Скачать презентацию Командно-программное управление Интерфейс между буквой ДПП и цифрой Скачать презентацию Командно-программное управление Интерфейс между буквой ДПП и цифрой

Slaydy_k_lektsiam_KPU.pptx

  • Количество слайдов: 136

Командно-программное управление Интерфейс между буквой ДПП и цифрой КПИ Andrey. Kovalenko@sfoc. ru Andrei@spacestation. ru Командно-программное управление Интерфейс между буквой ДПП и цифрой КПИ Andrey. [email protected] ru [email protected] ru

Лекция 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМАНДНО ПРОГРАММНОМ УПРАВЛЕНИИ КА 11. 02. 2018 2 Лекция 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМАНДНО ПРОГРАММНОМ УПРАВЛЕНИИ КА 11. 02. 2018 2

Процесс управления полётом Начало Место КПУ в процессе управления полётом КА Планирование Разработка программы Процесс управления полётом Начало Место КПУ в процессе управления полётом КА Планирование Разработка программы полёта Да Нет Реализация Программы полёта Контроль полёта (получение информации, оценка состояния) Решение по результатам контроля Перепланирование Парирование НШС 3

Командно программное управление КА – это реализация запланированных операций КА наземным комплексом управления с Командно программное управление КА – это реализация запланированных операций КА наземным комплексом управления с использованием командной радиолинии и бортового комплекса управления КА. Под операциями в данном случае понимается совокупность управляющих воздействий на КА, «объединённых единым замыслом и направленных на достижение заданной цели» *) Е. С. Вентцель «Введение в исследование операций» 4

Состав космического аппарата Конструкция • Корпус КА • Внешние элементы конструкции • Элементы интерьера Состав космического аппарата Конструкция • Корпус КА • Внешние элементы конструкции • Элементы интерьера Служебные бортовые системы • Система управления движением и навигации • Двигательная установка • Система управления бортовым комплексом и бортовая вычислительная система • Бортовой радиотехнический комплекс • Система обеспечения теплового режима и электромеханические системы • • Система электропитания и система ориентации солнечных батарей • Системы обеспечения жизнедеятельности экипажа • Группа систем управления спуском и средств приземления Целевые системы • Астрофизическая аппаратура • Аппаратура для изучения Земли • Аппаратура для технологических исследований • • Аппаратура для медико-биологических исследований 5

Космический аппарат, как объект управления A B A – множество состояний (режимов КА) B Космический аппарат, как объект управления A B A – множество состояний (режимов КА) B – множество управляющих воздействий на КА bi ∈ B – команды управления КА КА является полностью управляемым по КРЛ, если каждому режиму КА a i можно поставить в однозначное соответствие команду bj, 6 переводящую КА в режим ai за конечное время.

Виды командно программной информации • Командами называются единичные управляющие воздействия на отдельные системы, группы Виды командно программной информации • Командами называются единичные управляющие воздействия на отдельные системы, группы систем. Команды могут быть выданы в бортовые системы с Земли по командной радиолинии (КРЛ), экипажем пилотируемого КА, бортовым комплексом управления. • Функциональные команды (ФК) - релейные команды, передаваемые по КРЛ через бортовые коммутационные приборы помимо БЦВК, непосредственно в аппаратуру системы управления бортовым комплексом (СУБК) КА. 7

Виды командно программной информации • Числовые команды - команды, выдаваемые на бортовые системы через Виды командно программной информации • Числовые команды - команды, выдаваемые на бортовые системы через БЦВК. Представляют собой отдельные слова массивов цифровой информации. Числовые команды содержат числовые данные, необходимые для функционирования бортовой системы в заданном режиме. К таким данным могут относиться уставочные данные для режимов, информация для настройки приборов и систем. • Массивы цифровой информации – это совокупность цифровых данных, объединённых в массив, содержащий информацию для бортового управляющего компьютера. • Команды прямого исполнения выполняются исполнительными устройствами бортового комплекса управления непосредственно после приёма команды из КРЛ. • Команды отложенного исполнения содержат условие, при выполнении которого команда будет исполнена. Условие исполнения может быть временное или логическое. Возможно задание комбинации временного и логического исполнения. 8

Особенности КПУ различными видами КА • Низкоорбитальные КА. – Характеризуются малой продолжительностью сеансов связи Особенности КПУ различными видами КА • Низкоорбитальные КА. – Характеризуются малой продолжительностью сеансов связи с НКУ; – небольшими расстояниями от КА до станций - следовательно, не требуется большая мощность передающих средств; – возможность обмена КПИ с высокой скоростью (десятки и сотни кбит/сек; – малая задержка передачи информации по радиолиниям, даёт возможность управления в реальном масштабе времени. 9

Особенности КПУ различными видами КА • Автоматические межпланетные станции. – большая продолжительность сеансов связи Особенности КПУ различными видами КА • Автоматические межпланетные станции. – большая продолжительность сеансов связи с НКУ; – очень большие расстояния от КА до на станций - следовательно, требуется большая мощность передающих средств; – невозможность обмена КПИ с высокой скоростью (1… 2 тыс. бит/сек); – большая задержка передачи информации по радиолиниям, не даёт возможность управления в реальном масштабе времени; – необратимость большинства операций – более высокие требования к надёжности и эффективности КПУ по сравнению с низкоорбитальными, особенно пилотируемыми) КА. 10

Основные задачи КПУ Анализ исходных данных (ДПП, БНИ, МИХ) Разработка программ управления бортовыми системами Основные задачи КПУ Анализ исходных данных (ДПП, БНИ, МИХ) Разработка программ управления бортовыми системами Формирование массивов КПИ Планирование сеансов связи Отработка ДПП и КПИ на стендах НКО Верификация КПИ на математической модели БКУ Передача КПИ в БКУ по командным радиолиниям Анализ результатов сеанса связи Корректировка исходных данных 11

Формирование и передача КПИ Формирование КПИ Передача КПИ в БКУ 9 A 08 0802 Формирование и передача КПИ Формирование КПИ Передача КПИ в БКУ 9 A 08 0802 005 F 3 D 0 E 85 F 8 … 7 E 00 Детальный план полёта Виток 2468 Н 7 (34) НП-А, НП-Б УВТ F 8_2 ОСК+R 1 УВТ F 4_RT(97, 98, 99, 100) К 7 (34) ЗАП 8 -А Виток 2469 … Верификация КПИ Детальный план полёта Виток 2468 Н 7 (34) НП-А, НП-Б УВТ F 8_2 ОСК+R 1 УВТ F 4_RT(97, 98, 99, 100) К 7 (34) ЗАП 8 -А Виток 2469 … Командно-программное управление 9 A 08 0802 005 F 3 D 0 E 85 F 8 3 D 0 E … 85 F 8 7 E 00 … 7 E 00 12

Характеристики задач КПУ Характеристика Наименование Устойчивость к Временные ошибкам ограничения (необратимость ) Критичное влияние Характеристики задач КПУ Характеристика Наименование Устойчивость к Временные ошибкам ограничения (необратимость ) Критичное влияние на эффективность Анализ исходных данных Да Нет Разработка программ управления бортовыми системами Да Да Да Формирование массивов КПИ Да Нет Верификация КПИ на математической модели БКУ Да Да Нет Отработка ДПП и КПИ на стендах Да Да Нет Да Да 11. 02. 2018 Передача КПИ в БКУ 13

Технологические процессы КПУ Разработка КПИ на сутки N+1 Ввод КПИ в БКУ в сутки Технологические процессы КПУ Разработка КПИ на сутки N+1 Ввод КПИ в БКУ в сутки N 14

Временные границы ввода СПП в БКУ Буфер СПП, 35 каналов СПП N-1 СПП N+1 Временные границы ввода СПП в БКУ Буфер СПП, 35 каналов СПП N-1 СПП N+1 Ввод СППN+1 M каналов T 1 T 2 T 0 T 1 СПП N+2 Ввод СППN+2 K каналов T 0 T 2 11. 02. 2018 15

Автоматизированные системы реального времени «Системой реального времени является такая система, корректность функционирования которой определяется Автоматизированные системы реального времени «Системой реального времени является такая система, корректность функционирования которой определяется не только корректностью выполнения вычислений, но и временем, в которое получен требуемый результат. Если требования по времени не выполняются, то считается, что произошел отказ системы» Дональд Гиллиес (Donald Gillies, mailto: [email protected] ubc. ca ) Поэтому необходимо, чтобы было гарантировано [аппаратными и программными средствами и алгоритмами обработки] выполнение требований по времени. Гарантия выполнения требований по времени необходима, чтобы поведение системы было предсказуемо. Также желательно, чтобы система обеспечивала высокую степень использования ресурсов, чтобы удовлетворять требованиям по времени [с минимальными затратами]. 11. 02. 2018 Операции в реальном времени 16

Человек в системе реализации полётных операций в реальном времени • Уровень подготовки ИД • Человек в системе реализации полётных операций в реальном времени • Уровень подготовки ИД • Уровень планирования • Уровень формирования управляющей информации (КПИ) • Уровень реализации ПСС – Выполняет функции оператора в автоматизированной системе управления в условиях жесткого реального времени 11. 02. 2018 Операции в реальном времени 17

Временные ограничения по уровням реализации полётных операций Реализация ПСС 11. 02. 2018 Подготовка исходных Временные ограничения по уровням реализации полётных операций Реализация ПСС 11. 02. 2018 Подготовка исходных данных Формирование МЦИ Разработка ДПП Выполнение условия реального времени: Операции в реальном времени 18

Система КПУ как замкнутая автоматизированная система Возмущения КА (+) Помехи Система измерений Система передачи Система КПУ как замкнутая автоматизированная система Возмущения КА (+) Помехи Система измерений Система передачи КПИ Модель1 КА Помехи Динамическое звено «человек-машина» Контур реального времени 11. 02. 2018 Источник управляющей информации Система планирования (-) Оценка состояния (+) Модель2 КА 19

Временные характеристики процесса КПУ • 20 Временные характеристики процесса КПУ • 20

Циклограмма процесса КПУ (пример) Название и содержание этапа Разработка МЦИ Отработка МЦИ с использованием Циклограмма процесса КПУ (пример) Название и содержание этапа Разработка МЦИ Отработка МЦИ с использованием моделей БКУ Формирование ПСС Формирование массивов КПИ Передача массивов командно программной информации в ОЗУ КИП Передача числовых и разовых команд в БКУ КА по КРЛ Передача квитанций от БКУ в ЦУП Время выполнения Сутки N 1 Тнс – 3 час. Тнс – 40 мин. Тнс – Ткс 21

Лекция 2 ПОСТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ УПРАВЛЕНИЯ КА. БОРТОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ УПРАВЛЕНИЯ КА 11. 02. 2018 22 Лекция 2 ПОСТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ УПРАВЛЕНИЯ КА. БОРТОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ УПРАВЛЕНИЯ КА 11. 02. 2018 22

Автоматизированная система управления космическим аппаратом (АСУ КА): Совокупность взаимосвязанных технических средств наземного и/или бортового Автоматизированная система управления космическим аппаратом (АСУ КА): Совокупность взаимосвязанных технических средств наземного и/или бортового комплексов управления космического аппарата с программным обеспечением, предназначенных для обеспечения управления космическим аппаратом. 23

Система управления полётом пилотируемого КА Бортовой комплекс управления Составные части системы управления полётом пилотируемого Система управления полётом пилотируемого КА Бортовой комплекс управления Составные части системы управления полётом пилотируемого КА Наземный комплекс управления Экипаж пилотируемого КА 24

Бортовой комплекс космического аппарата (БК КА): Совокупность взаимосвязанных систем, устройств и агрегатов космического аппарата, Бортовой комплекс космического аппарата (БК КА): Совокупность взаимосвязанных систем, устройств и агрегатов космического аппарата, выделяемая по конструктивным и/или функциональным признакам. ГОСТ Р 53802 -2010 Системы и комплексы космические. Термины и определения. 25

Бортовой комплекс управления космическим аппаратом (БКУ КА): Бортовой комплекс космического аппарата с программным обеспечением, Бортовой комплекс управления космическим аппаратом (БКУ КА): Бортовой комплекс космического аппарата с программным обеспечением, предназначенный для реализации алгоритмов управления и контроля бортовых систем, выполнения расчетных операций и выдачу результатов расчета и управляющих воздействий в системы и исполнительные устройства. ГОСТ Р 53802 -2010 Системы и комплексы космические. Термины и определения. 26

Основные задачи БКУ КА • Управление движением и навигация КА – Построение и поддержание Основные задачи БКУ КА • Управление движением и навигация КА – Построение и поддержание ориентации связанных осей КА относительно опорных систем координат – Коррекция орбиты – Определение и прогноз навигационных параметров – Контроль режимов СУДН – Наведение целевого оборудования • Управление служебными системами , элементами конструкции и целевым оборудованием – Командное управление служебными системами, элементами конструкции и целевым оборудованием – Контроль и диагностика бортовой аппаратуры в целях автономного управления, для информирования НКУ и экипажа – Реализация алгоритмов управления и контроля служебными системами и целевого оборудования 27

Основные задачи БКУ КА • Взаимодействие с НКУ и экипажем (для пилотируемых КА) – Основные задачи БКУ КА • Взаимодействие с НКУ и экипажем (для пилотируемых КА) – Организация информационно-командной связи с НКУ и экипажем – Ввод и обработка КПИ от НКУ – Сбор, обработка и передача телеметрической информации, отображение ТМИ для экипажа 28

Состав БКУ космических аппаратов • Бортовая вычислительная система (БВС) • Система управления движением и Состав БКУ космических аппаратов • Бортовая вычислительная система (БВС) • Система управления движением и навигации (СУДН) • Система управления бортовым комплексом (СУБК) • Система бортовых измерений (СБИ) или информационно-телеметрическая система (ИТС) 29

Основные функции БВС • Размещение программного обеспечения: служебного, общесистемного и функционального прикладного • Предоставление Основные функции БВС • Размещение программного обеспечения: служебного, общесистемного и функционального прикладного • Предоставление вычислительных ресурсов в реальном масштабе времени для реализации задач управления бортовыми системами и КА в целом • Обеспечение взаимодействия со служебными системами, входящими в состав БКУ (СУДН, СУБК, СБИ, БРТК) • Организация управляющих и телеметрических интерфейсов с бортовыми системами • Обеспечение информационного интерфейса с НКУ и экипажем 30

Структура БВС централизованная ЦВМ УС 1 Система 12 УС 2 … Система 1 N Структура БВС централизованная ЦВМ УС 1 Система 12 УС 2 … Система 1 N Система 21 Система 22 … Система 2 N 31

Структура БВС распределённая Система (связь) Система 2 Система… Каждая бортовая система КА оснащена собственными Структура БВС распределённая Система (связь) Система 2 Система… Каждая бортовая система КА оснащена собственными вычислительными средствами Система N 32

Структура БВС иерархическая (смешанная) Функции ЦВМ: 1. Обеспечение связи с НКУ 2. Управление функционального Структура БВС иерархическая (смешанная) Функции ЦВМ: 1. Обеспечение связи с НКУ 2. Управление функционального уровня 3. Управление верхнего уровня Магистральный канал обмена ЦВМ РСУС СБИ ТВМ Функции ТВМ: управление бортовыми системами 1. Функционального уровня 2. Приборного уровня УС 1 Система 12 УС 2 … Функции СУБК Система 1 N Система 21 Система 22 … Система 2 N Приборы СУДН 33

Лекция 3 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЁТОМ 11. 02. 2018 34 Лекция 3 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЁТОМ 11. 02. 2018 34

Наземный автоматизированный комплекс управления орбитальными средствами наземный автоматизированный комплекс управления орбитальными средствами (НАКУ Оср) Наземный автоматизированный комплекс управления орбитальными средствами наземный автоматизированный комплекс управления орбитальными средствами (НАКУ Оср) : Совокупность необходимой инфраструктуры, технических систем, средств из состава командноизмерительных и измерительных пунктов, центров и пунктов управления орбитальными средствами, центров обработки измерительной информации, предназначенных для формирования наземных комплексов, обеспечивающих реализацию автоматизированных процессов контроля параметров полета изделий ракетно-космической техники, состояния бортовой аппаратуры и управления их функционированием. 35

Наземный комплекс управления орбитальными средствами (НКУ Оср): Совокупность технических средств и cооружений, предназначенных для Наземный комплекс управления орбитальными средствами (НКУ Оср): Совокупность технических средств и cооружений, предназначенных для управления функционированием орбитальных средств с момента их выведения на орбиту. Примечание - В зависимости от объекта управления наземные комплексы управления могут подразделяться на наземный комплекс управления космическими аппаратами, наземный комплекс управления разгонными блоками, наземный комплекс управления космической платформой, наземный комплекс управления межорбитальным буксиром. 36

Структура НКУ КА Центр приёма ЦИ Сеть КИПов из состава НАКУ ССПД КИС, РТС, Структура НКУ КА Центр приёма ЦИ Сеть КИПов из состава НАКУ ССПД КИС, РТС, РКО, ТВИ, ТЛФ ЦУП ИВК ЦУП Персонал управления 37

Система информационного обмена с космическими аппаратами система информационного обмена с космическими аппаратами (СИО с Система информационного обмена с космическими аппаратами система информационного обмена с космическими аппаратами (СИО с КА) : Совокупность технических средств командноизмерительных радиотелеметрических систем, средств измерения текущих навигационных параметров движения космических аппаратов, программного обеспечения предназначенных для приема и передачи информации на космические аппараты. 38

Автоматизированная система информационно телеметрического обеспечения управления космическими аппаратами: Совокупность технических средств центра системы информационно-телеметрического Автоматизированная система информационно телеметрического обеспечения управления космическими аппаратами: Совокупность технических средств центра системы информационно-телеметрического обеспечения и автоматизированных комплексов обработки телеметрической информации, командноизмерительных пунктов, программного обеспечения, предназначенных для обеспечения центров и пунктов управления, командных пунктов данными о состоянии систем космических аппаратов. 39

Автоматизированная система баллистического обеспечения процессов выведения и управления космическими аппаратами : Совокупность технических средств Автоматизированная система баллистического обеспечения процессов выведения и управления космическими аппаратами : Совокупность технических средств баллистических центров, траекторных комплексов командно-измерительных и измерительных пунктов, баз данных и программного обеспечения, предназначенных для обеспечения центров и пунктов управления, командных пунктов и радиотехнических средств траекторными данными космических аппаратов, разгонных блоков, ракет. 40

Система навигационного обеспечения космических полетов (СНО) космических полетов: Совокупность технических средств баллистических центров, командноизмерительных Система навигационного обеспечения космических полетов (СНО) космических полетов: Совокупность технических средств баллистических центров, командноизмерительных пунктов и космических аппаратов, программного обеспечения, предназначенных для получения и выдачи информации о параметрах движения космических аппаратов. 41

Система связи и передачи данных наземного автоматизированного комплекса управления (ССПД НАКУ): Совокупность технических и Система связи и передачи данных наземного автоматизированного комплекса управления (ССПД НАКУ): Совокупность технических и программных средств, предназначенных для организации каналов и линий связи, интегрированной системы обмена информацией между центрами сбора и обработки информации с космических аппаратов, разгонных блоков, ракет космического назначения, центрами и пунктами управления космическими аппаратами и орбитальными средствами, командноизмерительными и командными пунктами. 42

Лекция 3 ФОРМИРОВАНИЕ КПИ 11. 02. 2018 43 Лекция 3 ФОРМИРОВАНИЕ КПИ 11. 02. 2018 43

Уровни управления КА (для справки) Управление режимами КА Верхний уровень Управление режимами и функциями Уровни управления КА (для справки) Управление режимами КА Верхний уровень Управление режимами и функциями бортовых систем Функциональный уровень Управление отдельными приборами Приборный уровень 11. 02. 2018 44

Классификация КПИ по времени исполнения Команды (МЦИ) Команды прямого управления Команды отложенного управления Команды, Классификация КПИ по времени исполнения Команды (МЦИ) Команды прямого управления Команды отложенного управления Команды, исполнение которых осуществляется безусловно после приёма из КРЛ Команды, исполнение которых осуществляется при выполнении заданного условия 45

Классификация команд по времени исполнения Команды прямого исполнения выполняются исполнительными устройствами бортового комплекса управления Классификация команд по времени исполнения Команды прямого исполнения выполняются исполнительными устройствами бортового комплекса управления непосредственно после приёма команды из КРЛ. Команды отложенного исполнения содержат условие, при выполнении которого команда будет исполнена. Условие исполнения может быть временное или логическое. Возможно задание комбинации временного и логического исполнения. 46

Классификация команд прямого управления Вызов функции Циклограммы КРЛ Директивы записи данных Команды прямого управления Классификация команд прямого управления Вызов функции Циклограммы КРЛ Директивы записи данных Команды прямого управления Команды задания режимов КА Команды Верхнего уровня Команды загрузки уставочных данных 47

Классификация команд отложенного управления Расписание БПП Верхний уровень управления Команды отложенного управления Функциональный уровень Классификация команд отложенного управления Расписание БПП Верхний уровень управления Команды отложенного управления Функциональный уровень Программновременное управление Загрузка уставочных данных для БПП Суточная программа полёта Расписание сеансов связи Команды с временем исполнения 48

Процесс передачи КПИ как многокомпонентный (векторный) процесс 1. Первая компонента – физическая, т. е. Процесс передачи КПИ как многокомпонентный (векторный) процесс 1. Первая компонента – физическая, т. е. для успешного осуществления процесса передачи КПИ необходимы: – – – источник электрического сигнала; среда для распространения электромагнитных колебаний; приемник электромагнитных колебаний (бортовая аппаратура радиосистемы управления и связи). 2. Вторая компонента – сигнальная: модулированные электрические и электромагнитные колебания. 3. Третья компонента – синтаксическая : необходимо, чтобы источник и приёмник КПИ использовали одинаковую дисциплину обмена, одинаковые формальные языки описания реализуемых полётных операций. 4. Четвертая компонента – семантическая т. е. в передаваемом сообщении , должно присутствовать содержательное описание полётной операции, заранее отсутствующее в памяти БКУ 5. Пятая компонента – прагматическая : необходимо наличие потребности в реализации полётной операции, обуславливающей необходимость передавать и принимать КПИ.

Система обмена КПИ как система передачи информационных сообщений Источник Канал связи Приёмник Кодирование 11. Система обмена КПИ как система передачи информационных сообщений Источник Канал связи Приёмник Кодирование 11. 02. 2018 Передатчик Помехи Декодирование Получатель

Структура МЦИ Управляющее слово записи Адрес Слово 1 … Слово N Контрольная сумма Слово Структура МЦИ Управляющее слово записи Адрес Слово 1 … Слово N Контрольная сумма Слово 1 Слово 2 Слово M 51

Структура МЦИ ( CCSDS) Первичный заголовок Вторичный заголовок Заголовок пакета Слова данных … Тело Структура МЦИ ( CCSDS) Первичный заголовок Вторичный заголовок Заголовок пакета Слова данных … Тело пакета Слова данных Контрольная сумма The Consultative Committee for Space Data Systems – CCSDS) «Space Packet Protocol CCSDS» 133. 0 -B-1 (Blue Book) http: //www. ccsds. org 52

Структура пакета CCSDS 15 14 Ver 13 12 11 T 10 8 7 0 Структура пакета CCSDS 15 14 Ver 13 12 11 T 10 8 7 0 S APID SF PSC PL Первичный заголовок TIME 0 TIME 1 TIME 2 TID CW … Вторичный заголовок … The Consultative Committee for Space Data Systems – CCSDS) «Space Packet Protocol CCSDS» 133. 0 -B-1 (Blue Book) http: //www. ccsds. org 53

Назначение полей заголовка пакета Поле заголовка Ver (3 бита) Назначение поля Номер версии пакета Назначение полей заголовка пакета Поле заголовка Ver (3 бита) Назначение поля Номер версии пакета CCSDS Тип пакета (рекомендуется использовать Т=1 для пакетов команд, Т=0 для T (1 бит) пакетов телеметрической информации). Флаг наличия вторичного заголовка пакета (если вторичный заголовок S (1 бит) присутствует, S = 1, иначе S = 0). Идентификатор прикладного процесса, которому адресован пакет, либо APID (10 бит) числовое имя пакета. Параметр может быть использован для идентификации пары «источник» - «приёмник» пакета. Флаг сегмента данных: Возможные значения: SF=0 - продолжение сегмента; SF (2 бита) SF=1 - первый пакет сегмента; SF=2 - последний пакет сегмента; SF=3 - несегментированные данные. Имя пакета или значение циклического счетчика пакетов, диапазон PSC (13 бит) допустимых значений 0 … 16383. PL Длина пакета. TIME 0… 2 Поле времени TID Флаг наличия времени CW Флаг наличия контрольной суммы пакета 54

1 пакет CCSDS, 9 ≤ N ≤ 64 1 2 КПИ 1 КПИ 2 1 пакет CCSDS, 9 ≤ N ≤ 64 1 2 КПИ 1 КПИ 2 КПИ 3 КПИ 4 3 КПИ 5 4 5 КСС Кадр 1 Кадр 2 Поле СК Кадр 3 Поле РК Кадр 4 Поле КПИ M слов Кадр 5 … Пакеты CCSDS длина ≤ 64 слова Покадровая передача КПИ (прямой канал) Кадр N ТЛФ, ПГ, служебная инф я 55

Квитанции КПИ (обратный канал) КСС Кадр 1 Кадр 2 Квитанци и СК Кадр 3 Квитанции КПИ (обратный канал) КСС Кадр 1 Кадр 2 Квитанци и СК Кадр 3 Квитанци и РК … Квитанции КПИ … … Кадр N ТМИ, ТЛФ, ПГ, служебная инф я КСС – кадровое синхрослово СК – служебные команды РК – разовые команды КПИ – командно-программная информация 11. 02. 2018 56

Структура команд управления 1 2 Адрес 3 4 5 6 7 8 9 10 Структура команд управления 1 2 Адрес 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 … … 24 Код команды Д Проверочный код Структура поля разовых команд Разряды 1. . 3 адрес команды Разряды 4… 11 код команды Разряд 12 дополнение до чётности Разряды 13… 24 проверочный код 57

Лекция 4 РАЗРАБОТКА БОРТОВЫХ ПРОГРАММ ПОЛЁТА КА 11. 02. 2018 58 Лекция 4 РАЗРАБОТКА БОРТОВЫХ ПРОГРАММ ПОЛЁТА КА 11. 02. 2018 58

Пример: вектор состояния Атрибут Значение Тип данных Идентификатор Номер формы 371 Целое Номер объекта Пример: вектор состояния Атрибут Значение Тип данных Идентификатор Номер формы 371 Целое Номер объекта 1 Целое Номер НУ 2160 Целое Номер расчета 1 Целое Виток 2463 Целое Время 16. 11. 06. 11. 38, 0000 Вещ. двойной точности TUTC_ASV Координата X -2944245. 53931 Вещ. двойной точности X_KA Координата Y -3239724. 27730 Вещ. двойной точности Y_KA Координата Z 5135217. 44333 Вещ. двойной точности Z_KA Координата VX 4300. 1522985500 Вещ. двойной точности VX_KA Координата VY -6214. 9490041100 Вещ. двойной точности VY_KA Координата VZ -1437. 2493386900 Вещ. двойной точности VZ_KA Балл. коэффициент 0. 03176 Вещ. двойной точности K_BAL F 81 Вещ. двойной точности F 81_AM 84 F Вещ. двойной точности F_AM 84 KP 11. 02. 2018 Вещ. двойной точности KP_AM 84 59

Формирование МЦИ «Программа – это алгоритмы плюс структуры данных» Н. Вирт Алгоритмы Базы данных Формирование МЦИ «Программа – это алгоритмы плюс структуры данных» Н. Вирт Алгоритмы Базы данных ДПП ИД 11. 02. 2018 ИМП МЦИ БФ БД БКУ 60

Исходные данные для формирования КПИ • Постоянные исходные данные (конструкторская документация – методики формирования Исходные данные для формирования КПИ • Постоянные исходные данные (конструкторская документация – методики формирования цифровой управляющей информации для БКУ, содержащие описания директив управления и алгоритмы кодирования управляющей информации для всех уровней управления, применяемых на конкретном КА; – документ, определяющий структуру базы данных формализованного описания бортовых переменных бортового комплекса управления (БД БКУ); • Переменные исходные данные – информация, содержащаяся в БД БКУ; – именованные массивы параметров (ИМП); • Оперативные исходные данные – детальный план полёта (ДПП) КА на участке орбитального полёта; – Стандартная баллистическая информация. 11. 02. 2018 61

База данных БКУ • Формализованные описания бортовых переменных, необходимых для осуществления функций управления и База данных БКУ • Формализованные описания бортовых переменных, необходимых для осуществления функций управления и контроля на всех уровнях управления КА – – – – – Тип переменной; Структура переменной (массив, структура, объединение и т. д. ); Инженерное название; Масштабный коэффициент; Начальное значение; Адрес (абсолютный, табличный и т. д. ); Текстовые тарировки; минимальное и максимальное допустимые значения, единица измерения; • Формализованные описания стандартных параметрических команд, задающих режимы и функции бортовых систем КА – Идентификатор команды; – Инженерное название; – Список параметров с указанием типов; 11. 02. 2018 • описание ТМ-кадров; 62

Именованные массивы параметров • Идентификатор ИМП; • Идентификатор параметрической команды, использующей ИМП при формировании Именованные массивы параметров • Идентификатор ИМП; • Идентификатор параметрической команды, использующей ИМП при формировании МЦИ; • Описания типов локальных переменных ИМП; • Описание данных; • Значения данных, которыми инициализируются локальные переменные. 11. 02. 2018 63

Разработка программ управления бортовыми системами Анализ ДПП на предмет выбора способа реализации ДПП по Разработка программ управления бортовыми системами Анализ ДПП на предмет выбора способа реализации ДПП по КРЛ Ввод и редактирование исходного текста бортовой программы управления Предварительная трансляция исходного текста, синтаксический и семантический контроль, раскрытие макрокоманд, подстановка и контроль актуальных значений переменных по данным БД БКУ, ИМП с формированием развёрнутого исходного текста Трансляция развёрнутого исходного текста, актуализация распределяемых ресурсов памяти для хранения и выполнения бортовых программ управления с учетом исходного состояния памяти БКУ на момент ввода МЦИ в БКУ. Моделирование динамики изменения ресурсов памяти БКУ в процессе ввода и исполнения бортовых программ. Запись МЦИ в базу данных 11. 02. 2018 64

Технология формирования МЦИ ДПП Последовательность задания режимов и функций бортовых систем, Идентификаторы и значения Технология формирования МЦИ ДПП Последовательность задания режимов и функций бортовых систем, Идентификаторы и значения параметров Редактор исходных текстов программ Архив макрокоманд БД БКУ Адресные характеристики переменных, параметры УВ Препроцессор ИМП Транслятор БД БНИ Модель ресурсов памяти БКУ 11. 02. 2018 Информация о состоянии памяти БКУ Запись МЦИ в базу данных 65

Бортовая программа полёта (полётное задание) Циклограмма 1 Циклограмма 2 Циклограмма 3 … Циклограмма N Бортовая программа полёта (полётное задание) Циклограмма 1 Циклограмма 2 Циклограмма 3 … Циклограмма N Директива 1_1 Директива 2_1 Директива 3_1 Директива 1_N Директива 2_1 Директива 2_2 Директива 3_2 Директива 2_N Директива 3_1 Директива 2_3 Директива 3_N Директива 4_1 Директива 2_4 Директива 3_4 Директива 4_N Директива 5_1 Директива 3_5 Директива 5_N Директива 6_1 Директива 3_6 Директива 6_N Директива 7_1 Директива 7_N Директива 8_1 Директива 8_N Директива 9_1 Директива управления – единичное указание 11. 02. 2018 66

Структура директив управления Управляющее слово директивы (код директивы) Адрес 1 [обязательный параметр] Адрес 2 Структура директив управления Управляющее слово директивы (код директивы) Адрес 1 [обязательный параметр] Адрес 2 [необязательный параметр] Параметры директивы 11. 02. 2018 67

Именованные массивы параметров Параметр Атрибуты ИМП Атрибуты БФ ВС_БФ 371 (ТВМ/ F 1_24) // Именованные массивы параметров Параметр Атрибуты ИМП Атрибуты БФ ВС_БФ 371 (ТВМ/ F 1_24) // Пример реализации Имя ИМП Собственное имя Запрос БФ=371 НУ=2600 ТЛГ=1; // Необязательно Имя УВ Идентификатор УВ по БД БКУ Данные ВС_МКС; Запрос БФ Атрибуты БФ GTUDB_X[0] = Блок данных начало Именованный массив данных X_KA, Y_KA, Z_KA, VX_KA; VY_KA, VZ_KA, K_BAL GTUDB_T = TUTC_ASV; Переменные Идентификаторы БД БКУ GTUDB_X[7] = F 81_AM 84, F_AM 84, KP_AM 84; Идентификаторы БФ Конец данных; Конец блока данных ИМП совместно с БФ и БД БКУ обеспечивают эффективное формирование МЦИ с контролем количества, типов числовых значений, подстановкой инженерных названий и текстовых тарировок независимо от версии ПО БВС. 11. 02. 2018 ДПП БД БКУ • Параметры УВ • Типы переменных • Инженерные названия • Текстовые тарировки • Атрибуты БФ • Имена УВ • Численные данные БФ • Численные данные ИМП МЦИ 68

Формирование УВ с использованием БФ Редактируемые атрибуты БФ ДПП Ввод ВС на виток NNNN Формирование УВ с использованием БФ Редактируемые атрибуты БФ ДПП Ввод ВС на виток NNNN 11. 02. 2018 МЦИ УВТ F 1_24(ВС_БФ 371) 69

Формирование МЦИ без использования БФ ДПП Ввод тарировочных хар-к ТМИ СК УВЦ F 4_38 Формирование МЦИ без использования БФ ДПП Ввод тарировочных хар-к ТМИ СК УВЦ F 4_38 с параметрами исх. №… 11. 02. 2018 МЦИ УВЦ F 4_38(ТАР_УС 23) 70

Лекция 5 ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ БОРТОВЫХ ПРОГРАММ ПОЛЁТА 11. 02. 2018 71 Лекция 5 ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ БОРТОВЫХ ПРОГРАММ ПОЛЁТА 11. 02. 2018 71

Виды бортовых программ полёта ДПП (полётные операции) Верхний уровень БПП РСС СПП ПВУ 11. Виды бортовых программ полёта ДПП (полётные операции) Верхний уровень БПП РСС СПП ПВУ 11. 02. 2018 Реализация целевой операции в виде последовательности режимов КА посредством исполнения предопределенных бортовых программ управления и актуальных уставочных данных Функциональный уровень Адаптация и расширение БПП для учета текущих операционных условий; Реализация основных рутинных операций и операций с целевыми нагрузками Приборный уровень Адаптация и расширение функций БС, тонкая настройка отдельных приборов для учета текущих условий эксплуатации, реализация нетиповых режимов и функций систем 72

Методы реализации отложенного управления • Команды с временем исполнения – Цифровые команды (в формате Методы реализации отложенного управления • Команды с временем исполнения – Цифровые команды (в формате CCSDS) с временем исполнения – Функциональные (директивные) команды с временем исполнения • Бортовые программы полёта – Циклограммы ПВУ (приборный уровень) – Суточные программы полёта (функциональный уровень) – Расписания сеансов связи – программа в табличной форме. – Бортовая программа полёта верхнего уровня 73

Директивы управления и директивы ЯОБПП • Директивы управления – числовые команды и их параметры, Директивы управления и директивы ЯОБПП • Директивы управления – числовые команды и их параметры, хранящиеся в ОЗУ БВС и исполняемые бортовыми интерпретаторами директив; • Директивы языка описания бортовых программ полёта (ЯОБПП) – операторы алгоритмического формального языка, описывающего временную и логическую последовательность исполнения директив управления. 74

Структура директив управления Управляющее слово директивы (код директивы) Адрес 1 [обязательный параметр] Адрес 2 Структура директив управления Управляющее слово директивы (код директивы) Адрес 1 [обязательный параметр] Адрес 2 [необязательный параметр] Параметры директивы 11. 02. 2018 75

Директивы управления (директивы действия) • • Вызов функции Команда Режим системы Запись – – Директивы управления (директивы действия) • • Вызов функции Команда Режим системы Запись – – Массива Поля битов Копирование данных Пакета (пересылка пакетов в БВС) • Арифметическая операция • Логическая операция 76

Директивы управления (директивы ожидания) • Временное условия • Логические условие без времени • Логическое Директивы управления (директивы ожидания) • Временное условия • Логические условие без времени • Логическое условие с временем 77

Общие директивы управления • Директивы резервирования памяти – Таблица данных (таблица локальных переменных) • Общие директивы управления • Директивы резервирования памяти – Таблица данных (таблица локальных переменных) • Директивы управления исполнением СП – Запуск – Останов – Условный переход – Безусловный переход 78

Структура полётного задания (суточной программы) на языке ЯОБПП Условие исполнения Заголовок СП Имя директивы Структура полётного задания (суточной программы) на языке ЯОБПП Условие исполнения Заголовок СП Имя директивы 1 Условие исполнения Имя директивы 2 … Условие исполнения … Имя директивы n 11. 02. 2018 Параметры директивы 1 Параметры директивы 2 … Параметры директивы n 79

Бортовая программа полёта в табличной форме Время Длительность Режим системы 1 Режим системы 2 Бортовая программа полёта в табличной форме Время Длительность Режим системы 1 Режим системы 2 Режим системы 3 80

Заголовок суточной программы • Условие запуска: – Временное условие запуска; – Нулевое условие запуска Заголовок суточной программы • Условие запуска: – Временное условие запуска; – Нулевое условие запуска (запуск при получении программы на борту) – Без запуска; • [Начальный адрес СП] – может отсутствовать в случае использования постоянного каталога и буфера СП в памяти бортового компьютера; • [Длина СП] – может отсутствовать в случае использования постоянного каталога и буфера СП в памяти бортового компьютера. 81

Трансляция исходного текста Строка на ЯОБПП Условие исполнения n Имя директивы 1 Параметры директивы Трансляция исходного текста Строка на ЯОБПП Условие исполнения n Имя директивы 1 Параметры директивы n ТРАНСЛЯЦИЯ ↓ Директива ожидания 1 Директива действия 1 Строка на ЯОБПП Условие исполнения 1 Имя директивы n Параметры директивы 1 ТРАНСЛЯЦИЯ ↓ Директива ожидания 1 11. 02. 2018 Директива действия 1 82

Лекция 7 ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ БОРТОВЫХ ПРОГРАММ ПОЛЁТА И ПРОГРАММ СЕАНСОВ СВЯЗИ 11. 02. 2018 Лекция 7 ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ БОРТОВЫХ ПРОГРАММ ПОЛЁТА И ПРОГРАММ СЕАНСОВ СВЯЗИ 11. 02. 2018 83

Разработка бортовых программ полёта КА • Синтаксис – набор правил построения фраз алгоритмического языка, Разработка бортовых программ полёта КА • Синтаксис – набор правил построения фраз алгоритмического языка, позволяющий определить осмысленные предложения в этом языке. Слово синтаксис происходит греческого Syntaxis – порядок. Язык – это множество «слов» , где «слово» есть определённая последовательность «букв» , или символов какогото заранее зафиксированного набора, или алфавита. Синтаксис языка – система правил, с помощью которых можно строить «правильные» последовательности «букв» . • Семантика языка – предполагает сопоставление словам языка некоего «смысла» или «значения» . • Прагматика языка связана с теми целями, которые ставит перед собой носитель языка. 11. 02. 2018 84

Язык описания данных (ЯОД) • • • ЗАГОЛОВОК : = ИМЯ_МАССИВА_ДАННЫХ(ИМЯ_МАШИНЫИМЯ_УВ); ИМЯ_МАССИВА_ДАННЫХ : = Язык описания данных (ЯОД) • • • ЗАГОЛОВОК : = ИМЯ_МАССИВА_ДАННЫХ(ИМЯ_МАШИНЫИМЯ_УВ); ИМЯ_МАССИВА_ДАННЫХ : = АБВГД…; ИМЯ_МАШИНЫ : = ЦВМ | ТВМ; ДИРЕКТИВА : = ИМЯ_ЗАГОЛОВКА | ДАННЫЕ | КД | = | ЗАПРОС; ТИП ПЕРЕМЕННОЙ : = БИТ | БАЙТ БЕЗЗНАКА | ЦЕЛОЕ ДЛИННОЕ | ЦЕЛОЕ БЕЗЗНАКА ДЛИННОЕ | ДРОБНОЕ ДЛИННОЕ; 11. 02. 2018 85

Директивы БПП функционального уровня НОЛЬ КОМ ИДЕНТ_КОМ РС ИДЕНТ_РЕЖ ПАР УВ ИДЕНТ_УВ воздействие) КРЛ Директивы БПП функционального уровня НОЛЬ КОМ ИДЕНТ_КОМ РС ИДЕНТ_РЕЖ ПАР УВ ИДЕНТ_УВ воздействие) КРЛ ИДЕНТ_МЦИ ОЦ N ЗЦ N ЕСЛИ УСЛОВИЕ БП МЕТКА ВЫХОД МЕТКА N 11. 02. 2018 // пустая директива // выдать команду // задать режим системы // вызвать ф ю системы (управляющее // выдать пакет данных в компьютер // Отбой (запрет) работы циклограммы // Запуск циклограммы // Условный переход // Безусловный переход // Завершение работы циклограммы // Метка номер N 86

Временное условие исполнения ТН 0 ТК 0 ТН 7 ТК 7 ТВИТ ЭКВ УТР Временное условие исполнения ТН 0 ТК 0 ТН 7 ТК 7 ТВИТ ЭКВ УТР ВЕЧ ВХ ВЫХ 11. 02. 2018 – время начала зоны 0°; – ремя окончания зоны 0°; в – время начала зоны 7°; – время окончания зоны 7°; – продолжительность витка (период обращения); – время экватора; – ремя утреннего терминатора; в – ремя вечернего терминатора; в – ремя входа в тень на орбите; в – ремя выхода из тени на орбите; в 87

Лекция 7 МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ КПУ 11. 02. 2018 88 Лекция 7 МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ КПУ 11. 02. 2018 88

Ошибки персонала управления ДОС «Мир» 89 Ошибки персонала управления ДОС «Мир» 89

11. 02. 2018 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 11. 02. 2018 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 Рост объёма КПИ по годам, тыс. слов 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 90

Предпосылки создания программнологических моделей БКУ • Введение в состав БКУ управляющих компьютеров, т. е. Предпосылки создания программнологических моделей БКУ • Введение в состав БКУ управляющих компьютеров, т. е. создание полностью цифровых БКУ; • Применение бортовых программ полёта, содержащих большое количество параллельно исполняющихся логико-временных циклограмм с ветвлениями по логическим условиям, условными и безусловными переходами; • Необходимость разработки и ввода в БКУ бортовых программ полёта оперативно, во время полёта КА. 91

Задачи, решаемые с использованием логических моделей БКУ • Моделирование распределения данных в ОЗУ бортового Задачи, решаемые с использованием логических моделей БКУ • Моделирование распределения данных в ОЗУ бортового управляющего компьютера; • Контроль физических значений числовых уставочных данных, закладываемых в БКУ по КРЛ в реальном времени; • Моделирование исполнения директив управления бортовыми интерпретаторами отложенного управления, закладываемыми в составе логико-временных циклограмм управления. 92

Моделирование в КПУ Модель Модели ОЗУ БВС Назначение Распределение ресурсов свободной памяти при формировании Моделирование в КПУ Модель Модели ОЗУ БВС Назначение Распределение ресурсов свободной памяти при формировании КПИ Интерпретатор Верификация КПИ на КПИ соответствие исходным данным (ДПП) Наземный комплекс отладки Моделирование в процессе трансляции Упрощенное моделирование БКУ Верификация КПИ и процедур Детальное моделирование управления по КРЛ на работы БКУ и бортовых систем соответствие исходным данным Комплексный Отработка процедур моделирующий управления по КРЛ стенд Комплексный стенд Особенности Детальное моделирование работы БКУ и бортовых систем с выдачей информации на штатные рабочие места ГОГУ Отработка протоколов обмена Высокоточное моделирование КПИ работы БКУ с реальными временными характеристиками 93 Специальные средства моделирования Привлекаемые средства моделирования

Наземный комплекс отладки • Эквивалент БВС КА; • Полётная версия программно-математического обеспечения БВС, в Наземный комплекс отладки • Эквивалент БВС КА; • Полётная версия программно-математического обеспечения БВС, в версии, соответствующей текущей версии ПМО, используемой на борту; • Средства ввода-вывода и отображения информации; • Управляющий вычислительный комплекс и программное обеспечение моделей окружающей среды, бортовых систем, включая модель командной радиолинии (КРЛ); • Средства сопряжения БВС и управляющего вычислительного комплекса; 94

Моделирование в КПУ Стенд (модель) Назначение Особенности Модели ОЗУ БВС Распределение ресурсов свободной памяти Моделирование в КПУ Стенд (модель) Назначение Особенности Модели ОЗУ БВС Распределение ресурсов свободной памяти при формировании КПИ Моделирование в процессе трансляции исходных текстов программ управления Интерпретатор КПИ Верификация КПИ на соответствие исходным данным (ДПП) Упрощенное моделирование работы БКУ Модель КРЛ Отладка СМО передачи КПИ, тренировки персонала ГКПУ Моделирование работы КРЛ и БКУ в части формирования квитанций на принятую КПИ Наземный комплекс отладки (НКО) Верификация КПИ и процедур управления по КРЛ на соответствие исходным данным Детальное моделирование работы БКУ и бортовых систем Комплексный моделирующий стенд (КМС) Отработка процедур управления по КРЛ Детальное моделирование работы БКУ и бортовых систем с выдачей информации на штатные рабочие места ГОГУ Комплексный стенд (КС) Отработка протоколов обмена КПИ Высокоточное моделирование работы БКУ с реальными временными характеристиками 11. 02. 2018 95

Задачи моделирования (1 я группа) • • • автоматическое назначение номеров циклограмм бортовой программы Задачи моделирования (1 я группа) • • • автоматическое назначение номеров циклограмм бортовой программы полёта; оптимизация использования ресурсов буфера, содержащего циклограммы с целью полного заполнения всех свободных зон ОЗУ, выделенных для хранения циклограмм; автоматический контроль распределения номеров циклограмм, буфера хранения массивов описания циклограмм в ОЗУ БВС для исключения возможности записи новых циклограмм «поверх» старых (неисполненных или хранящихся в буфере продолжительное время для повторного использования) – исключение несанкционированного «затирания» циклограмм; автоматический выбор возможных временны х зон для ввода МЦИ с циклограммами в ОЗУ БВС, выбор основного и резервных сеансов связи для ввода МЦИ; предоставления оператору возможностей управления хранением циклограмм в буфере. К ним относятся: удаление циклограмм с освобождением ресурсов буфера, которые они занимают, многократное использование циклограмм, длительное время хранящихся в ОЗУ; предоставления оператору информации о состоянии буфера циклограмм на момент ввода сформированного МЦИ в ОЗУ. 96

Задачи моделирования (2 я группа) • Обеспечение безопасности бортовой программы полёта - проверка корректности Задачи моделирования (2 я группа) • Обеспечение безопасности бортовой программы полёта - проверка корректности формирования управляющей цифровой информации; • Обеспечение выполнения запланированной программы полёты - проверка соответствия управляющей цифровой информации запланированной полетной операции или процедуре; • Предоставление оператору информации о времени наступления событий, запланированных в относительном времени (например, событий, привязанных к логическим условиям). 97

Модель каталога СПП Моделируемый параметр Номер канала Тип канала Признак разрешения использования Принимаемые значения Модель каталога СПП Моделируемый параметр Номер канала Тип канала Признак разрешения использования Принимаемые значения 1 … N Разовый|Суточный ДА|НЕТ Время начала исполнения канала Тн ДД-ММ-ГГГГ ЧЧ: ММ: СС Время окончания исполнения канала Тк ДД-ММ-ГГГГ ЧЧ: ММ: СС 98

Модель каталога ПВУ Моделируемый параметр Принимаемые значения Номер циклограммы 1 … N Длина циклограммы Модель каталога ПВУ Моделируемый параметр Принимаемые значения Номер циклограммы 1 … N Длина циклограммы в словах 3 … L Время начала исполнения циклограммы Тн ДД-ММ-ГГГГ ЧЧ: ММ: СС Время окончания исполнения циклограммы Тн ДД-ММ-ГГГГ ЧЧ: ММ: СС Признак удаления из каталога ДА|НЕТ 99

Модель буфера ПВУ Моделируемый параметр Принимаемые значения Номер циклограммы N Длина циклограммы в словах Модель буфера ПВУ Моделируемый параметр Принимаемые значения Номер циклограммы N Длина циклограммы в словах L Начальный адрес циклограммы Aн Конечный адрес циклограммы Aк Тип хранения циклограммы ПОСТ|ВРЕМ 100

Моделирование в технологическом цикле КПУ Начало Ввод исходных данных для формирования МЦИ Разработка МЦИ Моделирование в технологическом цикле КПУ Начало Ввод исходных данных для формирования МЦИ Разработка МЦИ (этап 1) Трансляция исходного текста циклограмм ПВУ Моделирование ПВУ 1 -я группа задач Коррекция исходных данных Анализ результатов моделирования Нет Согласен Да Запись МЦИ в базу данных 2 -я группа задач Нет Моделирование на интерпретаторе ПВУ Анализ разработанных МЦИ (этап 2) Анализ результатов моделирования Соответствие ДПП Да Завершение формирования МЦИ 101

Основной алгоритм интерпретатора 102 Основной алгоритм интерпретатора 102

Таблица событий интерпретатора КПИ Ц 1 T 1 Ц 2 T 2 КРЛ Tкрл Таблица событий интерпретатора КПИ Ц 1 T 1 Ц 2 T 2 КРЛ Tкрл РСС TРСС Пауза Tпауза 103

Алгоритм расчета времени 104 Алгоритм расчета времени 104

Интерпретатор БКУ 105 Интерпретатор БКУ 105

Организация непрерывного контроля достоверности КПИ 106 Организация непрерывного контроля достоверности КПИ 106

Эффективность КПУ и моделирования 107 Эффективность КПУ и моделирования 107

Матрица применения средств моделирования Модель НКО КМС КС Отработка документации Генерального конструктора + + Матрица применения средств моделирования Модель НКО КМС КС Отработка документации Генерального конструктора + + + Отработка СМО управления полётом + АРМ ГОГУ Операция Тренировки персонала управления + + Отработка оперативной документации + + Моделирование полётных операций + + Отработка управляющих воздействий + + Разбор нештатных ситуаций + + 11. 02. 2018 + + + 108

Средства моделирования Стенд (модель) Наземный комплекс отладки (НКО) Вид стенда Математическая модель бортовых систем Средства моделирования Стенд (модель) Наземный комплекс отладки (НКО) Вид стенда Математическая модель бортовых систем Режим использования Ежесуточный Комплексный Математическая моделирующий стенд модель бортовых (КМС) систем По плану подготовки к этапам ЛКИ В реальном времени полёта кораблей Комплексный стенд (КС) Электрический и геометрический аналог КА По плану подготовки к этапам ЛКИ Оперативно по запросу ГОГУ АРМы математического моделирования ГОГУ Математические модели объекта управления и окружающей среды Ежесуточный 11. 02. 2018 109

Лекция 8 ПЕРЕДАЧА КПИ В БКУ 11. 02. 2018 110 Лекция 8 ПЕРЕДАЧА КПИ В БКУ 11. 02. 2018 110

Передача КПИ с записью на КИП • Передача КПИ в память КИП до начала Передача КПИ с записью на КИП • Передача КПИ в память КИП до начала сеанса связи • Ограничена возможность выдачи команд, не предусмотренных программой сеанса связи • Невозможна повторная выдача отдельных команд • Невозможна оперативная смена программы сеанса связи • Не требуется широкополосный канал связи с КИП 111

Передача КПИ в реальном времени • Передача КПИ в БКУ непосредственно в ходе сеанса Передача КПИ в реальном времени • Передача КПИ в БКУ непосредственно в ходе сеанса связи в реальном масштабе времени • Нет ограничений по выдаче команд, не предусмотренных программой сеанса связи • Возможна повторная выдача отдельных команд и произвольной последовательности команд • Возможна оперативная смена программы сеанса связи • Требуется широкополосный канал связи в реальном времени 112

Язык описания программы сеанса связи (ЯОПСС ) [МЕТКА: ] ДИРЕКТИВА, ТЕХНОЛОГИЯ, УСЛОВИЕ, ПЕРЕХОД КАЛЕНДАРНОЕ Язык описания программы сеанса связи (ЯОПСС ) [МЕТКА: ] ДИРЕКТИВА, ТЕХНОЛОГИЯ, УСЛОВИЕ, ПЕРЕХОД КАЛЕНДАРНОЕ ВРЕМЯ = ПАУЗА | КВ. КВ = “ТН 0” | “ТК 0” | “ТН 7” | “ТК 7”|ДД”. ”ММ”. ”ГГГГ”. ”ЧЧ”: ”ММ”: ”СС. ДИРЕКТИВА = “ФК” | “СК” | “МЦИ” | “БП”. ФК = КОД_КОМАНДЫ | ИДЕНТ_КОМАНДЫ. СК = КОД_КОМАНДЫ | ИДЕНТ_КОМАНДЫ. МЦИ = ТИП_МЦИ ИДЕНТ_МЦИ ТИП_МЦИ = “ЦВМ” | “ТВМ” |”ТВМ_МОДУЛЬ”. ТЕХНОЛОГИЯ = “БК” |”КО”|”КП=”ЧИСЛО_ПОВТОРОВ = ” 1”|” 2”|” 3”|” 4”|” 5”|” 6”|” 7”|” 8”|9”. УСЛОВИЕ = “ЛУ=” “ДР” |” МЕТКА” |”НЕТ”. ПЕРЕХОД = УП=МЕТКА |”НЕТ”. СТОП 113

Таблица команд Идентификатор команды Код команды Название команды ВКЛ. ПРД 001 Включить передатчик КРЛ Таблица команд Идентификатор команды Код команды Название команды ВКЛ. ПРД 001 Включить передатчик КРЛ ПК_32 002 Vпк = 32 к. Бод ОК=4 ПК 003 Vок = 4 Vпк ВКЛ. ОБМЕН 004 Включить обмен с БВС ОТКЛ. ОБМЕН 005 Отключить обмен с БВС ОТКЛ. ПРД 006 Отключить передатчик КРЛ 114

Исходный текст ПСС М 0 М 1 М 2 СТАРТ ТН 7 РК ВКЛ. Исходный текст ПСС М 0 М 1 М 2 СТАРТ ТН 7 РК ВКЛ. ПРД П=00. 10 ФК ПК_32 РК ОК=4 ПК ФК ВКЛ. ОБМЕН МЦИ ЦВМ МЦИ ТВМ БП М 2 СТОП ТК 7 ФК ОТКЛ. ОБМЕН ФК ОТКЛ. ПРД СТОП БК КП=3 ТЕСТ 1 ТЕСТ 2 КП=3 БК БК КП=3 КО БК УП=М 2 ЛУ=ДР УП=М 1 ЛУ=М 0 УП=НЕТ 115

Программа работы КП 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 Программа работы КП 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 СТАРТ ТН 7 ФК 001 П=00. 10 ФК 002 ФК 003 ФК 004 МЦИ ЦВМ МЦИ ТВМ БП 12 СТОП ТК 7 ФК 005 ФК 006 СТОП БК ТЕСТ 1 ТЕСТ 2 БК БК КП=3 КО КП=3 БК УП=12 ЛУ=ДР УП=11 ЛУ=07 УП=НЕТ 116

Протоколы обмена КПИ • Транспортные протоколы – Пакетная передачи информации – Квитирование обмена на Протоколы обмена КПИ • Транспортные протоколы – Пакетная передачи информации – Квитирование обмена на транспортном уровне • Протокол прикладного уровня – Базируется на существующих протоколах обмена (использует их в качестве протоколов транспортного уровня) – Объектная передача информации, в качестве единицы информации (объектов КПУ) используются: • • Суточная программа полёта Расписание сеанса связи Бортовая программ полёта Циклограмма КРЛ – Квитирование обмена объектами КПУ 117

Протокол обмена КПИ обмен пакетами данных На примере ввода суточной программы полёта РС МКС Протокол обмена КПИ обмен пакетами данных На примере ввода суточной программы полёта РС МКС 11. 02. 2018 118

Протокол обмена КПИ обмен целевыми массивами ЦИ 11. 02. 2018 119 Протокол обмена КПИ обмен целевыми массивами ЦИ 11. 02. 2018 119

Структура телеметрических пакетов Телеметрический пакет в структуре CCSDS Телеметрический кадр 1 Телеметрический кадр 2 Структура телеметрических пакетов Телеметрический пакет в структуре CCSDS Телеметрический кадр 1 Телеметрический кадр 2 L ≤ 256 … Телеметрический кадр N 11. 02. 2018 120

Дисциплина обмена КПИ (транспортный уровень) Обратный канал БКУ КА Прямой канал Телеметрический массив Копия Дисциплина обмена КПИ (транспортный уровень) Обратный канал БКУ КА Прямой канал Телеметрический массив Копия принятого пакета Пакет КПИ Квитанция приёма пакета Квитанция обработки пакета ЦУП 11. 02. 2018 121

Дисциплина обмена КПИ (транспортный уровень) Обратный канал Телеметрический массив Копия принятого пакета Квитанция приёма Дисциплина обмена КПИ (транспортный уровень) Обратный канал Телеметрический массив Копия принятого пакета Квитанция приёма пакета Квитанция обработки пакета БКУ КА Код ответа: 0 – «ДА КРЛ» 1 – «НЕТ 1 КРЛ» 2 – «НЕТ 2 КРЛ» 3 – «НЕТ 3 КРЛ» 4 – «НЕТ 4 КРЛ» 5 – «НЕТ 5 КРЛ» 6 – «НЕТ 6 КРЛ» Прямой канал Пакет КПИ ЦУП 11. 02. 2018 122

Дисциплина обмена КПИ (транспортный уровень) Обратный канал Телеметрический массив Копия принятого пакета Квитанция приёма Дисциплина обмена КПИ (транспортный уровень) Обратный канал Телеметрический массив Копия принятого пакета Квитанция приёма пакета БКУ КА Код ответа: 40 – «ДА 40 КРЛ» 7 – «НЕТ 7 КРЛ» 8 – «НЕТ 8 КРЛ» 9 – «НЕТ 9 КРЛ» Прямой канал Пакет КПИ Квитанция обработки пакета ЦУП 11. 02. 2018 123

Коды ответа квитанций (приём пакета) Код ответа 0 (Да КРЛ) Текстовая тарировка Пакет доставлен Коды ответа квитанций (приём пакета) Код ответа 0 (Да КРЛ) Текстовая тарировка Пакет доставлен на борт 1 (Нет 1 КРЛ) Идёт обработка сегмента 2 (Нет 2 КРЛ) Некорректный пакет по КС Пояснение Положительная квитанция об успешном получении пакета в БВС Пакет не может быть принят, так как идёт обработка сегмента Некорректная контрольная сумма пакета 3 (Нет 3 КРЛ) Некорректный заголовок пакета 4 (Нет 4 КРЛ) Ошибка формирования пакета В заголовке пакета неверный параметр 5 (Нет 5 КРЛ) Нет места в буфере Переполнен буфер приёма пакетов 6 (Нет 6 КРЛ) Повторный ввод пакета Попытка ввода двух пакетов подряд с одинаковым циклическим номером (именем) пакета 11. 02. 2018 Неверная длина пакета 124

Коды ответа квитанций (обработка пакета) Код ответа Текстовая тарировка 40 (Да 40 Пакет обработан Коды ответа квитанций (обработка пакета) Код ответа Текстовая тарировка 40 (Да 40 Пакет обработан КРЛ) 7 (Нет 7 КРЛ) Ошибка обмена 8 (Нет 8 КРЛ) Нет обмена по шине 9 (Нет 9 КРЛ) Неверная директива КРЛ 11. 02. 2018 Пояснение Положительная квитанция об успешной обработки (исполнении) пакета в БВС При передаче пакета другим абонентам была получена квитанция, что пакет неправильный При передаче пакета другим абонентам не была получена квитанция Некорректный код или длина директивы, некорректный адрес или попытка записи при флагах запрета табличной адресации 125

Дисциплина обмена КПИ с моделированием в реальном времени ТМ-пакет 1 ТМ-пакет 2 ТМ-пакет 3 Дисциплина обмена КПИ с моделированием в реальном времени ТМ-пакет 1 ТМ-пакет 2 ТМ-пакет 3 Пакет КПИ Моделирование исполнения КПИ БД ТОП Моделирование исполнения КПИ по технологии интерпретатора КПИ с автоматическим декодированием исполнения УВ, записей по адресам с использованием корректных текстовых тарировок Отображение Документирование 11. 02. 2018 126

СПО обмена КПИ с моделирование в реальном времени • Обеспечивает автоматизированный контроль исполнения КПИ; СПО обмена КПИ с моделирование в реальном времени • Обеспечивает автоматизированный контроль исполнения КПИ; • Не зависит от командной радиолинии (требуется обмен КПИ в реальном масштабе времени с работой наземной станции КИС в режиме шлюза); • Обеспечивает возможность разработки программ сеансов связи (ПСС) с логическими условиями и переходами по значению заданных телеметрируемых параметров (по программной ТМИ), что минимизирует влияние человеческого фактора в реализации ПСС; 127

Обмен КПИ по временным и логическим условиям • Условия: – Большая продолжительность сеансов связи; Обмен КПИ по временным и логическим условиям • Условия: – Большая продолжительность сеансов связи; – Наличие формализованного описания телеметрических параметров; – Обмен КПИ между ЦУП и НКУ в реальном времени (без предварительной записи программы сеанса связи в память ОКИК); • Применимость: – Пилотируемые орбитальные станции; – ИСЗ на высоких орбитах (ГСО, ВЭО); – РБ на переходных орбитах (при наличии КРЛ в составе БРТК РБ); 128

Возможная схема построения системы КПУ перспективных модулей МКС 129 Возможная схема построения системы КПУ перспективных модулей МКС 129

Временные границы ввода СПП в БКУ Буфер СПП, 35 каналов СПП N-1 СПП N+1 Временные границы ввода СПП в БКУ Буфер СПП, 35 каналов СПП N-1 СПП N+1 Ввод СППN+1 M каналов T 1 T 2 T 0 T 1 СПП N+2 Ввод СППN+2 K каналов T 0 T 2 11. 02. 2018 130

Резервирование средств передачи КПИ ЦУП НКУ КА К-т 1 Линейка 1 КП 1 КС Резервирование средств передачи КПИ ЦУП НКУ КА К-т 1 Линейка 1 КП 1 КС 1 АПД 1 КИС 1 К-т 2 Линейка 2 КП 2 КС 2 АПД 2 Канал связи КИС 2 БА КИС К-т 3 Линейка 3 КП 3 БА КИС КС 3 АПД 3 Резервирование линеек ЦУП КИС 3 БА КИС Резервирование БА 131

Влияние архитектуры БВС на методы решения задач КПУ Тип БКУ Аналоговый БКУ КК первых Влияние архитектуры БВС на методы решения задач КПУ Тип БКУ Аналоговый БКУ КК первых поколений – «Восток» , «Восход» , «Союз» Комбинированный (дискретноаналоговый) БКУ ДОС «Салют-1… 6» , КК «Союз-Т» , «Союз. ТМ» , «Союз-ТМА» , «Прогресс М» Дискретный БКУ, цифровая система управления движением ДОС «Мир» Цифровой БКУ РС МКС Виды КПИ Разовые и числовые команды, отдельные МЦИ с уставочными данными МЦИ с бортовыми программами работы бортовых систем, разовые команды МЦИ с бортовыми программами работы и файлы данных 132

Цифровой БКУ – рост объёма КПИ • Высокоинтеллектуальный цифровой БКУ самостоятельно решает основные задачи Цифровой БКУ – рост объёма КПИ • Высокоинтеллектуальный цифровой БКУ самостоятельно решает основные задачи управления бортовыми системами и не нуждается в управлении из ЦУП при решении рутинных задач управления бортовыми системами • Интеллектуализация БКУ расширяет его функциональные возможности, но требует увеличения объёма информации, передаваемой из ЦУП в БКУ, содержащей многоуровневые программы полёта и данные, необходимые для их реализации 133

11. 02. 2018 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 11. 02. 2018 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 Рост объёма КПИ по годам, тыс. слов 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 134

Характеристики КПИ Качественные • КА 1 го поколения (аналоговый БКУ): – – • Ограниченное Характеристики КПИ Качественные • КА 1 го поколения (аналоговый БКУ): – – • Ограниченное количество функциональных команд (несколько десятков) Отдельные обобщённые команды КА 2 го поколения (дискретный БКУ) – – – • Количественные Функциональные команды (256 команд) Отдельные обобщенные команды Числовые команды (несколько десятков МЦИ) КА 3 го поколения (цифровой БКУ) – – Массивы данных с описаниями суточных программ полёта (10 20 типов программ) Параметрические управляющие воздействия (несколько тысяч прототипов) 135

Усложнение управления полетом ПКА Кол-во операций Кол-во управляющих воздействий Количество ТМпараметров «Восток» 1961 5 Усложнение управления полетом ПКА Кол-во операций Кол-во управляющих воздействий Количество ТМпараметров «Восток» 1961 5 48 400 Сеансное управление одиночным объектом Особенности управления полетом «Союз» 1966 30 256 1000 Управление разовыми и числовыми командами; с 1979 г. цифровой и аналоговые контуры управления «Мир» 1986 500 4096 14000 «Суточное» управление различными объектами 5 000 >8000 Многоуровневые и многовариантные программы 30000 Распределенное управление из ЦУП-Х и ЦУП-М 94 000 >12000 Многоуровневые и многовариантные программы более 50000 Распределенное управление из нескольких центров МКС 1998 МКС 2010 136