-абонента, выход которого соединен с входами второго и первого формирователей сигнала управления, выход второго формирователя сигнала управления соединен с первым входом схемы автосовпадения и вторым входом элемента И, а выход первого формирователя сигнала управления соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход декодирующего устройства космического аппарата-абонента соединен с входом буферного регистра, выход которого соединен с первым входом передатчика для ретрансляции космических аппаратов-абонентов, первый выход дешифрирующего устройства космического аппарата-абонента соединен с вторым входом триггера, первый вход которого соединен с выходом схемы автисовпадения и входом блока отключения, выход триггера соединен с вторым входом схемы антисовпадения и первым входом элемента И, выход которого соединен с входом блока включения, выход которого соединен с вторым входом передатчика для ретрансляции, третий вход которого соединен с выходом блока отключения.

Изобретение будет понятно из блок-схемы на фиг.2, диаграммы на фиг.3 и следующего описания. На фиг.2 блоки 1÷5, 8, 10÷13 имеют названия, одинаковые с соответствующими блоками на фиг.1

6 - коммутатор;

7 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);

9 - первый формирователь сигнала управления (ФСУ);

14 - буферный регистр;

15 - блок включения (БВ);

16 - триггер;

17 - блок отключения (БО);

18 - элемент И;

19 - схема антисовпадения (АС);

20 - второй формирователь сигнала управления (ФСУ).

Выход оператора подсоединен к входу шифратора наземной станции, выход которого подсоединен к входу кодирующего устройства наземной станции, выход которого подсоединен к входу наземного передатчика с антенной, выход обнаружителя сигнала космического аппарата-абонента соединен с входом первичного селектора космического аппарата-абонента, выход которого соединен с входом декодирующего устройства космического аппарата-абонента, выход которого соединен с входом дешифрирующего устройства космического аппарата-абонента, вторые выходы которого соединены с системами космического аппарата-абонента, вход второго наземного передатчика подсоединен к выходу кодирующего устройства наземной станции, а выход второго наземного передатчика подсоединен к выходу наземного передатчика, входы (N-1) высокочастотного селектора космического аппарата-абонента подсоединены к антенне, выходы (N-1) высокочастотного селектора космического аппарата-абонента подсоединены к соответствующим сигнальным входам коммутатора, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход коммутатора соединен с входом обнаружителя сигнала космического аппарата-абонента, выход которого соединен с входами второго и первого формирователей сигнала управления, выход второго формирователя сигнала управления соединен с первым входом схемы антисовпадения и вторым входом элемента И, а выход первого формирователя сигнала управления соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход декодирующего устройства космического аппарата-абонента соединен с входом буферного регистра, выход которого соединен с первым входом передатчика для ретрансляции космических аппаратов-абонентов, первый выход дешифрирующего устройства космического аппарата-абонента соединен с вторым входом триггера, первый вход которого соединен с выходом схемы антисовпадения и входом блока отключения, выход триггера соединен с вторым входом схемы антисовпадения и первым входом элемента И, выход которого соединен с входом блока включения, выход которого соединен с вторым входом передатчика для ретрансляции, третий вход которого соединен с выходом блока отключения.

Система функционирует следующим образом. При необходимости передачи РК на один или все КА-абоненты системы оператор выдает сигналы на включение ПРДР (8), номера РК для КА-абонента и номере КА-абоненте, на который надо передать РК, на вход шифратора (11). Зашифрованные РК преобразуются кодером (12) в вид сигналов, выбранных в данной радиосистеме и передаются для модуляции на наземные передатчики (13), которые излучают этот сигнал на частоте f ₁ (один передатчик) и на частоте f₂ (другой передатчик).

На каждом из КА-абонентов имеется (N-1) высокочастотный селектор (1), где N - число КА-абонентов. Выходы всех высокочастотных селекторов (1) через коммутатор (6) поочередно подключаются к обнаружителю сигнала (2). Так осуществляется поиск по всем поддиапазонам частот, каждый из которых закреплен за определенным КА-абонентом. Высокочастотный селектор в одном поддиапазоне частот, закрепленном за данным КА-абонентом, на данном КА-абоненте отсутствует, а на этой частоте излучает, при необходимости, передатчик для ретрансляции сигнала (8) данного КА-абонента. Генератор тактовых импульсов (7) генерирует последовательность импульсов с периодом, достаточным для обнаружения сигнала в случае его появления на выходе любого из высокочастотных селекторов. Эти импульсы, поступая на тактовый вход коммутатор (6), осуществляют последовательную коммутацию выходов блоков (1), подсоединяя их к входу обнаружителя сигнала (2). В случае обнаружения сигнала, на выходе блока (2) появляется сигнал, который, поступая на формирователь (9), и, будучи сформированным им, передается на вход генератора тактовых импульсов (7) для остановки генерирования, причем на все время наличия сигнала на выходе обнаружителя к входу блока (2) подсоединен выход того высокочастотного селектора, в котором обнаружен сигнал.

Сигнал с выхода обнаружителя (2) поступает также на вход первичного селектора (3), обрабатывается и детектируется им, и передается в декодирующее устройство (4). После декодирования информация в форме видеосигналов, поступает на вход дешифратора (5), с вторых выходов которого команды поступают на исполнение в системы КА-абонента. Кроме того, с выхода декодера (4) информация поступает в буферный регистр (14) для временного запоминания. В случае если в дешифрированном сигнале присутствует команда "Включить режим ретрансляции", она с первого выхода ДШР (5) поступает на второй вход триггера (16) и ставит его в такое положение, при котором на его выходе возникает уровень сигнала, соответствующий наличию режима ретрансляции. Этот сигнал поступает на первый вход элемента И (18) и второй вход схемы антисовпадения (19). При наличии на их соответственно втором и первом входах сигнала обнаружения входного радиочастотного сигнала, сформированного вторым ФСУ (20), уровнем на выходе триггера (16), прошедшим на выход элемента И (18), включается блок включения (15), который по второму входу включает передатчик для ретрансляции данного КА-абонента (8) в режим передачи, причем он по своему первому входу модулируется информацией, хранящейся в буферном регистре (14) до момента включения передатчика (8), и далее, поступающей в регистр (14), с задержкой, равной времени между началом приема сигнала ВЧС (1) и включением передатчика (8). При пропадании на выходе второго ФСУ (20) сигнала, что происходит при исчезновении сигнала в раннее зафиксированном ВЧС (1) и начале режима поиска сигнала, сигнал на выходе элемента И снимается, а на выходе схемы АС (19) появляется. С выхода схемы АС (19) сигнал поступает на блок выключена (17) для выключения передатчика (8) по его третьему входу и на первый вход триггера (16) для обеспечения соответствующей работы элемента И (18) и схемы АС (19).

Таким образом, командный сигнал излучается двумя наземными передатчиками на двух разных (выбранных из N) частотах. При нахождении хотя бы одного КА-абонента в зоне радиовидимости наземной станции на территории СССР, он находит частотный поддиапазон, в котором излучается сигнал, и далее включается в режим ретрансляции принятого сигнала.

Если случайно одна из частот излучения наземных передатчиков совпадает с частотой передатчика КА-абонента в зоне радиовидимости наземной станции, и, следовательно, не принимается данным КА-абонентом, то прием будет осуществлен на второй излучаемой наземной станцией частоте. Поскольку КА-абонент находится на орбите, поднятой более чем на 150-200 км от поверхности Земли, в зоне радиовидимости КА-абонента находится один или, чаще, несколько других КА-абонентов, каждый из которых, осуществляя прием и ретрансляцию сигнала по алгоритму, описанному выше для первого КА-абонента, обеспечивает ретрансляцию сигнала далее внутри сферы, окружающей Землю. В настоящий момент на орбитах находится значительно больше 100 КА, каждый из которых может быть абонентом системы.

Этот процесс поясняется на фиг.3, где условно показана трасса распространения сигнала с наземной станции до КА-абонента №10, находящегося с другой стороны Земли, и время начала и конца ретрансляции сигнала каждой группой КА-абонентов. Разные интервалы между началом ретрансляции КА-абонентов относительно моментов начала излучения источников сигналов обусловлены временами поиска сигнала во всех ВЧС соответствующих КА-абонентов.

Таким образом, в предлагаемой системе обеспечивается высокая помехоустойчивость и боевая устойчивость системы за счет того, что предполагаемый противник, не зная случайной трассы распространения сигнала (внутри сферы) от нашей территории до нужного КА-абонента и случайную частотную "окраску" каждого звена трассы распространения, вынужден противодействовать во всем частотном диапазоне, используемом системой, одновременно и по всему сферическому околоземному пространству. Это существенно повышает "живучесть" системы и ее эффективность, понимаемую как вероятность передачи команды оперативно в любой момент времени на любой КА-абонент.

Формула изобретения

Командная радиосистема управления космическими аппаратами, содержащая на космическом аппарате селектор высокочастотного сигнала, последовательно соединенные обнаружитель сигнала космического аппарата, селектор декодер и дешифратор, а также передатчик, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены N-1 селекторов высокочастотного сигнала, генератор тактовых импульсов, два формирователя сигналов управления, буферный регистр, последовательно соединенные триггер, элемент И и блок включения, последовательно соединенные элемент антисовпадения, блок отключения и коммутатор, причем входы N селекторов высокочастотного сигнала объединены, а их выходы через коммутатор соединены с входом блока обнаружения сигнала, выход которого через последовательно соединенные первый формирователь сигналов управления и генератор тактовых импульсов соединен с входом управления коммутатора, выход декодера через буферный регистр соединен с первым входом передатчика, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами блока включения и блока выключения, выход дешифратора через триггер соединен с первым входом элемента антисовпадения, второй вход которого соединен с вторым входом элемента И и через второй формирователь сигналов управления соединен с выходом блока обнаружения сигнала космического аппарата, выход элемента антисовпадения соединен с вторым входом триггера.

РИСУНКИ