Сборник тезисов 30 мая, 2018 г

190 
2. Концепция информатизации системы образования Республики Беларусь на период до 2020 года [Элек-
тронный ресурс]: утв. Министром образования Респ. Беларусь, 24 июня 2013 г. – Режим доступа: 
http://www.edu.gov.by/page-1081. – Дата доступа: 14.08.2017. 
3. Листопад, Н. И. Особенности применения информационных технологий в образовании / Н. И. Листопад, 
Ю. И. Воротницкий // Информационные технологии в образовании: материалы междунар. науч.-практ. конф., 
Минск, 21–22 мая 2009 г. / Белорус. нац. техн. ун-т; под ред. В. Л. Соломахо. – Минск, 2009. – С. 116–120.
4. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования / Е. С. Полат [и др.] – М.: 
Академия, 2010. – 271 с. 

191
СОДЕРЖАНИЕ
 
НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ
 
СТАНЦИИ
 
ПРИЕМА
 
И
 
ОБРАБОТКИ
 
ИНФОРМАЦИИ
 
С
 
МАЛЫХ
 
КОСМИЧЕСКИХ
 
АППАРАТОВ 
Спиридонов А. А., Саечников В. А., Ушаков Д. В., Черный В. Е.
 Белорусский государственный университет, г. Минск, Республика Беларусь
Аннотация. Рассматривается научно-образовательные станции приема и обработки информации с ма-
лых космических аппаратов, режимы их работы, описывается функциональная схема наземной си-
стемы баллистико - навигационного обеспечения университетского МКА при проведении измерений 
в сеансах связи по принимаемым сигналам телеметрии.
Одной из отличительных особенностей малых космических аппаратов (МКА) являются 
использование простейших станций приема и обработки информации, а также наземного ком-
плекса управления полетом на базе персональных компьютеров. Так для управления, приема 
и обработки данных МКА создаются собственные малогабаритные комплексы управления, 
которые осуществляют оперативно-техническое руководство циклом работ по приему и обра-
ботке телеметрической и научной информации, управлению полетами. Каждый отдельный 
университет, практикующий работу с образовательными МКА, как правило, имеет свой центр 
управления полетом (ЦУП). В подобном ЦУПе используется серийная недорогая (характерная 
стоимость 50–75 тыс. евро) радиолюбительская аппаратура и свободно распространяемое про-
граммное обеспечение. В качестве базовой радиостанции используется трансивер ICOM-9100 
или аналогичный трансивер с управлением от компьютера. То же относится к направленной 
антенной системе, например, «волновой канал», которая строится из недорогих массовых ра-
диолюбительских компонент. В Центре аэрокосмического образования БГУ разработан учеб-
ный комплекс управления и связи с МКА, который наряду с управлением, приемом и обработ-
кой данных, решает задачи отработки надежности, работоспособности и живучести нового 
оборудования и подготовки специалистов аэрокосмической отрасли. 
Для МКА, разрабатываемых небольшой фирмой, университетом или группой фирм и 
университетов актуальным встает вопрос не только о приеме данных телеметрии и научной 
аппаратуры малым количеством наземных станций, но и о баллистико-навигационном обес-
печении полета космического аппарата. Решение этого вопроса связано с оптимальным ис-
пользованием и комплексированием доступных и недорогих оптических и радиотехнических
методов
измерения траектории и
параметров движения МКА. Но чаще всего для данных про-
ектов задачи баллистико-навигационном обеспечении полета космического аппарата (КА) ре-
шаются с помощью базы данных системы NORAD, которая представляет данные об усреднен-
ных параметрах орбиты КА с возможностью прямой работы с этими данными только в рамках 
моделей возмущенного движения SGP (для ближнего космоса) и SDP (для дальнего космоса). 
В этом случае точность определения орбитальных параметров имеет порядок 1 км, что при 
решении некоторых задач является недостаточной. Реже на борту МКА устанавливается до-
работанный коммерческий навигационный приемник, который работает в прерывистом ре-
жиме из-за ограниченности бюджета системы электроснабжения, и выдает данные по коорди-
натам и скорости с точностью от десятков до сотен метров (по координатам), имеет достаточно 
большое время холодного старта, и его работа сильно зависит от точности стабилизации МКА.
Основными видами внешнетраекторных измерений применяемые для определения ор-
бит МКА являются радиотехнические и оптические. Каждый вид измерений имеет свои пре-
имущества и недостатки. Радиотехнические измерения могут быть проведены при любых по-
годных условиях на значительных удалениях МКА от базисных точек. Но они возможны при 
условии прямой видимости аппарата из базисных точек, их проведение вблизи Земли предпо-
лагает учет рефракции и рассеяния радиоволн, активная радиолокация связана с дорогостоя-
щей аппаратурой, а пассивные радиотехнические методы возможны лишь при излучении ле-
тательным аппаратом сигнала. В спутниковых системах внешнетраекторных измерений часто 
этот сигнал передается по командной или телеметрической радиолинии, что упрощает аппа-

192 
ратную реализацию и стоимость измерительной системы. Оптические методы просты в осу-
ществлении, требуют менее дорогостоящую аппаратуру и обладают приемлемой точностью. 
Но также, как и радиотехнические измерения возможны при условии прямой видимости аппа-
рата из базисных точек, их проведение вблизи Земли предполагает учет рефракции и рассея-
ния. Главным недостатком оптических измерений являются ограничения по времени суток и 
по погоде. Работать они могут только в ночные часы и только при отсутствии облачности. 
В рамках проекта «Разработка и создание научно-образовательной сети приема и обра-
ботки информации с образовательных космических аппаратов» разрабатывается эксперимен-
тальный образец научно-образовательные станции приема и обработки информации с малых 
космических аппаратов, экспериментальный образец наземной системы баллистико-навига-
ционного обеспечения университетских МКА, которые будут работать с реальными МКА, 
принимая и обрабатывая телеметрию уже существующих малых космических аппаратов и 
проводя измерения орбитальных характеристик по принимаемым сигналам и данным телемет-
рии (в настоящее время около сотни МКА передают телеметрию доступную для радиолюби-
телей). Запланирована разработка трех наземных станций приема данных университетских 
МКА, оснащенных системой баллистико-навигационного обеспечения с временной синхро-
низацией приемных станций и возможностью разнесения по территории Республики Бела-
русь; Для решения задачи оперативного приема и обработки будет разработано программное 
обеспечение (ПО) приема и обработки данных телеметрии, в том числе и для решения задачи 
определения орбитальных параметров КА, а также ПО баллистико-навигационного обеспече-
ния (БНО) университетских МКА.
Предполагается подключение данной сети к международной сети станций приема уни-
верситетских спутников, что позволит проводить обмен данными телеметрии с большим чис-
лом наземных станций разнесенных по всему миру и улучшить процесс обработки данных и 
решения задач определения параметров движения МКА. В настоящее время любительская ра-
диостанция БГУ, входящая в состав учебного комплекса управления и связи с МКА БГУ уже 
активно участвует в работе международной сети станций приема любительских и универси-
тетских МКА «Satnogs».
Научно-образовательные станции приема и обработки информации с 
малых космических аппаратов также планируются к использованию в качестве резервного ка-
нала связи с наноспутником БГУ. Они позволяют: принимать и обрабатывать данные суще-
ствующих малых космических аппаратов; обмениваться информацией между станциями меж-
дународной сети станций приема любительских и университетских МКА «Satnogs»; прово-
дить измерения характеристик движения космического аппарата (центра масс и углового дви-
жения) по принимаемым сигналам и данным телеметрии наноспутника БГУ и существующих 
МКА; проводить полетную калибровку датчиков системы ориентации наноспутника БГУ, 
улучшая точность определения положения и работу алгоритмов стабилизации. 
Экспериментальный образец научно-образовательной станции приема и обработки ин-
формации с МКА состоит из комплекта элементов, узлов и программных средств: источников 
питания; модулей приемных усилителей и частотных фильтров АФУ (антенно-фидерных 
устройств); модулей SDR радиоприемника; узлов и элементов молниезащиты и заземления; 
антенн радиолюбительского диапазона; поворотных устройства с дополнительным блоком 
датчиков определения ориентации (магнитометр, акселерометр, датчик угловой скорости, 
контроллер управления); контроллеров для антенных систем; анализаторов сигналов антенн; 
GPS модуля для временной синхронизации приемных станций; портативной радиостанции ра-
диолюбительского диапазона; управляющего компьютера; лицензионного программного 
обеспечения слежения и управления поворотными устройствами; лицензионной операцион-
ной системы реального времени; программного модуля для расчета возмущающих ускорений: 
от гравитационного потенциала Земли, торможения атмосферы, от солнечного давления, от 
гравитационного взаимодействия с Солнцем и Луной; ПО прогнозирования движения косми-
ческого аппарата на основе моделей возмущенного движения SGP с начальными данными в 

193
СОДЕРЖАНИЕ
 
формате TLE; ПО численного моделирования движения КА на основе интегрирования урав-
нений движения методом Эверхарта различного порядка; ПО для наземной системы связи с 
университетскими МКА; ПО наземной системы БНО университетских МКА. 
При прохождении КА относительно научно-образовательных станций приема и обра-
ботки информации (НСП) между КА и НСП происходят сеансы связи, которые могут быть как 
запросные (при проведении баллистических измерений и проведении управления КА по ко-
мандной радиолинии), так и беззапросные (при передаче от КА на НСП телеметрии, при про-
ведении баллистических измерений). Сеансы связи между КА и НСП по функциональному 
признаку могут быть: сеанс управления КА; сеанс приема телеметрии, сеанс проведения бал-
листических измерений. По радиолинии НСП – КА передается радиосигнал от НСП к КА, 
содержащий пакет команд управления бортовыми системами в сеансе управления КА или из-
мерительный радиосигнал в сеансе проведения баллистических измерений. По радиолинии 
КА – НСП от КА к НСП приходит радиосигнал, содержащий пакет ответных квитанций ко-
манд управления в сеансе управления; радиосигнал, содержащий пакет телеметрии бортовых 
систем КА в сеансе приема телеметрии или измерительный радиосигнал в сеансе проведения 
баллистических измерений. При этом телеметрия бортовых систем КА передается при любых 
прохождениях КА относительно НСП. В то время как сеанс баллистических измерений прово-
дится как в беззапросном режиме по измерениям параметров радиосигнала телеметрической ра-
диолинии и параметров следящих систем антенных систем, так и при запросе на КА по командной 
радиолинии для передачи и приема специальных измерительных радиосигналов. Эти измерения 
могут проводится на орбите одного прохождения КА как одномоментно (в одной точке орбиты), 
так и многомоментно в нескольких точках орбиты. Также эти измерения могут проводится на не-
скольких последовательных орбитах прохождения КА для орбит первого и второго прохождения 
КА относительно наземных станций приема данных университетских МКА. 
Функциональная схема наземной системы БНО университетского МКА, включающей 
систему удаленного доступа и обмена контрольно-измерительной информацией при проведе-
нии измерений в беззапросных сеансах связи между КА и НСП по принимаемым сигналам 
телеметрии представлена на рис.1. При беззапросных сеансах связи по телеметрической ра-
диолинии КА – НСП от КА к НСП приходят радиосигналы П
i
с известной несущей частотой f 
и известным интервалом следования τ, содержащие пакеты телеметрии бортовых систем КА. 
На наземных станциях приема и обработки информации университетских МКА НСП 1, НСП 
2, НСП 3, оснащенными системой НБО с временной синхронизацией приемных станций из-
меряются время приема радиосигнала i-го пакета телеметрии t
1пi
, t
2пi
, t
3пi
доплеровский сдвиг 
частоты несущей Δf
1i
, Δf
2i
, Δf
3i
а на основе GPS синхроимпульсов С
i
интервалы времени Δt
1сi
, 
Δt
2сi
, Δt
3сi
между приемом i-го пакета телеметрии и приемом GPS синхроимпульса. По данным 
интервалов времени Δt
1сi
, Δt
2сi
, Δt
3сi
между приемом i-го пакета телеметрии и приемом GPS 
синхроимпульса происходит расчет разности наклонных дальностей от КА до НСП 1, НСП 2, 
НСП 3 на момент времени t
i
: D
12
(t
i
); D
13
(t
i
); D
23
(t
i
). По данным доплеровских сдвигов частоты 
несущей Δf
1i
, Δf
2i
, Δf
3i
происходит расчет относительной радиальной скорости КА относи-
тельно НСП 1, НСП 2, НСП 3 на момент времени t
i
: V
1r
(t
i
); V
2r
(t
i
); V
3r
(t
i
). 
Данные времен приема радиосигнала i-го пакета телеметрии t
1пi
от трех НСП усредня-
ются и среднее время пi
> приема радиосигнала i-го пакета телеметрии передается в ПО про-
гнозирования движения КА на основе моделей возмущенного движения SGP и ПО численного 
моделирования движения КА на основе интегрирования уравнений движения методом 
Эверхарта. ПО прогнозирования движения КА на основе моделей возмущенного движения 
SGP, используя усредненные орбитальные элементы КА из базы данных системы NORAD в 
формате TLE на время эпохи t
TLEi
(при условии, что пi
>- t
TLEi
меньше 24 часов) прогнозирует 
вектор состояния КА (R
SGPi
, V
SGPi
) на момент времени пi
>. Аналогично ПО численного мо-
делирования движения КА на основе интегрирования уравнений движения методом 
Эверхарта, используя усредненные орбитальные элементы КА из базы данных системы 
NORAD в формате TLE на время эпохи t
TLEi
или уточненные орбитальные элементы КА из 
собственной базы данных уточненных параметров орбитального движения (ОД) на время 

194 
эпохи t
БДi
(при условии, что пi
>- t
БДi
меньше 12 часов) прогнозирует вектор состояния КА 
(R
ЧИСЛi
, V
ЧИСЛi
) на момент времени пi
>. Два вектора состояния КА (R
SGPi
, V
SGPi
) и (R
ЧИСЛi
, 
V
ЧИСЛi
) на момент времени пi
> сравниваются и по оценке вектора состояния КА (R
ОЦЕНi
, 
V
ОЦЕНi
) определяются оценки разности наклонных дальностей D
012
(t
i
); D
013
(t
i
); D
023
(t
i
), оценки 
относительной радиальной скорости КА V
01r
(t
i
); V
02r
(t
i
); V
03r
(t
i
) относительно НСП 1, НСП 2, 
НСП 3 на момент времени пi
> и оценки наклонной дальности D
01
(t
i
) и скорости изменения 
наклонной дальности δD
01
(t
i
) КА относительно НСП 1. 

жүктеу/скачать 14,01 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: