Разработка системы визуального наблюдения

На первом этапе летных испытаний космических аппаратов (КА) различного класса важнейшей задачей является оперативный контроль состояния КА, в том числе и контроль за трансформируемыми конструкциями. В настоящий момент на российском рынке космической техники отсутствует аппаратура, способная выполнить указанную задачу.

Задача по мониторингу трансформируемых систем была поставлена в рамках создания КА «Енисей-А1». Кроме того, при создании системы визуального наблюдения заказчиком (АО «ИСС») было предложено реализовать дополнительный функционал, включающий в себя не только мони-

торинг трансформируемых систем, но и мониторинг температурного фона поверхности КА и его отдельных частей посредством фотографирования поверхности КА в инфракрасном диапазоне.

Задачи системы визуального наблюдения

Задачи, выполняемые системой визуального наблюдения включения, включают:

• -    фотографирование поверхности КА в видимом диапазоне в автоматическом режиме или по команде;

• -    фотографирование поверхности КА в инфракрасном диапазоне в автоматическом режиме или по команде;

• -    хранение снимков в памяти;

• -    передачу снимков внешним абонентам.

Структура системы визуального наблюдения

Анализ поставленных задач привел к тому, что для построения системы визуального наблюдения была выбрана модульная структура, которая включала в себя центральный моноблок (ЦМБ) и блоки регистрации данных (БРД). Структурнофункциональная схема системы визуального наблюдения приведена на рис. 1.

Выбранная схема позволяет выполнять мониторинг поверхности КА и трансформируемых 46    систем в различных точках КА, при этом со сторо ны приборов КА всё информационно-логическое взаимодействие строится через ЦМБ СВН, как с единым прибором. Такой подход позволяет избавиться от большого числа абонентов, подключаемых к информационно-логической сети КА.

Задачи и состав модулей СВН

Задачи БРД:

• -    обеспечение фотографирования в визуальном диапазоне с заданными параметрами;

• -    обеспечение фотографирования в инфракрасном диапазоне с заданными параметрами;

• -    хранение и передача снимков в ЦМБ.

Исходя из поставленных задач, в состав БРД включили:

• 1)    модуль формирования изображений (МФИ), включающий в свой состав камеры видимого и инфракрасного диапазонов;

• 2)    универсальная поворотная платформа (УПП), которая совместно с камерами МФИ призвана обеспечить требования по углам обзора.

Задачи ЦМБ:

• -    управление питанием БРД;

• -    сбор данных с БРД;

• -    сжатие и передача данных внешнему потребителю;

• -    хранение снимков в сжатом формате.

Исходя из поставленных задач, в состав ЦМБ включили:

• 1)    Flash NAND – устройство хранения данных;

• 2)    устройство управления (УУ), включающее в себя центральный процессор, ОЗУ, внутренний коммутатор SpaceWire [1];

• 3)    модуль управления питанием (МУП);

• 4)    контроллер SpaceWire, обеспечивающий связь с внешними абонентами.

С учетом объема передаваемой информации между модулями СВН, а также количества возможных абонентов (до 16) в качестве внутренне -го интерфейса был выбран интерфейс SpaceWire с транспортным протоколом RMAP [2–3].

Стыковкас внешними абонентами

В качестве внешнего интерфейса в соответствии с требованиями заказчика был также выбран SpaceWire с транспортным протоколом RMAP, но при необходимости его можно заменить на любой другой.

Рис. 1. Структурно-функциональная схема системы визуального наблюдения (СВН)

Одной из проблем, с которой столкнулись при разработке СВН, был большой объем информации, необходимый для передачи на Землю по каналу управления КА. Информативность современных каналов управления КА составляет 8000 бит/с (для некоторых КА 32000 бит/с). С учетом современных возможностей каналов управления изображение размером 96 Кбайт будет передаваться приблизительно за 330 кадров телеметрии, или за 165 секунд (при информативности 8000 бит/с). Однако средства канала управления КА не могут в настоящий момент обеспечить непрерывный прием (без пропуска принимаемых кадров телеметрии) такого количества информации, вследствие чего восстановление изображения наземными средствами становится затруднительным.

Для решения этой проблемы было предложено два варианта решения:

• 1)    интегрировать передаваемую информацию в высокоскоростные каналы полезной нагрузки КА;

• 2)    уменьшить объем передаваемой информации.

Первый вариант несет множество трудностей организационного характера, связанных с передачей информации от пользователя КА (эксплуатирующей организации) к организации, обеспечивающей оперативный контроль за КА (в данном случае АО «ИСС»), а также с размещением информации от системы визуального наблюдения внутри пакетов информации полезной нагрузки.

Исходя из вышеизложенного, был выбран второй вариант решения проблемы, для чего разработаны алгоритмы сжатия информации и её передачи на наземные средства управления космическими аппаратами порционно [4–5].

Разработка системы визуального наблюдения

Масса и габариты

ЦМБ – 6 кг;

БРД (1 комплект) – 4 кг;

ЦМБ (ДхШхВ) – 200х200х300 мм;

БРД (ДхШхВ) – 200х200х300 мм.

Технические характеристики

Количество ТМ-датчиков – 4, а именно:

• -    2 аппаратных параметра (0-6В): включение 1-го комплекта, включение 2-го комплекта;

• -    2 температурных параметра: температура

1-го комплекта, температура 2-го комплекта.

Количество команд управления - 3, с харак-     47

теристиками:

• -    амплитуда от 22 до 31 В;

• -    длительность от 40 до 150 мс;

• -    суммарный ток утечки ключей формирования команд в закрытом состоянии не более ±200 мкА.

Интерфейсы информационного обмена: в качестве внутреннего интерфейса обмена (между ЦМБ и БРД) выбран интерфейс SpaceWire, в качестве внешнего интерфейса обмена – интерфейс SpaceWire с поддержкой протокола обмена RMAP, поддержка других протоколов обмена может быть реализована путем доработки прошивки ЦМБ СВН.

Характеристики камеры

Горизонтальный угол обзора с учетом возможностей унифицированной поворотной платформы: ±180°.

Вертикальный угол обзора с учетом возможностей унифицированной поворотной платформы: ±155°.

Общий вид и краткие характеристики СВН

Внешний вид ЦМБ и БРД приведен на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 2. Внешний вид ЦМБ

Рис. 3. Внешний вид БРД

Камера визуального диапазона:

• -    разрешающая способность камеры 1032х779 пикселей;

• -    матрица размером 1/3 дюйма;

• -    цветность: черно-белая в градациях серого (8, 10, 12 бит);

• -    скорость: 40 кадров в секунду;

• -    объектив: опционально;

• -    размер кадра: 640x480 - 48 Кбайт, 1024x768 – 96 Кбайт.

• -    Камера инфракрасного диапазона:

• -    термочувствительность: 0,6 °С;

48       - размер матрицы ИК-детектора: 160x120 то чек;

• -    температурный диапазон: -40 °С...+100 °С;

• -    максимальное расстояние до объекта измерения: 5 м.

Заключение

Выбранный способ построения системы визуального наблюдения, а также технические решения, выбранные при её разработке, позволяют выполнить поставленную задачу в полном объеме, что было подтверждено при проведении лабораторно-отладочных испытаний СВН.

Лабораторно-отладочные испытания СВН проведены в полном объеме и завершены с положительными результатами.

В дальнейшем планируется усовершенствование программного обеспечения в части обработки получаемой с камер информации с использованием разработанных алгоритмов сжатия.

Разработка продолжается.