РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2015, том 2, выпуск 2, c. 58–64
КОСМИЧЕСКИЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ
УДК 629.7.052
Основные принципы реализации режима
«квитирования» в модернизированном бортовом
радиотехническом комплексе спасания БРКС-К2
КА «Глонасс-К» системы КОСПАС–SARSAT
Ю.Б.Дорофеев1,А.Б.Курьята,С.В.Матвеев2,А.С.Суринов3, Е.О.Романов
1,2,3к. т.н
ОАО «Российские космические системы»
e-mail: dorov56@yandex.ru
Аннотация. Объектом исследования является система передачи «квитанций» (СП КВТ) для среднеорбитального
сегмента системыКОСПАС на базе КА «Глонасс-К» (SAR/ГЛОНАСС): приведены основные принципы построения
и структурная схема системыпередачи «квитанций».
Описан алгоритм реализации и структурная схема построения бортового радиотехнического комплекса спасания
БРКС-К2 в части приема, обработки и хранения «квитанции».
Ключевые слова: бортовой радиотехнический комплекс, система поиска и спасания, среднеорбитальный сегмент
системыКОСПАС
Basic Principles of Realization of “Handshaking” Mode
in Modernized On-Board Radio Complex BRKS-K2
of COSPAS-SARSAT Rescue System
of GLONASS-K Satellites
Yu.B.Dorofeev1, A.B.Kuryata, S.V.Matveev2, A.S.Surinov3,E.O.Romanov
1,2,3candidate of engineering science
Joint Stock Company “Russian Space Systems”
e-mail: dorov56@yandex.ru
Abstract. Object of research is the system of transfer of “receipts” for a medium-orbiting segment of system
of COSPAS on the basis of KA of Glonass-K (SAR/GLONASS).
The basic principles of construction and structural schemes of system of transfer of “receipts” for a medium-orbiting
segment ofsystem ofСOSPASonthe basis ofKAofGlonass-K(SAR/GLONASS) aregiven.
The algorithm of realization and the block diagram of creation of an onboard radio engineering complex of rescue
regarding reception, processings and “receipt” storages is described.
Key words: onboard radio engineering complex, search and rescue system, medium-orbiting segment of system
of COSPAS
Стр.1
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ РЕЖИМА «КВИТИРОВАНИЯ»
Введение
Внастоящее времядля расширения возможностей
системыКОСПАС–SARSAT в европейской навигационной
космической системе Galileo создается
система передачи «квитанций». Подробное описание
ее структурыи принципа действия приведено
в документе C/S R-012 MIP [3].
В России в рамках доработки бортового радиотехнического
комплекса спасания для космического
аппарата «Глонасс-К2» ОАО «Российские космические
системы» проводит работы по созданию
модернизированного бортового радиотехнического
комплекса спасания БРКС-К2. Одной из задач модернизированного
радиокомплекса является реализация
режима «квитирования» аварийных сообщений
в SAR/ГЛОНАСС [1].
Создание системыпередачи «квитанций»
(СП КВТ) о доставке аварийной информации с использованием
системыГЛОНАСС позволит обеспечить
психологическую и информационную поддержку
владельцам персональных объектов, терпящихбедствиеи,пооценкеэкспертов,
повысит эффективность
поисково-спасательных операций на
25–30 %.
Планируется обеспечить совместимость разрабатываемой
СП КВТ с аналогичной зарубежной системой
для SAR/Galileo по структуре и форматам
передаваемых «квитанций».
Реализация режима
«квитирования»
В состав системыпередачи КВТ входят [2]:
– наземный комплекс приема заявок, формирования
и передачи КВТ на КА «Глонасс-К2»
(НК КВТ);
– радиолиния 2 БИНК КА–НАП АРБ-406 для
передачи КВТ на АРБ-406 в диапазоне L1(входит
функционально);
– АРБ-406, оснащенные НАП ГЛОНАСС/GPS/
Galileo и обеспечивающие прием и выделение КВТ,
формирование сигнала оповещения о приеме КВТ.
1. Принцип работы СП КВТ в системе
SAR/ГЛОНАСС.
Обсуждение требований и принципов построения
SAR/Galileo началось в 2008 г. в условиях,
59
когда российская глобальная навигационная система
ГЛОНАСС уже имела эксплуатационный космическийиназемныйсегменты.
В
условиях России невозможно построить
структуру СП КВТ для SAR/ГЛОНАСС, аналогичную
СП КВТ для SAR/Galileo, так как радиолинии
системы передачи навигационных данных давно
разработаныи не обеспечивают режим КВТ.
В то же самое время для совместимости этих
систем для потребителей предлагается унифицировать
структуру и форматыпередаваемых «квитанций».
Ниже
приводятся предложения по построению
СП КВТ для SAR/ГЛОНАСС.
Структурная схема СП КВТ приведена на
рис. 1.
Входом СП КВТ является запрос КВТ, поступающий
от МКВЦ. Запрос КВТ 6 битами, имеющимися
в «длинной» посылке АРБ-406 передается
в Центр КВТ, который должен к 60 бит
ID АРБ-406 добавить дополнительные данные.
Сформированная КВТ из 80 бит («короткая»)
и 160 бит («длинная») передается по специально
разрабатываемой радиолинии ПРД КВТ–ПРМКВТ
в диапазоне 405,928 МГц на бортовой приемникпроцессор,
где выделяется КВТ и передается через
УЗФИ в БИВК. В БИВК КА КВТ упаковывается
в информационный кадр для передачи в навигационном
сигнале на частоте L1(1,6 ГГц)скодовым
разделением на НАП в составе АРБ-406.
НАП в составе аварийного АРБ-406 принимает
КВТ и выделяет ID из КВТ. При совпадении ID
аварийного АРБ-406 и ID принятого КВТ в АРБ406
вырабатывается звуковой или световой сигналыо
приеме КВТ.
Основной задачей СП КВТ является передача
с минимальной задержкой КВТ о приеме аварийного
сообщения АРБ-406 в системе КОСПАС–
SARSAT и поисково-спасательных служб (ПСС),
что подтверждает начало осуществления поиска
и спасания.
Квитанция должна содержать сообщение об
идентификационном номере АРБ-406 с объемом
60 бит (ID), который зарегистрирован в базе данных
КОСПАС–SARSAT, и другие сведения, которые
определены в «Плане реализации СП КВТ
SAR/ГЛОНАСС».
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 2 2015
Стр.2
60
Ю.Б.ДОРОФЕЕВ, А.Б.КУРЬЯТА, С.В.МАТВЕЕВ, А.С.СУРИНОВ, Е.О.РОМАНОВ
Рис. 1. Структурная схема СП КВТ для SAR/ГЛОНАСС
Другие данные согласуются с ПСС и позволят
в случае необходимости дистанционно включать
и выключать АРБ-406 или изменять программу
его работыв интересах ПСС. Эти данные согласуются
с ICAO.
Скорость передачи данных в радиолинии
ПРД КВТ–ПРМ КВТ составляет 78,2 бит/с.
Средняя скорость передачи КВТ в радиолинии
БИНК–НАП АРБ-406 составляет 15 бит/с.
Вероятность достоверного приема КВТ 0,99
(«длинной» и «короткой») в НАП АРБ-406.
Максимальное время доставки КВТ на НАП
АРБ-406 в глобальном масштабе не должно превышать
15 мин.
2. Выбор структуры и параметров сигнала
СП КВТ.
Выбор структуры и параметров сигнала КВТ
(несущей частоты, метода и индекса модуляции,
скорости передачи информации, вида и параметров
кодирования, наличия/отсутствия «размазывания»
спектра излучения псевдослучайной последовательностью
и т.п.) определяется рядом факторов.
К числу основных из них следует отнести:
– объем передаваемой информации;
– рекомендуемые диапазоны частот в соответствии
с Регламентом радиосвязи;
– энергетика радиолинии;
– возможность размещения на КА антенн выбранного
диапазона;
– наличие на КА других радиоэлектронных систем
(РЭС), работающих в выделенном диапазоне
частот, и возможность электромагнитной совместимости
(ЭМС) с ними;
– наличие аппаратурного задела (в первую
очередь по бортовой аппаратуре), позволяющего
в заданный срок и с наименьшими затратами создать
летные комплекты бортовой аппаратуры
и необходимую наземную аппаратуру.
В данном случае почти по всем перечисленным
факторам удовлетворяет полоса частот 405,878–
405,978 МГц, выделенная Регламентом радиосвязи
Российской Федерации в направлении «Земля–
космос» для судовых средств спутниковой службы
радиоопределения [4].
При использовании полосычастот 405,878–
405,978 МГц для передачи «квитанций» структура
и параметрысигналов, передающих «квитанции»
на КА,должныиметьспектрнешире80 кГц.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 2 2015
Стр.3
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ РЕЖИМА «КВИТИРОВАНИЯ»
61
Рис. 2. Структурная схема БРКС-К2
В СП КВТ целесообразно использовать «широкополосный»
сигнал. Спектр излучаемых передатчиками
сигналов «квитанций» размещается в полосе
80 кГц за счет фазовой модуляции несущей
сигнала информацией «квитанции», сложенной по
модулю 2 с псевдослучайной последовательностью
(ПСП) с тактовой частотой 80 кГц.
Выбор такого сигнала целесообразен по
следующим причинам:
– позволяет производить адресный прием сигнала
КВТ выбранными КА за счет кодового разделения
сигналов, излучаемых с наземных станций;
– обеспечивает высокую помехоустойчивость
принимаемых сигналов от паразитных сигналов других
радиосистем, излучаемых в выделенном диапазоне;
–
использование сигнала «закрытого» ПСП
позволяет иметь возможность несанкционированного
доступа к каналу передачи квитанций.
3. Бортовой радиотехнический комплекс
спасания БРКС-К2 в части приема, обработки
и хранения КВТ.
Бортовой радиотехнический комплекс спасанияБРКС-К2наКА«Глонасс-К2»
с №13 выполняет
две задачи [5]:
– ретрансляция сигналов АРБ-406 с характеристиками,
соответствующими C/S R-012
(Annex D);
– прием, обработка, запоминание «квитанций»
(КВТ) и выдачу их в БИВК, для передачи в навигационном
кадре для приема НАП, имеющейся
в АРБ-406.
Структурная схема БРКС-К2 представлена на
рис. 2.
Канал ретрансляции сигналов АРБ-406 осуществляет
ретрансляцию без модуляции. Основные
технические характеристики ретранслятора
автономно и с привлечением наземных станций
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 2 2015
Стр.4
62
Ю.Б.ДОРОФЕЕВ, А.Б.КУРЬЯТА, С.В.МАТВЕЕВ, А.С.СУРИНОВ, Е.О.РОМАНОВ
России, США, Канадыбыли измереныв процессе
летных испытаний БРКС на КА «Глонасс-К» №11
в 2011 г. Они в основном удовлетворяют требованиямMIP
ксистеме MEOSAR инетребуют существенных
изменений.
Канал КВТ состоит из ПРМ-ПРЦ и УЗФИ.
ПРМ-ПРЦ принимает сигналыКВТ и осуществляет
детектирование, выделение цифрового сообщения
и декодирование кода БЧХ [6,7]. Далее посылка
КВТ по интерфейсу RS232 поступает в УЗФИ.
УЗФИ по запросу от БИВК передает данные КВТ
по шине МКО в БИВК.
Аналоговый блок преобразует входной сигнал
в сигнал промежуточной частоты. Цифровой блок
осуществляет АЦП, обнаружение, детектирование,
выделение цифрового сообщения и декодирование
кода БЧХ. В результате обработки принятого сигнала
«КВТ» выделенная приемником информация
по дублированному интерфейсу RS-232 поступает
на УЗФИ.
Передача информации производится пакетами.
Состав пакетов уточняется дополнительно
в «Протоколе обмена» сигналами между ПРМПРЦ
и УЗФИ.
На ПРМ-ПРЦ поступает опорная частота
5МГц с долговременной нестабильностью за сутки
не более 1×10−13 и кратковременной нестабильностью:
за 100 с не более 5 Ч 10−12,за1снеболее
2 Ч 10−11. Формирование частот гетеродинов осуществляется
от опорной частоты.
На ПРМ-ПРЦ поступает сигнал 1 Гц, фронт
которого сдвинут не более чем на ±75 нс относительно
фазы180◦ сигнала «5 МГц».
Блок УЗФИ обеспечивает:
– запоминание «квитанций», поступающих
с ПРМ-ПРЦ по интерфейсу RS232 в ЗУ;
– формирование ОТМИ (количество «квитанций»,
записанных в ЗУ УЗФИ на текущий момент);
– формирование пакетов информации и выдачу
их по шине МКО в БИВК.
В навигационном кадре передается:
–92 бита(80 бит«КВТ»+12 бит ОТМИ) —
при «короткой» КВТ;
– 184 бит (160 бит «КВТ»+24 бит ОТМИ) —
при «длинной» КВТ;
– прием по шине МКО кодовых команд управления
и их дешифрацию;
– выдачу управляющих сигналов в КРУ;
– выдачу управляющих команд в ПРМ-ПРЦ
по интерфейсу RS232.
4. Основные требования к наземному комплексу
системы передачи квитанции (НК КВТ).
Для реализации режима «квитирования» составные
части НК КВТ и привлекаемые функционально
МКВЦ и СПС должныгарантировать решение
основных описанных ниже задач.
Доработанный для режима «квитирования»
МКВЦ должен обеспечивать:
– выделение сообщения АРБ, требующего
КВТ-I;
– выдача запроса КВТ-I в Центр КВТ;
– выдача в СПС запроса на КВТ-II;
– получение от СПС КВТ-II;
– выдача в центр КВТ запроса на КВТ-II;
– получение от Центра КВТ и передача в другие
КЦС (по принадлежности) сообщения о закладке
КВТ.
Создаваемый в рамках НК КВТ Центр КВТ
должен обеспечивать:
– получение от МКВЦ аварийного сообщения,
содержащего запрос АРБ на квитанцию первого
типа;
– получение черезМКВЦ запроса на «Квитанцию»
второго типа (КВТ-II, «длинную» — 160 информационных
бит, сформированных службой поиска
и спасания (СПС));
– определение, через какие КА следует передавать
квитанции (КВТ-I и КВТ-II) в зависимости
от видимости КА–АРБ и загрузки каналов передачиКВТнаКАисКАнаАРБ;
–
определение станции КВТ, через которые
будут передаваться КВТ на КА;
– формирование задания на передачу КВТ через
выбранные станции на выбранные КА;
– выдачу сформированного задания на КВТ на
станции КВТ;
– передачу из Центра КВТ сообщения вМКВЦ
о том, что квитанция №ХХХ передана на АРБ
№YYY через КА №ZZZ во время ННН для сообщения
об этом ПСС по принадлежности или КВЦ
других стран, если терпящий бедствие объект находится
в их компетенции.
Функциональная схема НК КВТ представлена
на рис. 3.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 2 2015
Стр.5
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕАЛИЗАЦИИ РЕЖИМА «КВИТИРОВАНИЯ»
63
Рис. 3. Функциональная схема НК КВТ
5. Алгоритм работы НК КВТ.
Центральным звеном в НК КВТ является
Центр КВТ. Начиная с момента получения от
МКВЦ сообщения АРБ с запросом на выдачу
«квитанции» Центр КВТ отвечает за доставку
«квитанции» на АРБ и осуществляет контроль исполнения
всех этапов процесса. Центр КВТ выдает
станции КВТ задание на закладку «квитанции»
на КА и ожидает от МКВЦ сообщение АРБ с измененным
содержимым, сигнализирующим о получении
«квитанции». Если такое сообщение не
получено в течение заданного интервала ожидания,
а АРБ продолжает излучать посылки, Центр
КВТ повторно выдает задание станции КВТ. Задача
станции КВТ — гарантированно заложить
«квитанцию» на КА или сообщить в Центр КВТ
о невозможности выполнить задание. Успешность
закладки «квитанции» на КА проверяется станцией
КВТ по наличию или отсутствию «квитанции»
в навигационной информации, передаваемой даннымКА.
Приэтом задачаКА—вслучае получения
квитанции от станции КВТ включить ее в состав
навигационного кадра.
Необходимой представляется также выдача измененного
сообщения АРБ после получения им
КВТ I типа и КВТ II типа для достоверного отчета
о получении КВТ на АРБ.
Такой подход позволяет сделать логику работы
бортового комплекса максимально простой, переложив
основную логическую нагрузку на НК КВТ,
что, в свою очередь, позволит при необходимости
менять алгоритм работыНК КВТ или изменять отдельные
параметры.
Заключение
В данной статье изложеныосновные принципы
«Системыпередачи квитанций» (СП КВТ) на НАП
в составе АРБ (АРМ-, ПРБ-406), подтверждающей
прием в МКВЦ сообщения от активированного
АРБ-406.
СП КВТ состоит из бортового радиокомплекса
КВТ и наземного комплекса КВТ (НК КВТ).
Представлена логика работыбортового радиокомплекса
КВТ, который состоит из приемникапроцессора
и устройства запоминания и формирования
информации. Сигнал на вход ПРМ КВТ
поступает с приемной АФС 406 МГц БРКС-К2
станций передачи КВТ, излучающих сигналыКВТ
в диапазоне 405,928 МГц. При этом обеспечивается
ЭМС с бортовым ретранслятором сигналов
АРБ-406. Средняя скорость передачи КВТ на НАП
АРБ-406 составляет 15 бит/с.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 2 2015
Стр.6
64
Ю.Б.ДОРОФЕЕВ, А.Б.КУРЬЯТА, С.В.МАТВЕЕВ, А.С.СУРИНОВ, Е.О.РОМАНОВ
Список литературы
1. План-содержание инженерной записки «Космическая
система передачи “квитанции” для космической
системыSAR/ГЛОНАСС» от 12 января 2012 г.
Шифр «СП КВТ». ОАО «Российские космические
системы». Москва, 2012.
2. Инженерная записка № 05/1040 «Система передачи
“квитанции” для среднеорбитального сегмента
системыКОСПАС на базе КА “Глонасс-К”
(SAR/ГЛОНАСС)». Шифр «СП КВТ». Этап 1.
ОАО «Российские космические системы». Москва,
2012.
3. Документ C/S R.012 «План реализации системы
MEOSAR» (редакция 7, октябрь 2011 г., гл. 7).
4. Регламент радиосвязи Российской Федерации.
Электронная версия. Москва.
5. Документ C/S Т.001 «Технические требования
к АРБ-406» (октябрь 2011 г.).
6. Питерсон У., Уэлдон Э.Коды, исправляющие
ошибки. М.: Мир, 1976. Приложение В. С. 513–
516.
7. Дж. Кларк-мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением
ошибок в системах цифровой связи.М.: Радио
и связь, 1987. С. 179–202.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 2 2015
Стр.7