В.Е. Гершензон, А.А. Кучейко Стандартизация оборудования станций приема данных ДЗЗ
В.Е. Гершензон, А.А. Кучейко(ИТЦ «СканЭкс»)
Существующие международные стандарты носят рекомендательный характер, но стремление присутствовать на международном рынке космической информации делает их де-факто законодательными нормами для гражданских и коммерческих программ ДЗЗ
Международная стандартизация параметров и систем спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) стала объективной реальностью в связи с развитием мирового рынка космической информации и появлением большого числа программ ДЗЗ в различных странах.
Стандартизации подверглись частотные характеристики и структурные параметры радиолиний, что обеспечивало возможность использования одной и той же наземной станции для приема и обработки информации со спутников различных программ ДЗЗ. Несмотря на то, что существующие международные стандарты носят рекомендательный характер, стремление присутствовать на международном рынке космической информации делает их де-факто законодательными нормами для гражданских и коммерческих программ ДЗЗ.
Радиолинии передачи данных
Понятие линий передачи данных связано с коммуникационной архитектурой. Исходя из функционального предназначения космических аппаратов (КА), различают следующие типы коммуникаций в космических системах:
передача команд, телеметрии и траекторные измерения (КТТИ);
сбор данных (специальной информации или изображений от съемочной аппаратуры);
передача данных через КА-ретрансляторы (в качестве данных могут выступать КТТИ и специальная информация съемочной аппаратуры).
В зависимости от схемы распределения данных выделяют два основных типа конфигурации: от точки к точке и циркулярное оповещение (от одного всем).
Диапазоны частот для передачи данных на Землю
По мере развития радиотехники и увеличения объема передаваемой с космических аппаратов информации осваивались все более высокочастотные диапазоны электромагнитного спектра. В настоящее время для передачи информации по радиолиниям с борта КА ДЗЗ и метеосъемки используются следующие диапазоны радиочастот:
ОВЧ (135 150 МГц) и УВЧ (400 470 МГц);
L (1670 1990 МГц);
S (2000 2300 МГц);
Х (7450 8400 МГц);
Ku (13,75 15,35 ГГц, используется в межспутниковой связи);
Ka (25,5 27,0 ГГц).
Основные диапазоны частот, применяемые в радиолиниях «Борт Земля» спутников ДЗЗ и метеосъемки, приведены в табл. 1. Стоит заметить, что некоторые государства используют частоты, отличные от указанных. Так, китайские КА ДЗЗ применяют для передачи данных КТТИ частоту 180 МГц, а для метеоданных 480 МГц.
Таблица 1. Основные диапазоны частот, применяемые в радиолиниях КА ДЗЗ и метеосъемки
Диапазон частот ОВЧ/УВЧ применялся в системах ДЗЗ в 1960-х годах, в настоящее время используется ограниченно для автоматической низкоскоростной передачи обзорных метеоизображений (формат АРТ), данных от автоматических датчиков сбора информации и сигналов бедствия, двусторонней связи с микро- и миниспутниками ДЗЗ, а также для передачи данных КТТИ в командно-измерительных комплексах некоторых стран (Россия, Китай).
Радиолинии L-диапазона частот используются для передачи метеоизображений с разрешением около 1 км с полярных и геостационарных спутников NOAA, «Метеор» (Россия), FY (Китай), GOES, METEOSAT (ESA), MTSAT (Япония).
Радиолинии S-диапазона широко используются с 1970-х годов для передачи команд, телеметрии, а также сбора данных ДЗЗ по среднескоростным каналам связи (1 15 Мбит/с), это, например, камера MSS спутников Landsat-4, -5 (США), камеры спутников DMC и DMSP (США).
Радиолинии X-диапазона широко применяются в международной практике в качестве основных линий передачи средне- и высокоскоростных потоков данных (до 320 Мбит/с) с борта спутников практически всех основных космических систем ДЗЗ на наземные станции. Характеристики радиолиний передачи информации со спутников крупнейших программ ДЗЗ приведены в табл. 2, где РМВ реальный масштаб времени, ЗУ запоминающее устройство.
Таблица 2. Характеристики радиопередатчиков систем ДЗЗ
В системах межспутниковой ретрансляции данных используются диапазоны S (2 2,3 ГГц), Ku (13 15 ГГц) и Ka (23 28 ГГц). В связи с увеличением информативности космических датчиков дистанционного зондирования решением Международного союза электросвязи ITU полоса диапазона частот Кa (25,5 27,0 ГГц) выделена для радиолиний высокоскоростной передачи данных в направлении «Борт Земля». Впервые в практике ДЗЗ радиолинии передачи данных Ка-диапазона планируется использовать в перспективной метеорологической системе США NPOESS.
Стандарты передачи команд, телеметрии и данных
Функции проведения траекторных измерений, передачи командно-программной информации и приема телеметрии обычно возложены на национальные командно-измерительные комплексы (КИК). На борту спутников устанавливаются устройства приема команд и формирования телеметрических сигналов, соответствующие национальным стандартам и аппаратуре КИК. Большая часть современных КА ДЗЗ применяет для передачи данных КТТИ радиолинии S-диапазона.
В США используется командно-телеметрическая аппаратура нескольких стандартов:
агентства NASA USB (Unified S-Band) для всех гражданских спутников NASA и многих коммерческих спутников;
ВВС США SGLS (Space Ground Link System) для большинства военных и военно-экспериментальных спутников Министерства обороны США;
TDRS (агентства NASA) для всех гражданских спутников NASA, обслуживаемых системой межспутниковой передачи данных TDRSS;
CDLS (Common Data Link System) для обеспечения разведывательных КА.
Стандарты командно-телеметрической аппаратуры КА США в S-диапазоне частот приведены в табл. 3.
Таблица 3. Стандарты командно-телеметрической аппаратуры КА США в S-диапазоне частот
В 1987 г. был введен единый международный протокол передачи командной и телеметрической информации CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems). Впервые он был реализован на спутнике ERS-1 Европейского космического агентства (ESA) в 1991 г.
В настоящее время практически все КА ДЗЗ оснащаются аппаратурой передачи данных по радиолиниям, удовлетворяющим протоколу CCSDS: RADARSAT-1 (Канада), RocSat-1 (Тайвань), американские Landsat-7, Terra, Aqua, MTI, EO-1, KOMPSAT-1 (Корея), ADEOS-2 (Япония), а также перспективные КА COSMO (Италия), Pleiades (Франция), TerraSAR-Х (Германия), MetOp-1 и др. Благодаря CCSDS оборудование одной станции может с минимальными модификациями принимать и обрабатывать данные от различных КА ДЗЗ. В качестве альтернативных протоколов, применяемых в некоторых национальных проектах, можно назвать TDM и SLE.
Относительно новым способом является передача информации в формате IP (Internet Protocol), значительно ускоряющая обработку и представление данных. Впервые в практике ДЗЗ такой формат передачи был успешно реализован при радиообмене данными с британским миниспутником UoSat-12.
Наземные станции приема данных ДЗЗ
Развитие технологий, особенно в течение последних 10 15 лет, существенно повлияло на облик наземных приемных комплексов. На место дорогостоящих систем с капитальными конструкциями и крупногабаритными антеннами диаметром 10 15 м пришли малоразмерные недорогие комплексы с антеннами диаметром 2 3 м.
Развитие рынка данных ДЗЗ и демократизация доступа к космической информации благотворно отразились на рынке приемных комплексов. В связи с увеличением числа программ дистанционного зондирования Земли вырос спрос на универсальные комплексы приема сигналов радиолиний Х-диапазона частот. Операторы существующих центров ДЗЗ модернизируют уже действующие приемные комплексы под форматы радиолиний новых спутников.
Станция «УниСкан-36» с антенной диаметром 3,6 м в Московском центре
В связи с большой практической значимостью информации MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer сканирующий спектрорадиометр среднего разрешения) спутников серии EOS создана крупнейшая международная сеть из 110 упрощенных малоразмерных комплексов Х-диапазона, которая обеспечивает сбор данных MODIS в реальном масштабе времени. Четвертая часть этих станций разработана и изготовлена в России ИТЦ «СканЭкс».
Развитие приемных комплексов в 1970 1990-х годах шло по пути универсализации крупногабаритных специализированных станций. Комплекс на базе ТНА-57 с антенной диаметром 12 м (Приозерск, Республика Казахстан) в советский период применялся для полигонных испытаний и сопровождения объектов в S-диапазоне частот. В результате модернизации, проведенной ИТЦ «СканЭкс» в 2004 г., обеспечена возможность приема данных с КА IRS-1C, -D и «Метеор-3М»-1 в Х-диапазоне частот
В некоторых странах для оперативного распространения данных космической съемки Земли используются технологии телевещания. После обработки в центрах ДЗЗ космические изображения транслируются через геостационарные спутники телевещания на сеть станций потребителей, оснащенных малогабаритными антеннами приема телевизионных программ. Такие сети созданы, например, в Европе для трансляции данных метеоспутника MSG и в Китае для распространения изображений радиометра MODIS по всей стране.
В Центре ДЗЗ Ирана, где установлена станция «УниСкан-36»
Наблюдается и другая тенденция. Операторы космических систем ДЗЗ высокого разрешения расширяют дистрибьюторские сети, предлагая клиентам вместе с контрактами на прием космической информации дорогостоящие специализированные станции с терминалами обработки, перекладывая часть стоимости разработки космического сегмента на изделия наземного комплекса. В качестве примера можно привести терминалы бывшей компании Space Imaging (США) для приема данных IKONOS-2 или терминал ELS (Easy Link to SPOT), созданный европейским аэрокосмическим концерном Astrium для приема данных SPOT-5, суммарная стоимость которого превышает 2 млн евро. В то же время благодаря гибкому подходу компаний-операторов SPOT Image, MDA (Канада), ImageSat (Израиль), Antrix существует возможность дооборудования существующих наземных комплексов Х-диапазона трактами для приема с КА SPOT-2, -4, RADARSAT-1, EROS A, IRS-1C, -1D, -P6 по разумным ценам.
RSS
Реклама
