rks-4-2019

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩЕГО МОДУЛЯ 49

Рис. 4. Значение выходной мощности МИС УМ

Рис. 5. Сравнение результатов моделирования коэффи- Рис. 6. Сравнение результатов моделирования коэффи-

циента усиления (S21) МИС УМ циентов отражения (S11, S22) МИС УМ

Выводы оптимальному использованию технологии phemt
0,1 мкм для создания УМ Ка-диапазона частот
Исходя из проведенного моделирования мож- был подтвержден. Разработанная топология МИС
но прийти к выводу, что прогноз по наиболее УМ может быть использована с необходимыми

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

50 А. В. БУЯНКИН, А. Ю. ТРУНОВА, А. А. НЕЛИН, Л. Е. РАГУЛИНА, М. В. РЫЖАКОВ

конструктивными изменениями для создания пере- структурах // Доклады ТУСУРа, 2010, № 2(22),
дающего тракта ППМ АФАР Ка-диапазона частот, ч. 1. С. 49–55.
разрабатываемого в комплексном проекте АО «Рос- 2. Yang Ziqiang, Yang Tao, Liu Yu. The design of
сийские космические системы» и Московского фи- a Ka-band low noise amplifier MMIC[J] // Journal
зико-технического института. of Microwaves, 2007, Vol. 23 (3). P. 39–42.

Статья выполнена при финансовой поддер- 3. Jutta Kuhn. AlGaN/GaN-HEMT Power Amplifiers
жке Минпромнауки РФ по договору с АО «Рос- with Optimized Power-Added Efficiency for X-band
сийские космические системы» от 31.05.2018 Applications, 2010.
№ 074-11-2018-014, заключенного на основании
постановления Правительства РФ от 09.04.2010 4. Chen B. Y., Chiong C. C., Wang H. A high gain K-band
№ 218. LNA in GaAs 0.1-µm pHEMT for radio astronomy
application. In: Microwave Conference. Sendai. 2014.
Список литературы P. 226–228.

1. Федоров Ю. В., Гнатюк Д. Л., Галиев Г. Б. и др. Мо- 5. Gang Wang, Wei Chen, Jiarui Liu, Jiongjiong Mo,
нолитные интегральные схемы малошумящих уси- Hua Chen, Zhiyu Wang, Faxin Yu. Design of a broad-
лителей КВЧ-диапазона на GaAs рНЕМТ-гетеро- band Ka-band MMIC LNA using deep negative feed-
back loop // IEICE Electronics Express, 2018, vol. 15,
iss. 10. P. 20180317.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 51–58

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ,
ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ

УДК 629.764 DOI 10.30894/issn2409-0239.2019.6.4.51.58

Методика определения количества информации
о состоянии ракеты космического назначения

в потоке телеметрических сообщений

А. В. Куимов, 82m_ [email protected]
Главный испытательный космический центр им. Г. С. Титова,

г. Краснознаменск, Московская обл., Российская Федерация

Аннотация. Рассмотрены вопросы оценивания качества системы информационно-телеметрического обеспечения запусков ра-
кет космического назначения на основе показателей количества информации о состоянии ракеты космического назначения
в потоке телеметрических сообщений, определен их состав, введен новый частный показатель, характеризующий качество
процессов устранения информационной избыточности в элементах системы информационно-телеметрического обеспечения.
Сформирована область исходных данных, необходимых для определения значений показателей количества информации.

На основе математического аппарата дискретной энтропии случайных событий и процессов и концепции «интерваль-
ных» гипотез средств измерений и контроля определены функциональные зависимости показателей количества информации
от параметров состояния и варьируемых параметров системы информационно-телеметрического обеспечения как для отдель-
ных телеметрических сообщений сигнальных, медленно и быстро меняющихся функциональных телеметрируемых параметров,
так и для группового потока телеметрических сообщений ракет космического назначения с учетом возмущающих воздействий.

Ключевые слова: энтропия, количество информации, коэффициент информативности, коэффициент потери информации,
параметр, показатель

Technique to Determine Information Amount
on the Space Rocket State

in the Telemetric Messages Flow

А. V. Kuimov, 82m_ [email protected]
Titov Space Control Centre, Krasnoznamensk, Moscow region, Russian Federation

Abstract. The paper studies the estimation issues of the quality of the information-telemetry system for launching space rockets
based on the information amount indicators of the space rocket state in the telemetry flow and determines their composition. A new
private information indicator characterizing the quality of the processes of eliminating information redundancy in the elements
of the information-telemetry system is introduced. The area of initial data necessary for determining the values of indicators
of the amount of information is formed.

Based on the mathematical apparatus of discrete entropy of random events and processes and the concept of “interval”
hypotheses of measurement and control instruments, functional dependences of the information amount indicators on the state
parameters and variable parameters of the information-telemetry system both for individual telemetering messages of signaling,
slowly and rapidly changing functional telemetric parameters and a group flow of telemetric messages of space rockets taking into
account disturbing influences are determined.

Keywords: entropy, information amount, information coefficient, information loss coefficient, parameter, indicator

52 А. В. КУИМОВ

Введение измерений и контроля [4, 8, 9]. В обосновании
данного подхода лежит дискретная форма представ-
Система информационно-телеметрического обе- ления телеметрических сигналов как по величине,
спечения (СИТО) играет ведущую роль в процессе так и по времени, а также тот факт, что значения
испытаний и применения ракет космического на- телеметрируемых параметров находятся в пределах
значения (РКН) и является основным источником установленных интервалов телеметрической шкалы.
информации о работе бортовых систем и агрегатов.
Высокая сложность современных и перспективных В настоящее время в качестве показателей ко-
РКН приводит к необходимости контроля большо- личества информации [4, 9–11] в потоке телемет-
го числа параметров, характеризующих состояние рических сообщений рассматриваются:
и режимы работы отдельных агрегатов и РКН в це-
лом, вследствие чего к современным СИТО запус- • апостериорная энтропия телеметрируемых па-
ков РКН предъявляются все более возрастающие раметров РКН на выходе СИТО (Haps);
требования.
• количество информации, содержащейся в сооб-
При проведении исследований, связанных щениях телеметрируемых параметров РКН (I);
с обоснованием и выбором рациональных харак-
теристик и параметров СИТО, их изменением • коэффициент информативности телеметриче-
во времени на различных этапах функционирова- ских сообщений, определяемый отношением
ния, оценка качества функционирования системы количества информации к объему данных на
и ее элементов проводится на основе комплексно- интервале контроля J = I/(vsLS · tK),
го учета совокупности показателей, в наибольшей
степени отвечающих цели системы. где vsLS — плотность потока телеметрических со-
общений, tK — времена контроля телеметрируемых
Анализ работ, посвященных вопросам теле- параметров.
метрических измерений и диагностики сложных
динамических технических систем [1–7], показы- В методике введен новый показатель количе-
вает, что в наибольшей степени целевому назначе- ства информации, характеризующий качество про-
нию СИТО запусков РКН соответствуют информа- цессов сокращения информационной избыточности
ционные показатели. потока телеметрических сообщений в каналах пе-
редачи ТМИ — коэффициент потери информа-
Методические основы определения ции, определяемый как отношение апостериорных
количества информации энтропий телеметрируемых параметров на выходе
о состоянии ракеты космического СИТО к выходу БИТС РКН KHLS = Haps/HaBpIsTS,
назначения в потоке где HaBpIsTS — апостериорная энтропия телеметриру-
телеметрических сообщений емых параметров на выходе БИТС РКН.

Предложенная методика определения количе- Принятые в методике показатели рассчитыва-
ства информации о состоянии РКН в потоке теле- ются как для потока сообщений отдельных теле-
метрических сообщений предназначена для опреде- метрируемых параметров, так и для всей совокуп-
ления влияния параметров входов и варьируемых ности данных потока телеметрических сообщений.
параметров на степень достижения цели функцио-
нирования СИТО запусков РКН. Основными исходными данными, которые ис-
пользуются в методике, являются параметры про-
В основу методики определения количества цесса формирования ТМИ РКН, параметры теле-
информации положен математический аппарат дис- метрируемых параметров РКН, параметры потока
кретной энтропии случайных событий и процес- телеметрических сообщений в каналах передачи
сов и концепция «интервальных» гипотез средств ТМИ, среди которых

параметры процесса формирования ТМИ
РКН:

• состав телеметрируемых параметров РКН
(rBITS);

• частоты опроса телеметрируемых параметров
РКН (f BITS);

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ РАКЕТЫ 53

• аппаратные погрешности измерений функцио- медленно и быстро меняющихся телеметрируемых
нальных параметров (δR);
параметры телеметрируемых параметров параметров, так и в общем потоке телеметрических

РКН: сообщений РКН.
• расчетные диапазоны изменения функциональ-
ных параметров (ΔRFP); Сигнальные параметры содержат информацию

• расчетные длительности переходных процес- о дискретных во времени событиях: исполнении ко-
сов функциональных параметров (τ RFP);
манд, включении и выключении узлов аппаратуры
• расчетные диапазоны срабатывания сигналь-
ных параметров (tRSP); и т. п. При этом передается лишь сам факт совер-
параметры потока телеметрических сооб-
шения события без его количественных характери-
щений в каналах передачи ТМИ:
• состав телеметрических сообщений в пото- стик, а потребителя интересуют время и направ-
ке (sLS);
ление срабатывания (замыкание или размыкание)
• коэффициенты прореживания телеметрируе-
мых параметров (kprLS). сигнального параметра [1, 3, 10].
Методика представляет собой иерархическую
Энтропия сигнального параметра определяет-
двухуровневую структуру расчетных процедур: на
первом уровне проводятся расчеты значений по- ся распределением момента срабатывания парамет-
казателей потоков сообщений отдельных телемет-
рируемых параметров, на втором уровне — расче- ра во времени, в основу вычисления ее положена
ты значений показателей потока телеметрических
сообщений в целом. Структурная схема методики формула
представлена на рисунке.
hSP = log2(2kэ · σ), (1)
Необходимо подчеркнуть, что количество ин-
формации в потоке сообщений зависит от степе- где kэ — энтропийный коэффициент;
ни детализации исследуемого процесса [5, 9, 12]. σ — дисперсия распределения времени сраба-
При этом выбор наименьшего различимого (элемен-
тарного) интервала определяется исходя из техниче- тывания.
ских возможностей бортовых радиотелеметрических
систем (БРТС) и условий проведения телеметриче- Распределение момента срабатывания сигналь-
ских измерений. В настоящей методике в качестве
элементарных интервалов приняты: по шкале време- ного параметра характеризуется равномерным за-
ни — длительность цикла опроса основного комму-
татора БРТС и величина уровня квантования (цена коном, для которого kэ = 1,73. Дисперсия распре-
младшего разряда) телеметрической шкалы по шка- деления времени срабатывания определяется как
ле значений телеметрируемых параметров РКН.
отношение половины ожидаемого времени сраба-
Функциональные зависимости
показателей количества тывания к времени канального интервала БРТС.
информации
С учетом изложенного формула расчета энтро-
В методике проводятся расчеты значений пока-
зателей количества информации как в потоках со- пии (1) s-го сигнального параметра принимает вид
общений отдельных сигнальных, функциональных
haSpPr s = log2 1,73 · tsRSP
τк

для априорной энтропии и

hSapPss = log2 1,73 · 1
fs · τк

для апостериорной, где τк — длительность цикла
опроса основного коммутатора БРТС;

fs — частота следования сообщений телемет-
рируемого параметра в потоке ТМИ, равная frBITS
fsBITS
для потока БИТС и ksprLS для потока в каналах

передачи ТМИ.

Количество информации, получаемое в резуль-

тате регистрации срабатывания сигнального пара-

метра в потоках телеметрических сообщений, опре-
деляется по формуле

iSP s = log2 tRs SP · fsBITS .
ksprLS

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

54 А. В. КУИМОВ

Формирование области исходных данных:
– состав и параметры потока телеметрических сообщений БИТС РКН — SI;
– состав и параметры потока телеметрических сообщений в каналах

передачи ТМИ — SLS;
– параметры телеметрируемых параметров РКН — R

Определение показателей количества Определение показателей количества
информации в сообщениях информации в сообщениях функциональных
сигнальных параметров
медленно меняющихся параметров

Определение показателей количества
информации в сообщениях функциональных

быстро меняющихся параметров

Определение показателей количества
информации о состоянии РКН в потоке

телеметрических сообщений

Формирование области выходных данных:
– апостериорная неопределенность телеметрируемых параметров РКН — Haps, haps;
– количество информации, содержащейся в сообщениях телеметрируемых

параметров РКН — I, i;
– коэффициент информативности телеметрических сообщений — J, j;
– коэффициент потери информации —

Рисунок. Структурная схема методики определения количества информации о состоянии РКН в потоке
телеметрических сообщений

Коэффициент информативности телеметриче- Коэффициент потери информации сообщений
сигнального параметра при формировании потока
ских сообщений сигнального параметра в потоках телеметрических сообщений в каналах передачи
ТМИ определяется по формуле
телеметрических сообщений определяется по фор-

муле

log2 tRsSP · fsBITS log2(ksprLS)

jSP s = fsBITS ksprLS , kHSPs = 1 + .
ksprLS log2
· μSLS · tsRLSPS 1.73 · 1 · τк
fsBITS

где tsRLSSP — время выдачи в каналы передачи ТМИ Медленно меняющиеся параметры (частота
сообщений сигнального параметра. опроса до 500 Гц) содержат информацию о дис-

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ РАКЕТЫ 55

кретных выборках измеряемых величин, по ко- Выражение (2) для априорной энтропии единич-
торым потребитель восстанавливает непрерывные ного сообщения медленно меняющегося параметра
физические процессы. Каждое сообщение содер- принимает вид
жит два компонента: время измерения и измерен-
ное значение параметра. На практике, вследствие haMprMP si = log2 3,46 · |φ Rs FP(ti−1)| · ksprLS +
несовершенства средств измерений, значения теле- fsBITS
метрируемых параметров в сообщениях отличаются
от истинных и представляют собой сумму двух + log2(4,14 · δsR),
независимых сигналов: собственно измеряемой ве-
личины и шумового сигнала средств измерений, где ti−1 — время предыдущего отсчета;
который характеризуется погрешностью первичных |φ sRFP(ti−1)| — модуль значения первой произ-
преобразователей.
водной функции, описывающий идеальный процесс
Энтропия медленно меняющегося параметра медленно меняющегося параметра на время преды-
определяется распределением двух процессов и на дущего отсчета.
основе свойства аддитивности энтропий вычисля-
ется по формуле При расчетах апостериорной энтропии прини-
мается первая степень воспроизводящего полинома
hP = log2 (2kэп · σп) + log2(2kэδ · δR), (2) (линейная интерполяция по текущему и предше-
ствующему отсчетам), погрешность достигает наи-
где σп — диапазон возможных значений телемет- большего значения в середине межопросного ин-
рируемого параметра; тервала. Выражение (2) для апостериорной энтро-
пии единичного сообщения медленно меняющегося
k , kэδ — энтропийные коэффициенты изме- параметра принимает вид
ряемой величины и погрешности измерений.
haMpsMP si = log2 3,46 · |φ Rs FP(ti−1)| · ksprLS2 +
Распределение значений телеметрируемых мед- 8 fsBIT S2
ленно меняющихся параметров характеризуется рав-
номерным законом распределения в диапазоне воз- + log2(4,14 · δsR),
можных значений, для которого k = 1,73. Суммар-
ная погрешность средств измерений включает боль- где |φ sRFP(ti−1)| — модуль значения второй произ-
шое количество составляющих, вследствие чего ха- водной функции, описывающий идеальный процесс
рактеризуется нормальным законом распределения, медленно меняющегося параметра на время преды-
для которого kэδ ≈ 2,07. дущего отсчета.

При вычислениях информационных показате- Апостериорная энтропия последовательности
лей последовательных отсчетов телеметрируемого сообщений медленно меняющегося параметра на
параметра учитывается возможность предсказания интервале оценивания принимает значение энтро-
значения последующего отсчета с погрешностью пии сообщения с максимальной неопределенностью.
воспроизводящей функции промежуточных значе- Для определения верхних значений производных
ний непрерывного процесса по дискретным выбор- в методике используется неравенство Бернштей-
кам. В настоящее время [1, 2] наибольшее распро- на [1, 2, 10]:
странение получил метод восстановления интерпо-
ляционным полиномом Лагранжа низкой степени, |φ(Sn)RF P | ωSn · |Δs|,
для которого погрешность восстановления опреде-
ляется остаточным членом и зависит от степени гхдаераωктSер=номτSRπуFPчас—ткекриузгмовенаяеничяасттоелтаемпертроицреуссеамонгоа
воспроизводящего полинома. параметра.

При расчетах априорной энтропии принима- При использовании методики в оптимизацион-
ется нулевая степень воспроизводящего полинома ных расчетах производные рассчитываются исходя
(ступенчатая интерполяция по одному предшеству-
ющему отсчету), погрешность достигает наиболь-
шего значения в конце интервала предсказания.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

56 А. В. КУИМОВ

из значений диапазонов изменения (ΔRFP) и дли- характеристики, получаемые в результате разложе-
тельностей переходных процессов (τ RFP) функци- ния параметров в ряд Фурье [2,4,10]. Для конечно-
го интервала наблюдения верхняя граница спектра
ональных параметров, заданных в технической до- восстановленного сигнала определяется по теореме
Котельникова:
кументации, а при использовании в оценочных рас-
fm = 0,5fo,
четах — исходя из их фактических значений в ма-
где fm — верхняя граница энергетического спектра
териалах регистрации ТМИ, полученных в ходе быстро меняющегося параметра;

эксперимента. fo — частота опроса быстро меняющегося па-
раметра.
Количество информации, содержащееся в еди-
Распределение спектральной плотности мощ-
ничном сообщении медленно меняющегося пара- ности быстро меняющихся параметров характери-
зуется равномерным законом распределения в диа-
метра, определяется по формуле ⎞ пазоне возможных значений, для которого kэ =
⎛ ⎟⎟⎟⎠. = 1,73. Для быстро меняющегося параметра апри-
орная энтропия определяется по формуле
iMMP si = log2 ⎜⎝⎜⎜ |φsRFP(ti−1)| · ksprLS
fsBITS

|φ sRFP (ti−1 )| · ksprLS2
8 fsBITS2

Количество информации, содержащейся в по-

следовательности сообщений медленно меняющихся

параметров, является суммой количества информа- hBapMr Ps = log2 1,73 · fsBITS + log2 1,73 · tос .
τк
ции, содержащейся в единичных сообщениях.

Коэффициент информативности телеметриче- Апостериорная энтропия быстро меняющегося
параметра включает две составляющие: энтропию
ских сообщений медленно меняющегося параметра сужения полосы оцениваемого спектра вследствие
прореживания отсчетов и энтропию детализации
в потоке телеметрических сообщений определяется разложения в спектр:

по формуле

IP si

jPs = fsBITS i , haBpMs Ps =
ksprLS = log2(1,73 · fsh) + log2
· μSLS · tос

где tос — время оценки сообщений параметра. 1,73 · ths + log2(ksprLS),
Коэффициент потери информации сообщений τк

медленно меняющегося параметра при формирова- где fsh, ths — шаг детализации спектрального раз-
ложения по частоте и времени.
нии потока телеметрических сообщений в каналах
Количество информации, содержащееся в со-
передачи ТМИ определяется по формуле
общениях быстро меняющегося параметра на ин-
kHMsMP = log2 3,46 · max |φ RFP (t)| · ksprLS2 +
s fsBITS2 тервале оценки, определяется по формуле

8

+ log2(4,14 · δsR) log2 3,46 · max |φ Rs FP(t)| + iBMPs =
8fsBITS2
= log2 1,73 · fsBITS +log2 1,73 · tос −log2 (ksprLS ).
fsh tsh
+ log2(4,14 · δsR).

Быстро меняющиеся функциональные пара- Коэффициент информативности телеметриче-
метры (частота опроса более 500 Гц) представля- ских сообщений быстро меняющегося параметра
ют собой сумму сигналов множества гармониче- в потоке телеметрических сообщений определяется
ских процессов и содержат информацию о вибраци- по формуле
ях в узлах и агрегатах РКН, акустических нагру-
жениях элементов конструкции. Потребителя инте- jBMPs = fsBITS iBMPs .
ресуют не значения параметров, а их спектральные ksprLS · μSs LS
· tос

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ РАКЕТЫ 57

Коэффициент потери информации сообщений и при проведении оценки результатов параметри-
быстро меняющегося параметра при формировании
потока телеметрических сообщений в каналах пе- ческого синтеза адаптивной СИТО запусков РКН.
редачи ТМИ определяется по формуле
При этом использование введенного показателя ко-
log2 (ksprLS )
личества информации (kLHS) для многомерного по-
иска рациональных значений коэффициентов про-

kHBMs P = 1 + fsBITS · tос . реживания телеметрических сообщений (kprLS) по
log2 fsh · tsh
2,9929 · критерию минимизации коэффициентов потери ин-

формации kLHS → min позволяет проводить оптими-

Расчеты показателей количества информации, kprLS
характеризующих всю совокупность данных пото-
ка телеметрических сообщений, основываются на зационные расчеты в единой относительной шкале.
свойстве аддитивности энтропии независимых про-
цессов. В качестве входных данных используются При расчетах информационных показателей
результаты расчетов по определению значений по-
казателей количества информации потоков сообще- потоков сообщений телеметрируемых парамтеров
ний отдельных телеметрируемых параметров.
учитываются только достоверные сообщения теле-
Апостериорная энтропия потока телеметриче-
ских сообщений и количество информации, со- метрируемых параметров РКН. На практике воз-
держащейся в потоке телеметрических сообщений,
определяются как суммы соответствующих показа- действия возмущений на информационные потоки
телей отдельных потоков сообщений телеметриру-
емых параметров: приводят к искажениям телеметрических сообще-

ний, выражающихся в виде ложных срабатываний

для сигнальных параметров и в аномальных значе-

ниях функциональных параметров.

В методике возмущающие воздействия учиты-

ваются через увеличение межопросного интерва-

ла отсчетов телеметрируемых параметров (сниже-

ние частоты следования достоверных сообщений)

Haps = haSpPss + haMpsMP s + haBpMs Ps; на интервалах искажений ТМИ вследствие отбра-

s∈sSP s∈sMMP s∈sBM P ковки аномальных отсчетов.

I = iSP s + iMMP s + iBMPs.

s∈sSP s∈sMMP s∈sBM P Заключение

Для телеметрируемых параметров РКН, Разработанная методика определения количе-
не включенных в поток телеметрических сообще- ства информации о состоянии РКН в потоке те-
ний, апостериорная энтропия сохраняет значение леметрических сообщений базируется на матема-
априорной (hsaps = haspr), а количество информации тическом аппарате дискретной энтропии случай-
равняется нулю (is = 0). ных событий и процессов. Методика представля-
ет собой двухуровневую структуру расчетных про-
Коэффициент информативности потока теле- цедур: расчетные процедуры первого уровня пред-
метрических сообщений определяется по формуле назначены для определения значений показателей
количества информации в потоках сообщений от-
J = I . дельных телеметрируемых параметров; на втором
vsLS · tос уровне проводятся расчеты по определению значе-
ний показателей количества информации в общем
Коэффициент потери информации при форми- потоке телеметрических сообщений.

ровании потока телеметрических сообщений в ка- Предложенная методика определения количе-
ства информации в потоке телеметрических сооб-
налах передачи ТМИ определяется по формуле щений может быть использована как при поиске
рациональных значений варьируемых параметров
KHLS = Haps . разрабатываемых СИТО, так и при оценивании су-
HaBpIsTS ществующих.

Выходные результаты расчетов используются
при проведении процедур поиска рациональных
значений варьируемых параметров потока телемет-
рических сообщений в каналах передачи ТМИ

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

58 А. В. КУИМОВ

Список литературы В. Н. Строителев, Е. Ю. Тимофеев и др. М.: Радио
и связь, 1993. 304 с.
1. Фремке А. В. Телеизмерения. М.: Высшая школа,
1968. 262 с. 8. Рубичев Н. А. Измерительные информационные си-
стемы: Учеб. пособие. М.: Дрофа, 2010. 334 с.
2. Белицкий В. И., Зверев В. И. Телеметрия. Л.: МО
СССР, 1984. 465 с. 9. Рабинович В. И., Цапенко М. П. Информационные
характеристики средств измерения и контроля. М.:
3. Кошевой А. А. Телеметрические комплексы летатель- Энергия, 1968. 96 с.
ных аппаратов. М.: Машиностроение, 1975. 312 с.
10. Современная телеметрия в теории и на практике:
4. Цапенко М. П. Измерительные информационные си- Учеб. курс / А. В. Назаров, Г. И. Козырев, И. В. Ши-
стемы: Структура и алгоритмы, системотехническое тов и др. СПб.: Наука и техника, 2007. 672 с.
проектирование: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд.,
перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985. 440 с. 11. Информационные процессы в автоматизированных
системах сбора и обработки информации / Под общ.
5. Дмитриев А. К., Юсупов Р. М. Идентификация и теx- ред. Ю. Г. Ростовцева. Л.: ВИКИ им. А. Ф. Можай-
ническая диагностика. Л.: МО СССР, 1987. 522 с. ского, 1981. 223 с.

6. Богомолов А. М., Твердохлебов В. А. Диагностика 12. Деев В. В., Чикуров В. А. Формирование и передача
сложных систем. Киев.: Наукова думка, 1974. 128 с. телеметрической информации в современных систе-
мах: Учеб. пособие. СПб.: ВКА им. А. Ф. Можай-
7. Приборно-модульные универсальные автоматизиро- ского, 2013. 89 с.
ванные системы: Справочник / В. А. Кузнецов,

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 59–65

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ,
ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ

УДК 681.391 DOI 10.30894/issn2409-0239.2019.6.4.59.65

Применение вейвлет-преобразований для анализа
и сжатия телеметрических данных вибрационных процессов

Т. Т. Мамедов, к. т. н., [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

И. Р. Губайдуллин, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

Д. И. Косарев, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

В. В. Орешко, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

Аннотация. Данная статья относится к области теории обработки информации на примере оценки применения вейвлет-
преобразования для анализа и сжатия телеметрических данных вибрационных процессов. Отражены результаты применения
вейвлет-алгоритмов сжатия на моделированных телеметрических данных измерений вибрационных процессов на борту ракеты-
носителя во время выхода на орбиту. Такие процессы являются нестационарными, и характеристики вибрации значительно
варьируются для различных участков полета. Для анализа были выбраны четыре участка полета, характеризующиеся раз-
личной степенью нестационарности. Смоделированные временные ряды подвергались вейвлет-преобразованию, полученные
вейвлет-коэффициенты квантовались, и по ним восстанавливались исходные временные ряды, далее производилась оценка
качества восстановления. В качестве базового вейвлета произвольным образом был выбран вейвлет Добеши 10-го порядка.
В ходе исследования было показано, что рассмотренный в статье вейвлет Добеши 10-го порядка не является оптимальным для
преобразования телеметрических данных нестационарных вибрационных процессов, но принципиально возможно эффектив-
ное применение вейвлетов для задач сжатия сигналов широкополосных вибрационных процессов при реализации адаптивных
алгоритмов оценки стационарности вибрации на борту.

Ключевые слова: вейвлет-преобразование, сжатие данных, телеметрия, вибрационный процесс, вейвлет Добеши

Application of Wavelet Transforms for Analysis
and Compression of Telemetric Data of Vibration Processes

T. T. Mamedov, Cand. Sci. (Engineering), [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

I. R. Gubaidullin, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

D. I. Kosarev, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

V. V. Oreshko, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

Abstract. This article relates to the field of information processing theory, evaluating the use of wavelet transformation for the
analysis and compression of telemetric data of vibration processes. This article reflects the results of applying wavelet compression
algorithms on simulated telemetry measurements data of vibration processes on board of a launch vehicle during flight to orbit.
Such processes are non-stationary and vibration parameters vary greatly for different flight time intervals. Four time intervals with
different degrees of non-stationarity were chosen for analysis. The modelled time series were transformed with wavelet transform.
Wavelet coefficients were quantized and used for initial time series recovery, quality of recovery was estimated. A tenth-order
Daubechay wavelet was arbitrarily chosen as the base wavelet. In the course of the study, it turned out that the tenth-order
Daubechies wavelet is not optimal for converting the telemetric data of the vibration process; however, wavelets may be used
effectively for compression of vibration processes data with real time estimation of non-stationarity degree.

Keywords: wavelet transform, compressing data, telemetry, vibration process, Daubechies wavelet

60 Т. Т. МАМЕДОВ, И. Р. ГУБАЙДУЛЛИН, Д. И. КОСАРЕВ, В. В. ОРЕШКО

Вопросы сжатия информации давно являются метрические данные исходным сигналом или ис-
актуальными как для систем общего назначения, ходным рядом данных.
например для аудио- и видеосистем, так и для более
специализированной аппаратуры. В частности, для Говоря о сжатии, мы подразумеваем такое пре-
телеметрических систем, применяемых в ракетно- образование цифровой информации, после которого
космической технике, большой интерес представля- она будет представлена меньшим числом бит, чем
ет сжатие измерений вибрационных и акустических в оригинале. В идеальном случае сжатие не долж-
процессов, поскольку именно эти процессы являют- но приводить к искажениям и потерям информа-
ся быстроменяющимися и занимают значительную ции, т. е. должно существовать такое обратное пре-
часть пропускной способности радиолинии. образование, которое позволит из сжатых данных
точно восстановить оригинальные данные.
Современное многообразие методов сжатия ин-
формации обусловлено существенной зависимостью В реальности теория информации накладыва-
эффективности применяемых алгоритмов от харак- ет конечные пределы на возможности сжатия без
теристик сжимаемой информации, соответственно потерь [5, 6]. Мерой, определяющей эти пределы,
алгоритмы сжатия могут быть адаптированы и улуч- является энтропия, характеризующая непредсказу-
шены с учетом свойств конкретных сигналов. емость информации и рассчитываемая по следую-
щему выражению:
Использование вейвлет-преобразований для за-
дач анализа вибрационных процессов хорошо иссле- K (1)
довано и показывает успешные результаты [1–4].
В нашем случае проводилось исследование эффек- H(S) = − P (sk) · log2 P (sk),
тивности использования вейвлет-преобразований
для сжатия телеметрических данных измерений k=1
вибрационных процессов. Данные были смодели-
рованы в среде разработки Simulink и представле- где S — вектор данных, каждый элемент которого
ны дискретными 8-битными отсчетами (рис. 1, а).
Далее по тексту будем называть исследуемые теле- может принимать значения s1, s2, . . . , sK с соответ-
ствующей вероятностью P (s1), P (s2), . . . , P (sK).

Энтропия может принимать значения в соот-

ветствии со следующим неравенством:

0 H(S) log2 K. (2)

Рис. 1. Исходный сигнал и его энтропия а) исходные телеметрические данные, б) энтропия исходных данных
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

ПРИМЕНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ДЛЯ АНАЛИЗА 61

Максимальное значение энтропии равно ми- Выражение (5), с одной стороны, позволяет
нимальному числу бит, необходимому для пред- восстановить функцию f (t) по ее вейвлет-преоб-
ставления индексов 1, 2, . . . , K в двоичной форме, разованию, а с другой — позволяет записать f (t)
и достижимо только при условии равновероятно- в виде суперпозиции вейвлетов, т. е. суммы базис-
го появления любого символа в сообщении. Чем ных функций ψa,b с весами C(a, b). Параметры a и b
выше энтропия, тем ниже потенциал сжатия ин- называют параметром масштаба (сжатия) и парамет-
формации. В текущей работе верхняя граница эн- ром местоположения (сдвига) соответственно [7, 8].
тропии определяется как log2(28) = 8. Оценка эн-
тропии исходного сигнала проводилась для блоков Вышеописанное преобразование называется не-
данных размером 8192 элемента. Полученные зна- прерывным вейвлет-преобразованием. Параметры a
чения представлены на рис. 1, б, выделены четыре и b меняются непрерывно, поэтому множество ба-
участка — I, II, III и IV, представляющие интерес зисных функций избыточно [2]. Устранение избы-
с точки зрения эффективности сжатия. точности при сохранении возможности восстановле-
ния сигнала из его преобразования достигается за
Прежде чем переходить к описанию методи- счет дискретизации параметров масштаба и сдвига:
ки и результатов исследования, представим крат-
кую справку о вейвлет-преобразованиях. Смысл a = a0m, b = nb0am0 , m, n ∈ Z, a0 > 1, b0 = 0.
вейвлет-преобразования заключается в сравнении (7)
сигнала с растянутыми, сжатыми и сдвинутыми во
времени копиями функции ψ(t), называемой мате- В прямом виде применить непрерывное вейв-
ринским вейвлетом. Копии материнского вейвлета лет-преобразование на исходный ряд телеметриче-
называются базисными функциями или вейвлета- ских данных невозможно. Для этого необходим
ми и математически определяются следующим вы- дискретный аналог непрерывного вейвлет-преобра-
ражением: зования, причем простая дискретизация выраже-
ний (3)–(6) неприменима. Математическое обосно-
ψa,b(t) = √1 · ψ t−b , a ∈ R+, b ∈ R. (3) вание перехода от вейвлет-преобразований непре-
a a рывных функций к вейвлет-преобразованиям дис-
кретных рядов громоздок и в рамках данной статьи
Вейвлеты ψa,b ∈ L2(R) являются вещественны- видится неуместным.
ми и колеблются вокруг оси абсцисс. Результатом
Вейвлет-преобразование некоторого ряда s
вейвлет-преобразования функции f (t) является на- дискретных значений сводится к субполосной циф-
ровой фильтрации этого ряда в соответствии со
хождение коэффициентов преобразования: схемой, представленной на рис. 2 (детальное обос-
нование этого вопроса описано в [1, 2]).
+∞
Такой процесс называется декомпозицией сиг-
C(a, b) = √1 f (t) · ψ t − b dt. (4) нала. Уровень декомпозиции зависит от длины бло-
a a ка данных, подвергаемых вейвлет-преобразованию.
Алгоритм обратной процедуры — реконструкции,
−∞ позволяющей по коэффициентам cAj и cDj восста-
новить исходный дискретный ряд, представлен на
При определенных условиях функция f (t) мо- рис. 3. Фильтры ФНЧd, ФВЧd, ФНЧr, ФВЧr опре-
жет быть реконструирована с помощью коэффици- деляются выбором вейвлет-функции.
ентов C(a, b) по следующему выражению:
Полученные в результате вейвлет-преобразо-
+∞ +∞ вания коэффициенты будут обладать иной энтро-
пией, нежели исходный сигнал, а в случае их за-
f (t) = 1 C(a, b) · √1 · ψ t−b da db . (5) грубления или обнуления энтропия может быть
Cψ a a a2 существенно ниже, чем в исходном сигнале. Тогда
пределы сжатия будут определяться допустимыми
−∞ 0 искажениями восстановленного сигнала.

Если через Ψ(ω) обозначить преобразование
Фурье функции ψ(t), то:

+∞ |Ψ(ω)|2 dω.
ω
Cψ = (6)

0

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

62 Т. Т. МАМЕДОВ, И. Р. ГУБАЙДУЛЛИН, Д. И. КОСАРЕВ, В. В. ОРЕШКО

Рис. 2. Схема субполосной цифровой фильтрации

Рис. 3. Структурная схема вейвлет-преобразования ряда дискретных значений (сверху) и восстановления ряда
дискретных значений по коэффициентам вейвлет-преобразования (снизу)

В рамках данной работы был выбран вейвлет пользованием рекомендаций [5,6]). Выбор вейвлета
Добеши 10-го порядка (далее по тексту DB10), ко- был осуществлен произвольным образом.
эффициенты фильтров которого представлены на
рис. 4 (коэффициенты для вейвлетов Добеши иных Исходный сигнал делился на блоки длиной 2n,
порядков могут быть рассчитаны, например, с ис- где степень n принимала целочисленные значения
от 8 до 15 включительно. Каждый блок подвер-

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

ПРИМЕНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ДЛЯ АНАЛИЗА 63

Рис. 4. Фильтры декомпозиции и реконструкции для вейвлета Добеши 10-го порядка

гался преобразованию с использованием вейвлета тров исходного и восстановленного сигнала.

DB10. Полученные коэффициенты cDj квантова- KREC = 100 · Спектр восстановленных данных 2
лись, сравнивались с пороговым значением T HR Спектр исходных данных 2
.
и обнулялись в случае выполнения неравенства:

(10)

cDj T HR. (8) Спектры рассчитывались для третьоктавных

В рамках данной работы значение T HR ва- диапазонов с центральными частотами из ряда
рьировалось от 0 до 15. Далее по полученным
вейвлет-коэффициентам производилось восстанов- от 20 до 2000 Гц.
ление сигнала с оценкой эффективности сжатия
и качества восстановления сигнала. На рис. 5 представлены зависимости качества

Количественная оценка эффективности сжа- сжатия (KCOMP) и эффективности восстановления
тия вычислялась как процентное отношение вей- сигнала (KREC) от порога обнуления вейвлет-коэф-
влет-коэффициентов, равных нулю, к общему ко- фициентов T HR.
личеству вейвлет-коэффициентов:
Из анализа полученных графиков следует вы-

делить следующие свойства применения вейвлет-

преобразования на исходные данные вибрационных

измерений:

KCOMP = – квантование вейвлет-коэффициентов вносит

100 · (число нулевых вейвлет-коэффициентов) незначительные неустранимые искажения в спектр
(общее число вейвлет-коэффициентов)
= . (9) сигнала; этим объясняется тот факт, что при ну-

левом значении T HR процентное отношение норм

Качество восстановления сигнала оценивалось 2-го порядка спектров исходного и восстановлен-
как процентное отношение норм 2-го порядка спек-
ного сигнала не равно 100 %;

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

64 Т. Т. МАМЕДОВ, И. Р. ГУБАЙДУЛЛИН, Д. И. КОСАРЕВ, В. В. ОРЕШКО

Рис. 5. Эффективность сжатия и качество восстановления спектров

Рис. 6. Энтропия исходного сигнала и вейвлет-коэффициентов, рассчитанная для блоков размером 8192 отсчета
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

ПРИМЕНЕНИЕ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ДЛЯ АНАЛИЗА 65

– с увеличением порога обнуления THR от ну- тивного алгоритма с использованием вейвлет-пре-
ля до трех значения KCOMP и KREC остаются неиз- образования, основанного на оценке характеристик
менными, и это также связано с квантованием вейв- сигнала в реальном времени.
лет-коэффициентов;
Список литературы
– в зависимости от исследуемого фрагмента
значения KCOMP и KREC имеют существенно раз- 1. Ефанов В. Н., Китабов А. Н. Количественная оцен-
личные начальные значения (при T HR = 0) и с уве- ка степени развития дефектов погружного элек-
личением порога обнуления T HR изменяются с раз- трооборудования на основе вейвлет-преобразования
ной скоростью. сигнала вибрации // Электротехнические и инфор-
мационные комплексы и системы, 2014, т. 10, № 2.
Обобщением полученных в ходе эксперимен- С. 29–38.
та результатов являются графики, представленные
на рис. 6, где показано, каким образом соотносят- 2. Wang W. J. Wavelet Transform in Vibration Analysis
ся энтропия коэффициентов вейвлет-преобразова- for Mechanical Fault Diagnosis // Schock and Vibra-
ния с энтропией исходного сигнала. tion, 2006, vol. 3, no. 1. P. 17–26.

Из рис. 6 видно, что энтропия преобразован- 3. Nizwan C. K. E., Ong S. A., Yusof M. F. M. and Ba-
ных данных даже при нулевом пороге обнуления harom M. Z. A wavelet decomposition analysis of vi-
T HR существенно ниже энтропии исходного ряда. bration signal for bearing fault detection // IOP Con-
Таким образом, хотя вейвлет-преобразование само ference Series: Materials Science and Engineering 50
по себе не осуществляет сжатия информации, оно (2013).
позволяет привести ее к виду, обладающему суще-
ственно лучшим потенциалом для сжатия. 4. Gen Fan, Wenbin Liu. Application of Wavelet Analy-
sis in the Vibration Signal of Diesel Engine Noise
Подводя итоги данной статьи, скажем: Reduction Techniques // International Conference on
– применение вейвлет-преобразований с це- Advances in Mechanical Engineering and Industrial
лью сжатия (как с потерями, так и без) телеметри- Informatics, 2015. P. 208–212.
ческих данных является перспективным;
– в данной работе применялся вейвлет Добе- 5. Pearlman W. A., Said A. Digital Signal Compression
ши 10-го порядка, который был выбран произволь- Principles and Practice, New York: Cambridge Uni-
ным образом, и не является оптимальным для пре- versity Press, 2011.
образования вибрационных данных, поэтому даль-
нейшие исследования должны быть направлены на 6. Chatterjee P. Wavelet Analysis in Civil Engineering,
поиск более подходящего вейвлета; CRC Press, 2015.
– существенные отличия результатов приме-
нения вейвлет-преобразования на различных фраг- 7. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. Ижевск:
ментах исходного телеметрического ряда требуют НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001.
более детального исследования и разработки адап- 464 с.

8. Воробев В. И., Грибунин В. Г. Теория и практика
вейвлет-преобразования. СПб.: Военный универси-
тет связи, 1999. 204 с.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 66–74

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ,
ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ

УДК 621.396 DOI 10.30894/issn2409-0239.2019.6.4.66.74

Методы управляемого разнесенного
приема данных телеизмерений

В. Л. Воронцов, к. т. н., [email protected]
Филиал АО «ОРКК»–«НИИ КП», Москва, Российская Федерация

Аннотация. Представлены методы управляемого разнесенного приема телеметрической информации, обеспечивающие улуч-
шение достоверности данных по сравнению с обычными методами разнесенного приема путем более полного использования
возможностей адаптации к изменяющимся условиям помеховой обстановки. Их суть заключается в автоматическом изменении
времени задержки бортового запоминающего устройства (БЗУ) в зависимости от необходимости повторной передачи данных
телеизмерений для формирования обобщенных данных. Модификации методов отличаются в зависимости от наземных про-
граммно-технических средств, инициирующих команды на изменение времени задержки БЗУ. Осуществление методов создает
условия для уменьшения количества взаимодублируемых приемно-регистрирующих станций. Как и в случае обычных методов
разнесенного приема, имеются большие возможности для их комплексирования с другими методами повышения помехоустой-
чивости радиоканалов.

Ключевые слова: алгоритм получения обобщенных данных, бортовое запоминающее устройство, канал разнесения, команда,
методы помехоустойчивого кодирования/декодирования, методы разнесенного приема, методы управляемого разнесенного при-
ема, приемно-регистрирующая станция, программно-технические средства, телеметрическая информация, формирование обоб-
щенного массива данных телеизмерений

Methods of Controlled Diversity Reception
of Telemetered Data

V. L. Vorontsov, Cand. Sci. (Engineering), [email protected]
A branch of Joint Stock Company “United Rocket and Space Corporation”–

“Institute of Space Device Engineering”, Moscow, Russian Federation

Abstract. Presented are the methods of controlled diversity reception of telemetric information (TMI), which ensure the improve-
ment of data reliability (as compared to standard methods of diversity reception) by means of more fully utilizing the capabilities
of adapting to the changing interference environment. Their essence lies in the automatic change of the delay time of the on-board
memory device (OMD) depending on the need to retransmit telemetered data for generation of correlated data. Modifications
of the methods differ depending on the ground-based software and hardware that initiate commands to change the OMD delay
time. The application of the methods creates the conditions for reducing the quantity of mutually duplicate receiving and recording
stations (RRS). As in the case of conventional methods of diversity reception, there are great possibilities for combining them with
other methods of improving the noise immunity of radio channels.

Keywords: algorithm of correlated data acquisition, on-board memory device, channel of diversity, command, noiseless coding
(decoding) methods, diversity reception methods, methods of controlled diversity reception, receiving and recording station, software
and hardware, telemetric information, formation of a generalized array of telemetry data

МЕТОДЫ УПРАВЛЯЕМОГО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА ДАННЫХ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ 67

В настоящее время для обеспечения наилуч- ТМИВП при осуществлении (обычно в послепо-
шего уровня достоверности данных телеизмерений, летное время) формирования обобщенного масси-
передаваемых по радиоканалам «борт–Земля» при ва данных телеизмерений (ФОМДТ) [1] позволяет
отработке ракет космического назначения (РКН) улучшить достоверность принятой ТМИНП. Время
и межконтинентальных баллистических ракет задержки ТМИ в БЗУ устанавливают на основании
(МБР), широко применяют методы разнесенного практического опыта. При этом риск потерь ТМИ
приема телеметрической информации (ТМИ) [1]. вследствие длительных повторяющихся помех, дей-
Они оказываются наиболее результативными в су- ствующих в каналах «борт–Земля» в полетное вре-
ществующих условиях произвольных помех, след- мя, достаточно велик.
ствием влияния которых являются временны´е ин-
тервалы (зачастую повторяющиеся) с частичной В этой св´язи актуальны методы обнаружения
и с полной потерей информации (ЧПИ и ППИ) дли- и управляемой повторной передачи искаженных
тельностью от десятых долей секунды до единиц данных.
секунд [1].
Известны [4, 5] системы связи с обратным ка-
В отечественной практике весьма распростра- налом, в которых реализованы различные мето-
нено разнесение ТМИ во времени с использовани- ды повышения достоверности данных. При их осу-
ем бортовых запоминающих устройств (БЗУ). Их ществлении повторно передают блоки данных, со-
режимы работы — разные. В частности, в БЗУ на- держащие искаженные данные; возможна передача
капливают (запоминают) ТМИ наиболее важных лишь искаженно принятых подблоков (подблок яв-
интервалов циклограммы полета (отделение ступе- ляется частью блока данных), что позволяет наи-
ней, сброс обтекателя) и через установленное время более результативно использовать возможности ра-
однократно или многократно воспроизводят запом- диолинии.
ненную ТМИ.
Предложена [1] технология дополнения воз-
Возможна работа БЗУ в режиме «линии за- можностей обычной радиолинии с обратным ка-
держки» с постоянным устанавливаемым априори налом возможностями разнесенного приема, что
временем задержки, причем БЗУ имеет один или позволяет сократить количество циклов повторной
несколько выходов с разной задержкой ТМИ (на- передачи блоков данных, значительно улучшить
пример, с задержками на 8, 16, 32 и 64 секунды). достоверность данных. Суть предложенной техно-
При этом, кроме непосредственной передачи, ТМИ логии заключается в формировании блока обоб-
с каждого выхода БЗУ передается по отдельным щенных данных с использованием принятых бло-
каналам основного коммутатора (ОК) бортовой ра- ков, в которых данные в разной степени искажены
диотелеметрической системы (БРТС), требуются помехами, причем осуществляется повторная пере-
дополнительные телеметрические каналы. Поэтому дача блоков данных до тех пор, пока не удастся до-
лишь часть ТМИ, формируемой БРТС, передают биться требуемой достоверности обобщенных дан-
через БЗУ таким образом (например, в объеме од- ных, но в пределах допустимого количества повто-
ного локального коммутатора). ров (рис. 1).

Также в отечественной практике часто при- Из принятых блоков данных в блок обобщен-
меняют распараллеливание полного потока ТМИ ных выбирают данные, выделенные из аналого-
(ТМИ всех каналов ОК) на два потока для по- вых реализаций цифрового сигнала (это — эле-
следующей непосредственной передачи (ТМИНП) ментарные данные). Их размер может составлять
и для передачи с установленной постоянной за- 1 бит или 2 бита (например, при применении со-
держкой через БЗУ (ТМИВП). Такое распаралле- ответственно двух- или четырехпозиционного сиг-
ливание реализовано, например, в БРТС «Кварц» нала). Если в каждом исходном m-битовом слове
и «Скут-40» [2]. (m 1) некоторые элементарные данные недо-
стоверны, есть основание ожидать, что в сфор-
Для решения задач экспресс-обработки и экс- мированном по предложенной технологии слове
пресс-анализа, осуществляемых в темпе реального недостоверных обобщенных элементарных данных
времени [3], необходима ТМИНП, а использование не окажется.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

68 В. Л. ВОРОНЦОВ

Рис. 1. Фрагмент протокола обмена данными между источником данных и средствами ФОМДТ

Используемые при осуществлении предложен- В частности, существуют два метода обна-
ной технологии алгоритмы получения обобщенных ружения и повторной передачи искаженных дан-
данных А4 и А42 [1, 6] по обеспечиваемой досто- ных [5]. Первый метод — Выборочное повто-
верности превосходят известные автовыбор и ма- рение (Selective Repeat), осуществляется повтор-
жорирование. ная передача только тех блоков данных, в кото-
рых были обнаружены ошибки. Второй метод —
Однако возможности вышеупомянутой предло- Возвращение-на-N кадров (Go-Back-N), повторно
женной технологии оказываются нереализованны- передают не только искаженные блоки данных, но
ми в условиях сильных и продолжительных по- также и все блоки, которые были переданы после
мех (когда временные интервалы с ЧПИ и ППИ них. Их особенности пояснены [5] следующим при-
значительно больше времени передачи отдельного мером: пусть N = 40, а блок 6 — ошибочный. Тогда
блока данных, что характерно для радиоканалов в случае первого метода повторно передают блоки
«борт–Земля» при передаче ТМИ с РКН и МБР данных с шестого по сороковой, а в случае второго
в полетное время). Возникает необходимость мно- метода — лишь блок 6.
гочисленных циклов повторной передачи блоков
данных на интервалах с ЧПИ и ППИ. Также Такая технология не может быть результатив-
необходимо принятие определенных мер в услови- ной в условиях длительных (до единиц секунд) ин-
ях больших временны´х задержек ТМИ, связанных тервалов с ЧПИ и ППИ.
с распространением телеметрического радиосигна-
ла (особенно при применении спутников-ретранс- С целью улучшения достоверности обобщен-
ляторов, находящихся на геостационарной орбите, ных данных, а также уменьшения количества за-
когда время задержки значительно больше време- действуемых для осуществления разнесенного при-
ни передачи формируемого в БРТС блока данных ема взаимодублируемых приемно-регистрирующих
с ТМИ). станций (ПРС) разработаны два метода управляе-
мого разнесенного приема ТМИ.
В практике построения радиолиний известны
методы, обеспечивающие передачу не отдельного Их особенность заключается в изменении вре-
блока данных, а значительного количества блоков мени задержки для повторной передачи ТМИ, на-
без какого-либо подтверждения от приемной стан- копленной в бортовом БЗУ, по командам, формируе-
ции [4, 5]. мым на телеметрируемом объекте и наземными про-
граммно-техническими средствами (ПТС), причем:

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

МЕТОДЫ УПРАВЛЯЕМОГО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА ДАННЫХ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ 69

а) в случае первого метода команда на по- тизации ПТС управляемого разнесенного приема
втор инициируется ПТС формирования обобщенно-
го массива данных телеизмерений (ПТС ФОМДТ) ТМИ Tзад нужно представлять количеством блоков
на основании вычисленных оценок достоверно- данных установленной неизменной длительности.
сти сформированных обобщенных данных теле-
измерений по тестовым данным, содержащимся Возможно использование БРТС, аналогичных
в ТМИ;
вышеупомянутым «Кварц» и «Скут-40», для по-
б) в случае второго метода команда на повтор
инициируется приемно-регистрирующими станция- следующих действий над сформированной ТМИНП
ми из состава взаимодублируемых ПРС по резуль- и ТМИВП.
татам сопоставления вычисленных оценок уровня
достоверности принятых ими данных телеизмере- Наземное ПТС УРП ТМИ (рис. 3) включает
ний с их допустимыми значениями.
в себя наземные запоминающие устройства (НЗУ),
Суть разработанных методов пояснена при-
мерами функционирования бортовых и наземных блоки обработки и оценивания (БОО), блок сорти-
ПТС управляемого разнесенного приема (УРП)
ТМИ. Упрощенные схемы вышеупомянутых ПТС ровки ТМИВП и блок вывода обобщенных данных.
представлены ниже лишь для наглядности описа- НЗУ обеспечивают необходимую задержку
ния сущностей методов и не являются обязатель-
ными с точки зрения их практической реализации. ТМИ. В блоке сортировки ТМИВП идентифици-
руют номер БЗУ, к которому относится при-
Бортовое ПТС УРП ТМИ (рис. 2) включа-
ет NБЗУ последовательно соединенных БЗУ и блок нятая ТМИВП (идентифицированная ТМИБЗУ_1,
выбора потока ТМИ. Время задержки изменяет- ТМИБЗУ_2, . . . или ТМИБЗУ_N_БЗУ поступает на со-
ся оперативно по команде «упр.», поступающей ответствующий выход этого блока), а также фор-
на управляющий вход блока выбора потока ТМИ
от наземных ПТС, или по команде, формируемой мируют необходимые команды (выход г), включаю-
в этом блоке. В зависимости от необходимой за-
держки на выход блока выбора потока ТМИ (на вы- щие в процесс обработки и оценивания ТМИ опре-
ход устройства) поступает ТМИ с выхода одно-
го из последовательно соединенных БЗУ1, БЗУ2, . . . деленные блоки БОО. В БОО формируют обобщен-
. . . , БЗУN_БЗУ, ТМИВП = {ТМИБЗУ_1, ТМИБЗУ_2, . . .
. . . , ТМИБЗУ_N_БЗУ}. ные данные с использованием поступающей на его

Рис. 2. Упрощенная схема бортового ПТС управляемого входы ТМИ и оценивают их уровень достоверно-
разнесенного приема ТМИ
сти. В зависимости от вычисленного уровня досто-
Если все NБЗУ (см. рис. 2) обеспечивают оди-
наковую задержку Tзад, то задержка ТМИ на вы- верности блоком БОО выдается команда (на вы-
ходе БЗУ1 равна Tзад_1 = Tзад, БЗУ2 — Tзад_2 =
= 2Tзад, . . ., БЗУN_БЗУ — Tзад_N_БЗУ = NБЗУTзад. ходы a0, a1, . . . или aN , см. рис. 3) о достаточно-
В дальнейшем значение Tзад для наглядности выра- сти принятой ТМИ или о необходимости ТМИВП
жено через время. При этом оно должно совпадать с новой задержкой во времени. Сформированные
с границами блоков данных с ТМИ, поступающих
на вход ПТС (см. рис. 2). То есть при конкре- в блоках БОО обобщенные данные и команды

(соответственно выходы в1, в2, . . . , вN и a0, a1, . . .
. . . , aN , см. рис. 3) поступают на входы блока вы-
вода обобщенных данных, с выхода которого по-

ступают обобщенные данные ТМИВП_ОД, сформи-
рованные наземным ПТС УРП ТМИ.

Одновременно с приемо-регистрацией ТМИ на
временном интервале длительностью ΔTнак непре-
рывно осуществляется накопление поступающей
ТМИ, а на интервале длительностью ΔTобр — об-
работка накопленной ТМИ (рис. 4). По резуль-

татам обработки принимается решение о необ-

ходимости повторной передачи (т. е. о ценно-
сти ТМИБЗУ_i), и в течение времени ΔTком,
обозначенном (см. рис. 4) «ком.», инициируется
соответствующая команда. Суммарное время ΔTнак
и ΔTобр не должно превышать время задержки Tзад
ТМИ в БЗУ (ΔTнак + ΔTобр < Tзад), при этом
ΔTобр < ΔTнак, а ΔTнак + ΔTобр + ΔTком = Tзад
и ΔTнак = ΔTобр + ΔTком.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

70 В. Л. ВОРОНЦОВ

Рис. 3. Упрощенная схема наземного ПТС управляемого разнесенного приема ТМИ

Приемо-регистрация ТМИ Приемо-регистрация ТМИ Приемо-регистрация
i-го пакета (i + 1)-го пакета (i + 2)-го пакета

Накопление ТМИ i-го пакета Обработка ТМИ i-го пакета Ком. Накопление ТМИ (i + 2)-го пакета

Накопление ТМИ (i + 1)-го пакета Обработка ТМИ (i + 1)-го пакета Ком.

Рис. 4. Циклограмма накопления и обработки поступающей ТМИ

Время передачи блока данных ТМИ равно TБД, ном БЗУ; Nпак_нак_1 — целое число). Максималь-
причем за время ΔTнак передается и накапли- ное количество пакетов, накопленных во вместе
вается пакет блоков данных из NБД_пак блоков,
его длительность равна TБД_пак (NБД_пак — це- взятых БЗУ1, БЗУ2, . . ., БЗУN_БЗУ (см. рис. 2),
лое число, TБД_пак = ΔTнак = NБД_пакTБД). Пусть равно Nпак_нак_N (Nпак_нак_N = Nпак_нак_1NБЗУ =
в дальнейшем (для определенности) Nпак_нак_1 = = Tзад_N_БЗУ : TБД_пак).
= 2 (Nпак_нак_1 = Tзад : TБД_пак, Nпак_нак_1 — мак-
Необходимо обеспечить идентификацию каж-
симальное количество пакетов, накопленных в од-
дого пакета с ТМИНП и соответствующих ему па-
кетов с ТМИБЗУ_1, ТМИБЗУ_2, . . ., ТМИБЗУ_N_БЗУ.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

МЕТОДЫ УПРАВЛЯЕМОГО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА ДАННЫХ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ 71

Возможный способ идентификации связан с ран- выражено, например, через текущие номера паке-
тов блоков данных, причем номер пакета опреде-
домизацией данных [7], формируемых бортовыми ляется по соответствующей ему ПСП. Существует
возможность многократной повторной передачи ко-
ПТС УРП ТМИ. Тогда для идентификации каж- манды «ком.» (см. рис. 4) в течение времени ΔTком.
Поэтому с точки зрения повышения помехоустой-
дого из Nпак_нак_N накопленных в БЗУ1, БЗУ2, . . . чивости командной радиолинии целесообразно уве-
. . . , БЗУN_БЗУ пакетов потребуется своя псевдо- личивать время ΔTком за счет сокращения време-
случайная последовательность (ПСП), всего — ни ΔTобр на обработку ТМИ пакета.

NПСП_ВП ПСП (NПСП_ВП = Nпак_нак_N ). Если ана- Наземные ПТС УРП ТМИ в условиях от-
логичную рандомизацию применить и к Nпак_нак_N сутствия потерь ТМИ выдают команды «ком. 0»,
пакетам ТМИНП, использовав для этого NПСП_НП а при наличии потерь — «ком. 1», «ком. 2», . . .
других ПСП (NПСП_НП = NПСП_ВП), то при опреде- . . ., «ком. NБЗУ». Если в ожидаемый момент вре-
ленной (известной) очередности применения каж- мени на вход «упр.» очередная команда от назем-
ных ПТС не поступила, то блок выбора потока
дой ПСП к ТМИНП и к ТМИВП обеспечится не ТМИ (см. рис. 2) самостоятельно выдает по ее ме-
только возможность идентификации каждого из сту соответствующую команду, причем исходя из
утверждения, что ТМИ от момента предшествую-
накопленных в БЗУ1, БЗУ2, . . ., БЗУN_БЗУ паке- щей ей команды из-за помех, действующих в кана-
тов (ТМИВП), но и возможность установления его лах «борт–Земля», была потеряна.
временно´го положения относительно каждого из
Следует заметить, что рассмотренная ранее
Nпак_нак_N текущих пакетов ТМИНП. Таким обра- стратегия применения лишь одного наземного ПТС
зом создаются условия для обеспечения синхрони- УРП ТМИ, на входы которого поступает ТМИ
лишь от одной ПРС, является очень упрощенной.
зации действий над пакетами с ТМИНП и с ТМИВП
в процессе функционирования бортового и всех на- Если задействовано несколько взаимодублируе-
мых ПРС, к которым подключены отдельные ПТС
земных ПТС УРП ТМИ. УРП ТМИ, то в случае осуществления второго ме-
тода управляемого разнесенного приема при форми-
После накопления и последующей обработки ровании команд «ком. 0», «ком. 1», «ком. 2», . . .,
«ком. NБЗУ» для их последующей передачи на вход
текущего пакета блоков данных с ТМИ наземным «упр.» бортового ПТС УРП ТМИ (см. рис. 2) нуж-
но предварительно среди команд, инициируемых
ПТС УРП ТМИ в течение времени ΔTком иниции- отдельными наземными ПТС УРП ТМИ, выбрать
руется команда «ком. 0» или «ком. 1» (см. рис. 4), приоритетные команды. Например, если имеются
две взаимодублируемые ПРС и первой из них ини-
причем «ком. 0» в случае, когда достаточно ТМИНП, циирована «ком. 0», а второй — «ком. 1», то прио-
а «ком. 1», «ком. 2», . . ., «ком. NБЗУ» — когда для ритет имеет «ком. 0». Действительно, ТМИНП пер-
улучшения достоверности принятой ТМИНП необ- вой ПРС достаточно для получения достоверных
ходима соответственно ТМИБЗУ_1, ТМИБЗУ_2, . . . обобщенных данных телеизмерений, в ТМИ вто-
. . . , ТМИБЗУ_N этого пакета. рой ПРС нет потребности. При этом ФОМДТ мо-
жет осуществляться в послеполетное время.
Если не обеспечивается необходимый уро-
В случае осуществления первого метода
вень достоверности данных i-го пакета с принятой управляемого разнесенного приема несколькими
взаимодублируемыми ПРС команды «ком. 0»,
ТМИНП, то используют дополнительно ТМИБЗУ_1. «ком. 1», «ком. 2», . . ., «ком. NБЗУ» инициирует ПТС
Если и ТМИБЗУ_1 этого пакета недостаточно, то пе- ФОМДТ. Если осуществление связано с ис-
редают повторно ТМИБЗУ_2. В процессе продви- пользованием ПТС, аналогичного представленному
жения данных i-го пакета в БЗУ1, БЗУ2 и т. д.
(см. рис. 2) они имеют приоритет перед данными

последующих пакетов (т. е. обеспечивается сначала

требуемый уровень достоверности данных i-го па-

кета управлением временем задержки ТМИ в бор-

товом ПТС УРП, а затем время задержки устанав-

ливают для последующих пакетов — для (i + 1)-го,
(i + 2)-го и т. д.).

Команды, формируемые наземными ПТС УРП

ТМИ, должны содержать сведения (инструкцию)

о времени их срабатывания в бортовом ПТС УРП

ТМИ. Время срабатывания команды может быть

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

72 В. Л. ВОРОНЦОВ

на схеме (см. рис. 3), то на входы каждого из ΔTнак = ΔTобр + ΔTком, то пусть ΔTобр = 1,5 с,
а ΔTком = 0,5 с.
его блоков БОО0, БОО1, . . . , БООN поступает со-
ответствующая ТМИНП и ТМИВП не от одной Рассмотрены возможности управляемого раз-
(как это было рассмотрено ранее), а от каждой несенного приема ТМИ на временном интерва-
ле отделения первой ступени РН «Энергия» (пуск
из взаимодублируемых ПРС. Тогда для необхо- от 15.05.1987). Для простоты полагаем, что при
его осуществлении применялась лишь одна ПРС
димых действий над ТМИНП блок БОО0 должен МК24, при этом экспериментально установлены
иметь выход, а блок вывода обобщенных данных — потери ТМИ (в секундах полетного времени) на
следующих временных интервалах: 147,6–149,3;
вход в0, аналогичный входам и выходам в1, в2, . . . 150,1–150,3; 152,3–154,3.
. . . , вN (см. рис. 3). При этом ФОМДТ осуществля-
ется в темпе поступления ТМИ (с поправкой на ее Полагаем, что требуемая достоверность обес-
печивается формированием обобщенных данных
задержку в БЗУ1, БЗУ2, . . ., БЗУN_БЗУ, см. рис. 2). телеизмерений путем замены временных интер-
Особенности практической реализации выше- валов с потерями ТМИ на соответствующие им
интервалы с достоверными данными телеизмере-
упомянутых методов зависят от сущностей сфор- ний (на этих интервалах недостоверные данные
не обнаружены). При этом (для простоты моде-
мулированных [8] ограничений (требований), каса- лирования и оценивания) из рассмотрения исклю-
чаются более результативные алгоритмы получе-
ющихся комплексирования средств формирования ния обобщенных данных [1, 6]. Смоделированные
результаты ФОМДТ показаны на рис. 5. В таб-
ТМИ в БРТС, сбора ТМИ в интересах ФОМДТ лице представлены сведения о сущностях при-
мененных при этом команд «ком. 0», «ком. 1»
и, собственно, формирования обобщенного масси- и «ком. 2».

ва данных телеизмерений. Возможности рассмотренного управляемого
разнесенного приема ТМИ зависят от времени за-
В частности, в случае осуществления перво- держки отдельного БЗУ (Tзад) и от количества та-
ких БЗУ (NБЗУ, см. рис. 2). Если длительность
го метода в условиях очень жестких ограниче- временного интервала с потерями ТМИ превы-
шает максимальное время задержки (Tзад_N_БЗУ),
ний пропускной способности каналов средств сбо- то потери ТМИ по окончании ФОМДТ неизбеж-
ны, а хранение накопленных данных телеизмере-
ра ТМИ возможна [8] передача в темпе приемо- ний, искаженных помехами, и действия над ни-
ми в наземных ПТС УРП ТМИ нецелесообразны.
регистрации не всей ТМИ, принятой ПРС, а лишь В этом случае актуально удаление вышеупомяну-
тых накопленных данных телеизмерений (по ко-
выделенных из нее тестовых данных для последу- манде «ком. 0») и возврат ПТС УРП ТМИ в ис-
ходный режим работы.
ющего формирования обобщенных тестовых дан-
Возможности управляемого разнесенного при-
ных (их объем значительно меньше всех принятых ема ТМИ могут быть существенно расшире-
ны использованием разнесения данных (сигналов)
и зарегистрированных данных телеизмерений) и на не только во времени (с применением БЗУ) и в про-
странстве (на разные антенны, размещенные на
основании оценок уровня их достоверности иници- удалении друг от друга), но и по частоте (разные
несущие частоты; например метрового и децимет-
ирования команд «ком. 0», «ком. 1», «ком. 2», . . ., рового диапазонов) и по поляризации (например,

«ком. NБЗУ». Тогда использование ТМИ, принятой
и зарегистрированной взаимодублируемыми ПРС,

позволяет обеспечить требуемый уровень досто-

верности обобщенных данных телеизмерений. При

этом сбор ТМИ и ФОМДТ осуществляют в после-

полетное время.

На примере реальной ТМИ и моделируемого

управляемого разнесенного приема показаны воз-

можности уменьшения интервалов потерь принима-

емой ТМИ — от единиц секунд до отдельных сбоев.

Пусть в составе бортового ПТС (см. рис. 2)

имеется восемь БЗУ (БЗУ1, БЗУ2, . . ., БЗУ8), каж-
дое из которых обеспечивает одинаковую задержку
ТМИ Tзад = 4 с. Тогда задержка ТМИ на выходе
БЗУ1 составит Tзад_1 = 4 с, БЗУ2 — Tзад_2 = 8 с,
БЗУ3 — Tзад_3 = 12 с, . . ., БЗУ8 — Tзад_8 = 32 с.

Пусть TБД = 80 мс, а NБД_пак = 25 блоков
(т. е. TБД_пак = ΔTнак = 25 × 0,08 = 2 с). Так как

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

МЕТОДЫ УПРАВЛЯЕМОГО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА ДАННЫХ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ 73

Рис. 5. Результаты моделирования управляемого разнесенного приема реальной ТМИ

Т а б л и ц а. Команды, сформированные при осуществлении управляемого разнесенного приема ТМИ (для поясне-
ния приведенного примера)

Номер Наземные ПТС Бортовое ПТС
паке- Время
Ком. Принята/ Ком. Время Сведения о ТМИ
та выдачи срабаты- не принята рассматриваемого пакета
вания
выдачи срабаты-
вания

1 151,0–151,5 151,5 Принята – – – Необходима ТМИБЗУ_1

1 2 155,0–155,5 155,5 Принята – – – Необходима ТМИБЗУ_2

0 159,0–159,5 159,5 Принята – – – ТМИВП не требуется

Из-за помех инструкции бортовым
1 153,0–153,5 153,5 Не принята 1 153,5 153,5 ПТС («ком. 0» или «ком. 1») от на-
2 земных ПТС не получены

2 157,0–157,5 157,5 Принята – – – Требуется ТМИБЗУ_2

0 161,0–161,5 161,5 Принята – – – ТМИВП не требуется

3 2 155,0–155,5 155,5 Принята – – – Требуется ТМИБЗУ_1, но приоритет
имеет «ком. 2» для ТМИВП пакета 1

0 163,0–163,5 163,5 Принята – – – ТМИВП не требуется

4 2 157,0–157,5 157,5 Принята – – Требуется ТМИБЗУ_1, но выполня-
– ются действия над ТМИБЗУ_1 паке-

та 1, поэтому выдают «ком. 2»

0 165,0–165,5 165,5 Принята – – ТМИВП не требуется, причем не
только для данных пакета 4, но

и для пакетов 1, 2, 3. Командой

– «ком. 0» от наземных ПТС уста-
навливается время задержки БЗУ

для ФОМДТ, при котором доста-

точно лишь ТМИНП

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

74 В. Л. ВОРОНЦОВ

сигналы вертикальной и горизонтальной поляриза- 2. Грибков Н. В., Бобылев А. В., Юрков Ю. А., Жуков-
ции) [1]. ский С. Ю., Грибков В. Н. Радиопередающее устрой-
ство с частотной модуляцией и временным разделе-
Как для обычных методов разнесенного прие- нием каналов для высокоинформативных телемет-
ма, так и для предложенных методов УРП ТМИ рических систем // Ракетно-космическое приборо-
актуально их комплексирование с другими метода- строение и информационные системы, 2017, т. 4,
ми улучшения достоверности данных радиолиний вып. 2. С. 61–67.
(например, с методами модуляции и помехоустойчи-
вого кодирования/декодирования [1,6]; в частности, 3. Богомолов О. С., Ст¨епкин В. С. Автоматизирован-
с методами помехоустойчивого кодирования, реко- ная обработка телеметрической информации: Учеб.
мендуемыми CCSDS [9]). Также для них актуаль- пособие. МО СССР, 1977. 166 с.
ны рассмотренные [10] аспекты комплексирования,
связанные с декодированием, ориентированным на 4. Васильев В. И., Буркин А. П., Свириденко В. А. Си-
мягкое решение при демодуляции (в частности, стемы связи: Учеб. пособие для втузов. М.: Высшая
на декодирование по алгоритму Витерби). школа, 1987. 280 с.

Таким образом, предложенные методы управ- 5. Блэк Ю. Сети ЭВМ: Протоколы, стандарты, интер-
ляемого разнесенного приема ТМИ обеспечива- фейсы / Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 506 с.
ют существенное улучшение достоверности данных
радиолиний путем более полного использования 6. Correlated Data Generation, Research and Develop-
возможностей адаптации к изменяющимся услови- ment for Space Data System Standards CCSDS 551.1-
ям помеховой обстановки. Их осуществление со- O-1, Issue 1, CityplaceOrange Book, Consultative
здает предпосылки для уменьшения количества Committee for Space Data Systems, July 2015.
взаимодублируемых ПРС, однако связано с постро-
ением дополнительных ПТС (бортовых и назем- 7. TM Synchronization and Channel Coding, Recom-
ных) с применением командной радиолинии. Их mended Standard CCSDS 131.0-B-2, Issue 2, Blue
отличия от обычных методов разнесенного приема Book, Consultative Committee for Space Data Sys-
не являются препятствием для комплексирования tems, August 2011.
с другими методами повышения помехоустойчиво-
сти (сущности комплексирования аналогичны). 8. Воронцов В. Л. Проблемно-ориентированный ме-
тод установления ограничений (требований) к ком-
плексированию средств информационно-телеметри-
ческого обеспечения // Ракетно-космическое прибо-
ростроение и информационные системы, 2019, т. 6,
вып. 1. С. 83–93.

Список литературы 9. Воронцов В. Л. Улучшение достоверности данных
путем использования возможностей разнесенного
1. Воронцов В. Л. Методы разнесенного приема теле- приема // Ракетно-космическое приборостроение
метрической информации и условия их применения и информационные системы, 2017, т. 4, вып. 1.
в процессе развития телеметрического комплекса С. 61–70.
космодрома. 2-е изд., перераб. и доп. Набережные
Челны: Изд-во Камской государственной инженер- 10. Воронцов В. Л. Модернизация алгоритмов получе-
но-экономической академии, 2009. 284 с. ния обобщенных данных при комплексировании ме-
тодов разнесенного приема и декодирования дан-
ных // Ракетно-космическое приборостроение и ин-
формационные системы, 2018, т. 5, вып. 1. С. 86–92.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 75–83

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ,
ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ

УДК 629.7.018.77 DOI 10.30894/issn2409-0239.2019.6.4.75.83

Автоматизация процессов контроля и управления
испытаниями опытных образцов
ракетно-космической техники

на испытательных полигонах заказчика

К. С. Иванов, к. т. н., [email protected]
ГИКЦ МО РФ им. Г. С. Титова, г. Краснознаменск, Московская обл., Российская Федерация

М. К. Бондарева, д. т. н., доцент, [email protected]
ГИКЦ МО РФ им. Г. С. Титова, г. Краснознаменск, Московская обл., Российская Федерация

М. И. Жданович, к. т. н., доцент, [email protected]
ГК «Роскосмос», Москва, Российская Федерация

А. Н. Петренко, [email protected]
15 армия Воздушно-космических сил (особого назначения),
г. Краснознаменск, Московская обл., Российская Федерация

Е. А. Стариков, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

Аннотация. Проведен анализ существующих процессов контроля и управления испытаниями опытных образцов ракетно-кос-
мической техники на испытательных полигонах заказчика. Исследованы возможности их автоматизации и сформулированы
требования к полигонным пунктам контроля и управления испытаниями. Рассмотрены возможности их последующей интегра-
ции в систему информации о техническом состоянии, испытаниях и эксплуатации ВВТ космических войск. Результаты анализа
показали, что усложнение и увеличение числа новейших образцов ракетно-космической техники приводит к существенному
повышению нагрузки на эксплуатирующие организации, испытательные полигоны, головные научно-исследовательские орга-
низации, предприятия-разработчики (изготовители) и представителей заказчика. Проанализированы информационные потоки
данных, необходимые для синтеза процессов по созданию опытных образцов. Обоснована необходимость повышения уровня
автоматизации информационного сопровождения процессов выполнения опытно-конструкторских работ и испытаний опытных
образцов за счет создания системы аппаратно-программных комплексов информационного обеспечения процессов контроля
и управления, работающих с учетом единства их информационно-лингвистического обеспечения, что позволит взаимно увя-
зать различные этапы создания опытных образцов, их эксплуатации, а также повысить информативность получаемых в их
ходе данных и создать основу для построения информационно-управляющей системы.

Ключевые слова: космические системы и комплексы, испытания, опытный образец, полигон, система информации

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 75–83

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ,
ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ

Automation of Control and Testing Processes
for Prototypes of Rocket and Space Technology

at Customer Test Sites

K. S. Ivanov, Cand. Sci. (Engineering), [email protected]
Main Trial Centre for Testing and Control of Space Means named after G. S. Titov,

Krasnoznamensk, Moscow region, Russian Federation
M. K. Bondareva, Dr. Sci. (Engineering), associate professor, [email protected]

Main Trial Centre for Testing and Control of Space Means named after G. S. Titov,
Krasnoznamensk, Moscow region, Russian Federation

M. I. Zhdanovich, Cand. Sci. (Engineering), associate professor, [email protected]
State Space Corporation ROSCOSMOS, Moscow, Russian Federation
A. N. Petrenko, [email protected]

15 army Aerospace Forces (special assignment), Krasnoznamensk, Moscow region, Russian Federation
E. A. Starikov, [email protected]

Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

Abstract. This article gives an analysis of the existing processes of control and testing of prototypes of rocket and space technology
at customer test sites. The possibilities of their automation are investigated and the requirements for polygon control and test
control points are formulated. The possibilities of their subsequent integration into the system of information on the technical
condition, testing and operation of the Space Forces military hardware are considered. The results of the analysis showed that
the complication and increase in the number of the latest rocket and space technology models leads to a significant increase
in the burden on operating organizations, test sites, leading research organizations, development companies (manufacturers) and
customer representatives. The information data flows necessary for the synthesis of processes for creating prototypes are analyzed.
The authors analyze the necessity of increasing the level of automation of information support of the experimental design work
and testing of prototypes substantiated by creating a complex of hardware and software systems for information support of control
and management processes that work taking into account the unity of their information and linguistic support, which will allow
one to relate the various stages of creation prototypes, their operation, as well as to increase the information content of the data
obtained in their course and create the basis for building information management system.

Keywords: space systems and complexes, tests, prototype, testing site, information system

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ ОБРАЗЦОВ 77

Введение ному) функционирования, а также определяющая
возможности решения КС и КК своих целевых за-
Современные возможности (навигация, связь, дач в целом.
ретрансляция, телевидение, дистанционное зондиро-
вание, разведка и др.), реализуемые космическими Постановка задачи
системами и комплексами (КС и КК), играют важ-
нейшую роль в обеспечении обороноспособности Испытания, как правило, проводятся на основа-
Российской Федерации, конкурентоспособности це- нии программы испытаний по утвержденным мето-
лого ряда отраслей отечественной промышленности дикам, являющимся приложением к указанной про-
и предоставляемых услуг, а также формировании го- грамме. Отдельные вопросы организации испытаний
сударственной системы управления в условиях ин- могут быть указаны в организационно-технических
формационного общества (через системы электрон- документах (например, в Положении об организа-
ного документооборота и другие услуги). Крайне ции управления, Программе полета и т. д.).
значимы они становится для развития наукоемких
технологий — исследований в области наноматериа- Основой для управления и принятия решений
лов, космической физики и космологии. органами, участвующими в испытаниях, является
информация о состоянии опытного образца (ОО)
Все это приводит к росту интенсивности раз- в ходе испытаний. С учетом уникальности представ-
вития КС и КК c практически геометрической ляемых на приемочные испытания ОО и возможно-
прогрессией. Существенный вклад в наращивание стей их дальнейшего приема в эксплуатацию, а так-
численности орбитальных группировок (ОГ) кос- же того, что ИП является, как правило, организа-
мических аппаратов (КА) вносит и стремитель- цией, осуществляющей дальнейшую эксплуатацию
ное развитие индустрии малых КА, в том числе КС и КК, появляется задача парирования нештат-
микроКА, уже сегодня выводящихся на орбиту ных и аварийных ситуаций, возникающих во вре-
зарубежными компаниями в сотнях единиц. Су- мя испытаний опытного образца, с целью его сохра-
щественное увеличение создаваемых в интересах нения и продолжения испытаний, а также дальней-
государственного заказчика образцов космической шего возможного приема в эксплуатацию.
техники значительно повышает нагрузку на ис-
пытательные полигоны заказчика (ИП), а также В то же время опытный образец КС и КК
организации, контролирующие процессы создания представляет собой сложнейшую территориально
и предварительных испытаний опытных образцов распределенную структуру, создаваемую большой
КС и КК со стороны заказчика. К таким орга- кооперацией предприятий-разработчиков (изготови-
низациям можно отнести как ИП, головные науч- телей), информационный обмен между которыми,
но-исследовательские организации (ГНИО) и пред- а также между организациями ИП, ГНИО, ПЗ
ставительства заказчика (ПЗ) при предприятиях и ФОИВ, обладает существенно излишней инфор-
разработчика (изготовителя), так и органы управ- мативностью и низкой адаптивностью к складыва-
ления Федеральных органов исполнительной вла- ющимся ситуациям. Проведенный анализ показы-
сти (ФОИВ), непосредственно принимающих ре- вает, что представляемый в настоящее время объ-
шения по организационным (организационно-тех- ем информации для анализа и принятия решений
ническим) вопросам создания образцов КС и КК. превышает значение, обеспечивающее наивысшую
Особую роль в процессе испытаний образцов КС эффективность принятия решения (при существу-
и КК играет Государственная комиссия по про- ющих методах обработки и анализа), однако объ-
ведению летных испытаний со своими органами, емы представляемой информации достаточно близ-
непосредственно руководящая всесторонней про- ки к приемлемому уровню. Дальнейшее увеличе-
веркой и подтверждением характеристик представ- ние информационных потоков в существующей си-
ляемых образцов, заданных в тактико-технических стеме управления снижает эффективность управ-
(ТТЗ) и технических (ТЗ) заданиях в условиях ленческих решений при увеличении времени на
реального (максимально приближенного к реаль- их принятие, что описывается законом зависимости

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

78 К. С. ИВАНОВ, М. К. БОНДАРЕВА, М. И. ЖДАНОВИЧ, А. Н. ПЕТРЕНКО, Е. А. СТАРИКОВ

эффективного решения задач управления от объема няет заданные заказчиком, заложенные разработ-
используемой информации [1, 2]. С учетом специ- чиком и обеспеченные производителем характери-
фики создания и испытаний КС и КК, уникально- стики изделия [2, 5]. Таким образом, разнотипная
сти их образцов, числа специалистов и организа- информация о характеристиках изделия содержит-
ций, участвующих в испытаниях, такая ситуация ся в различных организациях, а значит, для эффек-
приводит к снижению качества и оперативности тивного управления качеством создаваемого образ-
принимаемых решений и, как следствие, увеличе- ца необходимо их автоматизированное взаимодей-
нию сроков и снижению качества испытаний КС ствие. Оно может осуществляться по уже суще-
и КК [3–5]. ствующим сетям связи, в том числе с использова-
нием сетей ПАО «Ростелеком» и систем передачи
Для устранения указанных недостатков и каче- данных ФОИВ (рис. 1).
ственного проведения государственных испытаний
(ГИ) необходим системный подход к сбору и обра- Обработка получаемой информации должна
ботке как информации, получаемой в ходе ГИ, так проводится ГНИО заказчика и на ИП. В цен-
и информации, способной повлиять на эффектив- трах управления ФОИВ, органах управления ПЗ
ность (оперативность) принимаемых решений и по- с учетом специфики их работы целесообразно осу-
лучаемой в ходе предварительных испытаний (ПрИ), ществлять формализованное отображение хода вы-
а также статистического анализа предыдущих ис- полнения опытно-конструкторской работы (ОКР)
пытаний. При этом продолжает появляться инфор- по созданию ОО. С учетом того, что на пред-
мация, получаемая апостериорно, которую также приятии-разработчике (изготовителе), как прави-
необходимо учитывать [6, 7]. ло, для анализа информации используются спе-
циализированные информационно-вычислительные
При этом весьма важно обеспечить достовер- системы (в том числе стенд главного конструк-
ность получаемой информации. С учетом объемов тора), целесообразно размещение на них и в ПЗ
имеющихся информационных потоков и существу- при них комплексов информационного обеспече-
ющей организационно-штатной структуры сбор, об- ния и обмена. Обмен информацией между ни-
работка и анализ информации могут выполняться ми должен осуществляться с соблюдением прин-
только с использованием средств автоматизации. ципов единства информационно-лингвистического
обеспечения. Особое место в такой системе бу-
Решение задачи дут занимать испытания специального программ-
ного обеспечения, которое, с учетом вышеизложен-
Сбор информации должен осуществляться на ного, будет иметь сложную структуру информаци-
всех этапах, начиная с процесса разработки ТТЗ. онного сопровождения [4].
На этих этапах заказчик задает основные такти-
ко-технические (технические) характеристики из- ИП при этом должен быть способен осуществ-
делия и его требуемый уровень надежности. Раз- лять управление циклом летных испытаний КС
работчик закладывает эти характеристики в изде- и КК. С учетом того, что на существующий пункт
лие, обеспечивает необходимый уровень техноло- управления ИП и его комплекс средств автоматиза-
гичности проектируемого изделия, проводит ком- ции в первую очередь возлагается задача управле-
плекс необходимой наземной экспериментальной ния применением, представляется целесообразным
отработки и ПрИ для подтверждения правильно- выделение отдельного пункта управлении испыта-
сти выбранных им технических решений при со- ниями в составе подразделений, непосредственно
здании изделия. Производитель обеспечивает до- руководящих и (или) осуществляющих методиче-
стижение заложенных заказчиком и разработчиком ское обеспечение испытаний.
характеристик. Государственная комиссия совмест-
но с ИП, ГНИО, ПЗ определяет степень соответ- Исходными данными для контроля прове-
ствия полученного ОО заявленным требованиям дения испытания на ИП будут являться ТТЗ
заказчика. Эксплуатирующая организация сохра- (ТЗ), программно-методические и организационно-
технические документы, материалы анализа преды-
дущих испытаний (при необходимости). До начала

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ ОБРАЗЦОВ 79

Рис. 1. Схема взаимодействия абонентов, участвующих в создании и испытаниях КС и КК
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

80 К. С. ИВАНОВ, М. К. БОНДАРЕВА, М. И. ЖДАНОВИЧ, А. Н. ПЕТРЕНКО, Е. А. СТАРИКОВ

испытаний, в ходе разработки (согласования) ука- том представленной схемы взаимодействия абонен-
занных документов, целесообразно использование тов (см. рис. 1) и использования многомерных мас-
материалов анализа предыдущих (в том числе ПрИ) сивов исполнения позволит построить сквозные мат-
испытаний для проверки изделий образца, зало- рицы испытаний (объединяющие весь процесс испы-
женные характеристики которого заведомо могут таний и экспериментальных исследований). В целом
не соответствовать требованиям заказчика или это существенно изменяет процесс информационно-
требуют дополнительной проверки в натурных ус- го сопровождения испытаний и позволяет говорить
ловиях [8]. Общий контроль за ходом создания об- о возможности создания модели испытаний.
разца при этом может осуществляться с исполь-
зованием совокупности ведомостей исполнения из- На абонентские комплексы коллективных ком-
делия и его составных частей. Формализация про- плектов приема и отображения ФОИВ и ИП воз-
цесса может быть представлена в виде массива ис- лагаются задачи отображения состояния создания
полнения размера (M × n), где M — число этапов (испытаний) КС и КК по определенным руково-
ведомости исполнения ОКР по созданию КС (КК), дящими документами форматам, например ведомо-
n — число составных частей на нее. Для каждого стям исполнения (рис. 2).
элемента массива может существовать подмассив
такого же типа. Совокупность подмассивов в этом При этом может осуществляться оповещение
случае будет представлять собой многомерный мас- (сигнализирование) отставания от планов создания
сив, отражающий работы, проводимые предприяти- (испытаний), переносах сроков и другой, в том чис-
ем-разработчиком (изготовителем) на следующем ле неформализованной информации, получаемой от
уровне кооперации. внешних абонентов. Этапность отображения при
этом может соответствовать этапам выполнения
Планирование и контроль проведения испыта- ОКР по созданию КС и КК (рис. 3). Выводимые
ний при этом может проводиться с использовани- на экран отображения мероприятия (строки таб-
ем матрицы испытаний — прямоугольной табли- лицы на рис. 3) выбираются оператором или си-
цы, строки которой отвечают проводимым испы- стемой автоматически, в зависимости от динамики
таниям, столбцы — пунктам ТТЗ (ТЗ), на под- и сроков выполнения этапов, а также формируемых
тверждение которых они направлены. В перспекти- запросов, что определяется логикой специального
ве такой подход позволяет строить матрицы спек- программного обеспечения. На ИП и ГНИО целе-
тра плана и матрицы дублирования. Дальнейшая сообразен расширенный учет указанных процессов
автоматизация процессов контроля и управления (рис. 4).
испытаниями опытных образцов КС и КК с уче-
При этом учитываются как графики выполне-
ния опытно-конструкторской работы, так и дого-

Рис. 2. Пример отображения состояния создания (испытаний) КС и КК на ИП
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ ОБРАЗЦОВ 81
Рис. 3. Пример отображения состояния создания (испытаний) КС и КК – создание эскизного проекта

Рис. 4. Пример отображения состояния создания (испытаний) КС и КК на ИП (ГНИО)

ночные графики, графики предприятий и их коопе- ет возможность принимать упреждающие решения,
рации. нивелирующие отставание, а также при необходи-
мости осуществлять коррекцию программно-мето-
Такая система позволяет осуществлять взаим- дической и организационно-технической докумен-
ную увязку и априорный анализ хода создания (ис- тации по проведению испытаний КС и КК [9, 10].
пытаний) КС и КК и их составных частей, что да-

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

82 К. С. ИВАНОВ, М. К. БОНДАРЕВА, М. И. ЖДАНОВИЧ, А. Н. ПЕТРЕНКО, Е. А. СТАРИКОВ

Перечень получаемой информации в этом слу- необходимо повышение уровня автоматизации ин-
чае должен определяться системой информации формационного сопровождения процессов выполне-
о техническом состоянии, испытаниях и эксплуа- ния опытно-конструкторских работ и испытаний
тации КС и КК. Дальнейшее внедрение систем опытных образцов. Это возможно за счет созда-
электронного документооборота, в том числе уста- ния системы аппаратно-программных комплексов
новка терминалов на абонентских станциях ИП, информационного обеспечения процессов контро-
ГНИО и предприятиях-разработчиках (изготовите- ля и управления, работающих с учетом единства
лях), позволит осуществлять хранение цифровых их информационно-лингвистического обеспечения.
копий указанных документов на серверах комплек- Такой подход позволяет взаимно увязать различ-
сов информационного обеспечения и обмена. ные этапы создания КС и КК и их эксплуатации,
повысить информативность получаемых в их ходе
Достоверность информации обеспечивается ее данных и создать основу для построения информа-
получением из различных источников, разнотипно- ционно-управляющей системы.
стью, а также использованием формализованных
данных автоматизированных систем — внешних по Список литературы
отношению к пункту управления испытаниями або-
нентов (например, распределенной системы опера- 1. Управление подразделениями в мирное врем: Учеб-
тивного координационного планирования примене- ник / Под ред. Ю. Ф. Кириллова. М.: Голден Би,
ния технических средств наземного автоматизиро- 2007. 256 с.
ванного комплекса управления, центров управле-
ния полетом КА, стендов главного конструктора) 2. Александровская Л. Н., Круглов В. И., Кузне-
через соответствующие узлы обмена. цов А. Г. и др. Теоретические основы испытаний
и экспериментальная отработка сложных техниче-
Такой подход позволит при необходимости осу- ских систем. М.: Логос, 2003. 736 с.
ществлять исследовательские испытания на опыт-
ных образцах и повысить эффективность государ- 3. Иванов К. С. Научно-методический подход к со-
ственных испытаний за счет взаимоувязки всех эта- вершенствованию системы испытаний специально-
пов создания КС и КК. Кроме того, имеющаяся ин- го программного обеспечения наземных комплексов
формация способна существенно повысить эффек- управления космическими аппаратами. XIX научно-
тивность управленческих решений при парировании техническая конференция молодых ученых и спе-
нештатных ситуаций, возникающих в период экс- циалистов // Материалы XIX научно-технической
плуатации КС и КК, при включении в ее структу- конференции молодых ученых и специалистов Ра-
ру (в качестве внешних абонентов) аппаратно-про- кетно-космической корпорации «Энергия» имени
граммных комплексов пунктов (центров) управ- С. П. Королева, 2011. Сер. XII. Расчет, проектиро-
ления эксплуатирующих организаций и органов вание, конструирование и испытания космических
управления эксплуатацией. систем. Вып. 3. С. 83–87.

Заключение 4. Ермолаев В. А., Саакян А. П., Иванов К. С., Бон-
дарева М. К. Вопросы повышения качества управ-
В условиях усложнения КС и КК, а также ления эксплуатацией средств наземного автома-
увеличения новейших образцов ракетно-космиче- тизированного комплекса управления // Сб. тру-
ской техники происходит существенное повышение дов VIII Всероссийской научно-технической кон-
нагрузки на эксплуатирующие организации, ИП, ференции «Актуальные проблемы ракетно-космиче-
ГНИО, предприятия-разработчики (изготовители) ского приборостроения и информационных техноло-
и ПЗ при них. Пропорционально этой нагрузке уве- гий» / Под. ред. д. т. н., проф. А. А. Романова. М.:
личиваются информационные потоки с данными, АО «РКС», 2016. С. 331–338.
необходимыми для достижения целей опытно-кон-
структорских работ по созданию КС и КК. Поэтому 5. Разработка систем космических аппаратов / Под ред.
П. Фортескью, Г. Суайнерда, Д. Старк; пер. с англ.
М.: Альпина Паблишер, 2016. 764 с.

6. Иванов К. С., Бондарева М. К. Метод идентифи-
кации дефектов бортовых программных комплексов

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ ОБРАЗЦОВ 83

анализа информации космических аппаратов даль- 8. Куренков В. И., Салмин В. В., Прохоров А. Г. Мето-
них космических миссий // Труды X Междуна- дика выбора основных проектных характеристик
родной конференции «Идентификация систем и за- и конструктивного облика космических аппаратов
дачи управления» SICPRO’15 М.: Институт про- наблюдения: Учеб. пособие. Самара: Изд. Сам. госу-
блем управления им. В. А. Трапезникова РАН, 2015 дарственного аэрокосмического университета, 2007.
С. 967–979. 160 с.

7. Бондарева М. К., Ермолаев В. А., Иванов К. С. Ме- 9. Мануйлов Ю. С., Павлов А. Н., Новиков Е. А. и др.
тодические аспекты управления государственными Системный анализ и организация автоматизирован-
испытаниями космических систем и комплексов // ного управления космическими аппаратами / СПб.:
Вопросы контроля хозяйственно деятельности и фи- ВКА им. А. Ф. Можайского, 2010. 266 с.
нансового аудита, национальной безопасности, си-
стемного анализа и управления. Сб. материалов 10. Токарев В. В. Методы оптимальных решений. в 2 т.
III Всероссийской научно-практической конферен- Т. 2. Многокритериальность. Динамика. Неопреде-
ции. ФГБНУ «Аналитический центр Минобрнауки ленность. 2-е изд., испр. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012.
России», 2018. С. 107–110. 420 с.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 84–88

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ,
ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕТРИИ

УДК 629.783 DOI 10.30894/issn2409-0239.2019.6.4.84.88

Разработка методики и алгоритмов обработки данных ДЗЗ
для оценки рисков затопления территорий

Л. Е. Долгобородов, главный конструктор проектов, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация
И. В. Савосин, к. воен. н., с. н. с., [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

Аннотация. В статье представлены методика и результаты работ по расчету зон затопления различной обеспеченности на
примере территории Амурской области. Разработанная методика позволяет проводить расчеты на больших территориях. Ис-
пользуется информация гидрологических постов, космическая съемка, цифровые модели местности. Реализованы алгоритмы
параллельной обработки и многоядерная организация вычислений, ускоряющие проведение расчетов в сотни и тысячи раз
по сравнению с существующими алгоритмами в географических информационных системах ArcGIS, QGIS/GRASS/SAGA.
Полученные расчеты позволяют оценить риски затопления объектов при решении различных задач — проектировании мер
защиты от наводнений, определении ограничений строительства, страховании объектов недвижимости и земель, прогнозиро-
вании ущерба от наводнений и других.

Ключевые слова: зоны затопления, методика, алгоритмы параллельной обработки, гидрологические посты, цифровые модели
местности, данные ДЗЗ, геоинформационные системы

Development of Methods and Algorithms for Processing Earth
Remote Sensing Data for Flood Risk Evaluation

L. E. Dolgoborodov, chief project designer, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

I. V. Savosin, Cand. Sci. (Mil.), senior researcher, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

Abstract. The article presents the methodology and results of calculating flood zones with varying coverage for the territory
of the Amur region. The developed methodology allows one to perform calculations for vast territories. Information from hydro-
logical gauges, satellite imagery, and digital terrain models are used. Algorithms for parallel processing and multi-core computa-
tions, which accelerate calculations by hundreds and thousands of times in comparison with existing algorithms of the ArcGIS,
QGIS/GRASS/SAGA geographic information systems, are implemented. The use of the obtained estimates allows us to evaluate
the risks of flooding of objects when solving various tasks, i.e. for designing flood protection measures, determining construction
restrictions, insuring real estate and land, predicting flood damage and others.

Keywords: flooding zones, methodology, parallel processing, gauging stations, digital terrain models, remote sensing data, geo-
graphic information systems

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЗЗ 85

В Российской Федерации наводнения, наряду • проверка расчетов по данным космической
с пожарами, занимают одно из первых мест по сво- съемки и данным внешних источников;
ей разрушительной силе, экономическим и соци-
альным последствиям. • загрузка результатов расчетов в базу данных.

Учитывая значимость проблемы, в АО «Россий- Основные исходные данные, используемые для
ские космические системы» ведется разработка ин- создания зон затопления:
формационно-аналитической системы, алгоритмов
и программ мониторинга и анализа речных навод- • гидрологические данные;
нений на основе спутниковой информации [1, 2].
• картографические материалы;
Для этих исследований разработана методика
и выполнены работы по определению вероятностных • цифровые модели местности (ЦММ);
зон затоплений на примере территории Амурской
области (бассейны рек Амур, Зея, Бурея и др.). • данные дистанционного зондирования Земли;
C использованием многолетних гидрологических
наблюдений и данных космической съемки были • дополнительные исходные данные, в том числе
рассчитаны зоны возможных затоплений в период схемы комплексного использования и охраны
сезонных наводнений. водных объектов (СКИОВО).

На практике для расчета зон затоплений ис- Гидрологические данные включают перечень
пользуются утвержденные методики [3–5]. Такие и характеристики гидрологических постов гидро-
работы преимущественно выполняются на террито- метеорологической сети наблюдений, данные на-
риях, прилегающих к населенным пунктам, в кото- блюдений за уровнем воды и измеренные расходы
рых расположены гидропосты. Фактически работы воды в створе этих гидропостов. Гидрологические
по определению вероятных зон затоплений в си- данные по гидропостам могут храниться как таб-
лу крайне высокой трудоемкости и стоимости ин- лицы в СУБД PostgreSQL.
женерно-гидрологических расчетов не затрагивают
территорий малых населенных пунктов и межсе- В гидрологической модели на долговременных
ленных территорий (например, садовых участков, рядах наблюдений гидропостов выполняется расчет
сельскохозяйственных угодий, территорий линей- уровней воды 1 %, 5 %, 10 %, 20 %, 50 % обеспечен-
ных объектов — дорог, трубопроводов и т. п.). ности, что соответствует вероятности события один
раз в 100, 20, 10, 5 лет и 2 года.
Специалистами АО «Российские космические
системы» на основе открытой информации гидро- В методике используется цифровая модель
логических постов наблюдательной сети Росгидро- местности (ЦММ), создаваемая по данным косми-
мета [6] и спутниковых данных разработана мето- ческой съемки, полученным с различных спутни-
дика, позволяющая выполнять расчеты зон затоп- ков. Для проведения расчетов подготовлена циф-
лений по всей территории региона (субъекта Рос- ровая модель рельефа (ЦМР) в растровом формате
сии), включая территории малых населенных пунк- GeoTIFF. Цифровая модель рельефа на территорию
тов и межселенные территории. интереса создается на основе цифровых моделей
местности по данным Роскосмоса, SRTM, ALOS,
Расчеты зон затопления включают следующие ArcticDEM.
этапы:
В качестве базовой используется ЦММ, по-
• подготовка исходных данных; строенная по данным космического аппарата ALOS
(Япония), приведенная к разрешению 10 м в плане.
• построение гидрографической сети (контуров Пропуски в этой модели, особенно в северных широ-
водных объектов); тах, заполняются данными других моделей. Постро-
енная цифровая модель местности позволяет разли-
• создание модели рельефа на основе модели чать дома, сооружения, границы поймы водотоков.
местности;
Для гидрологических расчетов необходимо
• расчет гидрологической модели; сглаживание и устранение шумов ЦММ. Сглажи-
вание необходимо выполнять с учетом расчленен-
• расчет зон затопления; ности рельефа, т. е. необходимо большее сглажи-
вание в поймах рек и меньшее на пересеченной

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

86 Л. Е. ДОЛГОБОРОДОВ, И. В. САВОСИН

местности. Также для гидрологических расчетов Например, по разработанным алгоритмам время
(зон затоплений) необходимо сделать специальную фильтрации ЦММ размером 25 000 × 17 000 пиксе-
фильтрацию и гидрологическую коррекцию ЦММ. лей, включающей многостадийное определение па-
раметров ЦММ (определение среднего значения,
В составе географических информационных си- среднеквадратичного отклонения от среднего, филь-
стем ArcGIS, QGIS/GRASS/SAGA и других пред- трация шумов и сглаживание с обработкой каж-
ставлен достаточно широкий набор модулей для дой точки изображения до 20 раз), составляет около
гидрологических расчетов по ЦММ. 15 минут.

Размер бассейна реки Амур составляет 3000 × Фильтрация ЦММ размером 25 000 × 17 000
× 1000 км. Практические расчеты с использовани- пикселей традиционным алгоритмом Mesh denoise
ем традиционных алгоритмов для цифровых моде- (SAGA) практически невозможна, так как ожидае-
лей местности таких обширных территорий требу- мое время расчетов составляет несколько дней.
ют огромных вычислительных ресурсов и больших
временны´х затрат. Расчет зон затоплений выполняется для различ-
ных участков территории в зависимости от наличия
Разработанные специалистами АО «Российские исходных и расчетных гидрологических данных.
космические системы» алгоритмы позволяют осу-
ществлять параллельную обработку данных с ис- В окрестности гидропоста (расстояния до 5–
пользованием высокопроизводительных вычисли- 10 км) расчет зон затоплений выполняется по уров-
тельных комплексов. Определение зон затоплений ням заданной обеспеченности, рассчитанным по
проводилось специальными программами, автома- временным рядам наблюдений на гидропосте. Зона
тизирующими обработку больших объемов данных. затоплений в окрестности гидропоста рассчитыва-
Разработанные вычислительные программы выпол- ется по подготовленному рельефу с учетом уклона
няют: реки в точке гидропоста.

• фильтрацию шумов ЦММ и сглаживание ре- На территории по длине водотока между гид-
льефа; ропостами (расстояния 100–200 км, разбитые на
участки 5–10 км) расчет зон затоплений выполня-
• гидрологическую коррекцию ЦММ; ется по подготовленному рельефу с учетом уклона
реки в точках построенной гидросети, по уровням
• построение поля направлений стока; заданной обеспеченности, рассчитанным в этих
точках, путем интерполяции данных на узлы гид-
• построение поля аккумуляции стока; росети с учетом расхода в створах и площади бас-
сейна стока.
• построение гидросети;
На территории по длине притоков, вне обла-
• построение суббассейнов рек; стей расчета параметров гидросети, зона возмож-
ных затоплений рассчитывается по параметрам ре-
• определение параметров гидрологической мо- льефа путем экстраполяции данных в узлах гидро-
дели по данным гидропостов; сети по длине притока. Зоны возможных затопле-
ний рассчитываются как зоны с высотой, превыша-
• расчет вероятных зон затоплений по гидроло- ющей уровень воды над уровнем выхода на пойму,
гической модели на всей территории бассейна в пределах территорий с высотами рельефа меньше
реки. порогового значения.

Алгоритмы предусматривают расчеты на пуле В расчетах используются вычислительные ме-
мультипроцессорных серверов. Для выполнения вы- тоды многоклассовой классификации (распознава-
числений были задействованы серверные мощности ние с обучением). В качестве обучающей выборки
центра обработки данных (ЦОД) АО «Российские для распознавания используются рассчитанные зо-
космические системы». ны затоплений вокруг гидропостов и в точках меж-
ду гидропостами (размером 5–10 км в зависимо-
Реализация алгоритмов параллельной обработ- сти от величины стока водного объекта). Площадь
ки и многоядерная организация вычислений уско-
рили проведение расчетов в сотни и тысячи раз
в сравнении с существующими алгоритмами в гео-
графических информационных системах ArcGIS,
QGIS/GRASS/SAGA.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЗЗ 87

Рис. 1. Фрагмент построенной цифровой модели местности

Рис. 2. Рассчитанные зоны затоплений для заданной обеспеченности
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

88 Л. Е. ДОЛГОБОРОДОВ, И. В. САВОСИН

обучающей выборки рекомендуется не менее 2 % рии бассейна реки для уровней воды 1 %, 5 %, 10 %,
от площади всех затапливаемых территорий. 20 %, 50 % обеспеченности, что соответствует на-
воднениям, случающимся 1, 5, 10, 20 и 50 раз
Проверка расчетов проводится по данным кос- в 100 лет соответственно.
мической съемки в периоды реальных наводнений
и данным внешних источников. Рассчитанные зоны затоплений могут хранить-
ся как записи в СУБД PostgreSQL с расширением
Проверка расчетов по данным космической Postgis.
съемки включает сравнение (расчет коэффициен-
та корреляции) фактических зон затопления, по- Отображение исходных данных и результатов
лученных по результатам обработки космических расчета производится в геоинформационной систе-
снимков, и рассчитанных зон затоплений по дан- ме QGIS/GRASS (рис. 1, 2).
ным гидропостов на дату съемки. В расчете учи-
тывается время съемки (время получения фактиче- Полученные результаты расчета вероятных зон
ских данных) и среднесуточные данные по гидро- затоплений в поймах рек могут использоваться для
постам. Данные космической съемки подбираются решения таких задач, как оценка вероятности по-
максимально близкие к датам наивысших уровней падания различных объектов в зоны затопления,
в период наводнений. прогнозирование ущерба от наводнений, проекти-
рование мер защиты от наводнений, определение
Кроме того, космические снимки используются ограничений строительства, страхование объектов
для: недвижимости и земель.

– уточнения контуров водных объектов в ме- Список литературы
жень (при значительных расхождениях контуров
водных объектов, полученных с карт); 1. Долгобородов Л. Е., Савосин И. В. Информационно-
аналитическая система мониторинга наводнений на
– определения поправок высот рельефа для основе спутниковой информации // Дистанционное
приведения гидрологических данных, хранящихся зондирование Земли из космоса в России, 2018, № 1.
в Балтийской системе высот, к системе WGS-84, С. 68–73.
в которой представлены ЦММ (путем корреляции
набора фактических и расчетных данных). 2. Жиганов А. Н., Долгобородов Л. Е., Савосин И. В.
Алгоритмы решения задач мониторинга наводне-
Обработка снимков проводится специально на- ний на основе мульти- и гиперспектральных дан-
писанными программами на языке python. ных c космических аппаратов «Ресурс-П» и «Ка-
нопус-В» // Космонавтика и ракетостроение, 2017,
На территории регионов России, где выполнено вып. 99. C. 121–128.
Постановление Правительства Российской Федера-
ции от 18 апреля 2014 г. № 360 «Об определе- 3. Свод правил СП 33-101-2003. Определение основных
нии границ зон затопления, подтопления», расче- расчетных гидрологических характеристик. М.: Гос-
ты необходимо сравнить с данными о норматив- строй России, 2004. 73 с.
ных зонах затоплений, определенными в пределах
территорий населенных пунктов как результат ис- 4. Пособие по определению расчетных гидрологиче-
полнения этого Постановления — оценить совпаде- ских характеристик. ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
ние контуров зон затоплений и попадание объектов 448 с.
в зону затоплений, получить коэффициенты корре-
ляции при уровнях заданной обеспеченности. 5. Методические рекомендации по определению рас-
четных гидрологических характеристик при отсут-
Разработанные алгоритмы позволили выпол- ствии данных гидрометрических наблюдений. СПб.:
нить расчеты зон затоплений по всей территории Нестор-История, 2009. 193 с.
региона.
6. Автоматизированная информационная система госу-
Конечным результатом работы алгоритмов яв- дарственного мониторинга водных объектов (АИС
ляются контуры зон затоплений на всей террито- ГМВО). https://gmvo.skniivh.ru (Дата обращения
21.11.2019).

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 89–96

ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ,
МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА, ПРИБОРЫ НА КВАНТОВЫХ ЭФФЕКТАХ

УДК 621.3.049.776.21 DOI 10.30894/issn2409-0239.2019.6.4.89.96

Характеристики многослойной
коммутационной СВЧ-платы микромодуля

космического назначения

А. А. Жуков, д. т. н., доцент, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

А. Ю. Калашников, аспирант, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

В. Э. Поймалин, аспирант, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

Аннотация. Экспериментально исследованы потери (S2,1) СВЧ-платы с многоуровневой коммутацией на основе двух типов орга-
нического диэлектрика (далее СВЧ-плата) в зависимости от температуры и продолжительности термической обработки. В каче-
стве органического диэлектрика рассматриваются фоточувствительный негативный полимер Epoclad и нефоточувствительный
полипиромеллитимид. Показано, что стабилизация параметров потерь СВЧ-платы достигается с помощью термообработки,
проводимой перед монтажом кристаллов, при температуре, определенной для каждого типа рассмотренного органического
диэлектрика. Обнаружено, что наиболее стабильные характеристики после температурного воздействия от −196 до +200 ◦C
показывает СВЧ-коммутационная плата на частоте 10 ГГц на основе полипиромеллитимида, изменение СВЧ-параметра (S2,1)
в которой составили не более −0,26 дБ, что означает возможность эксплуатации приборов на ее основе после воздействия
температур широкого диапазона.

Ключевые слова: СВЧ-плата, полипиромеллитимид, epoclad, СВЧ-характеристики, температурное воздействие

Characteristics of a Multilayer
Switching Microwave Board

for a Space Purpose Micromodule

A. A. Zhukov, Dr. Sci. (Engineering), associate professor, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

A. Yu. Kalashnikov, postgraduate student, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation
V. E. Poimalin, postgraduate student, [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

Abstract. The paper presents an experimental study of the losses (S2,1) of a microwave board with multilevel switching based
on two types of organic dielectric depending on the temperature and duration of heat treatment. The photosensitive negative polymer
Epoclad and the non-photosensitive polypyromellitimide are considered as an organic dielectric. It is shown that stabilization
of the parameters of losses of the microwave board is achieved by heat treatment carried out before the chips mounting at the
temperature determined for each type of the considered organic dielectric. It was found that the most stable characteristics after
temperature exposure from −196 to +200 ◦C are shown by a microwave switching board at the frequency of 10 GHz based on
polypyromellitimide, the change in the microwave parameter (S2,1) in which was no more than −0.26 dB, which means that it is
possible to operate the devices based on it after exposure to a wide range of temperatures.

Keywords: microwave board, polypyromellitimide, epoclad, microwave parameters, temperature exposure

90 А. А. ЖУКОВ, А. Ю. КАЛАШНИКОВ, В. Э. ПОЙМАЛИН

Введение торско-технологическим решениям [1]. Согласно
требованиям комплексной микроминиатюризации
Интерес к многослойным коммутационным изделий, основными путями совершенствования
СВЧ-платам вновь возник несколько лет тому на- микросборок (МСБ) и СВЧ-гибридных интеграль-
зад в связи с развитием техники связи на частотах ных схем (ГИС) являются улучшение электриче-
от 1 ГГц и выше. Реализация микросборок и ги- ских характеристик; снижение массы и габаритов;
бридных интегральных схем в виде многослойной улучшение тепловых режимов работы; повышение
конструкции с бескорпусными СВЧ-кристаллами надежности; повышение технологичности; сниже-
позволяет увеличить степень интеграции при со- ние стоимости [2]. Известен ряд методов обеспе-
хранении или уменьшении массогабаритных харак- чения стабильности микроэлектронных конструк-
теристик по сравнению с аналогами. В много- ций. Тонкопленочные ГИС и МСБ имеют слож-
слойных конструкциях используют диэлектриче- ную слоистую структуру проводников, обеспечива-
ские слои низко- или высокотемпературной кера- ют более высокую плотность монтажа в сравнении
мики или органического диэлектрика. При этом с толстопленочными и, следовательно, позволяют
важным показателем остается стабильность ха- получить микросхемы с лучшими электрически-
рактеристик многослойных коммутационных плат. ми, массогабаритными и другими характеристика-
В особенности стабильность важна для изделий ми [3]. Использование кремния в качестве осно-
космического назначения, где компоненты микро- вы коммутационной платы в малогабаритных мо-
электроники могут испытывать воздействие темпе- дулях [4] обеспечивает ряд преимуществ по срав-
ратур в широком диапазоне от криогенных до сотен нению с традиционными материалами:
градусов Цельсия.
– топологические нормы современной кремни-
К сожалению, результатов систематических евой технологии намного превосходят возможности
исследований по стабилизации структуры много- технологии керамических многослойных плат;
слойных коммутационных СВЧ-плат на основе ор-
ганического диэлектрика, функционирующих на – применение тонкопленочных конденсаторов,
частоте 10 ГГц, не обнаружено, в связи с чем опре- интегрированных в коммутационную плату, повы-
деление характеристик и метода стабилизации па- шает надежность СВЧ-узла;
раметров коммутационной СВЧ-платы представля-
ется актуальной задачей. – теплопроводность кремния намного превос-
ходит теплопроводность стеклополимеров и LTCC,
Цель работы — исследование способа стаби- сравнима с теплопроводностью псевдосплавов, при-
лизации параметров структуры СВЧ-платы с мно- меняемых для согласования термического расшире-
гоуровневой коммутацией на основе органическо- ния кристаллов СВЧ интегральных схем и меди [4].
го диэлектрика с помощью термической обработки, Перспективным материалом подложек мощных
проводимой перед монтажом кристаллов. ГИС является нитрид алюминия. Нитрид алюми-
ния характеризуется хорошей теплопроводностью,
Для достижения поставленной цели необходи- высоким удельным электрическим сопротивлением
мо решить следующие задачи: и сравнительно невысоким значением диэлектриче-
ской проницаемости [5]. В работах [6–9] показаны
– определить состав и структуру тестовых об- подходы к обеспечению надежности и стабильно-
разцов; сти изделий электронной техники. Для обеспече-
ния долговременной стабильности параметров в ра-
– определить температурно-временну´ю зави- боте [6] рассмотрены варианты:
симость термообработки тестовых образцов;
– искусственной стабилизации элементов до
– выявить зависимость изменения СВЧ-пара- их установки в проектируемое изделие. Отмечает-
метров от температурного воздействия на тестовые ся, что ответственным этапом искусственной ста-
образцы. билизации является правильный выбор физико-
химической модели механизма изменения пара-
Особенности функционирования бортовых метров;
СВЧ-устройств предъявляют с ростом частоты об-
рабатываемого сигнала все более жесткие требова-
ния к применяемым схемотехническим и конструк-

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОСЛОЙНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ СВЧ-ПЛАТЫ МИКРОМОДУЛЯ 91

– использования защитных покрытий [7]. Изве- слои выполнены из систем металлизации Cr–Cu–
стно, что повышение температуры и напряженно- Cr, Сr–Сu–Ni или Сr–Сu–Ni–Auгальв. толщиной
сти электрического поля ускоряет процесс старе- от 3 до 10 мкм, на которых сформирован функцио-
ния ИС. Роль механизмов отказов в этом процессе нальный топологический рисунок структуры доро-
различна, многие из них связаны с физико-химиче- жек и которые соединены между собой металлизи-
скими реакциями, поэтому использование защит- рованными переходными отверстиями. Диэлектри-
ных покрытий является одним из вариантов повы- ческие слои включают в себя металлизированные
шения надежности при эксплуатации и стабильно- отверстия и состоят из органического диэлектри-
сти характеристик электронной техники. В рабо- ка толщиной от 40 до 100 мкм. Топология платы
те [8] показано, что материалы на основе кремний- служит для подведения информационных и управ-
органических полимеров широко используются для ляющих сигналов к СВЧ-кристаллам, установлен-
защиты. Композиции [9] рекомендуют для защиты ным на нее, и отведения обработанной информации
ГИС СВЧ и иных изделий электронной техники. от кристаллов дальше по функциональному тракту.
В связи с тем, что свойства СВЧ-сигналов силь-
– учет потерь тепла, термостабилизации и ис- но зависят от структуры проводящей области, име-
ключение перегрева микроэлектронной конструк- ет место изменение характеристик сигнала, свя-
ции представляется одним из приемов повышения занное с температурно-временным воздействием на
стабильности и надежности СВЧ узлов [7]; структуру «металл–диэлектрик». Тестовые образ-
цы выполнены на подложке из нитрида алюминия
– использование толстопленочной полимерной или кремния, толщина которой составляет от 0,3
изоляции в многоуровневой плате, как показано до 0,5 мм [13, 14] (рис. 1).
в работе [10], исключает ее пробой и снижает
паразитную емкость между проводниками разных Рис. 1. Схематичное изображение поперечного сечения
уровней, что повышает быстродействие электрон- конструкции многослойной СВЧ-платы с многоуровне-
ных устройств. вой коммутацией на основе органического диэлектрика,
где а — подложка; б — проводящие слои; в — органи-
Таким образом, анализ специальной литерату-
ры показывает, что результатов систематических ческий диэлектрик
исследований характеристик и приемов стабили-
зации структуры многослойных коммутационных Технологический процесс изготовления образ-
СВЧ-плат, функционирующих на частоте 10 ГГц цов схематично представлен на рис. 2. Последним
на основе органического диэлектрика, не обна- слоем формируют металлический слой с топологи-
ружено, а представленное исследование призвано ческим рисунком, на который производят монтаж
восполнить данный пробел. кристаллов.

Объекты исследования Формирование функциональных проводящих
структур начинали с нанесения слоя металлиза-
Объектами исследования служили тестовые ции с помощью метода магнетронного распыления
образцы, представляющие собой многослойные тонких пленок после обработки поверхности под-
СВЧ-платы с многоуровневой коммутацией систе- ложки химическими и плазмохимическими мето-
мы металлизации Cr–Cu–Ni или Сr–Сu–Ni–Auгальв дами. Процесс нанесения тонкопленочной прово-
на основе органического диэлектрика, где органи- дящей структуры Cr–Cu–Ni производили за один
ческий диэлектрик представлен фоточувствитель- цикл. Слой Cr в данной системе имеет назначе-
ным негативным полимером (далее — фотополи- ние адгезионного подслоя в проводящей системе
мер) [11] или нефоточувствительным полипиро- Cr–Cu–Ni. Толщина слоя Cu для проводящих сло-
меллитимидом [12]. СВЧ-плата с многоуровневой ев платы составляет от 3 мкм до 5 мкм. Защитный
коммутацией на основе органического диэлектри-
ка состоит из N чередующихся слоев металли-
зации и органического диэлектрика. Проводящие

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

92 А. А. ЖУКОВ, А. Ю. КАЛАШНИКОВ, В. Э. ПОЙМАЛИН

Межоперационное время Подготовка Межоперационное время
не более 30 минут поверхности подложки не более 30 минут

Формирование Межоперационное время
функционального слоя не более 30 минут

металлизации

Химическая обработка Комплексная обработка
и плазмохимическая поверхности

обработка поверхности Формирование
диэлектрического слоя
на основе органического

полимера

В случае более одного Формирование последнего
проводящего функционального слоя
металлизации
и диэлектрического слоя

Контроль параметров
структуры

Стабилизация параметров
структуры платы

Контроль параметров
стабилизированной

структуры
Рис. 2. Технологический маршрут изготовления тестового образца

слой Ni в данной проводящей системе имеет тол- обработкой. Рисунок слоя диэлектрика на основе
щину 0,3 мкм. Далее гальваническим способом полипиромеллитимида формируют травлением в ще-
осаждали слой золота толщиной от 0,5 до 1 мкм лочном травителе через предварительно сформиро-
для системы Сr–Сu–Ni–Auгальв.. Получаемая топо- ванную медную маску. Подготовка поверхности пе-
логия сформирована с помощью фотолитографиче- ред нанесением полимерного покрытия представляет
ских процессов, жидкостного химического травле- собой последовательность из операций химической
ния. Диэлектрические слои (толщина одного слоя обработки в органическом растворителе, плазмохи-
составляет приблизительно 50 мкм) реализованы мической в кислородной плазме и термической об-
формированием толстого полимерного покрытия работок. После получения многослойной структуры
из раствора [15]. Фоточувствительность полиме- производили измерения СВЧ-параметров функцио-
ра позволяет формировать топологию диэлектриче- нальных элементов. Стабилизация параметров по-
ского слоя экспонированием с зазором через фо- лученной СВЧ-платы с многоуровневой комму-
тошаблон с последующим проявлением и термо- тацией на основе фотополимера осуществлялась

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОСЛОЙНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ СВЧ-ПЛАТЫ МИКРОМОДУЛЯ 93

методом термической обработки в термошкафу при ветствующих температурах; а участки GH, KH —
температуре ниже температуры деструкции органи- охлаждение до исходной температуры. Участок JK
ческого диэлектрика на 10 %. При этом нагрев осу- показывает выдержку при температуре на 10 %
ществляли при скорости не более 1 ◦C/мин и по- ниже температуры его деструкции.
следующей выдержке в течение 12–15 ч. Охлажде-
ние производили до комнатной температуры в объ- Методы исследования
еме термошкафа. Стабилизация параметров полу-
ченной СВЧ-платы с многоуровневой коммутаци- Измерения величины прохождения сигнала
ей на основе полипиромеллитимида представляет в СВЧ-линии проводились с помощью векторного
собой термическую обработку со ступенчатым на- анализатора цепей. Для определения динамики из-
гревом со скоростью не более 1 ◦C/мин в тече- менения S-параметров СВЧ-линий от времени тер-
ние 9–11 ч и последующей выдержкой в тече- мической обработки, термообработка проводилась
ние не менее 1,5 ч при температуре на 20 % ни- циклами с выдержкой по 1 ч. В процессе изме-
же температуры имидизации, с дальнейшим охла- рения с векторного анализатора подавали сигнал
ждением до комнатной температуры в объеме тер- на частоте 10 ГГц на тестовые СВЧ-линии разно-
мошкафа. На рис. 3 изображена температурно-вре- го вида (микрополосковые, симметричные, копла-
менная зависимость стабилизирующей термообра- нарные) и измеряли S-параметры. Были измерены
ботки СВЧ-платы с многоуровневой коммутацией S-параметры СВЧ-линий плат обоих вариантов ис-
на основе фотополимера и полипиромеллитимида. полнения после воздействия повышенной и пони-
Участки AB, AJ, CD, EF характеризуют зоны на- женной температур (после погружения плат в жид-
грева, скорость которого не превышает 1 ◦С/мин; кий азот). Для получения динамики изменения
участки BC, DE, FG — зоны выдержки при соот-

Рис. 3. Температурно-временные зависимости термообработок СВЧ-плат с многоуровневой коммутацией на основе
Epoclad и полипиромеллитимида

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

94 А. А. ЖУКОВ, А. Ю. КАЛАШНИКОВ, В. Э. ПОЙМАЛИН

СВЧ-параметров функциональных элементов от лов нагревания и/или охлаждения отсутствует, что
времени термической обработки многослойную свидетельствует о стабильности и температурной
структуру на основе полипиромеллитимида подвер- независимости свойств многослойной структуры на
гали термообработке циклами с выдержкой по 1 ч основе полипиромеллитимида в результате термо-
при температуре 200 ◦C и проводили измерения ха- обработки.
рактеристик после каждого цикла. Качество фото-
литографии и металлизации оценивали с методом
оптической микроскопии.

Результаты и обсуждение

На рис. 4 показаны результаты измерений Рис. 5. Результаты измерений СВЧ-параметров много-
СВЧ-параметров платы с многоуровневой коммута- слойной структуры на основе полипиромеллитимида
цией на основе фотополимера после многократной
термообработки, где S(2,1) — величина прохожде- с системой металлизации Cr–Cu–Ni
ния сигнала в СВЧ-линии, номер измерения — по-
рядковый номер процесса термообработки, где 1 —
измерение до термообработки.

На рис. 4 видно, что при первых циклах об-
работки величина S(2,1) резко ухудшается, но по-
сле (в среднем после восьми циклов) возвращается
в исходное состояние. Следует отметить, что ха-
рактер изменений СВЧ-параметров примерно оди-
наковый независимо от вида тестовых СВЧ-линий.

Рис. 6. Результаты измерений СВЧ-параметров много-
слойной структуры на основе полипиромеллитимида

с системой металлизации Cr–Cu–Ni–Au

Рис. 4. Результаты измерений СВЧ-параметров платы В результате температурного воздействия при
с многоуровневой коммутацией на основе фотополимера −196 ◦C на СВЧ-платы с многоуровневой ком-
с системой металлизации Cr–Cu–Ni после многократ- мутацией на основе полипиромеллитимида с си-

ной термообработки стемой металлизации Cr–Cu–Ni изменение значе-
ния S(2,1) составило −0,26 дБ, что является ве-
Из рис. 5 и 6 видно, что после темпера- личиной, входящей в допуск измерительной си-
турного воздействия величина S(2,1) стабильна.
Для СВЧ ГИС с многоуровневой коммутацией на стемы.
основе полипиромеллитимида независимо от ма-
териала металлизации температурная зависимость В результате температурного воздействия при
СВЧ-характеристик от времени и количества цик- −196 ◦C на СВЧ-платы с многоуровневой коммута-
цией на основе фотополимера с системой металли-

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОСЛОЙНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ СВЧ-ПЛАТЫ МИКРОМОДУЛЯ 95

Рис. 7. Изображение локального отслоения, наблюда- шей технологичности нефоточувствительного ма-
емого в результате температурного воздействия при териала в процессе формирования структуры мно-
−196 ◦C на СВЧ-платы с многоуровневой коммутаци- гоуровневой коммутационной платы по сравнению
ей на основе фотополимера с системой металлизации с фотополимером наблюдается стабильность адге-
Cr–Cu–Ni, где 1 — место локального отслоения метал- зионных характеристик при воздействии экстре-
лизации СВЧ-линии, 2 — сохранившийся участок ме- мально низких температур (−196 ◦C), а также не-
изменное значение параметра S(2,1) СВЧ-линии.
таллизации СВЧ-линии, 3 — фотополимер
Список литературы
зации Cr–Cu–Ni изменение значения S(2,1) соста-
вило −1,84 дБ, наблюдались локальные отслоения 1. Климачев И. И., Иовдальский В. А. СВЧ ГИС. Осно-
металлизации полимера (рис. 7). вы технологии и конструирования. М.: Техносфера,
2006. 352 c.
Выводы
2. Бондаренко О. Е., Федотов Л. М. Конструктивно-
Изменение СВЧ-характеристик функциональ- технологические основы проектирования микросбо-
ных элементов в процессе термообработки, вероят- рок. М.: Радио и связь, 1988. 156 с.
но, обусловлено протеканием физико-химических
процессов не только в металлизации СВЧ-платы 3. Ермолаев Ю. П. Конструкции и технология микро-
с многоуровневой коммутацией на основе органиче- схем / Ю. П. Ермолаев, М. Ф. Пономарев, Ю. Г. Крю-
ского диэлектрика, но и на границе раздела метал- ков. М.: Сов. радио. 1980. 254 с.
лизации с слоем органического диэлектрика, а так-
же и в самом слое полимера. 4. Тишин А. С, Котляров Е. Ю. Малогабаритный
приемопередающий субмодуль -диапазона.
Таким образом, в результате проведения ста- http://conf59.mipt.ru/static/reports_pdf/2976.pdf
билизирующей термообработки обеспечивается по- (Дата обращения 24.09.2019).
лучение стабильных СВЧ-характеристик в много-
слойной плате на органическом диэлектрике. Термо- 5. Часнык В. И. Применение высокотеплопроводной ке-
обработку проводят при следующих режимах: для рамики из нитрида алюминия в вакуумных элек-
СВЧ-платы с многоуровневой коммутацией на осно- тронных приборах СВЧ // Технология и конструиро-
ве фотополимера при температуре на 10 % ниже тем- вание в электронной аппаратуре, 2013, № 4. С. 8–12.
пературы деструкции органического диэлектрика со
скоростью нагрева не более 1 ◦C/мин и времени 6. Ранченко Г. С. Повышение параметрической надеж-
выдержки 12–15 ч и для СВЧ-платы с многоуров- ности элементной базы бортовой радиоэлектронной
невой коммутацией на основе полипиромеллитими- аппаратуры методом искусственной стабилизации /
да при обработке со ступенчатым нагревом со ско- Г. С. Ранченко, Е. В. Бондаренко // Авiацiйно-кос-
ростью не более 1 ◦C/мин в течение 9–11 ч и вы- мiчна технiка i технологiя, 2003, № 6. С. 139–142.
держкой в течение не менее 1,5 ч при температу- http://nbuv.gov.ua/UJRN/aktit_2003_6_35 (Дата об-
ре на 20 % ниже температуры имидизации с даль- ращения 24.09.2019).
нейшим остыванием до комнатной температуры.
При этом для СВЧ-платы с многоуровневой комму- 7. Строгонов А. В. Оценка долговечности БИС по ре-
тацией на основе полипиромеллитимида при мень- зультатам ускоренных испытаний // Техноло-
гии в электронной промышленности, 2007, № 3.
С. 90–96.

8. Коблова Л. Б. Полиорганосилоксановые покрытия
с повышенной твердостью и эластичностью, пред-
назначенные для защиты изделий электронной тех-
ники // Фундаментальные исследования, 2017,
№ 12-2. С. 297–302.

9. Бирюлин Г. В., Егоров В. И., Попов Ю. Ю., Савинце-
ва Л. А. Тепловой режим микросборок // Исследова-
ния и разработки в области физики и приборострое-
ния: Научнотехнической вестник Санкт-Петербург-
ского государственного университета информацион-
ных технологий, механики и оптики, 2006, № 31.
С. 115–117.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

96 А. А. ЖУКОВ, А. Ю. КАЛАШНИКОВ, В. Э. ПОЙМАЛИН

10. Спирин В. Г. Многоуровневые платы с толстопле- polucheniya-poliimidnykh-struktur-dlya-mikroe
ночной полимерной изоляцией // Технология и кон- #ixzz5SJp6luYp (Дата обращения 24.09.2019).
струирование в электронной аппаратуре, 2012, № 5.
С. 3–7. 13. ТУ БПКЖ.90.01.000. Пластины монокристалличе-
ского кремния.
11. EpoCore & EpoClad — Negative Tone Photoresist
Series. https://www.microresist.de/en/products/ 14. ТУ 5961-122-07621739-2014. Пластины алюмонит-
negative-photoresists/uv-lithography-broadband-and- ридные.
i-line-exposure/epocore-epoclad-serien (Дата обраще-
ния 24.09.2019). 15. Жуков А. А., Калашников А. Ю. Способ полу-
чения диэлектрического слоя на основе полимер-
12. Жуков А. А. Физико-химические и технологиче- ного покрытия в изделиях микроэлектроники: Па-
ские основы получения полиимидных структур для тент 2692373 РФ / Патентообладатель — Акцио-
микроэлектронных устройств, устройств микроме- нерное общество «Российская корпорация ракет-
ханики и микросенсорики. Дисс. . .д. т. н. М., 2014. но-космического приборостроения и информацион-
315 с. http://www.dissercat.com/content/ ных систем» (АО «Российские космические систе-
fiziko-khimicheskie-i-tekhnologicheskie-osnovy- мы»), № 2018128409/05; заявл. 03.08.2018; опубл.
24.06.2019. Бюл. № 18. 15 с.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2019, том 6, выпуск 4, c. 97–101

ИСТОРИЧЕСКИЕ ОЧЕРКИ

УДК 629.783 DOI 10.30894/issn2409-0239.2019.6.4.97.101

Воспоминания об отдельных событиях эпохи
освоения Луны в рамках советской программы Е-8, Е-8/5

и программы США «Аполлон»

Е. П. Молотов, д. т. н., профессор, [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

Ю. А. Тимофеев, к. т. н., [email protected]
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация

Аннотация. 21 июля 2019 года исполнилось 50 лет со дня знаменательного события в истории космонавтики — посадки
американского пилотируемого комплекса «Аполлон-11» на поверхность Луны и выхода на нее астронавтов Н. Армстронга
и Б. Олдрина в 1969 году.

Период конца шестидесятых годов в нашей стране был связан с активной работой по созданию автоматических лунных
станций. В результате начиная с сентября 1970 до августа 1976 года были осуществлены три успешные миссии («Луна-16»,
«Луна-20» и «Луна-24») по доставке на Землю капсул с лунным грунтом, а также доставлены на поверхность Луны два
лунохода («Луноход-1» и «Луноход-2»), проработавшие на ее поверхности несколько месяцев. Создание необходимых систем
наземного комплекса проводилось начиная с 1967 года; периодически осуществлялись проверки его работоспособности и тре-
буемые доработки.

Большое внимание в нашей стране уделялось также осуществлению в США программы «Аполлон» по посадке на поверх-
ность Луны и возвращению на Землю пилотируемого космического комплекса. С этой целью в те же годы у нас был создан
специализированный комплекс, позволивший проводить наблюдения за основными фазами выполнения полетов космических
комплексов «Аполлон-8», «Аполлон-10», «Аполлон-11» и «Аполлон-12».

В статье приводятся два фрагмента воспоминаний, связанных с описанными событиями, подтверждающих реальность
последних

Ключевые слова: освоение Луны,«Аполлон», пилотируемый комплекс, наземный комплекс, луноход, миссия «Луна»

Memories of Several Events of the Moon Exploration Era
in the Course of the Soviet E-8, E-8/5 Program
and the US Apollo Program

E. P. Molotov, Dr. Sci. (Engineering), Prof., [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

Yu. A. Timofeev, Cand. Sci. (Engineering), [email protected]
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation

Abstract. This year’s July 21 marks the 50th anniversary of a momentous event in the history of space exploration: landing
of the American Apollo 11 manned spacecraft on the Moon and first steps of the astronauts Neil Armstrong and Buzz Aldrin on its
surface in 1969.

The period of the late sixties in the Soviet Union was associated with an active work on the creation of automatic lunar
stations. As a result, from September 1970 to August 1976, three successful missions (Luna-16, Luna-20, and Luna-24) were
carried out to deliver capsules with lunar soil to the Earth. Two moon rovers (Lunokhod-1 and Lunokhod-2), which operated
on the lunar surface for several months, were also delivered to the Moon. The creation of the necessary ground-based systems
started in 1967; periodically, their performance was evaluated and the required modifications were introduced.

Much attention in the Soviet Union was also given to the American Apollo program that aimed to land a manned space complex
on the Moon and return it to the Earth. To this end, during the same years, the Soviet Union established a specialized facility that
allowed observing the phases of Apollo-8, Apollo-10, Apollo-11, and Apollo-12 space missions.

We present two fragments of memories associated with the described events and confirming their credibility.

Keywords: Moon exploration, Apollo, manned complex, ground complex, moon rover, Luna mission

98 Е. П. МОЛОТОВ, Ю. А. ТИМОФЕЕВ

21 июля 2019 года исполнилось 50 лет со дня астронавтов на ее поверхность и тем самым объек-
знаменательного события в истории космонавти- тивно контролировать ход выполнения программы
ки — посадки американского пилотируемого ком- «Аполлон».
плекса «Аполлон-11» на поверхность Луны и вы-
хода на нее астронавтов Нила Армстронга и Базза В то время М. С. Рязанский отвечал за со-
Олдрина в 1969 году. здание бортовых и наземных радиотехнических
средств управления космическими кораблями со-
Период конца шестидесятых годов в нашей ветской программы лунных пилотируемых полетов.
стране был связан с активной работой по созданию
автоматических лунных станций. В результате на- Однако эти средства не могли быть исполь-
чиная с сентября 1970 до августа 1976 года были зованы для приема информации с кораблей про-
осуществлены три успешные миссии («Луна-16», граммы «Аполлон», так как они работали в дру-
«Луна-20» и «Луна-24») по доставке на Землю гом частотном диапазоне (диапазон L), в то время
капсул с лунным грунтом, а также доставлены как американские средства работали в диапазоне S
на поверхность Луны два лунохода («Луноход-1» и имели другую структуру передаваемых сигналов.
и «Луноход-2»), проработавшие на ее поверхно-
сти несколько месяцев. Создание необходимых си- Поэтому необходимо было создать специаль-
стем наземного комплекса проводилось начиная ный контрольный комплекс, способный принимать
с 1967 года; периодически осуществлялись провер- с американских кораблей телеметрическую, теле-
ки его работоспособности и требуемые доработки. фонную и телевизионную информацию.

Большое внимание в нашей стране уделялось Создание этого комплекса было поручено на-
также осуществлению в США программы «Апол- чальнику отдела Евгению Павловичу Молотову,
лон» по посадке на поверхность Луны и возвраще- который отвечал за наземный комплекс управле-
нию на Землю пилотируемого космического ком- ния советской лунной программы в целом.
плекса. С этой целью в те же годы у нас был создан
специализированный комплекс, позволивший про- Расположение контрольного комплекса долж-
водить наблюдения за основными фазами выполне- но было иметь общую зону видимости с одной из
ния полетов космических комплексов «Аполлон-8», трех американских станций слежения за КК про-
«Аполлон-10», «Аполлон-11» и «Аполлон-12». граммы «Аполлон». Поэтому был выбран крымский
пункт, имевший общую зону видимости с амери-
Ниже приводятся два фрагмента воспомина- канским пунктом в г. Мадриде.
ний, связанных с описанными событиями, подтвер-
ждающих реальность последних. Было решено использовать в контрольном ком-
плексе антенну П-400 (г. Симферополь), имевшую
Воспоминания Е. П. Молотова, в то время в Советском Союзе самый большой диа-
главного научного сотрудника метр зеркала — 32 метра.
АО «Российские космические
системы», доктора технических К созданию комплекса в рамках ОКР (шифр
наук, профессора ОКР «Поиск») были привлечены, кроме НИИ-885,
еще две организации: ОКБ МЭИ (г. Москва)
В конце 1967 года Дмитрий Федорович Усти- и ФГУП «РНИИРС» (г. Ростов-на-Дону).
нов дал поручение Главному конструктору НИИ-885
Михаилу Сергеевичу Рязанскому разработать спе- Распределение работ было следующее:
циальный радиотехнический контрольный ком-
плекс, который смог бы принимать сигналы с аме- – НИИ-885 — комплексная разработка; антен-
риканских космических кораблей (КК) программы на с системой управления; приемные устройства;
«Аполлон», совершавших облет Луны и посадку покупная аппаратура;

– ОКБ МЭИ — малошумящие входные уст-
ройства и аппаратура телевидения;

– ФГУП «РНИИ РС» — аппаратура демодуля-
ции и регистрации выделенной информации.

Контрольный комплекс был разработан, изго-
товлена его аппаратура и обеспечена готовность
к работе в ноябре 1968 года.

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 6 вып. 4 2019