Fagstoff

Telemetri og fjernkontroll (TT&C)

Publisert: 14.10.2010, Oppdatert: 22.11.2010
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Telemetri og fjernkontrollsystemet, det som ofte betegnes TT&CM (Telemetri, Telecommand, Control and Monitoring) eller bare TT&C, er en viktig del av ethvert satellittsystem. Det sørger for innsamling og distribusjon av data om bord i satellitten og overføring av informasjonen via TT&C-stasjoner mellom satellitten og kontrollstasjonen på bakken. En kontrollstasjon kan betjene flere satellitter og overføre data via TT&C-stasjoner som kan være plassert langt fra kontrollstasjonen. En annen funksjon som inngår, er avstandsmåling, som benyttes for bestemmelse av baneparametrene og satellittposisjonen. Satellitten må utstyres slik at informasjon kan overføres begge veier selv om satellitten er ute av stilling og i feil bane.

Funksjonskrav

Utformingen av systemene vil være avhengig av funksjon og banetype for satellittene. Geostasjonære satellitter vil ha en kontinuerlig forbindelse med lav datarate. Vitenskapelige lavbanesatellitter vil bare være tilgjengelige i korte perioder, og det vil normalt kreve høyere kapasitet. Det kreves forbindelse til satellittene både i oppskytingsfasen og i normal drift.

Dessuten må overføringssystemet utformes slik at det fungerer selv om satellitten mister retningskontrollen. Det vil med andre ord si at satellitten må være utstyrt med telemetriantenner som stråler i alle retninger. For bemannede flukter er det absolutt nødvendig med kontinuerlig forbindelse begge veier til enhver tid. Ved siden av forbindelse satellitt–jord er det opprettet datarelésatellitter i geostasjonær bane som skal sørge for kontinuerlig forbindelse til romfartøyer i enhver posisjon. Det er spesielt effektivt å bruke slike datarelésatellitter for oppfølging av lavbanesatellitter.

Det er ønskelig at en satellitt i størst mulig utstrekning skal være selvstyrt og at det bare så sjelden som mulig skal være nødvendig å sende styreordrer fra bakken. Det er også viktig at styringskanalene beskyttes mot interferens som kan gi uønskede kommandoord med katastrofalt resultat. Et av de systemene som er i bruk, er basert på en verifisering av mottatt instruks over telemetri-forbindelsen før ordren iverksettes. Et annet system er basert på beskyttelse av kodeord ved bruk av omfattende feildetekterende koding. For militære satellitter kan det også være nødvendig å bruke kryptering på fjernstyringskanalen for å hindre at en satellitt settes ut av spill.

Overføringssystem

De fleste satellittene, og spesielt alle ESA-satellittene, er utstyrt med en spesiell TT&C-transponder for overføring av styringssignaler til satellitten, telemetridata fra satellitten. Den gjør det også mulig å foreta nøyaktig avstandsmåling. Et signal på opplink sendes tilbake til jordstasjonen, og da kan jordstasjonen måle forsinkelsen og dermed avstanden. Tidligere ble det brukt analog modulasjon for avstandsmåling, men nå benyttes ofte spredt spektrumsignaler av samme type som benyttes for satellittnavigasjon. Avstandsmåling kombinert med pekedata for jordstasjonsantenna gir et estimat for satellittposisjonen, men det kan være mer effektivt å foreta avstansmåling fra flere jordstasjoner som ligger mest mulig langt fra hverandre.

Blokkdiagram for en slik transponder er vist på figuren.

Blokkskjema for TTC subsystemTTC
Forfatter: Gunnar Stette

Tidligere ble VHF-båndet (130 MHz) brukt for disse funksjonene. Nå er det hovedsaklig S-bånd (2 GHz) som blir brukt. Med et økende antall satellitter i drift må også X-bånd (8 GHz) tas i bruk.

MARISAT med VHF TTMarisat
Opphavsmann: COMSAT
NATO III med S-båndantenner rundt "midjen"NATO III
Opphavsmann: Public domain
OLYMPUS med TTOlympus
Opphavsmann: ESA

Den kritiske komponenten i dataoverføringene er TT&C-antenna på satellitten. Den må ha tilnærmet samme vinning i alle retninger og det betyr at antennevinningen er mindre enn 1, altså under 0 dB. MARISAT-satellitten ble utstyrt med en antenne (VHF) på toppen av antennesystemet, som figuren viser.

For NATO III-satellitten ble det brukt en helt annen løsning. Den ble utstyrt med en rekke kryssede dipoler (S-bånd) plassert rundt "midjen" av satellitten, og da vil mest sannsynlig alltid en av disse peke mot en TT&C-stasjon på jorda.

OLYMPUS har også TT&C-antenne (S-bånd) på toppen av antennesystemet.

For å oppfylle kravene til linkbudsjettet (se relatert fagstoff) kan lav antennevinning i satellitten kompenseres ved å bruke store antenner for TT&C-stasjonene, og her er det større frihet. Typiske antennediameter for disse stasjonene kan være i området 10 til 25 meter. I visse vanskelige situasjoner har det vært brukt stasjoner med antenner opp til 70 meter diameter.

Datatyper

Vi kan skjelne mellom forskjellige typer data.

“Husholdningsdata”

Dette er data for den normale drift av satellitten og omfatter temperaturinformasjon fra elektronisk utstyr, solcellepaneler, trykk i drivstofftanker, strømmer og spenninger i det elektroniske systemet, statusinformasjon som viser hvilke enheter som er i bruk, og hvilke modi de opererer i. Antallet parametre som overvåkes, kan være opp til 100 for store kommunikasjonssatellitter. Oppdateringstida kan dreie seg om noen minutter. Dermed blir dataoverføringskapasiteten som kreves til slike data ganske liten, noen hundre bit per sekund.

Retningsinformasjon

Dette omfatter data fra forskjellige sensorer, inkludert akselerometer, som måler stillingen for satellitten relativt til sol, jord og stjerner. Oppdateringshastigheten må her være høyere, typisk fra en til fire ganger per sekund. Oppløsning og nøyaktighet må være høy, slik at den totale datahastigheten kan bli større.

Nyttelastinformasjon

Hva som overføres om nyttelasten, er svært avhengig av funksjon og banetype. Typiske parametre som måles er temperaturen på effektforsterkerne, spenning og strømstyrke fra strømforsyningen, informasjon om konfigurasjonen for redundante deler, forsterkningsverdier (gain setting) og måling av signaleffekter i overføringskjeden.

Vitenskapelige data

For visse satellittprosjekter skjer innsamling av data i satellitten, og slike data må leses ned til jordstasjoner når de er innenfor sikt. Her kan det dreie seg om store datamengder, titalls megabyte, som er meget forskjellig fra de moderate datamengdene som leses ned under normal drift.

Koding av telemetridata

Det tradisjonelle systemet for overføring av telemetridata fra en satellitt er tidsdelt sampling av analoge kanaler fulgt av analog/digital omforming, ofte med 8 bit kvantisering. De analoge datasignalene er multipleksert med signaler som i utgangspunktet er digitale. Analoge bredbåndssignaler overføres ved å frekvensmodulere disse på bærebølgen via en spenningsstyrt oscillator (VCO = Voltage Controlled Oscillator). Nå er det mer aktuelt å gå over til pakketransmisjon for telemetridata.

Signalformat

Det første skritt ved utforming av et telemetrisystem er å sette opp en liste med alle parametrene som skal overføres, og angi type informasjon og hvor ofte den må overføres. For dataoverføring over et system med pakketransmisjon konstrueres et dataformat ved at de forskjellige telemetrisignalene settes inn i en ramme, og de forskjellige rammene multiplekseres inn i en superramme.

 


 

Relatert innhold

Faglig