Псевдошумовые(PN) системы измерения дальности (стр. 2 )

5.3 Потенциальные угрозы и сценарии атак 5-1

5.4 Последствия не применения мер безопасности к технологии

измерений 5-2

Приложение А Технические требования к PN системам измерения дальности (нормативный документ) А-1

Приложение В Пример используемых чиповых скоростей (для справки) В-1

Приложение С Список цитированной литературы (для справки) С-1

Приложение D Аббревиатуры и сокращения (для справки) D-1

СОДЕРЖАНИЕ (продолжение)

Рисунки Страница

3-1 Формирование регенеративного PN кода T4B 3-1

3-2 Формирование регенеративного PN кода T2B 3-2

4-1 Формирование транспарантного PN кода T2B 4-1

Таблицы

3-1 Чиповые скорости в радиолинии «земля-борт» 3-3

3-2 Теоретическое время фазовой синхронизации кода измерения дальности в
бортовом приемнике 3-6

3-3 Теоретический разброс измерений дальности (однопутевой) возникающий в
бортовом приемнике 3-6

3-4 Теоретическое время фазовой синхронизации кода измерения дальности в
приемнике наземной станции 3-9

3-5 Теоретический разброс измерений дальности (однопутевой), возникающий в приемнике наземной станции 3-9

4-1 Теоретическое время фазовой синхронизации кода измерения дальности в
приемнике наземной станции (транспарантный режим измерения дальности) 4-5

4-2 Теоретический разброс измерений дальности (однопутевой) возникающий в
приемнике наземной станции (транспарантный режим измерения дальности) 4-5

А-1 Основные технические характеристики бортовой аппаратура для
регенеративной PN системы измерения дальности А-1

А-2 Основные технические характеристики бортовой аппаратура для
транспарантной PN системы измерения дальности А-2

В-1 Пример допустимых чиповых скоростей В-1

1.  ВВЕДЕНИЕ

1.1.  ЦЕЛЬ

Целью настоящего документа является обеспечить Рекомендациями разработчиков Стандартов на Космические информационные системы в области транспарантных1 и регенеративных псевдошумовых (PN) систем измерения дальности. В PN системах измерения дальности используется метод измерения полного времени прохождения света туда и обратно между наземной станцией и космическим аппаратом. Регенеративные измерения дальности характерны, прежде всего, в случаях, когда имеет место низкое отношение сигнал-шум (SNR), таким как дальние космические полеты; транспарантные (прозрачные) измерения дальности больше подходят для случаев, когда имеет место высокое отношение сигнал-шум (SNR) или в случаях, когда не требуется высокая точность измерений.

1.2.  область действия

Данный Рекомендуемый стандарт описывает, PN системы измерения дальности как транспарантные, так и регенеративные, кроме систем, использующих спутники ретрансляторы. В данном документе определены технические требования к элементам PN кода и его формированию, регенеративной и транспарантной обработки бортовыми системами космического аппарата, наземной станции, а также требования к модулирующим сигналам радиолинии «земля-борт» и «борт-земля».

Данный Рекомендуемый стандарт не распространяется на:

a) индивидуальные разработки или изделия;

b) реализацию служебных интерфейсов с реальными системами; или

c) управленческие действия, требующие оформления и контроля протокола

1.3.  ПОРЯДОК ПРИМЕНЕНИЯ

Рекомендованный Стандарт, определенный настоящим документом должны быть реализованы через обычные процедуры стандартов каждого Агентства CCSDS, и применим к тем полетам, для которых предполагается взаимная поддержка, основанная на возможностях, описанных в данном Рекомендуемом стандарте. Там, где в разделах данного Рекомендуемого стандарта четко обозначены обязательные характеристики в случае, если этот документ используется в качестве основы для взаимной поддержки, они должны быть безоговорочно выполнены. Там же, где допускаются или подразумеваются варианты, выбор этих вариантов является предметом двусторонних соглашений между участвующими Агентствами.

1.4.  ОБОСНОВАНИЕ

CCSDS считает важным, что документированное обоснование, положенное в основу выбранных рекомендаций, должно быть таким, чтобы будущие предложения изменений или усовершенствований не теряли из виду предыдущие решения. Понятия и их обоснование, последовавшие после решений, на основании которых был сформирован базис настоящего Рекомендуемого Стандарта, можно найти в Зеленой Книге CCSDS «Псевдошумовые Системы измерения дальности» (см. ссылку [C1]).

___________________________________________________________

1Термин «транспарантные измерения дальности», используемый в стандарте, имеет значение «не регенеративные измерения дальности» или измерения двойной дальности (туда и обратно).

1.5. ПРАВИЛА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.5.1.  Определения

В тексте данного Рекомендуемого стандарта применяются следующие определения:

чиповая скорость (chip rate): скорость, с которой передаются биты («чипы») PN кода.

когерентный транспондер (coherent transponder): приемопередатчик, у которого несущая частота радиолинии «борт-земля» когерентна по фазе с несущей частотой принимаемой по радиолинии «земля-борт».

компоненты последовательности (component sequences): семейства коротких PN последовательностей, используемых для формирования PN кодов измерения дальности с помощью логических операций.

тактовый сигнал дальности (range clock): PN компонента кода самой высокой частоты (т. е. с самым коротким периодом); определяет разрешающую способность по дальности.

регенеративное измерение дальности (regenerative ranging): способ измерения дальности, когда на космическом аппарате производится демодуляция и выделения кода дальности путем сопоставления с локальной точной копией кода сигнала дальности, передаваемого на борт, и регенерируется код дальности для передачи по радиолинии «борт-земля».

транспарантное измерение дальности (transparent ranging): способ измерения дальности, когда на космическом аппарате сигнал измерения дальности, передаваемый по радиолинии «земля борт» транслируется в радиолинию «борт-земля» без выделения (т. е, не регенеративное измерение дальности или измерение двойной дальности туда и обратно)

однопутевой разброс измерений (one-way jitter): значение разброса (флюктуаций) измерений дальности в метрах полученное в результате измерений времени распространения света туда и обратно деленного на два, чтобы вычислить расстояние.

1.5.2 терминология

В тексте настоящего Рекомендуемого стандарта применяются следующие условности:

- слова ‘shall’ “будут” и ‘must’ “должен” подразумевают обязательное и проверяемое техническое требование.

- слово ‘should’ “следует” подразумевает необязательное, но желательное техническое требование.

- слово ‘may’ “может” подразумевает необязательное техническое требование.

- слова ‘is’, ‘are’ “есть” и ‘will’ “будет” подразумевают утверждение факта.

1.5.3 условные обозначения

В данном документе используются следующие условные обозначения:

-А ‘+1’ чип сигнала дальности, соответствующий значению двоичного 0.

- А ‘-1’ чип сигнала дальности, соответствующий значению двоичной 1.

1.6.  ССЫЛКИ

Следующие документы, содержат положения, которые, через ссылки в данном тексте, вводят в действие положения настоящего Рекомендуемого стандарта. На момент публикации, названные издания были действующими. Все эти документы подлежат пересмотру, и поэтому всячески приветствуются потребители настоящего Рекомендуемого стандарта для того, чтобы исследовать возможности применения вновь изданных, перечисленных ниже, документов.

Секретариат CCSDS постоянно поддерживает официальный список действующих в настоящее время Рекомендуемых стандартов CCSDS.

[1] Radio Frequency and Modulation Systems—Part 1: Earth Stations and Spacecraft. Recommendation for Space Data System Standards, CCSDS 401.0-B-19. Blue Book. Issue 19. Washington, D. C.: CCSDS, July 2008.

[1] Радиочастоты и системы модуляции—Частьt 1: Наземные станции и космический аппарат. Рекомендации к стандартам на Космические информационные системы, CCSDS 401.0-B-19. Синяя Книга. Издание 19. Вашингтон, D. C.: CCSDS, июль 2008г.

ПРИМЕЧАНИЕ Перечень ссылок информационного характера приведен в приложении C.

2.  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Некоторые предстоящие космические полеты требуют более высокой точности определения положения космического аппарата по сравнению с космическими полетами, реализуемыми в настоящее время. Есть одно решение, которое может справиться с этими новыми требованиями - это использование регенеративной PN системы измерения дальности. Регенеративные измерения дальности дают несколько преимуществ по отношению к классическим нерегенеративным измерениям, которые, в настоящее время, приближают их к методам, используемым Агентствами CCSDS, обеспечивающими полеты в дальнем космосе. Техника регенеративных измерений дальности требует использования PN кодов, существенно меняющих конструкцию бортового транспондера и наземной станции, в отличии от нерегенеративных систем, для которых обычно используются прозрачные транспондеры.

Несмотря на то, что преимущества регенеративного способа измерения дальности главным образом проявляются в случаях, когда имеет место низкое отношение сигнал-шум (например, дальние космические полеты), использование PN измерений с «прозрачной» обработкой сигнала на борту также возможно. Такое решение становится привлекательным при наличии хорошего энергетического запаса в радиолинии или когда не требуется большая точность измерений, которая сравнима с характеристиками, подобной системы измерения дальности не использующей PN. Транспондер, в основу которого положен транспарантный канал измерения дальности будет иметь меньшую сложность по сравнению с регенеративным случаем. На космическом аппарате осуществляется демодуляция значительного диапазона частот вокруг несущей и затем производится повторная модуляция несущей радиолинии "борт-земля" во всей полосе, включая шумы, передаваемые на борт по радиолинии "земля-борт". В случае транспарантной системы измерения дальности, отношение сигнал-шум (SNR) сигнала дальности, принимаемого на станции пропорционально 1/r4 , где r - расстояние, которое будет измерено. В регенеративной PN системе измерений дальности, PN код дальности модулирует по фазе несущую радиолинии "земля-борт", передаваемую с наземной станции на космический аппарат. Этот сигнал дальности получен, используя логическую комбинацию тактового сигнала дальности и нескольких составляющих PN кодов. Принятый космическим аппаратом сигнал дальности в транспондере космического аппарата демодулируется и выделяется код дальности. Затем на космическом аппарате код дальности восстанавливается (регенерируется) когерентно с передаваемым на борт кодом, и сформированной версией кода дальности модулируется по фазе несущая радиолинии "борт-земля". На наземной станции, приемник демодулирует несущую радиолинии "борт-земля" и сопоставляет полученный сигнал дальности с местной моделью тактового сигнала и составляющими PN кодов, чтобы определить время распространения сигнала туда и обратно. Отношение сигнал-шум для сигнала дальности, принимаемого на станции пропорционально 1/r2, где r - расстояние, которое будет измерено. Выбор тактовой частоты сигнала дальности определяет точность измерений. Аналогично, составляющие структуры кодов и логика комбинаций влияют на время синхронизации кода и вероятность, неоднозначность измерений, и точность измерений. В настоящем Рекомендуемом Стандарте были выбраны такие PN коды, которые обеспечивают высокую точность измерения дальности, при разумном времени синхронизации кода.