Функції підсистеми зв’язку
Нижче наведено перелік функцій бортової підсистеми зв'язку, що з'єднує космічний апарат із Землею або з іншими космічними апаратами. Термін «бортова» у разі відбиває те обставина, що підсистема зв'язку забезпечує прийом сигналів із Землі чи з інших космічних апаратів і передачі сигналів Землю чи інші космічні апарати.
Стеження за несучою частотою
- Двосторонній когерентний зв'язок (несучі частоти сигналів на лініях «вниз» і «вгору» мають постійне і цілком певне відношення)
- Двосторонній некогерентний зв'язок
Прийом та дешифрування команд управління
- Виявлення та стеження за несучою частотою сигналу на лінії «вгору»
- Демодуляція несучої та піднесучої частот
- синхронізації та виділення бітів даних
- Дозвіл фазової невизначеності за її наявності
- Передача командно-програмної інформації, синхронізуючих імпульсів та сигналу індикатора захоплення в підсистему управління та обробки даних космічного апарату
Модуляція та передача телеметричної інформації
- Прийом потоку телеметричної інформації від підсистеми управління та обробки даних або від підсистеми зберігання даних
- Модуляція піднесучої та несучої частот радіосигналу на лінії «вниз» службовою або цільовою телеметричною інформацією
- Передача отриманого сигналу на Землю або на супутник-ретранслятор
- Виявлення та ретрансляція далекомірних псевдовипадкових послідовностей або тональних сигналів
- Ретрансляція фази прийнятого сигналу когерентним або некогерентним методом
Службові функції підсистеми
- Прийом команд управління відпідсистеми управління та обробки даних
- Формування телеметричної інформації про стан та функціонування підсистеми зв'язку та передача її в підсистему управління та обробки даних
- Забезпечення наведення антен, що вимагають управління просторовим положенням радіопроменя
- Формування послідовностей команд відповідно до закладеної програми
- Автономний вибір малоспрямованої антени у разі втрати орієнтації космічного апарату
- Виявлення відмов і відновлення працездатності підсистеми з використанням програмного забезпечення, що зберігається в ній
Функції підсистеми зв'язку включають прийом команд від підсистеми управління і обробки даних і видача в зазначену підсистему телеметричної інформації про стан і функціонування підсистеми зв'язку. Якщо антена підсистеми вимагає управління положенням свого радіопроменя у просторі, то функції підсистеми зв'язку входить також наведення антени. При цьому наведення антени методом автосупроводу потребує наявності у складі підсистеми зв'язку відповідного обладнання. Це обладнання формує сигнал неузгодженості (похибки наведення) та видає його в підсистему наведення та навігації, завдяки чому ми можемо здійснювати наведення бортових антен космічного апарату. Для формування сигналу неузгодженості найчастіше використовуються моноімпульсні системи та системи з конічним скануванням.Моноімпульсні системивикористовують моноімпульсний опромінювач, який формує різницеву діаграму спрямованості, що має мінімуми по осях як азимутальної, так і кутомісної площини. і віссюпроменя. Наростання і спад амплітуди радіосигналу, що приймається, на кожному обороті радіопроменя визначають похибку наведення антени. Порівнюючи положення опромінювача антени з положенням, у якому приймається радіосигнал має максимальну амплітуду, ми можемо сформувати сигнал неузгодженості, яким система наведення забезпечить перенацілювання антени. Системи програмного наведення антен можуть використовуватися в тих випадках, коли ми знаємо положення бортової антени космічного апарату, що підлягає наведенню, та направлення у просторі на ту систему (наземну чи космічну), з якою космічний апарат має увійти у зв'язок.
Підсистеми зв'язку більшості космічних апаратів формують радіосигнали лінії вниз, когерентні по фазі з радіосигналами лінії вгору.Фазова когерентністьозначає, що ми передаємо несучу частоту лінії «вниз» таким чином, що її фаза змінюється синхронно з фазою прийнятої несучої частоти лінії «вгору». Цей процес іноді в літературі називається когерентним реверсуванням передачі абодвостороннім когерентним режимом.Процес когерентного реверсування передачі формує несучу частоту лінії «вниз» таким чином, щоб вона відрізнялася від частоти несучої лінії «вгору »на величину, що визначає кількісно заданевідношення реверсування передачі.Це відношення несучої частоти лінії «вниз» до несучої частоти лінії «вгору». Такий режим функціонування підсистеми зв'язку можливий тільки в тому випадку, якщо її передавач сфазований з частотою лінії, що несе, «вгору». Для цього радіосигналу на лінії "вгору" радіосигнал на лінії "вниз" повинен мати постійну різницю фаз з ним. Для ретрансляторів підсистем зв'язку, сумісних зі стандартом 08ТБК НАСА, приймач знижує частоту лінії, що несе«вгору», формуючи при цьому сигнал у формі рівня напруги, відповідно до якого керований напругою генератор приймача, що задає, працює на частоті, в точності рівної 2/221 часткам несучої частоти лінії «вгору». Потім опорна частота генератора, що задає, подається на передавач, де підвищується з коефіцієнтом множення, рівним 120. Таким чином, результуюча частота передавача на лінії «вниз» дорівнюватиме 240/221 часткам несучої частоти лінії «вгору». Відношення реверсування передачі ретрансляторів підсистем зв'язку, сумісних зі стандартом 80Ь8 дорівнює 256/205. Двосторонній когерентний режим дає можливість наземної станції точніше знати частоту радіосигналу на лінії «вниз» та вимірювати доплерівське зрушення частоти, з якого обчислюється швидкість зміни дальності до космічного апарату. Це знання дозволяє нам перебирати кілька частот і тим самим підвищувати швидкість входження в синхронізм з космічним апаратом. Космічні апарати для спостереження та збору даних про процеси у глибокому космосі, а також космічні апарати спостереження Землі з космосу, що виводяться на низькі навколоземні орбіти, є найкращою ілюстрацією переваг описаного підходу. Такі космічні апарати зазвичай характеризуються великим обсягом інформації, що передається на Землю, а також малим часом знаходження в зоні радіовидимості наземної станції. Для передачі максимального обсягу даних на наземну станцію з максимальною для даного космічного апарату швидкістю ми повинні виявляти радіосигнал на лінії вниз і синхронізувати радіолінію за мінімальний час. Крім того, якщо ми використовуємо зовнішньотраєкторні вимірювання для навігаційного забезпечення, ми можемо обчислювати швидкість зміни дальності до космічного апарату за виміряним доплерівським зрушенням частотикогерентного сигналу.
Деякі різновиди підсистем зв'язку формують унікальну несучу частоту радіосигналу на лінії «вниз» шляхом установки її по центральному генератору підсистеми, що задає. У цьому випадку фаза частоти радіосигналу, що несе, на лінії «вниз» не синхронізується з несучою частотою радіосигналу на лінії «вгору». Припустимо, що підсистема функціонує у двосторонньому когерентному режимі, коли приймач підсистеми втрачає синхронізацію з радіосигналом на лінії вгору. У цей момент передавач підсистеми зв'язку автономно змінить режим формування несучої частоти радіосигналу на лінії «вниз» з установки її по керованому напругою генератора, що задає приймача на установку частоти по центральному задає генератору підсистеми.
Підсистема зв'язку зазвичай стежить за частотою радіосигналу, що несе, на лінії «вгору», приймає і дешифрує команди управління і передає телеметричну інформацію. Іноді на підсистему зв'язку покладається також завдання модуляції несучої частоти радіосигналу на лінії «вниз» телеметричної інформації, проте можливе застосування спеціальних пристроїв перетворення сигналу для реалізації унікальних схем модуляції та унікальних частот.
Наземна станція може використовувати далекомірний метод радіонавігації для стеження за космічним апаратом. Залежно від реалізованого стандарту зв'язку, наземна станція модулює несучу частоту радіосигналу на лінії «вгору» командною інформацією у формі псевдовипадкових кодів, сигналів тональної частоти або їх обох разом. Приймач підсистеми зв'язку виділяє псевдовипадкові коди або сигнали тональної частоти прийнятого радіосигналу і ретранслює їх на несучій частоті радіосигналу лінії «вниз» назад на наземну станцію. Кутомірна інформація із системинаведення спрямованої антени наземної станції дозволяє визначити азимут і кут місця космічного апарату. Знаючичас поширення далекомірного кодуабо сигналу тональної частоти від наземної станції до космічного апарату і назад, ми можемо визначити дальність до космічного апарату. Якщо фаза несучої частоти радіосигналу на лінії "вниз" когерентна з несучою частотою радіосигналу на лінії "вгору" (двосторонній когерентний режим), ми можемо вимірювати доплерівський зсув частоти радіосигналу на лінії "вниз" і, на його основі, обчислювати швидкість вимірювання радіальної дальності.