Fagstoff

Telemetri og fjernkontroll (TT&C)

Publisert: 06.10.2010, Oppdatert: 11.11.2013

Telemetri- og fjernkontrollsystemet, det som ofte blir kalla TT&CM (Telemetri, Telecommand, Control and Monitoring) eller berre TT&C, er ein viktig del av alle satellittsystem. Det sørgjer for innsamling og distribusjon av data om bord i satellitten og overføring av informasjonen via TT&C-stasjonar mellom satellitten og kontrollstasjonen på bakken. Ein kontrollstasjon kan tene fleire satellittar og overføre data via TT&C-stasjonar som kan vere plasserte langt frå kontrollstasjonen. Ein annan funksjon som inngår, er avstandsmåling, som blir nytta for å bestemme baneposisjon. Satellitten må blir utstyrt slik at informasjon kan overførast begge vegar sjølv om satellitten er ute av stilling og i feil bane.

Funksjonskrav

Utforminga av systema vil vere avhengig av funksjon og banetype for satellittane. Geostasjonære satellittar vil ha eit kontinuerleg samband med låg datarate. Vitskaplege lågbanesatellittar vil berre vere tilgjengelege i korte periodar, og det vil normalt krevje høgare kapasitet. Det trengst samband til satellittane både i oppskytingsfasen og i normal drift.

Dessutan må overføringssystemet utformast slik at det fungerer sjølv om satellitten mistar retningskontrollen. Det vil med andre ord seie at satellitten må vere utstyrt med telemetriantenner som stråler i alle retningar. For bemanna flukter er det absolutt naudsynt med kontinuerleg samband begge vegar til kvar tid. I tillegg til samband satellitt–jord er det oppretta datarelésatellittar som skal sørgje for kontinuerleg samband til romfartøy i alle posisjonar. Det er særs effektivt å nytte slike datarelésatellittar for oppfølging av lågbanesatellittar.

Det er ønskjeleg at ein satellitt i størst mogleg grad skal vere sjølvstyrd, og at det berre sjeldan skal vere naudsynt å sende styreordrar frå bakken. Det er også viktig at styringskanalane blir verna mot interferens som kan gi uønskte kommandoord med katastrofalt resultat. Eit av dei systema som er i bruk, er basert på verifisering av motteken instruks over telemetrisambandet før ordren blir sett i verk. Eit anna system er basert på sikring av kodeord ved bruk av omfattande feildetekterande koding. For militære satellittar kan det også vere naudsynt å bruke kryptering på fjernstyringskanalen for å hindre at ein satellitt blir sett ut av spel.

Overføringssystem

Dei fleste satellittane, og spesielt alle ESA-satellittane, er utstyrte med ein særskild TT&C-transponder for overføring av styringssignal til satellitten, telemetridata frå satellitten. Han gjer det også mogleg å måle avstand nøyaktig. Eit signal på opplink sendast tilbake til jordstasjonen, og da kan jordstasjonen måle forseinkinga og dermed avstanden. Tidlegare blei det brukt analog modulasjon for avstandsmåling, men no blir ofte spreidde spektrumsignal nytta, av same typen som blir nytta for satellittnavigasjon. Avstandsmåling kombinert med peikedata for jordstasjonsantenna gir eit estimat for satellittposisjonen, men det kan vere meir effektivt å måle avstand frå fleire jordstasjonar som ligg lengst mogleg frå kvarandre.

Blokkdiagram for ein slik transponder er synt på figuren.

Blokkskjema for TTC subsystem

TTC
Forfatter: Gunnar Stette

Tidlegare blei VHF-bandet (130 MHz) nytta for desse funksjonane. No er det hovudsakleg S-band (2 GHz) som blir nytta. Med ei aukande mengd satellittar i drift må også X-band (8 GHz) takast i bruk.

MARISAT med VHF TT

Marisat
Opphavsmann: COMSAT

NATO III med S-båndantenner rundt

NATO III

OLYMPUS med TT

Olympus
Opphavsmann: ESA

Den kritiske komponenten i dataoverføringane er TT&C-antenna på satellitten. Ho må ha tilnærma same vinning i alle retningar, og det vil seie at antennevinninga er mindre enn 1, altså under 0 dB. MARISAT-satellitten blei utstyrt med ei antenne (VHF) på toppen av antennesystemet, som figuren syner.

For NATO III-satellitten blei ei heilt anna løysing nytta. Han blei utstyrt med ei rekkje kryssa dipolar (S-band) plasserte rundt "midja" av satellitten, og da vil mest sannsynleg alltid ein av desse peike mot ein TT&C-stasjon på jorda.

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

For å oppfylle krava til linkbudsjettet (sjå relatert fagstoff) kan låg antennevinning i satellitten kompenserast ved å bruke store antenner for TT&C-stasjonane, og her er det større fridom. Typiske antennediameter for desse stasjonane kan vere i området 10 til 25 meter. I visse vanskelege situasjonar har det vore nytta stasjonar med antenner opptil 70 meter diameter.

Datatypar

Vi kan skilje mellom ulike typar data.

“Hushaldsdata”

Dette er data for den normale drifta av satellitten og omfattar temperaturinformasjon frå elektronisk utstyr, solcellepanel, trykk i drivstofftankar, straumar og spenningar i det elektroniske systemet, statusinformasjon som syner kva einingar som er i bruk, og kva modi dei opererer i. Talet på parametrar som blir overvaka, kan vere opptil 100 for store kommunikasjonssatellittar. Oppdateringstida kan dreie seg om nokre minutt. Dermed blir dataoverføringskapasiteten som trengst til slike data, ganske liten, nokre hundre bit per sekund.

Retningsinformasjon

Dette omfattar data frå ulike sensorar, inkludert akselerometer, som måler stillinga for satellitten relativt til sol, jord og stjerner. Oppdateringsfarten må her vere høgare, typisk frå ein til fire gonger per sekund. Oppløysing og detaljtruskap må vere høg, slik at den totale datafarten kan bli større.

Nyttelastinformasjon

Kva som blir overført om nyttelasta, er svært avhengig av funksjon og banetype. Typiske parametrar som blir målte, er temperaturen på effektforsterkarane, spenning og straumstyrke frå straumforsyninga, informasjon om konfigurasjonen for redundante delar, forsterkingsverdiar (gain setting) og måling av signaleffektar i overføringskjeda.

Vitskaplege data

For visse satellittprosjekt skjer innsamling av data i satellitten, og slike data må lesast ned til jordstasjonar når dei er innanfor sikt. Her kan det dreie seg om store datamengder, titals megabyte, som er svært ulikt dei moderate datamengdene som blir lesne ned under normal drift.

Koding av telemetridata

Det tradisjonelle systemet for overføring av telemetridata frå ein satellitt er tidsdelt sampling av analoge kanalar følgt av analog/digital omforming, ofte med 8 bit kvantisering. Dei analoge datasignala er multiplekserte med signal som i utgangspunktet er digitale. Analoge breibandssignal blir overførte ved å frekvensmodulere desse på berebølgja via ein spenningsstyrt oscillator (VCO = Voltage Controlled Oscillator). No er det meir aktuelt å gå over til pakketransmisjon for telemetridata.

Signalformat

Det første steget ved utforming av eit telemetrisystem er å setje opp ei liste med alle parametrane som skal overførast, og føre opp type informasjon og kor ofte han må overførast. For dataoverføring over eit system med pakketransmisjon blir det konstruert eit dataformat ved at dei ulike telemetrisignala blir sette inn i ei ramme, og dei ulike rammene blir multiplekserte inn i ei superramme.

 

Relatert innhald

Kjernestoff

Generelt