46Представляем приборы

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Следящие системы для приема спутников типа "ГОРИЗОНТ"


М. Михайлов Теле-Спутник - 9(23) Сентябрь 1997 г.


Для российских телекомпаний и кабельных сетей, ретранслирующих спутниковые телевизионные программы в регионах, основной интерес представляют, естественно, программы отечественного производства. Некоторые из них передаются со старых спутников "Горизонт", отслуживших свой срок и переведенных на наклонные орбиты. Такие спутники, в отличие от геостационарных, не находятся постоянно в одной и той же точке неба, а движутся относительно земного наблюдателя по траектории в форме "восьмерки". Это "Горизонты" в позициях 40° в.д. (РТР, НВС-RenTV, эротический канал Rendez-Vous, радио России "Ностальжи"), 53° в.д. (ОРТ, СТС), 80° в.д. (НТВ), 90° в.д. (ОРТ,РТР, радио России "Ностальжи"), 96,5° в.д. (ОРТ, Красноярское ТВ/"Ямал-ТВ"), 103°в.д. (РТР, ВРТ, СТС) и 140° в.д. (РТР, НТВ). В большинстве случаев для приема сигналов таких спутников необходима антенная система, оборудованная двумя приводами (для поворота антенны по азимуту и углу места), и устройство, ими управляющее, - следящая система.

Способы реализации слежения кратко описаны в "Теле-Cпутнике" №2 за 1995 г. (М. Михайлов, Г. Высоцкий, "Особенности приема сигналов русскоязычных ТВ программ"). По многим причинам предпочтительнее следящая система, которая бы позволила сократить до минимума или вообще исключить вмешательство оператора в процесс слежения. Многими телекомпаниями и операторами кабельных сетей для слежения используются ресиверы со встроенным двухкоординатным позиционером и возможностью слежения за спутниками с наклонной орбитой - модели ESR-700, ESR-2000XT производства фирмы R. L. DRAKE, США, и Pansat XR-4600D производства другой американской компании - PANAREX. Они относятся к разряду полупрофессиональной аппаратуры, предназначенной для индивидуального приема. При грамотной настройке и эксплуатации эти следящие системы хорошо справляются с задачей слежения с антеннами до 4.5 м. Совершенно другой класс аппаратуры представляет интеллектуальный контроллер управления следящей антенной системой RC2000C производства компании Research Concepts, Inc. (США). Это специализированный микропроцессорный контроллер, разработанный специально для управления антенной передающей или профессиональной приемной станции. Ниже приводится сравнительный анализ этих следящих систем.

Алгоритм слежения



Ресивер Pansat XR-4600D.
Ресиверы-позиционеры ESR-700 и Pansat XR-4600D используют упрощенный алгоритм слежения - по максимуму сигнала, так называемый принцип экстремального автомата. Суть его в том, что периодически следящая система выполняет автоподстройки антенны - смещает антенну сперва вверх и вниз, потом вправо и влево от начальной позиции, определяет направление максимального сигнала и наводит антенну на это направление. Уже в сам этот принцип заложена необходимость расстройки антенны от максимума во время пробных качаний, это приводит к кратковременному ухудшению сигнала при автоподстройке. Пользователь XR-4600D может выбрать один из двух основных режимов слежения. В одном режиме автоподстройки выполняются через равные промежутки времени, задаваемые пользователем. Во втором режиме следящая система контролирует уровень сигнала и выполняет автоподстройку при снижении его до порогового уровня, заданного пользователем. ESR-700 и ESR-2000XT предполагают автоподстройки только через равные промежутки времени. При выключении транспондера спутника ресиверы DRAKE имеют возможность автоматического переключения на другой транспондер того же спутника. К сожалению, в некоторых случаях применить ее на "Горизонтах" невозможно - например, программы НТВ (80° в.д.) и СТС (53° в.д., 103° в.д.) занимают единственный рабочий Ku-транспондер на спутнике. Если ни одного работающего транспондера нет, DRAKE прекращает слежение, и при возобновлении трансляции спутник оказывается потерянным. Pansat при пропадании сигнала продолжает подстраивать антенну на шумы, при этом неоправданно изнашиваются актюаторы и подвижные части антенны.

Алгоритм, используемый RC2000C, более сложен и предполагает два основных этапа слежения. Первоначально после ввода параметров спутника и запуска слежения контроллер переходит в режим СЛЕЖЕНИЯ ПО СИГНАЛУ (подготовительный режим). В этом режиме контроллер периодически выполняет автоподстройки антенны по тому же принципу экстремального автомата. Пользователем должен быть введен единственный параметр - максимальная заданная ошибка слежения. Под этой величиной понимается максимальная допустимая расстройка антенны (в децибелах). На основании позиций антенны, полученных в результате автоподстроек, контроллер составляет таблицу. Таблица содержит 48 позиций спутника через равные промежутки времени на протяжении 23 ч 56 мин 4 с - именно за это время Земля (а вместе с ней и спутник) делают полный оборот вокруг земной оси (3600). Операция автоподстройки выполняется при наступлении одного из двух событий. Первое - если текущее время достигнет одного из табличных значений (пора заполнить очередную строку таблицы). Второе - если ошибка наведения антенны достигнет максимальной заданной ошибки. Контроллер постоянно вычисляет текущую величину ошибки, основываясь на следующих данных: расчетная траектория спутника (вычисляется по позиции спутника, углу наклона его орбиты и географическим координатам точки приема), ширина и форма диаграммы направленности антенны (вычисляется по диаметру антенны и частотному диапазону) и время, прошедшее после последней автоподстройки. Если контроллер определяет, что за время, прошедшее после последней автоподстройки, спутник ушел от оси диаграммы направленности антенны достаточно далеко для того, чтобы усиление антенны снизилось на величину максимальной ошибки, включается автоподстройка. Контроллер также рассчитывает размах пробных качаний антенны при автоподстройках исходя из расчетной диаграммы направленности антенны. Слежение по сигналу продолжается, пока не наступит время, на которое есть данные для слежения по программе.



Контроллер RC2000C.
Если в режиме слежения по сигналу контроллер обнаруживает пропадание сигнала транспондера, включается режим ПОИСКА. При поиске антенна последовательными проходами по горизонтали со смещением по вертикали сканирует расчетную область поиска. Величина вертикального смещения между двумя последовательными проходами также определяется контроллером, по ширине диаграммы направленности. Область поиска рассчитывается по параметрам орбиты спутника и имеет форму параллелограмма. Поиск в такой области гарантирует захват спутника антенной (при работающем транспондере) и одновременно исключает наведение на соседний спутник. Если в процессе поиска сигнал не обнаружен, контроллер ожидает время, заданное пользователем, и предпринимает очередной поиск. Пользователь может запретить автоматический поиск. Когда поиск запрещен, при пропадании сигнала контроллер приостанавливает слежение. Пользователь должен сам навести антенну на спутник и вновь запустить слежение по сигналу. Поиск (или ожидание) продолжается до тех пор, пока не будет обнаружен сигнал транспондера или пока не наступит время, на которое есть данные для слежения по программе.

В режиме СЛЕЖЕНИЯ ПО ПРОГРАММЕ (основной режим) контроллер перемещает антенну по точкам, угол места и азимут которых определяются как функция текущего времени по таблице позиций, независимо от того, присутствует сигнал со спутника или нет. Перенацеливание антенны в очередную точку производится тогда, когда текущее положения антенны отличается от расчетной позиции спутника настолько, что усиление антенны уменьшается на величину максимальной заданной ошибки. Новая позиция антенны вычисляется интерполяцией ближайших по времени табличных позиций. Для отсчета текущего времени контроллером используются внутренние звездные часы - длительность звездных суток равна 23 ч 56 мин 4 с. Это как раз и есть период повторения траектории спутника. При слежении по программе контроллер также периодически выполняет автоподстройки антенны, такие же, как при слежении по сигналу. Это делается для проверки табличных данных. Частота проверок задается пользователем и может составлять от 1 часа до 16 суток. Кроме того, пользователь может в любой момент принудительно включить проверку всех строк таблицы. Режим слежения по программе - приоритетный, контроллер всегда следит за спутником по программе, если на текущее время есть данные в таблице позиций. Если таких данных нет, контроллер проверяет наличие сигнала транспондера и, если сигнал есть, переходит в режим слежения по сигналу, если нет - в режим поиска. На самом деле алгоритм слежения, реализуемый контроллером RC2000C, несколько сложнее, чем описано выше. К сожалению, объем настоящей публикации не позволяет остановиться на всех подробностях.

Обработка сигналов датчиков




Для идентификации положения антенны следящие системы используют реверсивные счетчики, подсчитывающие импульсы от датчиков актюаторов. ESR-700, ESR-2000XT и Pansat XR-4600D считают каждый импульс датчика, причем счетчик срабатывает либо только на замыкание, либо только на размыкание геркона. Если антенна перемещается из позиции, соответствующей замкнутому состоянию геркона, в позицию, соответствующую разомкнутому состоянию (или наоборот), при возвращении антенны в исходную точку отсчет счетчика в этой точке будет на единицу больше (или меньше) исходного - происходит потеря одного импульса. Появляется накапливающаяся ошибка. Рано или поздно при включении системы или при переходе на другой спутник антенна начинает наводиться боковым лепестком ДН или не наводиться вообще, поэтому позиции спутников приходится периодически корректировать. Если пределы перемещения антенны заданы в достаточно узком секторе, после нескольких таких корректур антенна "наезжает" на электронный предел, и приходится корректировать уже пределы перемещения, а это невозможно сделать, не прекращая приема. Кроме того, у XR-4600D переустановить пределы можно только после полного сброса установок позиционера, т. е. приходится перепрограммировать позиции всех спутников и параметры слежения. Счетчики положения в контроллере RC2000C срабатывают как по фронту, так и по спаду каждого импульса. Во-первых, это вдвое увеличивает точность наведения - на один и тот же угол поворота антенны приходится вдвое больше срабатываний счетчика. Во-вторых, это исключает накапливающиеся ошибки счетчиков, описанные выше.

Силовая часть

Все рассматриваемые следящие системы рассчитаны на управление стандартными актюаторами с напряжением питания 36 В постоянного тока и импульсными датчиками (герконовыми, оптоэлектронными или на эффекте Холла). Для профессионального приема, как правило, требуются антенны диаметром от 2,5 до 6,0 м с актюаторами соответствующей мощности. ESR-700e может управлять актюаторами с током потребления до 2,5 А, что в общем случае недостаточно. Для управления более мощными актюаторами приходится штатный адаптер 10А600е заменять на релейный или электронный усилитель мощности с автономным питанием. XR-4600D, судя по его технической документации, может работать с актюаторами до 4 А, а фактически выдерживает не более 2 А. В качестве токовых ключей в полупрофессиональных следящих системах применяются электромагнитные реле - элементы сами по себе ненадежные. Из-за большой индуктивности обмоток двигателя и соединительных проводов при замыкании и размыкании контактов реле возникает мощная искра. Контакты постепенно подгорают, а иногда и свариваются. У XR-4600D можно значительно уменьшить искрение на контактах, удалив с силовой платы электролитический конденсатор С690. Цепь питания двигателей XR-4600D защищена от перегрузок и коротких замыканий отдельным плавким предохранителем. ESR-700e не имеет даже такой защиты, у него только один общий предохранитель в цепи первичного питания.

RC2000C может управлять актюаторами с током потребления до 8 А. В качестве токовых ключей применены мощные полевые транзисторы. Силовая цепь каждого двигателя защищена электронной схемой защиты, кроме того, в общую цепь питания двигателей включен автоматический выключатель с током отсечки 12 А, рычажок взвода которого выведен на заднюю панель контроллера. Плавкие предохранители в контроллере не применяются. Пользователь может разрешить контроллеру одновременное движение антенны по углу места и азимуту. При этом суммарный потребляемый ток обоих двигателей не должен превышать 8 А. Контроллер предусматривает работу актюаторов на двух скоростях - высокой и низкой. В режиме низкой скорости контроллер автоматически поддерживает заданную скорость актюатора по частоте сигналов датчика, изменяя напряжение питания двигателя (путем широтно-импульсной модуляции напряжения 36 В). Скорость задается пользователем в условных единицах. В режиме высокой скорости на двигатели актюаторов всегда подается немодулированное напряжение 36 В. Если выбрана высокая скорость и антенна автоматически перемещается контроллером, за несколько импульсов счетчика до расчетной позиции скорость переключается с высокой на низкую, а не доходя еще несколько импульсов, актюатор выключается и доводит антенну по инерции. Рубежи переключения скоростей и отключения актюатора задаются пользователем. Если антенна все же "проскакивает" нужную позицию и отсчет счетчика (счетчиков) отличается от расчетного больше, чем на величину заданной ошибки наведения, контроллер предпринимает попытку скорректировать позицию антенны. Максимально допустимая ошибка наведения и максимальное число попыток "попасть в точку" задается пользователем. Возможность уменьшения и стабилизации скорости уменьшает инерцию антенны, следовательно, увеличивает точность наведения. Кроме того, исключается движение антенны по одной координате в разных направлениях с разными скоростями. Такой эффект особенно заметен у тяжелых антенн с плохо уравновешенной подвеской - вниз антенна движется быстро, а вверх медленно.

Источник информации о силе сигнала

Любая система слежения использует сигнал, несущий информацию о наличии и текущей силе сигнала, принимаемого антенной. В качестве такого управляющего сигнала используется выходное напряжение цепи АРУ (автоматической регулировки усиления, AGC - Auto Gain Control) ресивера. Следящие системы фирм DRAKE и Panarex управляют антенной по сигналу от собственного ресивера, слежение по сигналу от внешнего приемника не предусмотрено.. Прием цифровых спутниковых программ (например, пакета программ СТС) с использованием таких систем без доработки вообще невозможен. В цифровом спутниковом телевидении применяется другой вид модуляции - относительная фазовая телеграфия (BPSK) или двойная относительная фазовая телеграфия (QPSK). ЧМ-демодулятор аналогового приемника воспринимает такой сигнал, как отсутствие оного.

Контроллер RC2000C получает информацию о силе сигнала по одному или двум независимым каналам АРУ от внешнего ресивера (ресиверов). Контроллер может работать как с аналоговым, так и с цифровым ресивером (в том числе с цифровыми приемниками звуковых программ). Единственное требование к ресиверу - наличие выхода напряжения АРУ (разъем обозначается AGC или TM). В принципе, получить такой сигнал можно от любого ресивера, если установить дополнительный разъем и вывести на него сигнал АРУ. Входное сопротивление каналов АРУ контроллера достаточно велико (2 МОм), поэтому на работе ресивера такая доработка не скажется. В процессе настройки контроллер адаптируется к параметрам сигнала АРУ (полярность и диапазон изменения напряжения) конкретного ресивера.

Конструкция и управление



Ресивер DRAKE ESR-2000XT.
Дизайн корпусов ESR-700e, ESR-2000XT и Pansat XR-4600D соответствует их полупрофессиональному назначению. Эти аппараты имеют элегантный внешний вид и хорошо смотрятся рядом с другой бытовой видеоаппаратурой. Для подключения двух актюаторов к ESR-700e и ESR-2000XT используется приставка - релейный коммутатор 10А600е, к XR-4600D актюаторы подключаются непосредственно. Все операции по настройке и управлению ресиверами - позиционерами производятся с пультов ДУ. Это создает некоторый комфорт для оператора, однако не всегда приемлемо в условиях студии или аппаратной - возможно срабатывание от команд ДУ другой аппаратуры. Управление и настройка осуществляются с помощью системы вложенных меню. С ресиверами фирмы DRAKE можно работать во всех меню, используя клавиши на передней панели.

Контроллер RC2000C конструктивно выполнен в виде блока для установки в стандартную 19-дюймовую стойку. Он не имеет дистанционного управления, все операции по настройке и оперативные переключения производятся с 16-кнопочной клавиатуры на передней панели прибора. Информация о текущем состоянии выводится на жидкокристаллический дисплей 2х40 знаков. Несмотря на ограниченные возможности по отображению информации, RC2000C имеет удобную и логично построенную систему меню. Встроенная система контроля постоянно проверяет состояние энергонезависимой памяти, внутренних часов и актюаторов и в случае сбоя или аварии выдает на дисплей сообщение об ошибке.

Контроллер оборудован последовательным интерфейсом RS-422 для связи с IBM - совместимым ПК. Для стыковки со стандартным интерфейсом RS-232 может использоваться дополнительный адаптер, хотя при небольшой длине соединительной линии можно обойтись и без него. С контроллером поставляется дискета, содержащая демонстрационную версию пакета AUTOPILOT. С помощью этого пакета можно используя один ПК управлять несколькими антенными системами, включающими до 4 контроллеров RC1000A, RC2000A/C и до 8 профессиональных ресиверов типа Omni MT1810 или MT1830. Программа позволяет с клавиатуры ПК управлять антеннами, ресиверами, дистанционно контролировать их состояние, задавать программу работы всех приборов на длительное время, создавать файлы типовых конфигураций и настроек и т. п. Кроме пакета AUTOPILOT дискета содержит программу RC2KDEMO.EXE для управления одним контроллером от ПК и программу связи RC2KC.EXE, которая может использоваться как основа для создания собственной, оригинальной программы управления или для адаптации имеющегося у пользователя программного обеспечения для управления другими контроллерами. Кроме управляющих программ на дискете имеются две программы, поддерживающие настройку контроллера. Одна - SCALE3.EXE - позволяет по известным позициям двух геостационарных спутников рассчитать масштабные коэффициенты и поправки пересчета углов. Контроллер может выводить на дисплей информацию о положении антенны в двух видах - в условных единицах (отсчетах счетчиков) или в виде действительного угла места и азимута в градусах. Для пересчета используются масштабные коэффициенты и поправки, которые рассчитываются пользователем на ПК. Отсчет азимута и угла места в градусах облегчает поиск других спутников. Для этого предусмотрена программа ANTENNA.EXE, с ее помощью по известным географическим координатам точки приема рассчитываются угол места и азимут на любой видимый спутник. Кроме программ, дискета содержит несколько текстовых файлов: полное описание протокола связи контроллер - ПК, подробные инструкции по использованию всех управляющих и поддерживающих программ, схему подключения контроллера к последовательному порту ПК типа RS-232 без использования адаптера интерфейсов и рекламную информацию. Все программы, содержащиеся на дискете, запускаются непосредственно из DOS и работают с любым ПК начиная с 286, ограничения - наличие жесткого диска и цветного монитора - носят скорее рекомендательный характер.

Заключение

Возможно, у ретрансляторов программ НТВ и СТС вообще отпадет надобность в следящей системе. Телекомпания НТВ уже производит перевод трансляции своей программы на геостационарные спутники Intelsat-604 (60° в.д.) и Intelsat-703 (57° в.д.), а оператор "Горизонтов" - Государственное Предприятие "Космическая Связь" - планирует до конца 1997 года заменить старый "Горизонт-27" в позиции 53° в.д. на геостационарный "Экспресс". Тем не менее пока приходится "отслеживать" российские спутниковые программы. Новое поле для применения следящих систем появилось с началом вещания каналов "Всемирное Русское Телевидение" и СТС (в аналоговом виде) со спутника "Горизонт" в позиции 103° в.д. Как уже было сказано, многие вещающие телекомпании и операторы кабельных сетей для приема спутниковых программ с "Горизонтов" используют полупрофессиональные системы слежения ESR-700e, ESR-2000XT и Pansat XR-4600D. Как ясно из вышеизложенного, владельцам таких следящих систем приходится сталкиваться с некоторыми проблемами, реализовать качественное слежение можно, только применяя профессиональную аппаратуру.

Фактором, ограничивающим применение RC2000C российскими телекомпаниями и кабельными сетями, пока является стоимость контроллера - более $2000. Именно она заставляет зачастую отдавать предпочтение полупрофессиональным аппаратам фирм R.L.DRAKE и Panarex, тоже, в общем-то, недешевым. В данном случае применима пословица "скупой платит дважды". Контроллер Research Concepts Inc. способен реализовать качественное управление антенной без ухудшения сигнала при подстройках. Он обеспечит надежную работу необслуживаемых приемных станций без постоянных вмешательств оператора. Контроллер удобен для операторов многоканальных распределительных систем - кабельных сетей и MMDS - с помощью ПК можно управлять несколькими антенными постами приемной станции с одного рабочего места. RC2000C может быть использован и для управления передающей антенной, в этом случае вместо внешнего ресивера используется приемник сигнала маяка.



 
Теле-Спутник Сентябрь 1997
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт