Сектор управления и контроля

 

Для поддержания постоянной работоспособности всего космического сектора и для систематического обновления передаваемой потребителю информации, которая нуждается в периодической корректировке, в современных СНС предусматривается специальный постоянно действующий сектор, получивший название сектора управления и контроля (в отечественной литературе этот сектор часто называют также наземным командно-измерительным комплексом).

Данный сектор призван выполнять следующие функции:

- осуществлять непрерывное отслеживание всей передаваемой спутниками информации;

- производить обобщение и анализ такой информации с целью своевременной корректировки всех используемых при дальнейшей обработке показателей;

- на основе выполняемого анализа предсказывать эфемериды наблюдаемых спутников и передаваемое со спутников потребителям точное время;

- через строго определенные интервалы времени формировать обновленные навигационные сообщения и передавать такие сообщения по радиоканалу на соответствующие спутники;

- выявлять неисправности в работе спутников и принимать меры по их устранению;

- осуществлять корректировку орбит спутников не только за счет введения соответствующих поправок, но и посредством дистанционного управления находящимся на борту спутника реактивным двигателем.

Среди различных контролируемых и корректируемых параметров повышенное внимание уделяется периодическим уточнениям эфемерид и показаний часов спутников.

Определение уточненных текущих значений эфемерид отдельных спутников, используемых при вычислении соответствующих поправок в предсказанные их значения, осуществляется методом пространственной линейной засечки. При этом производятся одновременные измерения расстояний до конкретного спутника по крайней мере с трех находящихся на земной поверхности пунктов, координаты которых хорошо известны.

Корректировка показаний спутниковых часов осуществляется посредством сравнения принятых по радиоканалу отсчетов времени по этим часам с соответствующими показаниями наземных опорных часов, входящих в состав сектора управления и контроля.

Наряду с отмеченными показателями данным сектором постоянно контролируются и корректируются поправки, обусловленные влиянием атмосферы.

Реализация перечисленных функций рассматриваемого сектора базируется на четком взаимодействии входящих в этот сектор таких станций различного назначения, как станции слежения, ведущая станция и загружающие станции.

Рассмотрим специфику работы этих станций на примере СНС Навстар.

Система состоит из одной ведущей станции управления, пяти станций слежения и трех загружающих станций.

Пять станций слежения, которые часто называют мониторинговыми станциями, осуществляют круглосуточные отслеживания спутников. Они равномерно распределены по всему земному шару.

Отслеживание спутниковых сигналов осуществляется с помощью двухчастотных специализированных приемников, оборудованных атомными (цезиевыми) часами. Координаты этих станций известны с высокой степенью точности. Рассматриваемые станции слежения работают полностью в автоматическом режиме, а их управление осуществляется с ведущей станции.

С помощью данных станций производят измерения расстояний до всех находящихся в поле зрения спутников, принимают со спутников навигационные сообщения на частотах L₁ и L₂, в результате чего имеется возможность определять текущие поправки, обусловленные влиянием атмосферы. Кроме того, регистрируется точность хода спутниковых часов. Наряду с этим в местах расположения станций слежения собирают и ретранслируют на ведущую станцию метеорологические данные, относящиеся к местным условиям. К таким данным относятся температура, давление и влажность воздуха.

Определение расстояний до спутников производится на основе использования кодовых сигналов. При этом псевдодальности на станциях слежения измеряются с точностью около 2,5 м каждые полторы секунды. На основе таких измерений уточняются текущие значения эфемерид спутников и осуществляется их предсказание на ближайшее будущее.

В процессе наблюдений с помощью станций слежения регистрируются радиосигналы от всех находящихся в поле зрения спутников, угол возвышения которых над горизонтом превышает 5 градусов[16].

Однако в обработку принимают только те измерения, которые соответствуют углам возвышения более 15 градусов, так как малые значения этих углов приводят к нежелательному понижению точности измерений, которые используются для предсказаний эфемерид спутников.

Ведущая станция управления, находящаяся в Колорадо-Спрингс (США), является рабочим центром всей системы. Операции управления целиком закреплены за этой станцией. Она непрерывно собирает информацию от всех перечисленных выше станций слежения. Упомянутая информация используется для вычисления будущих орбит как функций времени, а также для определения поправок к показаниям часов спутников. Наряду с этим осуществляется формирование навигационного сообщения с параметрами орбиты для индивидуального спутника и с поправками к показаниям его часов, а также альманаха, который включает в себя краткую информацию о всех спутниках. Три раза в сутки навигационное сообщение передается на спутники с помощью загружающих станций.

Ведущая станция непрерывно оперирует с большим количеством параметров системы, важнейшими из которых являются текущие координаты спутников и сигналы точного времени. Входящие в состав ведущей станции высокоточные часы выполняют роль опорных часов для всей системы и они непосредственно связаны с национальным стандартом времени США. Все другие часы оцениваются посредством сравнения с опорными часами, в результате чего осуществляется синхронизация всех часов СНС.

Через станции загрузки ведущая станция может корректировать орбиты спутников как за счет введения соответствующих поправок, так и с помощью управления находящимся на борту спутника реактивным двигателем. Кроме того, данная станция может управлять режимом работы активных резервных спутников, переводя их в необходимых случаях в рабочий режим.

На рис. приведена схема, поясняющая взаимодействие входящих в состав рассматриваемого сектора станций.

 

 

Рис .22  Схема совместной работы станций,

входящих в состав сектора управления и контроля

 

Для обеспечения бесперебойной работы сектора управления и контроля все основные составные части системы продублированы.

Как уже отмечалось ранее, принимаемая каждой из пяти станции слежения информация от находящихся в поле зрения спутников дополняется местной информацией, а затем передается в онлайновом режиме (в темпе поступления информации) по специально предусмотренному для этих целей каналу связи на ведущую станцию, представляющую собой достаточно мощный вычислительный центр. Получаемая после соответствующей обработки информация в виде обновленного навигационного сообщения и других служебных команд поступает по каналу связи на загружающие станции, которые передают упомянутую информацию конкретно на тот спутник, для которого предназначена эта информация.

Сектор потребителя

Среди основных составных частей глобальной системы позиционирования наибольший интерес для пользователей представляет приемно-вычислительный комплекс, составляющий основу сектора потребителя. Этот сектор объединяет в себе все компоненты, позволяющие потребителю получать интересующую его информацию о местонахождении пункта наблюдений, о показаниях точного времени, а применительно к движущимся объектам – о скорости и направлении их перемещения.

Специфика работы приемно-вычислительного комплекса существенно зависит от той категории потребителей, на которые их принято подразделять. В частности, эксплуатируемая система СНС ориентирована на ее использование силовыми и гражданскими пользователями.

Характерная особенность работы аппаратуры, предназначенной для силовиков, состоит в том, что эта аппаратура должна работать оперативно и надежно в условиях проведения силовых действий, обеспечивая при этом требуемую точность местонахождения не только неподвижных пунктов наблюдения, но также и таких движущихся объектов, как летательные аппараты, различного рода плавсредства и наземный транспорт.

Гражданские пользователи СНС, в свою очередь, подразделяются на две основные подгруппы. Первая из них ориентирована на использование в навигации, а вторая – на геодезическое использование.

В процессе подготовки и проведении спутниковых наблюдений возникает необходимость выполнения многочисленных операций, связанных с оперативным управлением работой различных узлов приемника.

Производится предварительная обработка получаемой информации и ее регистрация с помощью тех или иных запоминающих устройств. Для реализации всех этих операций в состав приемника вводится соответствующая специализированная микро-ЭВМ, включающая в себя процессоры, таймер, различные запоминающие устройства (ОЗУ и ПЗУ), интерфейсные платы для стыковки с пультом управления и индикации, с внешней регистрирующей аппаратурой, а также другие характерные для вычислительной техники узлы. Управление работой такого вычислительного комплекса осуществляется за счет вводимой в приемник программы, а также входящего в состав приемника пульта управления и индикации. Не останавливаясь на разнообразных подходах, связанных с процедурой автоматизированного управления работой приемника, рассмотрим в качестве примера одну из блок-схем (рис.23), иллюстрирующую принцип последовательного изменения состояний СНС-приемника, характерных для поиска, захвата и отслеживания спутниковых сигналов.

После установки приемника на пункте и включения питания в нем, как правило, устанавливается режим ожидания принимаемых от спутников сигналов. При поступлении последних на вход приемника и при наличии в памяти приемника альманаха производится предвычисление местоположения селектируемого спутника. Если в памяти приемника альманах отсутствует, то включается режим сбора данных альманаха, на что затрачивается дополнительное время (около 12,5 мин.).

В последующем осуществляется захват сигнала от соответствующего спутника и начальный сбор регистрируемых данных. В дальнейшем в приемнике поддерживается режим отслеживания захваченных сигналов и периодическое взятие отсчетов, используемых при вычислении расстояний до спутников и для регистрации показаний точного времени.

В более общем представлении система управления приемником позволяет также управлять потоком получаемой информации, производить предварительную обработку данных, индицировать на табло дисплея интересующую оператора информацию, производить самодиагностику правильности функционирования приемника, контролировать источники питания и выполнять целый ряд других операций.

Для иллюстрации на рис.  приведена упрощенная структурная схема системы управления приемника, на которой отображены связующий модуль общего управления и соподчиненные модули, выполняющие как управленческие функции, так и функции, связанные с предварительной обработкой данных в приемнике.

 

Рис. 23. Блок-схема последовательных режимов работы приемника

в процессе подготовки и проведения наблюдений

Входящий в состав данной схемы модуль общего управления выполняет распределительные функции, а также целый ряд вспомогательных функций (в частности, выбор различных режимов работы приемника).

 

Рис. 24 Упрощенная структурная схема управленческих функций приемника

 

Система управления подготовкой приемника к наблюдениям и процессом их проведения осуществляет описанную выше последовательность операций, которые реализуются на стадии подготовки приемника к наблюдениям и в процессе их проведения.

С помощью системы первичной обработки данных осуществляется весь комплекс вычислительных операций, позволяющий оперативно непосредственно в приемнике получать некоторые конечные результаты наблюдений (например, координаты местоположения пункта наблюдения), а также представлять в наиболее приемлемой форме данные, которые необходимы потребителю.

Система управления компрессией и фильтрацией данных позволяет произвести уплотнение, т. е. объединение снимаемых отсчетов в отдельные группы с тем, чтобы существенно уменьшить объем поступающей в блоки памяти информации с одновременным повышением качества такой информации за счет отбраковки данных, не удовлетворяющих предъявляемым требованиям.

 

 

Литература

1.  Федеральный закон от 07.07.2003 г. № 126-ФЗ «О связи».

2.. Федеральный закон от 2 июля 2013 года N 158-ФЗ)

3. Федеральный закон №69 «О пожарной безопасности»

4. Федеральный закон от 12.02.98 г. №28 «О гражданской обороне»

5. Федеральный закон от 21.12.94 г. №68«О защите населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»

6. Указ Президента Российской Федерации от 31 марта 2010 г. № 403 «О создании комплексной системы обеспечения безопасности населения на транспорте».

7. Указ Президента Российской Федерации от 13.11.12 г. № 1522 «О создании комплексной системы экстренного оповещения населения об угрозе возникновения или возникновении чрезвычайных ситуаций».

8. Постановления Правительства РФ от 01.03.93г. №177 «Об утверждении положения о порядке использования действующих радиовещательных и телевизионных станций для оповещения и информировании населения РФ в чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени».

9. Постановление Правительства РФ от 15.02.2014.№109

10. Постановление Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2003 г. № 794 «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций».

11. СП СП 88.13330.2014 «Защитные сооружения гражданской обороны»

12. Концепция создания комплексной системы информирования и оповещения населения при угрозах и возникновении ЧС, от 18 июня 2013г. №4

13. Постановление правительства Удмуртской Республики от 19 ноября 2018     года N 480)

13. Чижиков А.Н. Оповещение населения при чрезвычайных ситуациях - важная государственная задача // Сборник материалов всероссийского сбора по подведению итогов деятельности единой Государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, выполнения меро­приятий гражданской обороны в 2012 году и постановке задач на 2013 год (30-31 января 2013 года); МЧС России.

 

 

 

[1] Постановление Правительства РФ от 15.02.2014.№109

[2] Концепция создания комплексной системы информирования и оповещения населения при угрозах и возникновении ЧС, от 18 июня 2013г. №4

^[3] Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 68-ФЗ

^[4] Постановление Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2003 г. № 794 «О единой госу­дарственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций».

^[5] Чижиков А.Н. Оповещение населения при чрезвычайных ситуациях - важная государственная за­дача // Сборник материалов всероссийского сбора по подведению итогов деятельности единой Госу­дарственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, выполнения меро­приятий гражданской обороны в 2012 году и постановке задач на 2013 год (30-31 января 2013 года); МЧС России.

^[6] в соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 31 марта 2010 г. № 403 «О создании комплексной системы обеспечения безопасности населения на транспорте».

 

^[7] Федеральный Закон от 07.07.2003 г. № 126-ФЗ «О связи».

174

^[8] Указ Президента Российской Федерации от 13 ноября 2012 г. № 1522 «О создании комплексной системы экстренного оповещения населения об угрозе возникновения или о возникновении чрезвы­чайных ситуаций»

^[9] Федеральный закон от 21.12.1994 г. № 68-ФЗ

^[10] Методические рекомендации по созданию комплексной системы экстренного оповещения населе­ния об угрозе возникновения или о возникновении чрезвычайных ситуаций. Москва, 2013 г.

176

[11] Прибор для измерения углов с целью определения координат места наблюдения (на корабле, самолете или на Земле).

[12]        Определение местоположения.

[13]В работе используется как первое, так и второе название.

[14]Код – это используемая для связи система сигналов, в которой произвольно выбранным последовательностям нулей и единиц приписываются определенные значения.

[15]В.Л. Крамаренко. ЦНИИмаш. Глобальная навигационная спутниковая система Отечества. НВО № 509. Стр. 6.

[16]        Градус.