Разработка системы космической связи военного назначения с коммутируемым спутниковым моноканалом

С выхода «Q» D-триггера (D6) сигнал поступает на «ИЛИ-НЕ» (D7) этого луча и через инвертор(D8) как было сказано выше, закрывает D-триггер (D9).(искаженный сигнал дальше не проходит, а значит, открываются другие лучи, по которым в этот момент может начаться передача пакетов, что увеличивает пропускную способность схемы).

После того как прекратится прием этого искаженного пакета на выходе ПУ1 имеем «0», после инвертора (D2) имеем «1», которая переключает D-триггер (D6) в исходное состояние (канал открывается, возможна передача).

2.9 Разработка принципиальной схемы ББК

Принципиальная схема ББК представлена на рисунке. В связи с тем, что устройство будет использоваться на бортовом ретрансляторе то элементы входящие в состав ББК должны удовлетворять требованиям:

- малыми весогабаритными характеристиками;

- низким энергопотреблением;

- высокой надежностью функционирования;

- малой стоимостью устройства;

Устройство реализовано с использованием существующих серийно выпускаемых микросхем. Анализ показал, что в этих целях предпочтительно использовать схемы малой и средней степени интеграции.

Спецификация элементов входящих в состав ББК показана в Приложении 2. В связи с этим необходимо произвести расчет основных тактико-технических и экономических характеристик перспективной системы СС, а также расчет надежности ББК.

При оценивании эксплуатационных характеристик любого устройства основное внимание необходимо обратить на такие показатели как:

- надежность;

- ремонтоспособность;

- готовность;

- долговечность;

- работоспособность.

Остановимся на расчете надежности разрабатываемого устройства, так как разработанное устройство собрано в основном на логических элементах, то надежность устройства зависит от условий эксплуатации и соблюдения ряда требований:

- строгое соблюдение правил монтажа логических элементов обеспечивающих заданные режимы работы и исключающие механические повреждения;

- соблюдение режимов работы;

- измерение параметров согласно установленным правилам;

- соблюдение указаний по эксплуатации логических элементов выбранной серии.

Расчет надежности сводится к определению среднего времени безотказной работы и вероятности безотказной работы за заданное время эксплуатации - Р(t_эксп.). При расчете интенсивности отказов необходимо учитывать следующие условия эксплуатации устройства:

- периоды наработки и старения не учитываются;

- резервирование в устройстве не предусматривается;

- при отказе одного элемента отказывает все устройство;

- поиск отказа в устройстве является стационарным.

Интенсивность отказа в устройстве зависит от числа элементов, входящих в его состав. Интенсивности отказов этих элементов и коэффициентов, учитывающих воздействие вибрации определяется выражением:

;

где k - число групп элементов;

л _0i- интенсивность отказов элемента в i-ой группе;

N_i- число элементов в i-ой группе;

K_в- коэффициент вибрации.

Интенсивности отказов элементов сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Элементы	л 0i ф -1	Ni	Kв	Ni Kв л 0i
ЛЭ	10-9	56	1.1	0.0616·10-6
триггер	10-9	40	1.1	0.044·10-6
резистор	10-9	65	1.1	0.0715·10-6
транзистор	01·10-7	16	1.1	0.0176·10-6
конденсатор	0.3·10-7	8	1.1	0.264·10-6
диод	0.3·10-7	8	1.1	0.264·10-6
пайка	0.1 ·10-7	500	1.1	5.5·10-6

С учетом коэффициента вибрации K_в =1.1 интенсивность отказов разработанного устройства равна:

л_У =6.22·10^-6 1/час.

Среднее время безотказной работы устройства является величиной обратной интенсивности отказов:

Т=1/ л_У

Получаем, что время безотказной работы устройства будет равно:

Т=160700

Вероятность безотказной работы устройства за заданное время эксплуатации определяется выражением:

Р(t_эксп.)=exp(л_У t_эксп.)

Р(t_эксп. =160700)=0.7

Средне время нахождения устройства в эксплуатации 5-7 лет, исходя из этого вероятность безотказной работы устройства в течении 61 тысячи часов будет равна:

Р(t_эксп. =61000)=0.9

3. Анализ затрат на модернизацию системы СС

Произведем расчет затрат на изготовление ББК. Основная цена каждого изделия складывается от себестоимости изделия и прибыли предприятия. Главной задачей является уменьшение себестоимости изделия.

Планирование и учет себестоимости осуществляется по следующим статьям затрат:

- стоимость сырья и основных материалов;

- транспортно-заготовительные расходы;

- отчисление на социальные страхования;

- внепроизводственные расходы.

На этом этапе проектирования отсутствует информация о конкретном технологическом процессе в условиях предприятия, и учитывая это, приходится определять стоимость устройства ББК весьма приблизительно на основе усредненных по виду продукции затрат. По прейскуранту цен рассчитываем стоимость элементов схемы и других материалов. Данные сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Элемент	Цена руб.	Количество	Итого руб.
Микросх. аналог.	12	8	96
Микросх. цифров.	17	28	476
резистор	7	65	455
транзистор	10	16	160
Диод	15	8	120
Конденсатор	7	8	56

Суммарную стоимость находим по формуле:

;

где C_i - стоимость элементов в i-й группе:

N_i- число элементов в i-й группе:

k- общее число групп элементов.

Тогда мы имеем:

С_У =1505 рублей

Транспортно заготовительные работы:

С₁= 1.05· С_У

С₁ = 1580 рублей

Отношение заработной платы к материальным затратам равно 0.3 следовательно сумма основной зарплаты:

C₂ = К_зп· С₁

C₂ = 474 рубля

Сумма заработной платы с учетом дополнительной (12% от основной) и отчислений на социальное страхование:

С₃ = 1.12·1.07· C₂

С₃ = 568 рублей

Расходы на налаживание производства (15% от общей суммы):

С₄= 0.15(С₁+С₂)

С₄= 308 рублей

Коэффициент заводских расходов равен б _{цеховые} =0.5 б _{заводские} = 1.5

Следовательно, специальные расходы на издержки проектируемого изделия будут составлять:

C₅ = б _ц · C₂

C₅ = 237 рублей

С₆ = б _з · C₂

С₆ = 711 рублей

Заводская себестоимость изделия будет составлять:

С_себ.= 3878 рублей

От заводской себестоимости выделим 1% на непредвиденные расходы:

С_пр. = 0.01· С_себ

С_пр. = 39 рублей

С учетом прибыли завода (12%) находим окончательную стоимость изделия:

C_изд. = 1.12 (С_себ+ С_пр.)

C_изд. = 4387 рублей

Орбитальная группировка систем спутниковой связи на геостационарной орбите состоит из: 2-х спутников-ретрансляторов (западный и восточный ТВД) и 4-х на высоко-вытянутой эллиптической орбите. По этому не трудно подсчитать, что для модернизации 3-х спутников-ретрансляторов необходимо:

С_{6 изд.} = C_изд.· 6

С_{6 изд.} = 26322 рубля

Проведенные расчеты надежности и стоимости ББК показывают его дешевизну изготовления и высокую надежность функционирования устройства. Полученные значения вероятности безотказной работы и среднего времени наработки на отказ соответствуют допустимым значениям.

Затраты, связанные с доработкой наземного комплекса аппаратуры. В разрабатываемой перспективной системе СС для разделения пропускной способности моноканала предлагается использовать процессор доступа (ПД), на основе персонального компьютера. Средняя оптовая стоимость для модели требуемой производительности составляет порядка 15000 рублей. Таким образом, сумма, потраченная на приобретение 10 ПД (10 ОКИК) составит 150000 рублей. Оценочная стоимость блока сопряжения (БС) и «шлюза» представленного на основе ПЭВМ составляет: 8000 рублей за комплект БС, (следовательно для 10 ОКИК сумма затрат составит порядка 80000 рублей). И с учетом того, что на 1 ОКИК требуется 2 машины общей стоимостью порядка 12000 рублей,(для 10 ОКИК приобретение этого оборудования обойдется нам в 120000 рублей).

Таким образом затраты на внедрение перспективной системы СС (без затрат связанных с доставкой готовых узлов оборудования по ОКИКам, его монтажа, приобретения программного обеспечения и других затрат такого же типа) составят:

С_ПССС= С_Рет. + С_ПД + С_БС + С_Ш

C_ПССС= 376322 рубля

Заключение

Анализ существующей системы спутниковой связи КВ вскрыл ее существенные недостатки: низкая помехозащищенность, низкий коэффициент использования пропускной способности ретранслятора, отсутствие полносвязной структуры каналов вторичной сети СС (возможность передачи информации между ЗС только в соответствии с планом распределения частот и расписанием работы ЗС), ограниченный список услуг, предоставляемых абонентам военной связи и т.д.

Указанные недостатки существенным образом влияют на оперативно-технические и экономические характеристики существующей системы СС и не в полной мере удовлетворяют современным требованиям.

В ходе работы были проанализированы протоколы множественного доступа. На основе анализа был сделан вывод о том, что данные протоколы имеют ряд общих недостатков. Благодаря разработке структурной схемы предлагаемого ретранслятора пакетов исключаются взаимно искажающие конфликты при передаче пакетов информации, поступающих одновременно в различных приемных лучах ФАР, что существенно повышает коэффициент использования спутникового моноканала нисходящей радиолинии. С учетом специального назначения системы спутниковой связи применение ФАР для приема сигналов в восходящих радиолиниях существенно повышает помехозащищенность системы от действия помех, созданных с сопредельных территорий. Предложенные в работе алгоритмы передачи пакетов являются децентрализованными и не требуют наличия системы синхронизации между передающими станциями, что способствует повышению живучести спутниковой системы связи в целом и упрощает ее реализацию.

В проекте предложен и обоснован вариант перспективной системы СС, основанный на модернизации существующей системы, который обеспечивает сравнительно низкие экономические и временные затраты для его реализации. В военно-экономическом обосновании проекта показано, что ожидаемые затраты на модернизацию системы СС составят примерно 400 тыс.руб. За счет повышения эффективности использования пропускной способности ретрансляторов срок окупаемости затрат составит около 2 лет. Разработанная система СС обеспечит повышение помехозащищенности за счет использования ФАР по сравнению с существующей примерно в 4-5 раз, обеспечит полносвязность сети ЗС при их одновременной работе, что обеспечит высокую оперативность связи между абонентами военной связи.

Разработан облик перспективной системы спутниковой связи, структурная схема ретранслятора пакетов, достоинствами предложенной системы, по сравнению с существующими, являются:

повышенная помехозащищенность за счет использование фазированной антенной решетки.

исключение взаимоискажающих конфликтов пакетов, поступающих в различных лучах антенной системы и повышение степени использования ресурса ретранслятора.

обеспечение совместной передачи пакетов различных видов информации.

унификация программно-аппаратных средств земных станций,

обеспечивающих передачу различных видов информации.

отсутствие требований системной синхронизации при передаче пакетов от различных станций.

Список использованной литературы

1. Камнев В.Е., Черкасов В.В., Чечин Г.В. Спутниковые сети связи: Учеб. пособие. - М.: «Альпина Паблишер», 2004. - 536 с.: ил.

2. Аванесян Г.Р., Беспалов А.А. Униполярные интегральные микросхемы. Справочное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, Радио и связь. 2003. - 220 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1264)

3. Родионов А.В. Сети военной связи. Пакетные радиосети. Учебное пособие - СПб.: ВИККА. 1996.

4. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. ч. I: Пер. с англ. - М.: Наука. 1992.

5. Агаян А.А., Захаренко Г.П., Родионов А.В., Цыбрин В.Г. - Передача речи по сетям передачи данных с коммутацией пакетов. Учебное пособие - М.: 1998.

Приложение 1

Текст программного модуля расчета коэффициента загрузки моноканала

unit Unit1;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls;

type

TForm1 = class(TForm)

Edit1: TEdit;

Edit2: TEdit;

Button1: TButton;

Label1: TLabel;

Label2: TLabel;

procedure Button1Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

implementation

{$R *.dfm}

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var k,a:extended;

begin

k:=strtofloat(edit1.text);

a:=k/(k+1)/2.7;

edit2.Text:=floattostr(a);

end;

end.

Приложение 2

Спецификация элементной базы к принципиальной схеме ББК

Размещено на Allbest.ru