„Който не е виждал ново, и на старо се радва.“

Публикацията е посветена на обосноваването на функционалния модел на резервната система за генериране на курса по данни на космическия комуникационен комплекс. За разлика от съществуващите (жироскопични, безрамкови, магнитни и др.) системи за определяне на посоката на истинския меридиан, моделът на предлаганата система позволява да се определи позицията на кораба спрямо известното радио направление, непрекъснато поддържано от антената на космическия комуникационен комплекс, което се преобразува в курса на кораба.

В литературата е показана възможността за използване на данни от космическия комуникационен комплекс (ККС) (азимут към комуникационния космически апарат (КАсв) под формата на ъгъл на финна настройка на азимута на антената), осигурявайки неговата работа както по пряко предназначение, така и за навигационни цели. Установено е, че необходимостта от поддържане на непрекъсната високоскоростна комуникация с кораби в морето изисква непрекъснато проследяване на комуникационни сателити и в същото време позволява непрекъснато определяне на корекцията на посоката на кораба със средно квадратична погрешност (СКП) не повече от 10,9′.

Използването на модела за оценка на пространствената достъпност на посочения метод за определяне на корекцията на курса на кораба направи възможно изграждането на линии на картата на света на СКП с еднаква корекция на курса (рис. 1) в близките морски зони на всичките четири флоти и Каспийската флотилия (СКП на курса 8,8′ и 9,0′ съответствено). Симулацията е извършена за три спътника КАсв Ямал, от повече от десет руски комуникационни спътника в геостационарна орбита, което увеличава вероятността за стабилно проследяване на спътници с взаимноизгоден за навигатори и сигналисти ъгъл на мястото.

Анализът на алгоритъма на работа на софтуерната и хардуерната част на космическия комуникационен комплекс R-793M и R-794-1 позволява да се открои основната функция на ККС за разглеждания въпрос: осигуряване на непрекъснатост на комуникационната сесия чрез автоматично проследяване на комуникационния космически апарат (релеен спътник).
Тази функция в космическия комуникационен комплекс се изпълнява от системата за управление на антената (САУ).

Рис. 1. Линии на равна СКП за определяне на корекция на курса с помощта на космически комуникационен комплекс

Важни компоненти на системата за управление на антената, които изпълняват основната функция на ККС са:
– Антенно насочващо устройство (БНА);
– блок за управление на опорно поворотното устройство (БУ ОПУ);
– антена;
– сателитен модем.
Функции на компонентите на САУ и връзките между тях:
1. БНА:
– изчислява стойностите на ъгъла на мястото (βp) и насочващия ъгъл (КУp) на КАсв;
– преобразува оригиналните данни в сигнали за управление на антената;
– генерира и извежда на екрана на индикатора информация за входните данни, текущото положение на антената и нивото на приемания сигнал;
– обработва обвивката на амплитудна модулация на сигнала, извлечен в сателитния модем;
– генерира и предава на БУ ОПУ ъглите за настройка на антената и сигналите за грешка за всяка ъглова координата, включително ъгъла на насочване (КУ_И).
2. БУ ОПУ:
– преобразува управляващите сигнали, идващи от БНА и сигналите на датчиците за положение на антената в управляващи сигнали за електромеханични задвижвания.
3. Антена:
– генерира, фокусира, приема и предава сигнал в указаната посока от приводите.
4. Сателитен модем:
– извлича от получения сигнал обвивката на амплитудна модулация, причинена от отклонението на еквисигналната посока от посоката към сателита, и я предава на БНА.
Функционалният модел на САУ, осигуряващ автоматично проследяване на комуникационния космически апарат, има формата, показана на рис. 2.

Рис. 2. Функционален модел на системата за управление на антената на космическия комуникационен комплекс

Транслацията на управляващия сигнал, генериран в БНА по една от ъгловите координати – курсовия ъгъл КАсв, както и изчисления азимут КАсв ще позволи да се изработи курс, изчислен по формула (1) в реално време, т.е. прилагане на резервна система за изработка на курса.

където Ap е изчисленият азимут към КАсв, определя се в БНА по формулата (2);
КУ_И – ъгъл на насочване към КАсв, като се вземе предвид корекцията според сигналите за грешки на ъгловите координати.

където λ_S е географската дължина на подспътниковата точка КАсв;
φ_k и λ_k са координатите на кораба.
Чрез добавяне на устройство за изчисляване и показване на курса към горния функционален модел на системата за управление на антената на космическия комуникационен комплекс (рис. 2), става възможно синтезирането на функционален модел, който реализира нова за ККС функция – изработка на курса (рис. 3).

Рис. 3. Функционален модел на резервна система за генериране на курс по данни на космически комуникационен комплекс

Функцията на новия системен компонент е:
– изчисляване по формула (1) на стойността на хода на обекта;
– показване на трасето на екрана;
– излъчване на курса на потребителите.

Експериментално е установено, че операторът също може да изпълнява тази функция, но изчислението на курса ще придобие епизодичен (дискретен) характер, тъй като за неговото изпълнение е необходимо циклично да се извърши последователност от действия:
– изчислява се (за Р-794-1) по формула (2) текущата стойност на изчисления азимут към КАсв или се снема стойността му от екрана (за Р-793М);
– отчита се стойността на коригирания дирекционен ъгъл КАсв от екрана на предния панел на антенно насочващия блок;
– изчислява се по формула (1) на значението на курса.

Продължителността на горния цикъл зависи от уменията на оператора и интерфейса на устройствата за управление на ККС и варира от 10 секунди на ККС Р-793М «Прицеп-М» до 30 секунди на ККС Р-794-1 «Центавр».

С автоматичното предаване на цифрови кодове, съдържащи параметрите на изчисления азимут и коригирания ъгъл на курса на КАи, с последващата им обработка от устройството за изчисляване и показване на курса, е възможно да се постигне генериране на курс с честота, равна на цикъла на генериране на сигнал за грешка на ъгловите координати от сателитния модем – не повече от 1 секунда, т.е. в реално време (рис. 4).

Рис. 4. Схема на резервната система за генериране на курс според данните на космическия комуникационен комплекс (пояснения – в текста)

Съгласно схемата на резервната система за изработка на курса (рис. 4) е възможно да се проследят етапите на разработване на курса според данните на космическия комуникационен комплекс:
1) Въз основа на първоначалните данни (географска ширина и дължина на позицията на кораба (φ_k и λ_k); дължина на подсателитната точка (λ𝑆𝑆); ъгли на бордови и килеви наклон (θ и ψ)), блокът за насочване на антената (БНА) изчислява стойностите на ъгъла на мястото (β_Р) и азимута (Ар) Касв. 2) Чрез извеждане на първоначалния курс на кораба (K₀) (въведен от оператора или излъчен от навигационната система), азимутът към КАсв се преобразува в КУ (3). 3) След насочване на антената и откриване на сигнала КАсв, блока за екстремно електромеханично за регулиране (блок ЕЕР) произвежда ъглите за настройка на антената, включително ъгъла на насочване (∆КУ), докато се получи максималното ниво на сигнала КАсв.
4) Чрез извеждане на коригирания ъгъл на посока (КУ_И), съответстващ на максималното ниво на сигнала, изчисленият азимут се преобразува в посока (1), която се показва на конзолата на оператора и (или) се излъчва на потребителите.
Елементът на системата за генериране на резервен курс отговаря за изпълнението на четвъртия етап. Стойността на коригирания ъгъл на насочване и изчисления азимут трябва да се получи от БНА, който генерира цифрови кодове за тези параметри.

Заключения.
Предложеният функционален модел на резервна система за генериране на курса е изграден с помощта на съществуващия алгоритъм за работа на софтуерната и хардуерната част на космическия комуникационен комплекс и не изисква неговата промяна.
Внедряването на предложения модел не нарушава работата на ККС по основната му цел, тъй като както за непрекъснатото изработване на курса с помощта на космическия комуникационен комплекс, така и за решаване на проблемите с осигуряването на кораба с непрекъснат високоскоростен канал за спътникова свръзка, е необходимо да се синхронизира ККС с КАсв.
Като се вземе предвид текущият и бъдещият състав на съзвездие руски комуникационни спътници на геостационарни и силно елиптични орбити, пространствената наличност за разработване на резервен курс със СКП не повече от 10,9′ се оценява като неограничена.