32
оперативности, глобальности и надежности. Наземные станции должны
создаваться как элементы международной космической системы поиска
и спасания КОСПАС-САРСАТ. Для подготовки к вводу в международную
систему КОСПАС-САРСАТ создаваемая наземная аппаратура ППС и бортовая
целевая аппаратура системы, размещенная на российских КА, должны пройти
испытания на соответствие стандартам системы КОСПАС-САРСАТ.
Согласно международным требованиям ПСС должны находиться
в рабочем состоянии 24 часа в день, 7 дней в неделю. Максимальный процент
времени недоступности выходных данных (простоя) от наземных станций для
передачи в международный координационно-вычислительный центр,
рассчитанное за год, не более 5%[32].
Для разных типов ППС тактико – технические требования уточняются, в
зависимости от поставленных задач ГК «Роскосмос» в соответствующих
технических заданиях, согласно планам федеральной космической программы.
2.1 Понятия и принципы построения приемо-передающих станций
Приемо-передающие станции – это система программно - аппаратных
комплексов, которые, как следует из названия, логически состоят из приемной
и передающей частей[19]. Приемная часть является информационно
измерительным программно – аппаратным комплексом приема и контроля
информации (ИИК). Передающая часть является программно – аппаратным
комплексом обработки и выдачи информации (КОВИ). В Приложении А
приводится структурная схема среднеорбитальной спутниковой станции поиска
и спасания. Для разных типов ППС такая логическая схема является типичной.
Различными, являются программно-технические исполнения для каждого блока
схемы, в зависимости от поставленных задач и типов станции.
На первом этапе построения станции требуется разработать рабочую
конструкторскую документацию, руководствуясь техническим заданием
заказчика. Следуя указаниям ГОСТ и действующим стандартам системы
КОСПАС-САРСАТ необходимо разработать комплект графических
и текстовых документов, определяющих в совокупности состав и конструкцию
33
ППС и содержащих необходимые данные для ее разработки, изготовления,
контроля, эксплуатации, ремонта и утилизации.
Первым документом рабочей конструкторской документации обычно
разрабатывается схема деления изделия на составные части – документ,
который определяет состав изделия, входимости составных элементов, их
назначения и взаимосвязи. В составе схемы деления приводятся комплексы,
сборочных единиц, детали, которые входят в станцию, как разрабатываемые,
так и применяемые и покупные[12].
Далее, с учетом схемы деления разрабатываются схемы электрические
соединений, спецификации, технические условия, формуляры, паспорта,
инструкции и прочие документы. Особое внимание, при проектировании
станций международной системы КОСПАС-САРСАТ уделяется расчету
надежности.
Исходя из высоких международных требований к надежности
и безотказности ППС, коэффициент готовности станции в течение всего срока
службы должен быть не менее 0.95, срок службы и сохраняемости изделия
должен быть не менее 10 лет. Такие показатели надежности, указывают на то,
что допускаемый простой станции в течение года может быть не более 15
суток. Для достижения требуемых показателей при проектировании и
построении станций следует руководствоваться принципом подбора
высоконадежных элементов, схем резервирования и расчетом запасных частей,
инструментов и принадлежностей (ЗИП)[23].
При построении ППС, необходимо, помимо принципов безотказности,
надежности и точности выполнения поставленной задачи, применять методы
проектирования, ведущие к экономической конкурентоспособности разработки.
Для этого производится технико-экономическое обоснование стоимости
создания станции (ТЕО)[12]. В основу ТЭО кладется метод расчета
ориентировочной стоимости создания изделий с использованием методики
и исходных данных, приведенных в документе «Нормативы трудоемкости
и стоимости собственных опытно-конструкторских работ по созданию
34
бортовой и наземной радиотехнической аппаратуры АО «Российские
космические системы», прошедшем технико-экономическую экспертизу
в ФГУП Организация «Агат», а также с привлечением показателей
аналогичных ППС.
2.2 Строение и типы приемо-передающих станций
Приемо-передающие станции международной системы КОСПАС-
САРСАТ – это сложные системы программно - аппаратных комплексов, для
создания которых требуется кооперация нескольких предприятий. Разные типы
ППС системы имеют принципиально сходное построение в КОВИ и приемно-
вычислительной части ИИК. Различаются станции в зависимости от типа
антенными системами. АО «Особое конструкторское бюро Московского
энергетического института», входящее в корпорацию АО «Российские
космические системы», является главным поставщиком антенных систем для
российского сегмента системы КОСПАС-САРСАТ.
Для российского сегмента КОСПАС-САРСАТ используются зеркальные
параболические антенные системы. Каждая антенная система включает в себя
рефлектор, облучатель, выходные фильтры, опорно-поворотное устройство,
систему наведения с электродвигателями и датчиками углов, комплект
магистральных кабелей[20].
СССПС использует однозеркальную, параболическую полноповоротную
антенну с диаметром рефлектора 3,5 м, принимающей сигналы в диапазоне
частот от 1544 МГц до 2230 МГц и имеющей максимальную скорость угловых
перемещений антенны 2º/c. Система автосопровождения может работать в
ручном режиме, в режиме движения по программе и по сигналу приемника.
Внешнее приѐмное устройство (ВПУ) предназначено для предварительного
усиления и фильтрации сигналов на принимаемых частотах. ВПУ
устанавливается на антенне в непосредственной близости от еѐ облучателя.
Антенная система, связанная антенно-фидерным трактом с информационно-
измерительным комплексом образуют – ствол[32].
35
Антенная система НССПС, представляет собой параболоид вращения
диаметром 1,3 м, закрепленный на опорно-поворотном устройстве (ОПУ)
азимутально-угломестаого типа. Максимальная скорость угловых перемещений
антенны составляет 10º/c. В фокусе параболического зеркала установлен
облучатель, а ВПУ входит в состав ИИК. Параболические зеркала накрыты
радиопрозрачными купалами, обеспечивающими защиту от атмосферных
осадков[30].
ГССПС использует однозеркальную, параболическую стационарную
антенну с диаметром рефлектора 5,0 м. Система автосопровождения может
работать только в ручном режиме, что позволяет однократно настроиться на
частоту приема неподвижного, относительно Земли, спутника. ВПУ, также как
и в устройстве СССПС устанавливается на антенне в непосредственной
близости от еѐ облучателя[31].
2.2.1 Информационно-измерительный комплекс ППС
Важнейшей частью ИИК всех типов станций является приемный блок
(БП). БП представляет собой аналого-цифровое устройство для приема
и первичной обработки сигналов аварийных радиобуѐв, ретранслированных
ИСЗ. Сконструирован БП в виде приборного блока, отвечающего стандарту
«Евромеханика», имеющим форм - фактор «19”/3U» (рисунок 18). Программная
часть БП, является программой, работающей на вычислительных средствах
приемно-вычислительной стойки (ПВС) в операционной среде Microsoft
Windows 7.0. БП - это последнее аналоговое звено приемного тракта ИИК, за
которым далее следуют устройства для цифровой математической обработки
сигнала, частично расположенные в ПВС, а частично – в КОВИ.
Вычислительные задачи ИИК решает ПВС (рисунок 19). Она
представляет собой аппаратурный шкаф с монтированными в нем
техническими средствами, решающими следующие вычислительные задачи:
˗ планирование сеанса приема информации в заданном спутниковом
канале и передача целеуказаний в антенную систему;
36
˗ прием группового сигнала от антенной системы, обнаружение в нем
канальных сигналов, их независимая обработка, выделение в каждом из них
достоверных сообщений АРБ;
˗ передача в КОВИ принятой в спутниковом канале информации вместе
с вычисленными параметрами сигнала.
Рисунок 18 – Приемный блок информационно-измерительного
комплекса
Решение всех перечисленных выше задач обеспечивается в ИИК,
в первую очередь, вычислительными средствами, которые, вместе с тем,
требуют аппаратной поддержки со стороны устройств, обеспечивающих поток
входных данных и поток выходной информации[8].
Состав ПВС:
1 – выдвижная технологическая консоль, предоставляет возможность
оперативного контроля работы вычислительной системы станции;
2 – коммутатор ЛВС обеспечивает коммутацию системных блоков
в единую локальную сеть;
3 – приемный блок;
4 – пульт ручного управления антенной, обеспечивающий ручное
наведение антенной системы;
37
5, 6 – основной и резервный системные блоки решающие
вычислительные задачи ИИК;
7 – источник бесперебойного питания, обеспечивающий бесперебойное
электрическое питание ПВС с заданными требованиями.
Рисунок 19 – ПВС информационно-измерительного комплекса
2.2.2 Комплекс обработки и выдачи информации ППС
КОВИ является узловым элементом ППС, на котором обеспечивается
решение задач по обработке, хранению и выдаче целевой информации.
Основными задачами КОВИ являются: прием сообщений об АРБ,
сформированных в ИИК ППС, решение навигационной задачи по определению
координат АРБ, выдача в МКВЦ сообщений и координат АРБ, а также других
данных в соответствии с протоколами взаимодействия между МКВЦ и ППС,
определенных в стандартах системы КОСПАС-САРСАТ в части
38
взаимодействия МКВЦ с приемными станциями от КА. Также КОВИ решает
задачи планирования сеансов работы ИИК, контроля работоспособности
составных элементов станции.
С целью обеспечения решения данных задач, в состав комплекса КОВИ
должны входить: вычислительные средства, программный комплекс, сетевые
средства, обеспечивающие прием и выдачу информации внутренним составным
частям ППС и внешним абонентам (МКВЦ), средства отображения.
При этом, в соответствии с требованиями к станции, работа комплекса
должна быть обеспечена круглосуточно, в автоматическом режиме,
с обеспечением требований надежности[42].
Для обеспечения требований по надежности и непрерывности работы, в
составе вычислительного комплекса применены серверы на операционной
системе ОС Microsoft Windows Server 2016, имеющие встроенное
резервирование основных узлов, а также предусмотрено дополнительное
резервирование потенциально уязвимых частей вычислительной системы.
В составе вычислительного комплекса включено два сервера (для
обеспечения резервирования, а также, в случае необходимости, разделения
решаемых задач между серверами для повышения производительности), два
источника бесперебойного питания (для обеспечения резервирования
и обеспечения поддержки работы КОВИ в случае кратковременного, до 10
минут, обесточивания первичной сети электропитания), коммутатор питания,
систему хранения данных, коммутатор, маршрутизатор и двухпортовый
преобразователь интерфейса RS-232 в Ethernet.
Конструктивно все элементы вычислительного комплекса помещаются в
серверный шкаф 19”. Структурная схема вычислительного комплекса КОВИ
приведена в Приложении Б.
Реализация данной схемы позволяет продублировать основные
уязвимые места вычислительного комплекса и обеспечить сохранность
информации, а также непрерывную работоспособность или кратчайшее время
39
восстановления работоспособности в случае выхода из строя любой составной
части комплекса[23].
Пара серверов КОВИ представляет собой вычислительный кластер
серверов, построенный средствами OS Microsoft Windows Server 2016,
позволяющий обеспечить горячее резервирование серверов и автоматическое
включение в работу резервного сервера, при выходе из строя основного[9]. При
этом целевое СПО на сервере работает внутри виртуальной машины Microsoft
Hyper-V. Такое техническое решение дает возможность распределения
нагрузки между двумя серверами, а также умеренную стоимость необходимого
системного программного обеспечения: необходима покупка двух лицензий ОС
Microsoft Windows Server и одной лицензии на систему управления базами
данных, что позволит использовать ещѐ четыре виртуальных машины Microsoft
Hyper-V под управлением ОС Microsoft Windows Server 2016.
С учетом опыта создания ПО для решения аналогичных задач, а также
учитывая требования системы КОСПАС-САРСАТ, на станции приема
информации КОВИ используются вычислительные средства со следующими,
приведенными ниже, характеристиками.
Сервера, предназначенные для выполнения целевых задач комплекса,
обладают техническими характеристиками следующей конфигурации:
˗ два процессора Intel Xeon E5-2630 2.4GHz;
˗ оперативная память 64Gb;
˗ два сетевых интерфейса 10Gbit/s Ethernet;
˗ два сетевых интерфейса 1Gbit/s Ethernet;
˗ контроллер RAID с поддержкой RAID10;
˗ интерфейс удаленного управления iLO;
˗ два блока питания с возможностью горячей замены.
Система хранения данных, предназначенная для обеспечения
бесперебойного доступа к данным, а также для их резервирования, обладает
следующими техническими характеристиками:
˗ поддержка не менее 10 жестких дисков формата SATA;
40
˗ возможность организации массива типа RAID10;
˗ предоставление доступа к данным по протоколу iSCSI;
˗ два сетевых интерфейса 10 Gbit/s Ethernet;
˗ сетевой интерфейс 1 Gbit/s Ethernet;
˗ возможность управления через консольный порт RS232;
˗ два блока питания.
Источники бесперебойного питания обеспечивают непрерывность
электропитания всех технических средств комплекса при непродолжительных
перерывах в электроснабжении (до 10 минут). Используются источники
бесперебойного питания в стоечном исполнении, мощностью не ниже 2000 ВА
с возможностью контроля его состояния через локальную вычислительную
сеть.
Коммутатор, предназначенный для соединения всех средств комплекса в
единую локальную сеть, обеспечивает скорость передачи данных между
подключенными к нему устройствами не менее 1 Гбит/с и имеет не менее
16 портов.
Маршрутизатор, предназначен для обеспечения связи комплекса
с удаленными абонентами и для предотвращения несанкционированного
доступа к комплексу из внешних локальных сетей и из сети Интернет. По
требованиям системных документов КОСПАС-САРСАТ, маршрутизатор
должен поддерживать протокол IPsec и обеспечивать создание VPN-каналов с
одним из следующих видов шифрования: DES, 3DES, CAST128, Blowfish, а
также иметь возможность конфигурации как минимум двух WAN-интерфейсов.
Исходя из этих требований, в КОВИ используется маршрутизатор фирмы Cisco
Systems с поддержкой шифрования 3DES с учетом обеспечения максимальной
совместимости и унификации с используемыми маршрутизаторами в МКВЦ.
Коммутатор питания, предназначенный для обеспечения непрерывности
электропитания технических средств комплекса, при выходе из строя или
разрядке одного из источников бесперебойного питания. Данный коммутатор
размещается в серверном шкафу 19”, имеет входное и выходное напряжение в
41
диапазоне не менее (200−250) В переменного тока, поддерживает
максимальную нагрузку не менее 2000 ВА и имеет среднее время
переключения между источниками питания не более 6 мс.
Преобразователь интерфейса RS-232 в Ethernet, предназначен для
возможности удаленного подключения по консольному каналу к
маршрутизатору и системе хранения данных. Его применение позволяет иметь
служебный канал доступа к подключенным к нему техническим средствам и
проводить их удаленную настройку[34].
2.2.3 Специальное программное обеспечение ППС
Специальное программное обеспечение представляет собой
совокупность программ, разрабатываемых или применяемых при создании
конкретного функционального решения. Оно включает пакеты прикладных
программ, осуществлявших организацию данных и их обработку при решении
функциональных задач системы[13].
Ключевой задачей СПО ППС является формирование аварийных
извещений о работающих АРБ, находящихся в зоне обслуживания ППС, и
доставка этих извещений в МКВЦ.
Основными задачами СПО ППС является:
˗ Прием и обработка пакетов АРБ от приемного блока ППС;
˗ Определение координат АРБ, движущихся со скоростью не более
5 м/сек независимым образом при наличии не менее 6 пакетов от одной
посылки АРБ;
˗ Взаимодействие с МКВЦ в соответствии с требованиями документа
C/S Т.019 «Технико-эксплуатационные требования к станциям приема и
обработки сигналов АРБ от КА системы КОСПАС-САРСАТ и указания по
проектированию»;
˗ Возможность выдачи пакетов АРБ другим ППС, в том числе
зарубежным, для более точного определения местоположения АРБ, используя
данные информационного обмена.