Радиоэлектронные аэрокосмические комплексы управления и передачи информации

Москва

Горячая линия – Телеком

2020

Допущено федеральным учебно-методическим объединением в 
системе высшего образования по укрупненной группе 
специальностей и направлений подготовки 
24.00.00 – «Авиационная и ракетно-космическая техника» в качестве 
учебного пособия для студентов, аспирантов и адъюнктов, 
обучающихся по основным образовательным программам высшего 
образования по специальностям: 24.05.06 – «Системы управления 
летательными аппаратами»; 24.05.01 – «Проектирование, 
производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических 
комплексов»; 11.05.01 – «Радиоэлектронные системы и комплексы» и 
по направлению подготовки 24.03.02 – 
«Системы управления движением и навигация»

 

 

УДК 621.396.93/.96 (076.5) 
ББК 32.84 
    М13 

Р е ц е н з е н т ы:  зам. начальника центра ц13 АО «Российские космические 
системы», чл.-корр. РАРАН, доктор техн. наук, профессор В. В. Бетанов; 
кафедра радиоэлектронных систем и комплексов Российского технологического 
университета (МИРЭА) 

Мазепа Р. Б., Догаев А. В. 
М13        Радиоэлектронные аэрокосмические комплексы управления 
и передачи информации. Учебное пособие.  –  М.:  Горячая 
линия  –  Телеком, 2020. – 212 с.: ил. 

ISBN 978-5-9912-0852-9. 

Учебное пособие предназначено для освоения особенностей работы радиоэлектронных 
аэрокосмических комплексов управления и передачи информации 
летательных аппаратов различных типов. Книга состоит из шести разделов, в 
которых рассмотрены вопросы командно-корректирующего радиоуправления, 
радиотеленаведения, исследованы системы самонаведения и полуавтономного 
радиоуправления, проведен анализ минимального времени вхождения в синхронизм 
и спектральное моделирование инфокоммуникаций. 
 
Для студентов, аспирантов и адъюнктов, обучающихся по специальностям: 
24.05.06 – «Системы управления летательными аппаратами»; 24.05.01 – 
«Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических 
комплексов»; 11.05.01 – «Радиоэлектронные системы и комплексы» и по направлению 
подготовки 24.03.02 – «Системы управления движением и навигация». 
Книга будет полезна студентам других радиотехнических и инфокоммуникаци-
онных специальностей и специалистам. 
ББК 32.84 
 
 
 
 
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 
 
 

Тиражирование книги начато в 2020 г. 

 
Все права защищены. 
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена 
в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами 
без письменного разрешения правообладателя 
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» 
www.techbook.ru 
        ©  Р. Б. Мазепа, А. В. Догаев 

Введение

Пособие содержит описания лабораторных работ, в ходе выполнения 
которых будущие инженеры — разработчики радиотехнических 
устройств и систем ознакомятся с тремя аспектами проектирования 
систем комплексов управления летательными аппаратами.
Во-первых,
в ходе лабораторных экспериментов изучается
функционирование радиосистем комплексов летательных аппаратов
(ЛА) в условиях, максимально приближенных к реальным.
При
этом обосновываются основные тактико-технические характеристики.

Во-вторых, студенты знакомятся с основными техническими решениями 
и приемами, которые используются при проектировании
радиосистем.
В-третьих, в ходе выполнения лабораторных работ студенты
знакомятся с вопросами планирования и проведения экспериментальных 
исследований (при моделировании, стендовых и натурных
испытаниях) радиосистем.
Все лабораторные работы проводятся на учебно-исследователь-
ском стенде для моделирования работы радиосистем.

Р а з д е л
1
Лабораторная работа № 1. Исследование
командно-корректирующего
радиоуправления

Цель работы: изучение взаимосвязи элементов командного
корректирующего радиоуправления космических аппаратов (КА);
ознакомление с методами исследования на ЭВМ характеристик и
условий осуществления корректирующего управления по цифровой
модели, элементами планирования эксперимента и обработки его ре-
зультатов.
Содержание работы: изучение границ зон видимости и те-
кущих навигационных параметров КА (радиальная дальность и ра-
диальная скорость), находящихся на различных априорно заданных
орбитах, с наземных или орбитальных пунктов управления, а также
влияния различных возмущений (гравитация Луны, Солнца, свето-
вое давление, аномалии гравитационного поля Земли) на параметры
движения КА по цифровой модели; определение углового диапазона
положений геостационара, видимого с конкретного наземного пунк-
та в произвольной местности и застройке; исследование на модели
примера пошаговой коррекции КА для достижения заданной орби-
ты с допустимым промахом (ошибкой).
Указание. Ознакомиться с материалом, изложенным в учеб-
ном пособии [8].

Основные сведения
В общем случае управление КА включает в себя управление
его движением и управление работой бортовой аппаратуры и дейст-
виями экипажа. В свою очередь, управление движением состоит в
ориентации и стабилизации корпуса КА относительно центра масс и
в управлении движением центра масс. Ориентацию и стабилизацию
выполняют автономные системы, входящие в бортовой комплекс
управления КА. Система ориентации совмещает систему координат,
связанную с корпусом КА, с выбранными опорными направлениями,
соответствующими опорной, базовой системе координат. Опорные
направления задаются инерциальными системами или оптическими
системами, визирующими небесные тела. Они могут быть образова-
ны также с помощью радиомаяков, установленных в определенных
точках на поверхности Земли. Для совмещения в пространстве тре-
хосной координатной системы используются два опорных направле-
ния. В случае, когда достаточно ориентировать одну ось КА, необ-

Исследование командно-корректирующего радиоуправления
5

ходимо иметь одно опорное направление, например местную верти-
каль при орбитальных полетах. Система стабилизации поддержива-
ет необходимое положение в пространстве системы координат КА,
которое может быть нарушено из-за действия возмущающих фак-
торов.
Ориентация и стабилизация необходимы для обеспечения за-
данного направления тяги двигателя, иначе невозможно произвести
желаемое изменение траектории КА. При управлении баллистичес-
кими ракетами и снарядами системы ориентации и стабилизации
объединяются и ориентируются перед стартом. При этом оси ги-
роскопической системы координат устанавливаются в соответству-
ющее положение. При управлении КА дальнего космоса, находя-
щимися в полете существенно большее время, ориентация выпол-
няется многократно. Кроме того, система ориентации используется
для наведения: 1) бортовых антенн на наземные пункты, 2) других
объектов и 3) панелей солнечных батарей на Солнце.
При управлении движением центра масс КА обычно использу-
ется командное корректирующее радиоуправление с наземного
пункта (КРУ-I) и автономное радиоуправление, а на этапах сближе-
ния и стыковки двух КА (КРУ-III — «наведение на себя» и КРУ II) и
самонаведение. Следует отметить, что корректирующее управление
характеризуется разнесением во времени процессов контроля траек-
тории КА и изменением ее параметров. При этом контроль выпол-
няется в течение длительного времени орбитального полета, а кор-
рекция траектории — за малое время движения на активном участ-
ке. Заметим, что фактические параметры движения центра масс КА
характеризируются шестимерным вектором pф = {pф1, pф2..., pф6}.
С помощью измерительных радиосистем проводится оценка значе-
ний этих параметров, в результате чего определяется расчетный
шестимерный вектор pр = {pр1, pр2..., pр6}.
С помощью ЭВМ на-
земного пункта по найденному pр рассчитывается траектория дви-
жения КА и ее отличие от номинальной траектории, определяемой
совокупностью параметров pн = {pн1, pн2..., pн6}. На основании ана-
лиза отклонения расчетной траектории от номинальной в центре
управления полетом КА принимается решение о целесообразности
коррекции движения КА, т. е. определяется подходящая попадаю-
щая траектория и вычисляется программа коррекции.
При командном корректирующем радиоуправлении с наземно-
го пункта параметры движения КА можно измерять не только на
Земле, но и на борту КА, что соответствует командному радиоу-
правлению типа II (КРУ-II). В этом случае результаты измерений
передаются на Землю. При значительном удалении от Земли и при-
ближении к цели точность измерений с командного пункта падает,

Лабораторная работа № 1

а точность измерений, проведенных на борту КА, возрастает.
Чтобы провести коррекцию, необходимо в определенной точ-
ке орбиты к центру масс КА приложить импульс силы, которая
изменяет значение и направление вектора скорости. В результате
КА совершит маневр и начнет двигаться по попадающей траекто-
рии, определяемой новыми начальными условиями.
Корректиру-
ющий импульс создается двигателями КА. Последние включаются
в расчетный момент времени программно-временным устройством
(ПВУ). ПВУ входит в бортовой комплекс, и в него предварительно
закладывается программа коррекции по командной радиолинии. Ре-
зультаты коррекции контролируются измерительными системами.
Различают два вида маневров КА: продольные и боковые. Пер-
вые изменяют параметры орбиты КА без поворота ее плоскости, а
вторые приводят к изменению положения плоскости орбиты КА в
инерциальном пространстве. Ошибки управления движением цент-
ра масс КА характеризуют обобщенный вектор промаха. В общем
случае он имеет шесть компонент: три координатные и три ско-
ростные: Δh = {Δh1, Δh2..., Δh6}. Составляющие вектора промаха
вычисляются для фиксированных моментов времени или для задан-
ных значений определенных параметров, например углового рассто-
яния от фиксированной точки. Для фиксированного момента вре-
мени первые три компоненты вектора промаха представляют собой
отклонения фактических координат КА от тех, которые были бы в
этот момент при движении КА по номинальной траектории. Три
другие компоненты показывают аналогичные отклонения составля-
ющих вектора скорости КА. Учет шести компонент вектора промаха
важен в задачах стыковки двух КА или мягкой посадке в заданную
область на поверхности небесных тел. Конечно при жесткой посадке
вектор скорости КА не имеет значения и можно ограничиться трех-
мерным вектором промаха. Промах баллистических ракет опреде-
ляется только двумя компонентами: 1) отклонениями точки падения 
по дальности и 2) по направлению. Для КА, находящихся на
эллиптических орбитах, вместо обобщенного вектора промаха часто
используют обобщенный шестимерный вектор ошибок. Компоненты 
вектора ошибок определяют отклонения элементов фактической
орбиты от элементов номинальной, а именно:
• отклонение большой полуоси;
• отклонение эксцентриситета;
• отклонение угла наклонения;
• отклонение долготы восходящего узла;
• отклонение аргумента перигея;
• отклонение времени прохождения КА перигея орбиты (или отклонение 
истинной аномалии, отсчитываемой от направления

Исследование командно-корректирующего радиоуправления
7

на перигей или отклонение широты КА, отсчитываемой от линии 
узлов).
В качестве компонент вектора ошибок можно взять отклонения
других параметров орбиты, не являющихся ее элементами, но связанными 
с ними. Например, для ИСЗ связи наиболее важно обеспечить 
стабильность периода обращения вокруг Земли. При небольших 
коррекциях орбиты ИСЗ связи можно рассматривать отклонения 
периода обращения как единственную компоненту вектора
ошибок.
Ошибки при проведении коррекции орбиты обусловлены в ос-
новном погрешностями измерения параметров движения, а также
недостаточно точными сведениями о физических константах и раз-
личными неучтенными возмущениями. Указанные причины приво-
дят к ошибкам в определении начальных условий и поэтому не по-
зволяют точно рассчитать необходимую траекторию движения КА.
Кроме того, при отработке корректирующих маневров вносятся до-
полнительные ошибки, связанные:
• c погрешностями ориентации и стабилизации КА;
• неточностью формирования корректирующего импульса.
Рассмотрим командное управление работой бортовой аппарату-
ры КА с наземного пункта. Оно во многом аналогично рассмотрен-
ному ранее командному корректирующему управлению движением.
Фактическое состояние бортовой аппаратуры и окружающей среды,
характеризуемое вектором состояний pф = {pф1, pф2..., pф6, ..., pфn},
где pф1 — напряжение батарей питания, pф2 — давление и т. д., что
фиксируется соответствующими бортовыми датчиками. В переры-
вах между сеансами связи с Землей показания датчиков записыва-
ются в бортовое запоминающее устройство. Во время сеансов связи
данные извлекаются из памяти и вместе с текущей информацией по
телеметрической системе поступают на наземный пункт, где они вы-
деляются, регистрируются и направляются в центр управления по-
летом КА для обработки, анализа и принятия решения. В результа-
те обработки определяется вектор состояния pр = {pр1, pр2..., pр6, ...,
pрn}, рассчитанный на основании данных телеметрического контро-
ля фактического состояния бортовой аппаратуры. Необходимое со-
стояние бортовой аппаратуры априорно известно и характеризуется
вектором pн = {pн1, pн2..., pн6, ...pнm}. Причем m < n, так как управ-
ление осуществляется не по всем контролируемым параметрам. На
основании совместного анализа на ЭВМ значений pр и pн в назем-
ном центре управления принимается решение. Если в аппаратуре
КА замечаются какие-либо неполадки или возникает необходимость
изменения режимов работы, то на командном пункте формируют-
ся команды управления, которые с помощью системы передачи ко-

Лабораторная работа № 1

манд передаются на КА. Команды или немедленно выполняются,
или записываются в ПВУ для последующего исполнения. Резуль-
таты исполнения команды контролируются с помощью телеметрической 
системы.
В системе командного управления КА можно выделить бортовой 
и наземный комплексы управления. Основной системой обмена 
информацией между этими комплексами является командно-
измерительная система (КИС). При этом обмен возможен как непосредственно 
с наземной станцией КИС при пролете КА в зоне ее
видимости, так и через спутник-ретранслятор (СР), одновременно
видимый с КА и станции КИС. Кроме того, иногда для обмена информацией 
между бортовым и наземным комплексами управления
целесообразно использовать целевую (специальную) радиолинию,
предназначенную для передачи информации, полученной целевыми
системами КА в процессе их работы.
Функциональная схема на рис. 1.1 поясняет процедуру командного 
управления КА при непосредственной и ретрансляционной связи 
с ним с помощью КИС, а также с использованием специальной
радиолинии. В рассматриваемом случае в состав бортовой аппаратуры 
КИС входят низкочастотный модуль и соединенные с ним два
высокочастотных модуля разных диапазонов волн. При этом первый 
высокочастотный модуль обеспечивает связь с наземным ком-
плексом управления непосредственно, а второй модуль — через СР.
Назначение СР состоит в обеспечении ретрансляционного управле-
ния КА, поэтому его целевой системой является радиотехнический
ретранслятор. В этот ретранслятор входят аппаратура межспутни-
ковых линий (СР – КА и КА — СР), способная обеспечить связь
с несколькими КА, и аппаратура магистральных линий (Земля —
СР, СР — Земля), связывающая СР с одной из наземных станций
КИС, предназначенной для ретрансляционного управления КА. Сам
спутник-ретранслятор управляется непосредственно с другой стан-
ции КИС по ее радиолиниям Земля — СР и СР — Земля.
Наземный комплекс управления объединяет центр управления
полетом КА (ЦУП), ряд станций КИС (в том числе станцию управ-
ления через СР), расположенных на территориально разнесенных
наземных пунктах, и соединяющие их линии связи. В некоторых
случаях в состав наземного комплекса управления включаются рас-
положенные на пунктах телевизионные системы, системы связи с
экипажем пилотируемого КА и специализированные системы, пред-
назначенные для приема только телеметрической информации или
только для измерения текущих навигационных параметров КА.
В частности, для измерения могут использоваться квантово-опти-
ческие системы. Все элементы комплекса управления работают в

Исследование командно-корректирующего радиоуправления
9

Рис. 1.1. Функциональная схема командного управления КА

Лабораторная работа № 1

системе единого времени.
Для этого входящие в них высокоста-
бильные генераторы периодически проверяются и подстраиваются
по сигналам Государственной службы времени SТВ. Объединенные
общим организационно-техническим руководством средства назем-
ных комплексов управления различными КА образуют командно-
измерительный комплекс.
Обычно ЦУП, называемый иногда координационно-вычисли-
тельным центром, является главным органом наземного комплекса
управления КА. С одной стороны, он связан со специальным цент-
ром, планирующим использование КА по целевому назначению, а с
другой стороны, передает и получает информацию через линии свя-
зи и КИС с бортового комплекса управления самого КА. В нем сосре-
дотачивается и анализируется вся информация о КА, принимаются
решения о программе дальнейшего полета КА, а также планируется
и координируется работа средств наземного комплекса управления.
По измеренным значениям текущих навигационных параметров в
ЦУП решается баллистическая задача, прогнозируется траектория
движения КА и при необходимости рассчитывается коррекция его
движения.
Для реализации процедуры работы КА в центре формируется 
необходимая командно-программная информация для бортового
комплекса управления КА. Эта информация включает: команды
немедленного исполнения или разовые команды, временные программы — 
перечень команд с указанием времени их исполнения и
информацию, которая содержит исходные данные для работы ЭВМ
бортового комплекса управления. Для решения указанных задач в
современных ЦУП создаются высокопроизводительные информационно-
вычислительные комплексы и специализированные секторы с
рабочими местами операторов, оснащенные персональными ЭВМ.
Все вычислительные средства наземного комплекса управления связываются 
в единую пространственно разнесенную вычислительную
сеть.
Обмен информацией между ЦУП и другими средствами наземного 
комплекса управления, расположенными на различных пунк-
тах, производится с помощью автоматизированной системы связи
и передачи данных. Заметим, что по прямым линиям связи КИС
(Земля — КА, Земля — СР — КА) на КА поступают: команды
управления, программы работы бортовой аппаратуры и телефонно-
телеграфная информация для связи с экипажем КА. А по обрат-
ным линиям связи (КА — Земля, КА — СР — Земля) с КА сле-
дуют: квитанции о правильности прохождения на борт командно-
программной информации; результаты телеконтроля и телефонно-
телеграфная информация. При запросных методах измерения для