Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 499210)
Консорциум Контекстум Информационная технология сбора цифрового контента
"Уважаемые СТУДЕНТЫ и СОТРУДНИКИ ВУЗов, использующие нашу ЭБС. Рекомендуем использовать новую версию сайта."
Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы  / №3 2017

Текущее состояниеи основные характеристики геостационарных спутников-ретрансляторов системы КОСПАС–САРСАТ на базе космических аппаратов «Луч-5А» и «Луч-5В»

0   0
Первый авторАрхангельский В. А.
АвторыДедов Н. В., Литвин А. И., Останний А. И., Семин В. И., Федосеев А. В., Новиков М. Ю., Портнягин В. А., Роскин С. М., Тестоедов Н. А.
Страниц11
ID632083
АннотацияВ статье приводятся результаты летных испытаний российских геостационарных сегментов системы КОСПАС–САРСАТ, созданных на базе спутников-ретрансляторов (СР) «Луч-5А» и «Луч-5В» Многофункциональной космической системы ретрансляции (МКСР) «Луч» и земных станций приема информации аварийных радиобуев (СПИАБ).
Текущее состояниеи основные характеристики геостационарных спутников-ретрансляторов системы КОСПАС–САРСАТ на базе космических аппаратов «Луч-5А» и «Луч-5В» / В.А. Архангельский [и др.] // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы .— 2017 .— №3 .— doi: 10.17238/issn2409-0239.2017.3.87 .— С. 87-97

Предпросмотр (выдержки из произведения)

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 2017, том 4, выпуск 3, c. <...> 87–97 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ, ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ УДК 621.396 Текущеесостояниеи основныехарактеристики геостационарных спутников-ретрансляторов системы КОСПАС–САРСАТ на базе космических аппаратов «Луч-5А» и «Луч-5В» В. <...> В статье приводятся результаты летных испытаний российских геостационарных сегментов системы КОСПАС– САРСАТ, созданных на базе спутников-ретрансляторов (СР) «Луч-5А» и «Луч-5В» Многофункциональной космической системы ретрансляции (МКСР) «Луч» и земных станций приема информации аварийных радиобуев (СПИАБ). <...> Ключевые слова: КОСПАС–САРСАТ, поисково-спасательные работы, российский сегмент, спутник-ретранслятор, «Луч-5А», «Луч-5В» Current Status and Main Performance Characteristics of COSPASSARSAT Louch-5A and Louch-5V geostationary satellites V. <...> The paper presents the results of the flight tests of the Russian geostationary segments of the COSPASSARSAT system built on the base of the relay satellites Luch-5A and Luch-5V of the multifunctional relaying space system (MRSS) Luch and ground stations for reception of the data from EPIRBs. <...> Keywords: COSPASSARSAT, search and rescue operations, Russian segment, relay satellite, Louch-5A, Louch-5V 88 В. А.АРХАНГЕЛЬСКИЙ, Н. В.ДЕДОВ, А.И.ЛИТВИН, А.И.ОСТАННИЙ, В. И.СЕМИН И ДР. <...> Введение Геостационарные сегменты системы КОСПАС– САРСАТ (GEOSAR) начали создаваться разными странами мира (США, Европейским Союзом, Индией, Россией) в 90-е гг. прошлого века как дополнительный сегмент системы к эксплуатируемому низкоорбитальному сегменту сегменту системы КОСПАС–САРСАТ (LEOSAR). <...> Системы GEOSAR значительно повышают оперативность обнаружения сообщений аварийных радиобуев (АРБ) по сравнению с существующими системами LEOSAR. <...> За исключением полярных районов, максимальное время получения достоверного сообщения АРБ в системах GEOSAR не превышает 10 мин, что существенно меньше, чем в низкоорбитальном сегменте, где оно доходит до 1,5–2 <...>
Текущее_состояниеи_основные_характеристики_геостационарных_спутников-ретрансляторов_системы_КОСПАС–САРСАТ_на_базе_космических_аппаратов_«Луч-5А»_и_«Луч-5В».pdf
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 2017, том 4, выпуск 3, c. 87–97 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ, ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ УДК 621.396 Текущеесостояниеи основныехарактеристики геостационарных спутников-ретрансляторов системы КОСПАС–САРСАТ на базе А. В.Федосеев6, М.Ю.Новиков7,В. А.Портнягин8, С.М. Роскин9, Н.А.Тестоедов10 1к. т. н., 10д. т. н., член-корр. РАН космических аппаратов «Луч-5А» и «Луч-5В» В. А.Архангельский1,Н. В.Дедов2,А.И.Литвин3, А.И. Останний4,В.И. Семин5, 7–10АО «Информационные спутниковые системы» им. академика М.Ф. Решетнева», г. Железногорск, Россия e-mail: varhangelskij@gmail.com 1–6АО «Российские космические системы», Москва, Россия Аннотация. В статье приводятся результаты летных испытаний российских геостационарных сегментов системы КОСПАС– САРСАТ, созданных на базе спутников-ретрансляторов (СР) «Луч-5А» и «Луч-5В» Многофункциональной космической системы ретрансляции (МКСР) «Луч» и земных станций приема информации аварийных радиобуев (СПИАБ). Ключевые слова: КОСПАС–САРСАТ, поисково-спасательные работы, российский сегмент, спутник-ретранслятор, «Луч-5А», «Луч-5В» Current Status and Main Performance Characteristics of COSPAS–SARSAT Louch-5A and Louch-5V geostationary satellites A.V. Fedoseev6, M. Yu. Novikov7, V. A. Portnyagin8, S.M. Roskin9, N.A. Testoedov10 1candidate of engineering science, V. A.Arkhangel’skiy1,N. V.Dedov2,A. I. Litvin3, A. I. Ostanniy4,V. I. Semin5, 10doctor of engineering science, corresponding member of the Russian Academy of Sciences 1–6Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russia 7–10ISS-Reshetnev Company, Zheleznogorsk, Russia e-mail: varhangelskij@gmail.com Abstract. The paper presents the results of the flight tests of the Russian geostationary segments of the COSPAS–SARSAT system built on the base of the relay satellites Luch-5A and Luch-5V of the multifunctional relaying space system (MRSS) Luch and ground stations for reception of the data from EPIRBs. Keywords: COSPAS–SARSAT, search and rescue operations, Russian segment, relay satellite, Louch-5A, Louch-5V
Стр.1
88 В. А.АРХАНГЕЛЬСКИЙ, Н. В.ДЕДОВ, А.И. ЛИТВИН, А.И. ОСТАННИЙ, В. И.СЕМИН И ДР. Введение Геостационарные сегменты системы КОСПАС– САРСАТ (GEOSAR) начали создаваться разными странами мира (США, Европейским Союзом, Индией, Россией) в 90-е гг. прошлого века как дополнительный сегмент системы к эксплуатируемому низкоорбитальному сегменту сегменту системы КОСПАС–САРСАТ (LEOSAR). Системы GEOSAR значительно повышают оперативность обнаружения сообщений аварийных радиобуев (АРБ) по сравнению с существующими системами LEOSAR. За исключением полярных районов, максимальное время получения достоверного сообщения АРБ в системах GEOSAR не превышает 10 мин, что существенно меньше, чем в низкоорбитальном сегменте, где оно доходит до 1,5–2 ч. Включение в состав АРБ навигационной аппаратуры потребителей (НАП) глобальных навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС, GPS) позволяет определять координаты АРБ с точностью до десятков метров. Если же в АРБ нет НАП, геостационарные спутники системы КОСПАС–САРСАТ позволяют оперативно оповещать о факте аварии, в то время как координаты терпящего бедствие АРБ будут получены с помощью системы LEOSAR с запаздыванием. Геостационарный сегмент состоит из КАна геостационарной орбите с установленным на нем ретранслятором сигналов АРБ и приемных земных станций. Бортовой ретранслятор сигналов АРБ принимает аварийные посылки в диапазоне частот 406,0–406,1 МГц и ретранслирует их в диапазоне частот 1544,5±0,05 МГц на приемные земные 0◦;9,5◦ в. д.), США— КА серии GOES (75◦ з. д.; 105◦ з. д.; 135◦ з. д.) и Индии — КАINSAT-3D (82◦ в. д.). В качестве приемных земных станций для геостационарного наземного сегмента на базе КА«Луч-5А» и «Луч-5В»используются приемные земные станции СПИАБ, успешно прошедшие испытания с КА«Электро-Л». В статье приведены результаты летных испытаний российских геостационарных сегментов системы КОСПАС–САРСАТ, созданных на базе спутников-ретрансляторов «Луч-5А» и «Луч-5В» и земных станций приема информации аварийных радиобуев (СПИАБ), а также результаты международных испытаний геостационарной спутниковой системы поиска и спасания на базе КА«Луч-5А». Зависимость основного функционального параметра геостационарной системы (КА+СПИАБ) от характеристик спутника-ретранслятора Основной функциональный параметр геостационарного сегмента КОСПАС–САРСАТ — вероятность получения достоверной посылки (Pдост.) от АРБ, находящегося в зоне видимости СР, за заданное время (не более 5 мин) [1]. При использовании СР радиолиния, по которой передается сигнал АРБ на СПИАБ, состоит из двух участков: АРБ–СР и СР–СПИАБ. Общий вид земной станции СПИАБ, а также станции, которые обнаруживают ретранслированные посылки АРБ и выделяют из них достоверную информацию. Ретрансляторы сигналов АРБ системы КОСПАС–САРСАТ обычно устанавливаются на спутники другого целевого назначения в качестве дополнительной нагрузки. В настоящее время ретрансляторы сигналов АРБ геостационарных сегментов системы КОСПАС–САРСАТ установлены на российские КА«Луч-5А» (167◦ в. д.) и «Луч-5В» (95◦ в. д.) МКСР «Луч», КА«Электро-Л» №2 (76◦ в. д.) и на зарубежные космические аппараты: Европейского Союза — КАсерии «MSG» (3,4◦ з. д.; КА«Луч-5А» и «Луч-5В» представлены соответственнонарис.1и2. Вероятность Pдост. зависитотэнергетического потенциала (H), т. е. отношения мощности сигнала Pc посылки к спектральной плотности мощности шума Nш на входе приемника СПИАБ, а также от параметров сигнала посылки: числа и длительности символов (бит) в посылке, типа и индекса модуляции, метода и параметров примененного кода для обнаружения и исправления ошибок. Эти параметры сигнала посылки в системе КОСПАС–САРСАТ были выбраны в 70-е гг. прошлого века при проектировании низкоорбитального сегмента этой системы [2], т. е. задолго до начала проектирования геостационарного сегмента, и к началу этого проектирования был создан достаточно РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.2
ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ 89 Рис. 1. СПИАБ, размещенная на пункте эксплуатации в районе г. Хабаровска большой парк АРБ, состоящий из нескольких сотен тысяч штук. Поэтому реальными путями получения требуемой высокой вероятности приема достоверного сообщения при создании геостационарных сегментов являются: – повышение энергетического потенциала радиолиний АРБ–СР–СПИАБ; – оптимизация обработки принятых СПИАБ сигналов, в том числе использование возможности накапливать энергию сигналов посылок посредством когерентного суммирования их. В системе КОСПАС–САРСАТ для обнаружения и исправления ошибок используется код Боуза–Чоудхури–Хоквингема (БЧХ), содержащий 82 символа (бита), из которых 61 — информационный и 21 — проверочный, и исправляет до трех ошибок и обнаруживает четное число ошибок, равное или большее четырех [3]. Этот код не может обнаружить и тем более Рис. 2. Общий вид КА«Луч-5А», «Луч-5В» исправить нечетное число ошибок большее трех, и для любого нечетного числа ошибок более 3 будет РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.3
90 В. А.АРХАНГЕЛЬСКИЙ, Н. В.ДЕДОВ, А.И. ЛИТВИН, А.И. ОСТАННИЙ, В. И.СЕМИН И ДР. исправлять какие-либо 3 и ошибочно считать это сообщение достоверным. Чтобы исключить такие ложные сообщения, в КОСПАС–САРСАТ принято считать достоверными только те сообщения, в которых исправлено не более двух ошибок и не обнаружено более двух четных ошибок. Сообщение с исправленными тремя ошибками считается недостоверным. При таком алгоритме декодирования кода БЧХ (82, 61) вероятность достоверного1 сообщения равна Pдост. = k=2 k=0 Ck82(1 − p1)82−kpk1,(1) где Ck82 — число сочетаний из 82 по k; p1 — вероятность ошибки одного бита сообсигнала вероятность ошибки приема одного бита сигнала равна [4] p1 = 1 −Φ ­2E1n Nш = 1 − Φ(LEHτn),(2) где E1 = lEPcτ — энергия одного бита принятого сигнала; H — энергетический потенциал на входе приемника СПИАБ; τ — длительность одного бита (τ = 1/c,где c — скорость передачи информации от АРБ, равная 400 бит/c); LE = mlреал. — коэффициент потерь мощности сигнала, т. е. доля мощности сигнала, идущая на модуляцию его полезной информацией с учетом потерь на реализацию; m — доля мощности, идущая на модуляцию полезной информации от суммарного сигнала; на входе приемника СПИАБ; Φ(z)= 1√2π −∞z e−x2 lреал. — потери на реализацию; Nш — спектральная плотность мощности шума 2 dx — интеграл вероятности; (3) 1С учетом, что принятое сообщение уже прошло проверку на наличие правильное битовой (15 бит) и кадровой (9 бит) синхронизации. n — число посылок АРБ, когерентно суммированных для получения достаточно малого числа ошибок в сообщении, чтобы оно прошло проверку на достоверность при декодировании кода БЧХ. Принимая в формулах (1), (2), (3) значения коэффициентов потерь m = −1 дБ, что соответствует потерям при фазовой модуляции с индексом 1,1 рад, принятой в АРБ [1]; lреал. = −2дБ, получим E Nш щения. При оптимальной обработке принятого СПИАБ = H − 10 lg c + 10 lg n = H − 26 + 10 lg n. (4) Результаты расчетов по формулам (1)–(4) представлены на рис. 3. Как следует из рисунка, Pдост. однозначно нии АРБ–СР–СПИАБ можно рассчитать по следующей формуле: 1 HΣ = 1 H1 1 + Nпх1 NшСР + 1 H2 1 + PпхΣ Pспрм СР + ΔfСР H1H2 , (5) где H1 — энергетический потенциал радиолинии АРБ–СР; H2 — энергетический потенциал радиолинии СР–СПИАБ; ΔfСР — полоса пропускания ретранслятора на СР; NшСР — спектральная плотность мощности шумовнавходе приемникаСР; Nпх1 — спектральная плотность мощности шиопределяется значениями H и n. Энергетический потенциал сквозной радиолирокополосной помехи на входе приемника СР; PпхΣ — суммарная мощность широкополосной помехи и узкополосных помех, действующих в полосе приема СР; Pспрм СР — мощность сигнала посылки АРБ на входе СР. Формула (5) является некоторой модификацией формулы расчета энергетики радиолиний в спутниковых радиосистемах связи [5]. При отсутствии внешних помех эта формула приобретает хорошо известный вид: 1 HΣ = 1 H1 + 1 H2 + ΔfСР H1H2 . (5a) РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.4
ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ 91 Рис. 3. Зависимость вероятности получения достоверного сообщения радиобуя от энергетического потенциала составной радиолинии АРБ–СР–СПИАБ и числа посылок в накоплении Энергетические потенциалы радиолиний АРБ–СР (Н1) и СР–СПИАБ (Н2) рассчитываются по формулам: H1 = ЭИИМАРБ +(G/T)СР + 20 lg λ1 4πD H2 = ЭИИМСР +(G/T)СПИАБ + 20 lg λ2 4πD +Lм.л. +Lпол. − 228,6 дБГц, +Lпот. − 228,6 дБГц. + (6) + (7) Вэтихформулах ЭИИМ — эквивалентная изотропно излучаемая мощность АРБ или СР соответственно; G/T — параметр качества приемной системы СР или СПИАБ; λ1= 73,88 см — длина волны в линии АРБ–СР; λ2 = 19,42 см — длина волны в линии СР– СПИАБ; Lм.л. = −2,0 дБ — потери из-за многолучевотельных суммарных потерях в радиолинии СР– СПИАБ. Все величины, входящие в формулу (5), выражены в натуральных единицах, а в формулах (6) и (7) — в децибелах. Анализ формулы (5) показывает, что максимально возможное значение HΣ всегда меньше, чем H1. Если выполняются условия H2  H1 и H2  ΔfСР,(8) а помехи были достаточно малы, то есть Nпх  NшСР и PпхΣ  Pcпрм СР · H2 H1 Если выполняются условия H2 > 3H1, ΔfСР < < 0,1H2,то HΣ = H1 − 1,1 дБГц. сти на линии АРБ–СР; Lпол. = −4,1 дБ — поляризационные потери в этой линии; Lпот. = −1 дБ — дополнительные суммарные потери в радиолинии СР–СПИАБ. Потери за счет распространения сигнала в атмосфере будем считать учтенными в дополниHΣ ∼= H1 − 3дБГц. За исключением помехи, совпадающей по спектру с сигналом посылки, которая не может быть уменьшена никаким увеличением H1 или H2, остальные неравенства в (8) и (9) усиливаются сростом H2. Отсюда следует, что для повышения РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017 . (9) и выполняются условия H2 > 10H1, ΔfСР < 0,1H2, то
Стр.5
92 В. А.АРХАНГЕЛЬСКИЙ, Н. В.ДЕДОВ, А.И. ЛИТВИН, А.И. ОСТАННИЙ, В. И.СЕМИН И ДР. вероятности приема достоверного сообщения нужно увеличивать H1 и H2. Как следует из формул (6) и (7), основными параметрами, которые определяют H1 и H2 в геостационарном сегменте системы КОСПАС– САРСАТ и могут быть изменены при создании ее составных частей — СР и СПИАБ, являются (G/T)СР, ЭИИМСР и (G/T)СПИАБ. Результаты летных испытаний геостационарных сегментов системы КОСПАС–САРСАТ на базе спутников-ретрансляторов «Луч-5А» и«Луч-5В» Измерения G/T и определение ЭИИМ ретранслятора, а также расчет вероятности приема достоверного сообщения проводились по программе и методике КОСПАС–САРСАТ С/S T.013 [1]. До начала этих испытаний был определен параметр качества (G/T) московской СПИАБ, равный 9,8 дБ/К. В результате проведенных измерений были получены следующие результаты: но • эквивалентная изотропно-излучаемая мощпо уровню 3 дБ: Δf = 80 кГц.  сть СР: ЭИИМ = 26,9 дБмВт; •• параметр качества СР: G/T = −9,2 дБ/К; ширина полосы пропускания ретранслятора Вероятности получения достоверных посылок, в зависимости от ЭИИМ тестового радиобуя (ЭИИМТРБ), приведены в табл. 1. Требуемая стандартом С/S T.009 вероятность получения достоверного сообщения за 5 мин — 0,99, что выполняется для всех значений излучаемой мощности тестового АРБ. Требования к получению достоверного сообщения по первой излученной посылке в документах КОСПАС–САРСАТ не предъявляются, однако приведенные в табл. 1 значения P1пос = 0,98 для ЭИИМТРБ = 29 дБмВт и P1пос = 0,9 для ЭИИМТРБ = 26 дБмВт являются очень хорошими. Энергетический запас геостационарного сегмента КОСПАС–САРСАТ на основе КА «Луч-5А» составляет следующее значение. Та б лиц а 1. Вероятности получения достоверного сообщения АРБ при накоплении энергии посылок за время 5 мин (P5пос) и по первой посылке (P1пос) ЭИИМТРБ, дБмВт HСРД.,дБГц 32,4 29,0 28,0 26,0 42,2 37,2 36,3 34,9 HСРД.,дБГц P5пос P1пос 1,5 1,3 1,4 0,7 с. к. о. 1,0 0,97 1,0 0,98 1,0 0,94 1,0 0,90 Примечание. HСРД — значение среднего энергетического потенциала по всем излученным посылкам АРБ, измеренного на СПИАБ, а c.к.о. HСРД. —его среднее квадратическое значение (σ). Запас системы равен 11 дБ (37 дБмВт– 26 дБмВт), где – 37 дБмВт — номинальное значение ЭИИМТРБ (C/S T/.001 [2]); – 26 дБмВт — наименьшее значение ЭИИМТРБ, при котором обеспечивается заданная вероятность P  0,99 получения достоверного сообщения, установленное при испытаниях. Судя по данным табл. 1, фактический запас системы еще больше. Документами КОСПАС– САРСАТ требования к энергетическому запасу не предъявляются, однако в них имеется рекомендация иметь этот запас по возможности большим, т. к. это позволит принимать аварийные сообщения при неудачных расположениях АРБ: б • при расположении оси антенны радиобуя лизкой к направлению на СР; др • нахождении АРБ в лесах или в условиях ажающих излучение предметов и т. п. угой сильной растительности; реотр• наличии около АРБ затеняющих или пеПриведенные результаты испытаний показывают весьма высокой уровень основных характеристик геостационарного сегмента на базе КА«Луч-5А». Для подтверждения этого утверждения рассмотрим табл. 2, в которой приведены основные характеристики действующих геостационарных сегментов разработки США, ЕС и России вместе с характеристиками сегмента на базе КА«Луч-5А». Из таблицы видно, что по основному параметру (G/T), определяющему вероятность достоверного приема аварийного сообщения, при плохой РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.6
ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ 93 hhhhhhhhhhhhhhhh G/T,дБ/К Параметр ЭИИМср,дБмВт Δfp — полоса ретрансляции, кГц Та б лиц а 2. Сравнительные характеристики основных параметров геостационарных сегментов системы КОСПАС–САРСАТ Система GOES, США MSG, ЕС «Электро-Л», Россия «Луч-5А», «Луч-5В», Россия −18,5 45,0 100 −21,3 20,0 180 энергетике радиолинии АРБ–СР, СР «Луч-5А» значительно лучше всех остальных КА, используемых в других геостационарных сегментах. По остальным параметрам КА«Луч-5А» соответствует требованиям и уровню других СР. Исключение составляет только малое значение ЭИИМСР. Правда, для СР MSG это значение еще меньше, но последний использует земные приемные антенны диаметром 9 м, а на СПИАБ всего 5 м. Влияние малой ЭИИМ на качестве геостационарного сегмента будет рассмотрено в следующем разделе. Оценка уровня и влияния помех на геостационарный сегмент КОСПАС–САРСАТ на базе КА «Луч-5А» Исследование помех в диапазоне рабочих частот КОСПАС–САРСАТ 406,01–406,09 МГц и их влияния на работу геостационарного сегмента проводилось двумя способами: н • визуальным наблюдением и анализом частотках времени уровня сигналов, принимаемых о-временной панорамы принимаемого СПИАБ сигнала; рез • измерением на достаточно протяженных отСПИАБ от ортографического радиобуя (ОРБ), размещенного на о. Кергелен (координаты 70◦ в. д., 50◦ ю. ш.) и постоянно, с периодом 30 с, излучающего достаточно мощные (с ЭИИМ ∼38–40 дБм) −16,5 50,1 138 −9,2 26,9 80 ла ОРБ при отсутствии помех можно приближенно оценить суммарную мощность последних. На рис. 4 и 5 представлены примеры частотно-временных панорам, принимаемых СПИАБ с КА«Луч-5А». По вертикальной оси на этих рисунках расположена частота, по горизонтальной — время (МСК). Уровень помех отображается цветом: синий — слабый, зелено-желтый — средний, красный — большой. Этот уровень измеряется в полосе элементарного фильтра быстрого преобразования Фурье ≈ 10 Гц (рис. 4 и рис. 5). Желтыми короткими линиями отображены принятые посылки радиобуев, желтой горизонтальной черточкой с той же желтой вертикальной сразу после горизонтальной обозначены принятые достоверные посылки. Рис. 4 представляет частотно-временную панораму в дневное время (14 ч МСК 26.09.2012), а рис. 5 — в вечернее время (19 ч МСК 26.09.2012). Анализ этих рисунков показывает, что число и интенсивность помех в вечернее время значительно больше и многие посылки не могут быть достоверно выделены. На рис. 6 представлена зависимость измесигналы. При отсутствии помех энергетический потенциал принимаемых сигналов ОРБ должен быть 48–50 дБГц. Уменьшение фактически принимаемого энергетического потенциала ОРБ возникает изза действия помех. По величине уменьшения фактически принимаемого энергетического потенциала ОРБ относительно энергетического потенциаренного энергетического потенциала в радиолинии ОРБ–СР «Луч-5А» — СПИАБ за период времени с 00 до 23 ч 27.09.2012. Из рис. 6 видно, что в вечернее время (с 18 ч 30 м до 21 ч МСК) потенциал посылок был существенно (на 5–6 дБ) меньше, чем в остальное время суток. Это уменьшение может быть объяснено наличием в диапазоне частот, принимаемых ретранслятором КА«Луч-5А», достаточно мощных помех, не совпадающих по спектру с посылками ОРБ о. Кергелен Суммарная мощность этих помех порядка −48 дБВт, т. е. на 6 дБ больше мощности собственных шумов ретранслятора. Аналогичные снижения потенциала наблюдались и в другие дни, примерно в те же часы. Такое уменьшение потенциала для РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.7
94 В. А.АРХАНГЕЛЬСКИЙ, Н. В.ДЕДОВ, А.И. ЛИТВИН, А.И. ОСТАННИЙ, В. И.СЕМИН И ДР. Рис. 4. Частотно-временная панорама спектра сигналов на входе процессора СПИАБ. 26.09.2012, 14 ч МСК Рис. 5. Частотно-временная панорама спектра сигналов на входе процессора СПИАБ. 26.09.2012, 19 ч МСК ОРБ, размещенного на о. Кергелен, из-за большой ЭИИМ никак не повлияло на вероятность правильного приема достоверных сообщений ОРБ о. Кергелен. Однако для аварийных буев, которые из-за неудачного расположения могут иметь малую ЭИИМ (29 дБмВт и меньше), снижение потенциРАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.8
ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ 95 Рис. 6. Энергетический потенциал ОРБ о. Кергелен, ретранслированный КА«Луч-5А» 27.09.2012 ала за счет таких помех не позволит принимать достоверные посылки данных АРБ. Поскольку увеличение доли мощности передатчика ретранслятора, отводимой на ретрансляцию сигналов КОСПАС–САРСАТ в изготовленном и выведенном на орбиту КА«Луч-5А», невозможно, было принято решение об увеличении G/T антенны СПИАБ. Это увеличение можно было сделать путем замены облучателя антенны, МШУ и входного фильтра. Соответствующие доработки СПИАБ были сделаны в 2013 г., и в 2014 г. два комплекта СПИАБ по доработанной документации были изготовлены для размещения в районах Хабаровска и Железногорска. После монтажа и ввода в эксплуатацию СПИАБ в г. Хабаровске в ноябре 2015 г. были проведены испытания геостационарного сегмента, состоящего из этой СПИАБ и КА «Луч-5А», находящегося в орбитальной позиции 167◦ в. д., а также испытания с этой же СПИАБ и КА «Луч-5В» в орбитальной позиции 95◦ в. д. Проведенные испытания полностью подтвердили высокие технические характеристики СР «Луч-5А» и «Луч-5В», полученные при испытаниях в 2012 г. Значительного (на 5 и более децибел) снижения потенциала принимаемых посылок за счет помех, обнаруженного в 2012 г. при испытаниях СР «Луч-5А» с московской СПИАБ, на доработанной СПИАБ не обнаружено. Все характеристики геостационарного сегмента «Луч-5А» и СПИАБ в г. Хабаровске полностью удовлетворяют требованиям КОСПАС–САРСАТ Т.013 [1], и этот сегмент может быть представлен в Совет КОСПАС– САРСАТ для ввода в штатную эксплуатацию. Для ввода в штатную эксплуатацию в системе КОСПАС–САРСАТ геостационарного сегмента «Луч-5В» и СПИАБ в г. Железногорске планируется в 2018 г. ввести в строй эту СПИАБ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.9
96 В. А.АРХАНГЕЛЬСКИЙ, Н. В.ДЕДОВ, А.И. ЛИТВИН, А.И. ОСТАННИЙ, В. И.СЕМИН И ДР. иповторить испытания этогосегментанасоответствие требованиям C/S T.013. Международные испытания геостационарной спутниковой системы поиска и спасания на базе КА «Луч-5А» В 2012 г. решением 57-й сессии Совета КОСПАС–САРСАТ были закреплены намерения национальных администраций Российской Федерации, НовойЗеландиииСШАпровестииспытания по оценке характеристик ГССПС на базе КА«Луч-5А» с целью обеспечения ввода бортового ретранслятора данного КАв систему КОСПАС– САРСАТ. В 2017 г. после многочисленных уточнений сроков данные испытания были начаты. Цели испытаний: 1) оценка характеристик радиолинии КА «Луч-5А»–СПИАБ; 2) уточнение спецификаций и стандартов КОСПАС–САРСАТ в части требований к приемным станциям СПОИ, которые планируют осуществлять прием сигнала с КАсерии «Луч». Проведение испытаний осуществляется по программе и методике, приведенной в документе КОСПАС–САРСАТ — С/S R.020. В соответствии с данной программой Россия является координатором испытаний и ответственной за функционирование бортового ретранслятора на период испытаний, а также предоставляет наземные средства приема; Новая Зеландия обеспечивает прием на своей наземной станции, а СШАобеспечивает работу имитатора сигналов радиобуев, расположенного на Гавайских островах. На начало июня 2017 г. проведены следующие из запланированных испытаний. 1. Испытание №1 «Пороговые характеристики приема, системный запас и эффективность обработки сообщений радиобуя». 2. Испытание №2 «Время, необходимое для формирования достоверного и подтвержденного сообщений». 3. Испытание №4 «Пропускная способность канала СПИАБ КА «Луч-5А». По предварительной оценке результатов испытаний №1 и №2 можно сделать следующие выводы: – запас системы в геостационарной спутниковой системе поиска и спасания (ГССПС), по данным российской и новозеландской СПИАБ, составляет не менее 11 дБ (разность между ЭИИМ стандартного радиобуя в 37 дБмВт и ЭИИМ АРБ при пороге приема сообщений станцией СПИАБ), что лучше на 3–6 дБ, чем запас в других ГССПС (MSG, «Электро-Л», GOES); – среднее время получения достоверного сообщения в 95% случаев не превышало 2 мин для всех уровней ЭИИМ радиобуя (от 24 до 37 дБмВт). Следует отметить, что полученные предварительные результаты свидетельствуют о преимуществе оцениваемой радиолинии перед имеющимися в КОСПАС–САРСАТ (в части КА серии MSG, КА серии «Электро-Л» и КАсерии GOES). Неоспоримым фактом также является то, что значительный вклад в повышенные характеристики геостационарного сегмента КОСПАС–САРСАТ на основе КА«Луч-5А» обеспечивается за счет ретранслятора КОСПАС–САРСАТ на КА «Луч-5А». В ближайшее время после завершения испытаний отчет о них и рекомендации о вводе ретранслятора в систему КОСПАС–САРСАТ будут направлены на рассмотрение Объединенного комитета КОСПАС–САРСАТ. Заключение Результаты летных испытаний российских геостационарных сегментов системы «КОСПАС– САРСАТ», созданных на базе спутников-ретрансляторов (СР) «Луч-5А» и «Луч-5В» Многофункциональной космической системы ретрансляции (МКСР) «Луч» и земных станций приема информации аварийных радиобуев (СПИАБ), проведенные в 2012–2013 гг., показали высокой уровень основных характеристик геостационарного сегмента на базе КА«Луч-5А». Так, по одному из основных параметров — G/T, определяющему вероятность достоверного приема аварийного сообщения, КА«Луч-5А» РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.10
ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ 97 значительно (до 10 дБ) лучше КА, используемых в других геостационарных сегментах международной системы КОСПАС–САРСАТ (КА MSG, КА GOES, КА«Электро-Л»). Энергетический запас радиолинии (запас системы), т. е. разница между ЭИИМ номинального аварийного радиобуя, удовлетворяющего спецификациям КОСПАС–САРСАТ [2], и значения ЭИИМ, при котором СПИАБ еще может выполнять требования КОСПАС–САРСАТ, по вероятности выделения достоверного сообщения составила не менее 11 дБ, что на 3–6 дБ больше, чем для других СР системы КОСПАС–САРСАТ. В 2017 г. были также проведены международные испытания по оценке ГССПС на базе КА «Луч-5А» с участием США и Новой Зеландии, предварительные результаты которых свидетельствуют об очевидном преимуществе КА«Луч-5А» перед имеющимися в КОСПАС–САРСАТ. Неоспоримым фактом также является то, что значительный вклад в повышение качества характеристик геостационарного сегмента КОСПАС– САРСАТ на основе КА «Луч-5А» обеспечивается за счет аппаратуры ретрансляции, имеющейся на борту КА«Луч-5А». В ближайшее время отчет об испытаниях и рекомендации о вводе КА в систему КОСПАС–САРСАТ будут направлены на рассмотрение Объединенного комитета КОСПАС– САРСАТ. Таким образом, высокие тактико-технические характеристики СР «Луч-5А» и «Луч-5В» и земных станций, подтвержденные результатами национальных и международных испытаний, позволяют сделать вывод, что геостационарные сегменты в составе этих СР и их земных станций готовы к вводу в систему КОСПАС-САРСАТ. Геостационарный сегмент в составе космического аппарата (КА) «Луч-5А» и СПИАБ, размещенной в г. Хабаровске, с технической точки зрения готовы к вводу в эксплуатацию в систему КОСПАС–САРСАТ в 2017 г. Ввод в эксплуатацию комплекса на базе КА«Луч-5В» будет осуществляться после введения в строй СПИАБ в г. Железногорске. Список литературы 1. COSPAS–SARSAT GEOSAR Space Segment Commissioning Standard // C/S T.013, Issue 1, Revision 2, October 2013. 2. Specification for COSPAS–SARSAT 406 MHz distress beacons // C/S T.001, Issue 3, Revision 15, October 2014. 3. Кларк Дж., мл., Кейп Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. Пер. с англ. / Под ред. Б. С.Цыбакова. М.: Радио и связь, 1987. 4. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М.: Сов. радио, 1986. 5. СпилкерДж., мл. Цифровая спутниковая связь. Пер. с англ. / Под ред. В. В.Маркова. М.: Связь, 1978. РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 3 2017
Стр.11