Государственное научное учреждение «ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ИНФОРМАТИКИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ» (ОИПИ НАН БЕЛАРУСИ) Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by) Договор 5 СК/08 222 от 1. 09. 2008 г РАЗРАБОТАТЬ ПРОТОТИП ПРОГРАММНОЙ НЕЙРОСЕТЕВОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПОДСИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Этап № 1. Разработка и согласование технических требований к ППС ТМК. Разработка концепции ППС ТМК. Разработка технических предложений по архитектуре, составу и функциям, выполняемым ППС ТМК. Разработка методов и алгоритмов для системы контроля и диагностики бортовых подсистем.
КОСМИЧЕСКАЯ ТЕЛЕМЕТРИЯ Телеметрия охватывает вопросы измерения физических величин, характеризующих состояние объектов или процессов, передачи результатов этих измерений, регистрации и обработки полученных данных. Типичная телеметрическая система (ТМС) содержит, три основные части: 1. источник данных (датчик, преобразующий измеряемые параметры в электрические сигналы; 2. канал (метод) передачи данных; 3. прием и обработка телеметрических данных. БОРТ Системы космической телеметрии (ТМ) и космического телеуправления (ТС) в комплементарном режиме обслуживают три потока данных: 1. телеметрические данные от внешних источников (научная аппаратура); 2. телеметрические данные от внутренних источников (датчики состояния); 3. команды; 1 2 КИС Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by) 3
Цели, задачи, результаты Вид автоматизируемой деятельности Контроль (мониторинг) состояния бортовых подсистем космических аппаратов (КА) на основе анализа телеметрической информации. Цели и задачи Прототип предназначен для отработки телеметрических технологий, методов и алгоритмов интеллектуального контроля и управления бортовыми подсистемами маломерных космических аппаратов (МКА, микроспутников). Задачей ППС ТМК является обработка телеметрической информации, поступающей по космическому каналу связи от бортовых источников данных о состоянии подсистем космических аппаратов на основе технологий искусственного интеллекта для: отработки технологий контроля состояния бортовых подсистем КА; отработки технологий замкнутого управления измерительным оборудованием и бортовыми подсистемами МКА; обнаружения и предсказания нарушений штатных режимов функционирования бортовых подсистем. Обработка и анализ научных телеметрических данных (в том числе ДЗЗ) в задачу ППС ТМК не входит. В процессе работ по этапу выполнены следующие работы выполнен анализ и оценка особенностей телеметрических космических систем, методов и алгоритмов контроля телеметрической информации и диагностики подсистем космических аппаратов; на основе рекомендаций консультативного комитета по космическим системам передачи данных (CCSDS) разработаны – технические требования к ППС ТМК; – концепция ППС ТМК; – предложения по архитектуре, составу и основным функциям; разработаны методы и алгоритмы интеллектуальной цифровой обработки телеметрической информации, поступающей от бортовых подсистем, включая нейросетевую обработки многомерных сигналов для диагностики и прогнозирования их состояния; разработано техническое задание на создание ППС ТМК. Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
Стандарты CCSDS — основы космической телеметрии Традиционно, телеметрия, передаваемая с борта КА, форматировалась с использованием мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing — TDM), при этом элементы данных мультиплексировались в непрерывный поток кадров фиксированной длины согласно предопределенным правилам. В процессе разработки и реализации систем обработки данных для КА каждый проект был вынужден разрабатывать заказную систему, используемую только данным проектом, разве что за исключением наземной сети слежения. Телеметрическая система стандарта CCSDS преодолевает недостатки TDM используя коммутацию пакетов (слайды «Референсная модель космических коммуникационных протоколов CCSDS» ) и новейшие методы телеметрического канального кодирования. (слайд «Эффективность помехоустойчивых кодов» ). На следующем этапе развития телеметрия CCSDS усилиями организаций: Международная организация по стандартизации (ISO) Консультативный комитет по системам передачи космических данных (CCSDS) Международный союз электросвязи (ITU) Межведомственная комиссия по измерит. средствам (IRIG) была разбита на две главных концептуальных категории: «Пакетная телеметрия» ( «Packet Telemetry» ) «Телеметрическое канальное кодирование» ( «Telemetry Channel Coding» ) В настоящее время стандарты и рекомендации CCSDS представляют собой реально действующий набор стандартов, принятый практически повсеместно к исполнению. Стандарты определяют диапазоны радиочастот, функции и структуры линии «Земля борт» , параметры приемных и передающих устройств, стандартные блоки форматированных данных, процедуры командных радиолиний, обработку и сжатие данных, интерфейсы и протоколы обмена данными различных уровней. Стандарт охватывает все основные аспекты проектирования телеметрических систем и систем управления, включая телеметрическое оборудование и программное обеспечение. Использование данных стандартов позволяет обеспечить совместимость средств и комплексов управления, независимо разрабатываемых различными фирмами. Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
Характеристика основных телеметрических измерений в космической отрасли Можно выделить ряд характерных измерений, имеющих место в той или иной сте пени в большинстве реальных случаев: температура; давление жидкости и газа; электрические токи; положение и ориентация компонент и частей твердых тел; уровень жидкости; деформации, скорости деформации, механические напряжения, крутящий момент; вибрационные характеристики и колебания; акустические характеристики; вращение; положение и ориентация всего изделия; магнитное поле и заряд. Ориентировочное количество каналов измеряемых величин, характер и частота измерений для различных типов космических изделий Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
КОНЦЕПЦИЯ ППС-ТМК Основой коцептуальной характеристикой ППС ТМК является обучаемость и адаптация к различным телеметрическим условиям. С функциональной точки зрения программное обеспечение ППС ТМК состоит из имитационной программной системы ПС БОРТ, программной системы обработки и анализа телеметрической информации ПС КИС и транспортной подсистемы КАНАЛ. транспортный и сетевой уровни имитатор радиоканала ПС-БОРТ моделирует поведение бортовых систем генерируя данные измерений различных физических параметров. Данные маркируются временными метками, которые вырабатываются имитационной моделью бортовой службы времени и упаковываются в пакеты пользовательского уровня Программная система обработки и анализа ПС-КИС обеспечивает выполнение задач интеллектуальной обработки телеметрической информации о состоянии бортовых подсистем и принятие решений. Транспортная подсистема КАНАЛ обеспечивает выполнение базовых телекоммуникационных задач пакетной телеметрии — доставку пакетов пользовательского уровня обрабатывающей ПС, а также моделирует передачу данных по ненадежному радиоканалу. Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
КОНЦЕПЦИЯ ППС-ТМК Основными функциями ППС ТМК являются прием, декодирование и восстановление телеметрической информации, ее сохранение и проигрывание в реальном режиме времени, обработка и анализ на предмет выявления отклонений от режимов штатного функционирования и предсказания нештатных ситуаций. ПС КИС реализует методы и алгоритмы интеллектуальной обработки телеметрической информации, а также упрощенную реализацию ряда коммуникационных функций, предусматриваемых рекомендациями CCSDS. ПС БОРТ включает: имитационное моделирование бортовых подсистем и устройств КА источников телеметрических данных; имитационное моделирование бортовых подсистем и устройств КА приемников команд телеуправления; функциональное моделирование некоторых сервисов бортовой шины; адаптеры естественных интерфейсов имитационных моделей бортовых сенсоров и актуаторов к программным интерфейсам бортовой шины; программный интерфейс прикладного уровня стека протоколов телеметрии и телеуправления; интегрированную реализацию коммуникационных уровней TM и TC от прикладного до канального, обеспечивающую минимально необходимый уровень сервиса, который необходимо учитывать для надлежащего моделирования; программный интерфейс канального уровня стека протоколов телеметрии и телеуправления; ПС КИС включает: программный интерфейс канального уровня стека протоколов телеметрии и телеуправления; интегрированную реализацию коммуникационных уровней TM и TC от прикладного до канального, обеспечивающую минимально необходимый уровень сервиса; программный интерфейс прикладного уровня стека протоколов телеметрии и телеуправления; адаптеры (функции сведения – convergence functions) AIS к интерфейсу прикладного уровня; набор систем искусственного интеллекта (Artificial Intelligence System – AIS) для интеллектуальной обработки телеметрической информации – ядро ППС ТМК; систему записи/воспроизведения телеметрических данных, а также их хранения (архивации); имитационная модель радиолинии, включая кодер и декодер радиосигнала. Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
Модель телеметрической системы CCSDS Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
Референсная модель космических коммуникационных протоколов CCSDS Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
Эффективность помехоустойчивых кодов Лаборатория идентификации систем № 222 (http: //lsi. bas net. by)
Скачать презентацию Государственное научное учреждение ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ИНФОРМАТИКИ НАЦИОНАЛЬНОЙ
9ca3f2c3be641d6ff6f7cc5bcc3b46db.ppt