CC BY
60
УДК 681.5.034
В.М. Артюшенко
д-р техн. наук, профессор, кафедра информационных технологий и управляющих систем, ГБОУ ВПО Московской области «Финансово-технологическая академия», г. Королев
Б.А. Кучеров
аспирант, кафедра информационных технологий и управляющих систем, ГБОУ ВПО Московской области «<Финансово-технологическая академия», г. Королев
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НАРАЩИВАНИЯ ГРУППИРОВКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ
Аннотация. В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с анализом влияния наращивания группировки космических аппаратов на распределение средств управления. Предложены подходы к прогнозированию нагрузки на орган планирования при распределении средств управления космическими аппаратами.
Ключевые слова: автоматизированная система, планирование, информационный обмен, космический аппарат, конфликтная ситуация.
V.M. Artyushenko, Financial and Technological Academy, Korolev
B.A. Kucherov, Financial and Technological Academy, Korolev
ANALYSIS OF INFLUENCE OF THE SPACECRAFT CONSTELLATION GROWTH ON THE CONTROL
STATIONS DISTRIBUTION
Abstract. This article discusses issues related to the analysis of the influence of spacecraft constellation growth on the control stations distribution. The approaches to the prediction of the planning authority load during the allocation of control stations are proposed.
Keywords: automated system, planning, information exchange, spacecraft, conflict situation.
В настоящее время в соответствии с Федеральной космической программой России на 2006-2015 годы идет бурное наращивание группировки космических аппаратов (КА), что вместе с использованием малопунктной (2-4 наземных пункта) технологии управления КА предъявляет новые требования к процессу управления группировкой КА [1, 2].
Средства управления, с помощью которых осуществляется управление группировкой КА, являются средствами коллективного доступа. Средства управления представляют собой унифицированные командно-измерительные станции, предназначенные как для передачи на КА командно-программной информации, так и для приема с КА телеметрической информации и ряда других задач. Одни и те же средства могут использоваться для управления КА различного назначения. Для обеспечения бесконфликтного использования средств управления необходимо централизованное их распределение, осуществляемое единым органом - органом планирования. Заметим, что связь между КА и средством управления может осуществляться только в зонах радиовидимости (ЗРВ) [2].
Результаты распределения средств управления КА реализуются в разрабатываемых планах задействования средств и последующих управляющих воздействиях в виде распоряжений на задействование средств управления [2]. При увеличении числа КА в условиях ресурсных ограничений возрастает нагрузка на средства управления, что приводит к увеличению количества конфликтных ситуаций. Под конфликтной ситуацией, с точки зрения распределения средств управления, понимается ситуация, когда возникает необходимость задействования одних и тех же средств в одно и тоже время для разных КА, а также противоречие заявки существующим ресурсным ограничениям [2].
Заметим, что распределение средств управления (РСУ) КА является одной из основных составляющих процесса управления группировкой КА. В связи с этим к указанному процессу
также предъявляются новые требования, в том числе в части оперативности. Повысить оперативность РСУ КА позволила вновь разработанная автоматизированная система (АС) РСУ КА. Среди функций разработанной АС можно выделить: информационный обмен органа планирования с абонентами, формирование и коррекцию плана задействования средств, формирование отчетов и статистическая обработка данных о работе средств управления КА [2].
Центральным элементом разработанной АС является база данных. В качестве системы управления базами данных на этапе принятия проектных решений была выбрана система управления базами данных Oracle редакции Standard Edition с опций Real Application Cluster. Программное обеспечение АС РСУ КА разработано в среде Embarcadero RAD Studio XE2, с использованием Devart Oracle Data Access Components, Developer Express VCL, FastReport. Для создания объектов базы данных (хранимых процедур, функций, представлений, триггеров и т.д.) использовался Oracle SQL Developer.
Распределение средств управления КА осуществляется на основании заявок на их задействование, поступающих от центров управления полётом КА. Каждая заявка сопровождается требованиями со стороны центров управления полётом КА (по уровню важности проведения той или иной операции на объекте и т.п.), т.е. приоритетностью. По мере увеличения числа КА, находящихся на орбите, возрастает и число заявок [2]. Указанное обстоятельство, а также возрастание количества конфликтных ситуаций, приводит к увеличению нагрузки на орган планирования при распределении средств управления КА.
Автоматизация информационного обмена с абонентами позволяет значительно сократить нагрузку на операторов органа планирования по вводу данных, поступающих от абонентов, и подготовке данных для передачи абонентам. В условиях наращивания группировки КА и, как следствие, возрастания информационных потоков при распределении средств управления, данная проблема является достаточно важной.
Для обеспечения автоматизированного информационного обмена с абонентами различной степени подготовленности было предложено использовать три варианта организации обмена [2, 3]. Первый вариант - обмен через программу-клиента, устанавливаемую на стороне абонента. Второй вариант - обмен непосредственно между базами данных органа планирования и абонента. Третий вариант - передача xml-документов. Достоинством первого варианта является простота и оперативность организации информационного обмена. К достоинствам двух других вариантов относится интеграция обмена в работу программного обеспечения абонентов. Это позволяет снизить нагрузку по вводу данных на операторов абонентов. При этом третий вариант в наибольшей степени позволяет унифицировать обмен органа планирования с абонентами. Из недостатков можно отметить необходимость доработки программного обеспечения абонентов для реализации информационного обмена с органом планирования.
Проанализировав все варианты обмена, можно сделать вывод, что наиболее предпочтительным является организация обмена посредством передачи xml-документов. Схема данного варианта обмена представлена на рис. 1 [2], где: БД - база данных, ПО - программное обеспечение, ПК - персональный компьютер.
Для прогнозирования нагрузки на орган планирования при РСУ КА, в условиях наращивания группировки, может быть использована модель полёта КА по низкой орбите, описанная в [4]. Указанная модель позволяет рассчитывать зоны радиовидимости КА средствами управления. Из рассчитанных зон радиовидимости могут быть отобраны по 3 зоны на каждый КА и может быть принято, что сеансы связи запланированы на отобранные зоны. Количество зон радиовидимости для отбора обусловлено тем, что для управления большинством КА на этапе штатной эксплуатации требуется в среднем по 3 сеанса связи в сутки.
В качестве критерия для отбора зон радиовидимости может выступать угол места. Это вызвано тем, что, с точки зрения баллистических характеристик, зоны с наибольшим значением
угла места являются наиболее подходящими для проведения сеансов связи. Другой подход к отбору зон может заключаться в их случайном выборе из множества пригодных для проведения сеансов связи. Пригодность зоны к проведению сеанса связи определяется значениями угла места, её длительностью и прочими факторами.
Рисунок 1 - Схема информационного обмена органа планирования с внешними абонентами хт1-документами
Для прогнозирования нагрузки на орган планирования при РСУ КА был проведен расчет ЗРВ по 35 КА для 4 наземных пунктов на двухнедельный интервал. Для отбора ЗРВ для сеансов связи был применен первый из вышеописанных подходов. Для полученной выборки ЗРВ было рассчитано количество конфликтных ситуаций. Полученная зависимость количества конфликтных ситуаций от числа КА представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Зависимость количества конфликтных ситуаций от числа КА
Таким образом, при увеличении числа КА возрастание количества конфликтных ситуаций будет иметь прогрессирующий характер. Как следствие, нагрузка на орган планирования при РСУ КА также будет возрастать прогрессирующе.
Помимо числа КА, на количество конфликтных ситуаций может влиять состояние КА, а также состав и состояние средств управления КА. Влияние состояния КА на количество кон-
фликтных ситуаций обусловлено тем, что в зависимости от состояния КА может проводиться больше или меньше сеансов связи в сутки. Влияние состояния средств заключается в том, что при неисправности какого-либо средства нагрузка на оставшиеся исправные средства возрастает, вследствие чего также увеличивается количество конфликтных ситуаций.
Для снижения нагрузки по разрешению конфликтных ситуаций и для повышения оперативности данного процесса может быть использован алгоритм автоматизированного разрешения конфликтных ситуаций [5], с использованием системы приоритетности. Несмотря на очевидные достоинства, данный алгоритм имеет и недостаток: он позволяет разрешить конфликтную ситуацию лишь путем исключения из плана задействования средств конфликтного сеанса связи. Однако исключаемый сеанс может быть перенесен оператором на резервную зону радиовидимости - исходя из данных, представляемых АС РСУ КА [2]. Заметим, что использование АС РСУ КА позволяет полностью исключить возможность составления плана задействования средств с конфликтными ситуациями [2].
Помимо этого, разработанная АС РСУ КА представляет оператору наглядные средства индикации конфликтных ситуаций. При просмотре проекта плана задействования средств в табличном виде по каждому сеансу связи, участвующему в конфликтных ситуациях, отображается причина возникновения такой ситуации (например, с каким сеансом конфликтует данный сеанс связи). При просмотре плана в виде диаграммы также осуществляется индикация конфликтных ситуаций. При этом отображаются зоны радиовидимости, на которые может быть перепланирован конфликтующий сеанс связи.
Таким образом, наращивание группировки КА приводит к прогрессирующему возрастанию нагрузки на орган планирования при распределении средств управления космическими аппаратами. Возрастание нагрузки обусловлено как увеличением информационных потоков, так и ростом количества конфликтных ситуаций. Дальнейшее повышение оперативности распределения средств управления КА, в условиях наращивания группировки КА и, как следствие, возрастания количества конфликтных ситуаций, возможно путем развития возможностей АС РСУ КА по разрешения конфликтных ситуаций.
Список литературы:
1. Артюшенко В.М. Анализ систем управления космическим летательным аппаратом [Текст] / В.М. Артюшенко, М.И. Видов // Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT-2011): сб. статей II Междунар. заоч. науч.-техн. конф. / Поволж. гос. ун-т сервиса. - Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2011. - С. 18-29.
2. Артюшенко В.М. Повышение оперативности бесконфликтного управления группировкой космических аппаратов в условиях ресурсных ограничений [Текст] / В.М. Артюшенко, Б.А. Кучеров // Электротехнические и информационные комплексы и системы / Уфим. гос. ун-т экономики и сервиса. - Уфа, 2013. - Т. 9, № 3 - С. 59-66.
3. Артюшенко В.М. Повышение эффективности оперативного управления группировкой космических аппаратов в условиях ресурсных ограничений [Текст] / В.М. Артюшенко, Б.А. Кучеров // Алгоритмические и программные средства в информационных технологиях, радиоэлектронике и телекоммуникациях: сб. статей I Междунар. заоч. науч.-техн. конф.: ч. 1 / Поволж. гос. ун-т сервиса. - Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2013. - С. 244-249.
4. Кучеров Б.А. Имитационная модель полета искусственного спутника Земли по низкой орбите [Текст] / Б.А. Кучеров, В.Б. Коптев // XII Ежегодная научная конференция студентов Королёвского института управления, экономики и социологии «Ресурсам области - эффективное использование». - Королёв МО: Королёв. ин-т упр., экономики и социологии. - 2012. - С. 121125.
