42
Аварийные извещения формируется на основе принятых пакетов АРБ и
вспомогательной информации об орбитах КА, через которые были
ретранслированы сигналы АРБ. Аварийное извещение может включать в себя
факт срабатывания АРБ, координаты АРБ, вычисленные независимым
способом и координаты АРБ, вычисленные с помощью приемника
навигационного приемника и закодированные в цифровом сообщении АРБ.
Для получения посылок АРБ требуется планирование сеансов,
наведение и слежение антенны каждой ППС за запланированным спутником-
ретранслятором, включение приемного блока, получение и декодирование
информации от приемного блока в которой и содержатся принятые пакеты
АРБ. Для получения информации об орбитах КА требуется декодировать
информацию, поступающую от навигационного приемника[27].
СПО ППС включает в себя комплекс программ ИИК и комплекс
программ КОВИ. Кроме того, для отображения информации и мониторинга
работы специализированного программного обеспечения ППС служит
программа мониторинга ППС, а для администрирования служит программа
управления ППС. Для обмена информацией между программами и
комплексами программ используются база данных.
СПО КОВИ выполняет большинство целевых задач КП ППС: решение
навигационной задачи, формирование целевой выходной информации
(аварийные извещения, информация для системы менеджмента и качества и
прочее), выдача информации в МКВЦ. Для обеспечения выполнения основных
задач решаются следующие вспомогательные – планирование сеансов приема
информации для ИИК, получение и распаковка информации от навигационного
приемника. Для выявления и защиты от аварийных ситуаций и сбоев в КП ППС
служит программа оперативного контроля работоспособности ППС.
Основой задачей КП ППС является прием и обработка информации от
приемного блока. Для обеспечения выполнения основной задачи решаются
следующие вспомогательные программы – управление ИИК (получение планов
проведения сеансов, выдача команд начала и конца сеанса и прочее),
43
управление антенной для наведения и слежения за запланированным КА,
включение и выключение приемного блока, согласно плану проведения
сеансов[44].
За независимое определение координат АРБ отвечает программа
навигационного обеспечения ППС. Навигационная задача решается по всем
доступным пакетам АРБ. В общем случае неизвестными считаются долгота и
широта АРБ, вектор его скорости (3 компонента) во время излучения каждой
посылки, частота и время излучения каждой посылки. Для отбраковки
аномальных значений используется фильтрация по критерию N-сигма, где N
задается в настройках или вычисляется программным образом для каждого
конкретного случая.
Для решения навигационной задачи требуется не менее трех пакетов от
одной излученной посылки АРБ, при этом для достижения требуемой точности
в общем случае требуется не менее 6 пакетов от одной излученной посылки
АРБ, что связано с тем, что наибольший вклад в точность определения
координат вносят измерения частоты, а для определения координат по
измерениям частоты в общем случае требуется определить 6 неизвестных
величин (долготу, широту, 3 компонента вектора скорости и частоту)[22].
Полученное решение записывается в базу данных вместе со
вспомогательной информацией: пакеты, по которым было получено решение,
количество пакетов, спутников и ПИК, оценка точности решения, время
получения решения, время после начала излучения АРБ и прочее.
Программа навигационного обеспечения ППС конфигурируется с
помощью настроек, которые записываются в базу данных через графический
интерфейс программы управления ППС.
За формирование выходной информации отвечает программа
формирование выходной информации ППС. Целевая выходная информация
состоит из 2-х частей – аварийные оповещения и информация, требуемая для
системы менеджмента и качества.
44
Алгоритм формирования и выдачи аварийных извещений базируется на
спецификации C/S T.019, согласно которой первое аварийное оповещение
должно быть отправлено в МКВЦ как можно скорее, затем оповещения
отправляются не реже одного раза в 5 минут, при наличии какой-либо новой
информации. Новой информацией может быть факт начала или продолжения
работы АРБ, появления новых закодированных координат или более точных
координат, определѐнных независимым образом. Аварийные извещения
формируется на основе принятых пакетов, полученных независимых решений и
предыдущих отправленных аварийных извещений[34].
Информация состоит из независимых решений для известных тестовых
и/или ортографических буев. Решения по этим буям отправляются в МКВЦ,
который отслеживает по этим решениям и известному положению буев
работоспособность и качество решений ППС.
Программа формирования выходной информации ППС
конфигурируется с помощью настроек, которые записываются в базу данных
через графический интерфейс программы управления ППС.
2.3 Особенности построения приемо-передающих станций,
обслуживающих низкоорбитальные и среднеорбитальные спутниковые
группировки
Особенностью СССПС и НССПС является полноповоротная антенная
система и, в связи с этим, наличие контроллеров управления антенной и
отдельной стойки автосопровождения и наведения антенны. Для обслуживания
таких антенных систем служит специальное программное обеспечение.
Для обеспечения обслуживания СССПС и НССПС на желаемой
территории требуется составление плана слежения приемно-измерительных
комплексов за спутниками-ретрансляторами определенным образом. За
выполнение этой задачи отвечает программа планирования сеансов приема
информации от КА. Данная программа может работать в двух режимах.
В первом режиме обеспечивается приоритет величины площади
обслуживания. Сначала программа высчитывает итерационным способом круг
45
наибольшего радиуса, в котором станция может удовлетворять поставленным
условиям и затем составляет план сеансов[30].
Во втором режиме обеспечивается приоритет по выбранному критерию,
например, минимуму ошибки определения, на заданной территории.
В обоих случаях выбирается набор КА за которыми ИИК будут следить
в течение 30 минут для ССПС и 180 минут для НССПС. Набор выбирается с
помощью полного перебора всех возможных комбинаций видимых на данный
интервал КА. Для каждого набора производится расчет площади обслуживания
и средней точности. Выбирается тот набор спутников, который обеспечивает
покрытие с заданным качеством в требуемой зоне. При наличии нескольких
таких наборов выбирается тот, который обеспечивает лучшие характеристики
по дополнительным показателям (наилучшая средняя точность, минимальное
время перевода антенн и т. д.).
Программа планирования сеансов приема информации от КА
конфигурируется с помощью настроек, которые записываются в базу данных
через графических интерфейс программы управления станцией[32].
Во второй главе выпускной квалификационной работы рассмотрены
основные принципы организации приемо-передающих станций. Перечислены
основные типы приемо-передающих станций в составе КОСПАС-САРСАТ,
назначение и область их применения. Приведены классификации приемо-
передающих станций по функциональному признаку, режиму эксплуатации и
типу решаемых задач.
Рассмотрены основные аспекты разработки приемо-передающих
станций. Перечислены задачи, возлагаемые на аппаратно-программные
комплексы, входящие в состав станций, перечислены виды документации,
определяющие этапы создания станций, испытаний и эксплуатации.
Сформулированы основные принципы проектирования
информационных систем обработки входящей информации. Определены
понятия автоматизации и целей автоматизации систем обработки входящей
информации. Рассмотрены особенности автоматизации процесса обработки
46
применительно к реализации программного обеспечения информационной
системы в контексте предметной области. С учетом проведенных исследований
определены ППС в сегменте спутниковой системы поиска и спасания
международной системы КОСПАС-САРСАТ.
Проведенные исследования позволяют провести анализ предметной
области применительно к информационной системе обработки входящей
информации, провести анализ аппаратно - программного обеспечения задачи и
на основе полученных результатов разработать в третьей главе аппаратно -
программный комплекс, для автоматизации процессов по обработке входящей
информации от станций приема с космических аппаратов системы КОСПАС-
САРСАТ, преобразования данных в соответствии с международными
стандартами, а также по передаче готовых сообщений в международный
координационно-вычислительный центр (МКВЦ).
47
ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ВХОДЯЩЕЙ
ИНФОРМАЦИИ ОТ СТАНЦИИ ПРИЕМА ДАННЫХ С
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В настоящий момент в АО «Российские космические системы» работает
низкоорбитальная спутниковая система поиска и спасания (Рисунок 20),
созданная ранее и служащая для отработки технологических решений. Станция
полностью функциональна и способна принимать и обрабатывать сигналы
системы КОСПАС-САРСАТ, но не введена в систему официально и не имеет
регулярной связи с международным координационно-вычислительным центром
системы КОСПАС-САРСАТ.
Также на предприятии разрабатываются среднеорбитальные
спутниковые системы поиска и спасания нового покаления (Рисунок 21). В
связи с этим возникла необходимость реализации возможности связи
низкоорбитальной и среднеорбитальной станций с координационным центром
системы КОСПАС-САРСАТ, а также создание универсального механизма,
позволяющего в режиме, близком к режиму реального времени, наблюдать на
карте срабатывания буев КОСПАС-САРСАТ, принимаемых станциями,
расположенными на территории предприятия.
Рисунок 20 – Аппаратура и приемные антенны НССПС АО РКС
48
Рисунок 21 – Аппаратура и приемные антенны СССПС АО РКС
3.1 Техническое обеспечение задачи
3.1.1 Анализ и обоснование выбора аппаратно-программных средств
Целью создания системы является обеспечение полноценного
функционирования наземных станций, расположенных на территории АО РКС,
обеспечение их связи с МКВЦ в рамках утвержденных протоколов обмена
49
данными, а также разработка средства мониторинга аварийной ситуации в зоне
ответственности наземных станций.
После создания и внедрения разрабатываемой системы, будет
обеспечена автоматическая работа как существующей, так и перспективных
станций КОСПАС-САРСАТ в части обмена данными с МКВЦ, расположенным
в Москве на территории ФГУП «Морсвязьспутник», а также возможность
наблюдения оператором системы за АРБ.
По причине специфичности поставленной задачи, уникальности самой
станции, созданной в единственном экземпляре, а также мелкосерийности
подобных наземных станций, не представляется возможным применить или
адаптировать под себя какое-либо готовое техническое решение.
Задача связи наземных станций с МКВЦ КОСПАС-САРСАТ решается,
например, в терминале LEOLUT-600, производства компании Honeywell Global
Tracking (Рисунок 22)[32], однако подобный терминал распространяется по
принципу «черного ящика» и воспользоваться отдельными его функциями для
обеспечения работы собственной станции не представляется возможным.
Рисунок 22 - Терминал LEOLUT-600, Honeywell Global Tracking.
Задача отображения на картографической основе точек с известными
координатами не может быть решена простым применением существующих
продуктов, однако целесообразно использовать для решения данной задачи
одной из систем картографии, предоставляющих пользователю собственный
api-интерфейс для работы с системой.
Имеющиеся станции спроектированы с необходимыми требованиями
надежности, производительности, технологичности, эргономичности и
50
удовлетворяют требованиям для решения задач, стоящих перед
разрабатываемой системой, и не требуют модернизации.
Для создания связи с международным координационно-
вычислительным центром системы КОСПАС-САРСАТ необходима
организация VPN-канала связи с техническими средствами центра,
расположенными на территории ФГУП «Морсвязьспутник» в городе Москва.
Для этого необходимо использовать маршрутизатор третьего уровня с
функцией создания VPN-туннелей и поддержкой шифрования 3DES. В
координационном центре системы КОСПАС-САРСАТ установлена станция
обработки, произведенная в Канаде, и имеющая в своем составе маршрутизатор
фирмы Cisco. Наиболее оптимальным техническим решением является
использование аналогичного маршрутизатора для обеспечения полной
совместимости, однако, ввиду наличия маршрутизатора Allied Telesis AR440S -
полного аналога маршрутизатора Cisco, было решено применить имеющийся в
наличии, докупив для него дополнительную лицензию для поддержки
шифрования данных формата 3DES. Такое решение позволяет избежать затрат
на приобретение нового маршрутизатора.
3.1.2 Взаимодействия составных частей и информационных потоков
в системе
Диаграммы потоков данных DFD (Data Flow Diagramming) являются
основным средством моделирования функциональных требований к
проектируемой системе[21]. Требования представляются в виде процессов,
связанных потоками данных. Диаграммы потоков данных показывают, как
каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, и выявляют
отношения между этими процессами[10]. Основные компоненты DFD (как
было сказано выше) - процессы или работы, внешние сущности, потоки
данных, накопители данных (хранилища).
Модель информационных потоков для разрабатываемой системы
представлена на рисунке 23[13].
51
Принятые данные SIT125, SIT132
Сообщения от АРБ
Сообщения от АРБ
Файл .kml
Обработка
данных
1
1
База данных
Отображение
данных
2
Система
отображения
данных
3
Международный
координационно-
вычислительный
центр
2
Станция приема
данных
1
Рисунок 23 - Модель информационных потоков
Станция приема данных от космических аппаратов принимает данные и
передает их в программу обработки данных. Программа обработки формирует
из принятых данных сообщения в стандартизованных системных форматах
SIT125 и SIT132 и передает их в международный координационно-
вычислительный центр системы КОСПАС-САРСАТ. Также программа
обработки данных заносит выделенные из потока принятых данных сообщения
о срабатывании аварийных радиобуев в базу данных.
Программа отображения данных считывает из базы данных сообщения о
срабатывании аварийных радиобуев и формирует на их основе файл формата
kml, который передает в систему отображения данных.
Схема физического взаимодействия составных частей системы
представлена в Приложении В.
Оборудование двух наземных станций приема сигналов от аварийных
радиобуев системы КОСПАС-САРСАТ территориально разделено на три
сегмента и расположено в двух соседних корпусах. Физическое разделение
обусловлено необходимостью размещения на крыше зданий шести (а в
перспективе их число будет увеличено до девяти) антенн диаметром от 3.5 м.
до 5 м. При этом необходимо было избежать затенения антенн
среднеорбитальной и низкоорбитальной станций, так как они являются