RU2620596C1

RU2620596C1 - Distributed measurement and control system

Info

Publication number: RU2620596C1
Application number: RU2015123000A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Комаров; Сергей Олегович Паздерин
Original assignee: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-05-29

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention can be used for the construction of information-measuring systems and measuring and control systems for testing satellite earth stations.

EFFECT: increased productivity at work testing satellite earth stations by allowing multiple stations to perform them simultaneously.

2 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для построения информационно-измерительных систем и измерительно-управляющих систем испытаний земных станций спутниковой связи, осуществляющих передачу данных через бортовые ретрансляционные комплексы космических аппаратов геостационарной орбиты.The invention relates to information-measuring equipment and can be used to build information-measuring systems and measuring-control systems for testing earth stations of satellite communications, transmitting data through airborne relay complexes of spacecraft geostationary orbit.

Известны системы по патентам US 7675462, US 8611826, на основе которых решаются или могут быть решены задачи испытаний земных станций спутниковой связи (ЗССС) для допуска к работе через бортовой ретрансляционный комплекс, включающих в себя, в том числе: измерение диаграммы направленности антенны ЗССС на передачу данных; измерение кроссполяризационной развязки; измерение долгосрочной стабильности частоты, эквивалентной изотропно излучаемой мощности и т.д.Known systems for patents US 7675462, US 8611826, on the basis of which the problems of testing satellite communications earth stations (SSSS) for admission to work through the onboard relay complex, including, including: measuring the antenna pattern of the SSSS on data transfer; cross-polarization isolation measurement; measurement of long-term frequency stability, equivalent isotropically radiated power, etc.

Недостатком, общим для данных систем, является отсутствие возможности одновременного проведения на их основе испытаний нескольких земных станций спутниковой связи и как следствие недостаточная производительность работ.A drawback common to these systems is the inability to simultaneously test several satellite earth stations on their basis and, as a consequence, insufficient work productivity.

Известны распределенные измерительно-управляющие системы, реализующие способы их функционирования по патентам RU 2406140, RU 2468420, RU 2481621, обеспечивающие многопользовательский удаленный доступ объектам исследования, управления и измерения. Общим недостатком, присущим данным системам, является отсутствие возможности их применения для испытаний земных станций спутниковой связи, в связи с отсутствием ряда специализированных функциональных узлов.Known distributed measuring and control systems that implement the methods of their operation according to the patents RU 2406140, RU 2468420, RU 2481621, providing multi-user remote access to objects of research, control and measurement. A common drawback inherent in these systems is the lack of the possibility of their application for testing earth stations in satellite communications, due to the lack of a number of specialized functional units.

Наиболее близкой к заявляемой распределенной измерительно-управляющей системе является система, реализующая способ функционирования по патенту RU 2468420, включающая в свой состав: ПЭВМ пользователей или рабочих мест, сетевой сервер, измерительно-управляющий сервер, устройство сопряжения, исполнительное устройство, объект, в которой каждая из ПЭВМ пользователей или рабочего места посредством вычислительной сети соединена с сетевым сервером, сетевой сервер соединен с измерительно-управляющим сервером, измерительно-управляющий сервер соединен через устройство сопряжения и исполнительное устройство с объектом.Closest to the claimed distributed measuring and control system is a system that implements the operating method according to patent RU 2468420, which includes: a PC of users or workstations, a network server, a measuring and controlling server, a coupler, an executive device, an object in which each from a PC of users or a workstation through a computer network is connected to a network server, a network server is connected to a measurement and control server, and a measurement and control server is Dinan through the interface device and the actuator with the object.

В основу изобретения положена задача повышения производительности работ при проведении испытаний земных станций спутниковой связи.The basis of the invention is the task of increasing the productivity of work during testing of earth stations in satellite communications.

Поставленная задача решается тем, что в распределенную измерительно-управляющую систему, содержащую ПЭВМ рабочих мест, сетевой сервер, измерительно-управляющий сервер, дополнительно введены анализатор сигналов и антенная система, при этом сигнальный выход антенной системы соединен с сигнальным входом анализатора сигналов, вход управления антенной системой с первым выходом управления измерительно-управляющего сервера, второй выход управления которого соединен с входом управления анализатора сигналов, вход обмена данными измерительно-управляющего сервера соединен с соответствующим выходом анализатора сигналов, измерительно-управляющий сервер соединен с сетевым сервером, который в свою очередь соединен с ПЭВМ рабочих мест посредством компьютерной сети.The problem is solved in that a signal analyzer and an antenna system are additionally introduced into a distributed measuring and control system containing a workstation PC, a network server, a measuring and control server, while the signal output of the antenna system is connected to the signal input of the signal analyzer, and the antenna control input system with the first control output of the measuring and control server, the second control output of which is connected to the control input of the signal analyzer, data exchange input meter o-management server connected to a respective output signals of the analyzer, the measuring and control server coupled to a network server, which in turn is connected to a PC jobs through a computer network.

Функциональная схема заявляемой системы представлена на фиг.1. На фиг. 2 приведена структурная схема возможного варианта реализации антенной системы. Распределенная измерительно-управляющая система содержит k ПЭВМ рабочих мест 1₁, 1₂, …, 1_k, соединенных через компьютерную сеть 2 с сетевым сервером 3. К сетевому серверу 3 подключен измерительно-управляющий сервер 4. Измерительно-управляющий сервер 4 соединен по выходам управления с соответствующими входами анализатора сигналов 6 и антенной системы 5. Антенная система 5 соединена по сигнальному выходу с соответствующим входом анализатора сигнала 6, при этом анализатор сигналов 6 по выходу обмена данными соединен с соответствующим входом измерительно-управляющего сервера 4. Антенная система 5 содержит приемную антенну 12 с разными выходами поляризации, например вертикальной и горизонтальной, к которым подключены малошумящие усилители 10 и 11, выходы малошумящих усилителей 10 и 11, через управляемый коммутатор 9, связаны с сигнальным входом анализатора сигналов 6, вход управления коммутатора 9 связан с соответствующим выходом измерительно-управляющего сервера 4.Functional diagram of the inventive system is presented in figure 1. In FIG. 2 is a structural diagram of a possible embodiment of an antenna system. The distributed measuring and control system contains k PCs of workstations 1 ₁ , 1 ₂ , ..., 1 _k connected via a computer network 2 to a network server 3. A measuring and controlling server 4 is connected to a network server 3. A measuring and controlling server 4 is connected at the outputs control with the corresponding inputs of the signal analyzer 6 and the antenna system 5. The antenna system 5 is connected at the signal output to the corresponding input of the signal analyzer 6, while the signal analyzer 6 at the output of the data exchange is connected to the corresponding input from the control server 4. The antenna system 5 contains a receiving antenna 12 with different polarization outputs, for example, vertical and horizontal, to which low-noise amplifiers 10 and 11 are connected, the outputs of low-noise amplifiers 10 and 11, through a managed switch 9, are connected to the signal input of the signal analyzer 6, the control input of the switch 9 is connected to the corresponding output of the measuring and control server 4.

Система работает следующим образом. По команде пользователей системы, ПЭВМ рабочего места 1₁, 1₂, …, 1_k через компьютерную сеть 2 на сетевой сервер 3 передает представленное в цифровом виде задание на измерение, которое в порядке поступления на сетевой сервер 3 записывается им в очередь заданий других ПЭВМ. Задание на измерение содержит указатель выхода поляризации антенны 12 и параметры настройки анализатора сигналов 6, например центральная частота, полоса обзора, разрешение по частоте и др. Очередное задание передается сетевым сервером 3 на измерительно-управляющий сервер 4. Под управлением измерительно-управляющего сервера 4 в соответствии с обрабатываемым заданием осуществляется выдача управляющих сигналов на соответствующие входы антенной системы 5 и анализатора сигналов 6 в целях установки их конфигурации, и запускается процесс измерения. Анализатор сигналов 6 на частоте, определяемой обрабатываемым заданием, выполняет измерение и оценку параметров принятого антенной системой 5 сигнала с бортового ретрансляционного комплекса космического аппарата 7, передаваемого тестируемой земной станцией спутниковой связи 8₁, 8₂, …, 8_k на выделенной для нее частоте в одной из поляризаций, например вертикальной или горизонтальной. Сигнал с соответствующего выхода поляризации антенны 12 усиливается при помощи малошумящих усилителей 10 или 11 и через коммутатор 9, управляемый измерительно-управляющим сервером 4, подается на вход анализатора сигнала 6. Результаты измерения в цифровом виде, полученные от анализатора сигнала 6, измерительно-управляющий сервер 4 передает на сетевой сервер 3, а сетевой сервер 3 на соответствующий ПЭВМ рабочего места 1₁, 1₂, …, 1_k для последующей обработки и визуализации. После этого сетевой сервер 3 передает следующее, имеющееся в очереди задание на измерительно-управляющий сервер 4 для его выполнения. После получения ответа на предыдущее задание, по команде пользователя ПЭВМ рабочего места 1₁, 1₂, …, 1_k, на сетевой сервер 3 отправляет следующее задание на измерение, если потребность в таковом имеется. Этим самым в заявляемой системе реализуется режим разделения времени работы пользователей на основе ПЭВМ рабочих мест 1₁, 1₂, …, 1_k с анализатором сигналов 5 и антенной системой 6 при выполнении измерений и обеспечивается одновременное проведение испытаний ЗССС.The system operates as follows. At the command of users of the system, the personal computer of the workstation 1 ₁ , 1 ₂ , ..., 1 _k sends the digital measurement task to the network server 3 through the computer network 2, which is recorded in the order of the other computer’s jobs in the order they are received on the network server 3 . The measurement task contains a polarization output indicator of the antenna 12 and the settings of the signal analyzer 6, for example, the center frequency, span, frequency resolution, etc. The next task is transmitted by the network server 3 to the measurement and control server 4. Under the control of the measurement and control server 4, In accordance with the task being processed, control signals are output to the corresponding inputs of the antenna system 5 and signal analyzer 6 in order to establish their configuration, and the process of changing eniya. The signal analyzer 6 at a frequency determined by the processed task performs the measurement and estimation of the parameters of the signal received by the antenna system 5 from the onboard relay complex of the spacecraft 7 transmitted by the satellite earth test station 8 ₁ , 8 ₂ , ..., 8 _k at the frequency allocated for it in one of the polarizations, for example, vertical or horizontal. The signal from the corresponding output of the polarization of the antenna 12 is amplified using low-noise amplifiers 10 or 11 and through the switch 9, controlled by the measuring and controlling server 4, is fed to the input of the signal analyzer 6. Digital measurement results obtained from the signal analyzer 6, measuring and controlling server 4 transmits to the network server 3, and the network server 3 to the corresponding PC of the workstation 1 ₁ , 1 ₂ , ..., 1 _k for subsequent processing and visualization. After that, the network server 3 transmits the next task in the queue to the measurement and control server 4 for its execution. After receiving the answer to the previous task, at the command of the PC user of the workstation 1 ₁ , 1 ₂ , ..., 1 _k , sends the next measurement task to the network server 3, if there is a need for it. Thus, in the inventive system, a time sharing mode for users based on a personal computer 1 ₁ , 1 ₂ , ..., 1 _k with a signal analyzer 5 and antenna system 6 is realized during measurements and simultaneous testing of the SSSS is ensured.

Одновременная передача сигналов от нескольких тестируемых земных станций спутниковой связи 8₁, 8₂, …, 8_k через бортовой ретрансляционный комплекс космического аппарата 7 на антенную систему 5 осуществляется с их частотным разделением. Координация действий операторов тестируемых земных станций спутниковой связи 8₁, 8₂, …, 8_k в части изменения направленности их антенн по азимуту и углу места, установки уровня мощности передаваемой несущей и т.д. может выполняться, например, с помощью телефонной связи или сетевых сервисов передачи текстовых и голосовых сообщений на основе ПЭВМ рабочих мест 1₁, 1₂, …, 1_k и т.д.Simultaneous transmission of signals from several tested earth satellite communication stations 8 ₁ , 8 ₂ , ..., 8 _k through the onboard relay complex of the spacecraft 7 to the antenna system 5 is carried out with their frequency division. Coordination of the actions of the operators of the tested satellite earth stations 8 ₁ , 8 ₂ , ..., 8 _k in terms of changing the direction of their antennas in azimuth and elevation, setting the power level of the transmitted carrier, etc. can be performed, for example, using telephone communications or network services for transmitting text and voice messages based on PC workstations 1 ₁ , 1 ₂ , ..., 1 _k , etc.

При проведении испытаний на основе заявляемой системы каждый пользователь системы независимо от других пользователей осуществляет координацию действий оператора только одной, прикрепленной к нему тестируемой ЗССС. А также формирует с соответствующей ПЭВМ рабочего места 1₁, 1₂, …, 1_k задание на установку конфигурации антенной системы 5 и анализатора сигналов 6 и выполнение с их помощью измерений параметров сигнала, передаваемого соответствующей прикрепленной тестируемой ЗССС из 8₁, 8₂, …, 8_k.When conducting tests on the basis of the inventive system, each user of the system, independently of other users, coordinates the actions of the operator of only one test ZSSS attached to it. And also forms from the appropriate PC workstation 1 ₁ , 1 ₂ , ..., 1 _{k a} task to set up the configuration of the antenna system 5 and signal analyzer 6 and use them to measure the parameters of the signal transmitted by the corresponding attached tested SSSS from 8 ₁ , 8 ₂ , ..., 8 _k .

Все узлы системы являются широко известными из уровня техники. При этом в качестве анализатора сигналов 6 могут быть использованы промышленно выпускаемые анализаторы спектра, анализаторы несущих сигналов, модульные приборы или любое другое устройство, обеспечивающее измерение параметров высокочастотного сигнала и взаимодействующее с измерительно-управляющим сервером 4, например, посредством интерфейсов LXI, PXI, LAN, USB, GPIB и т.д. В качестве измерительно-управляющего 4 сервера может использоваться, например, ЭВМ промышленного исполнения. Также в некоторых случаях измерительно-управляющий сервер 4 может выполнять функции сетевого сервера 3, что в целом не влияет на сущность заявляемого изобретения.All nodes of the system are widely known in the art. Moreover, as a signal analyzer 6 can be used industrially produced spectrum analyzers, carrier signal analyzers, modular devices or any other device that provides the measurement of the parameters of the high-frequency signal and interacts with the measuring and controlling server 4, for example, via LXI, PXI, LAN, USB, GPIB, etc. As a measuring and controlling 4 server can be used, for example, industrial computers. Also in some cases, the measurement and control server 4 can perform the functions of a network server 3, which generally does not affect the essence of the claimed invention.

Технический результат изобретения поясним на конкретном примере. Введем следующие обозначения:The technical result of the invention is illustrated by a specific example. We introduce the following notation:

λ - интенсивность передачи заданий на измерение по требованию пользователей с ПЭВМ каждого рабочего места на сетевой сервер;λ is the intensity of the transfer of measurement tasks at the request of users from the PC of each workstation to the network server;

t_{обсл_ср} - среднее время выполнения задания под управлением измерительно-управляющего сервера;t _obsl.sr - the average time of the task under the control of the measuring and controlling server;

μ - интенсивность обслуживания заданий, равная

.μ - task service intensity equal to

.

Дополнительно для упрощения предположим, что транспортные задержки передачи заданий с ПЭВМ рабочих мест на сетевой сервер много меньше величины t_{обсл_ср} и ими можно пренебречь, тогда на примере пуассоновского потока поступления заданий с ПЭВМ рабочих мест и показательного закона распределения времени обслуживания заданий на измерительно-управляющем сервере, в соответствии с [Л. Клейнрок. Вычислительные системы с очередями / Перевод с англ. под ред. д-ра техн. наук Б.С. Цыбакова. - М.: Мир, 1979, с. 243], «насыщение» по числу рабочих мест для заявляемой распределенной измерительно-управляющей системы можно определить в соответствии со следующим выражением:Additionally, for simplicity, we assume that the transport delays in transferring jobs from a PC of jobs to a network server are much less than the value of t _{serv_av} and can be neglected, then using the Poisson stream of receiving jobs from a PC of jobs and the exponential law of the distribution of time for servicing jobs on a measuring and control server , in accordance with [L. Kleinrock. Queuing systems / Translation from English. under the editorship of Dr. tech. sciences B.S. Tsybakova. - M .: Mir, 1979, p. 243], "saturation" by the number of jobs for the claimed distributed measuring and control system can be determined in accordance with the following expression:

То есть заявляемая система обеспечивает обработку заданий с k^* ПЭВМ рабочих мест и как следствие одновременность испытаний в части k^* тестируемых станций за счет предоставления возможности обращения и использования с ПЭВМ рабочих мест оборудования (антенной системы и анализатора сигналов) в интервалы его «простоя», то есть когда оно не используется непосредственно для проведения измерений по заданиям, например, в интервалы времени координации пользователями действий операторов соответствующих тестируемых земных станций спутниковой связи, подготовки заданий на измерение, обработки и анализа полученных результатов измерений и прочее.That is, the claimed system provides the processing of tasks with k ^* PC workstations and, as a result, simultaneous testing in terms of k ^* tested stations by providing the possibility of handling and using PC workstations of equipment (antenna system and signal analyzer) during its “idle” intervals, that is, when it is not used directly to carry out measurements on tasks, for example, at time intervals for users to coordinate the actions of operators of the corresponding satellite earth stations under test ligature, training tasks for measurement, processing and analysis of the measurement results and so forth.

Предположим, что каждый пользователь с ПЭВМ рабочего места системы в течение 4 часов (ΔT=14400 секунд) выполняет серию из 200 измерений (Х0=200), при этом среднее время выполнения задания на измерение под управлением измерительно-управляющего сервера составляет 5 секунд (t_{обсл_ср}=5 секунд), таким образом в течение рассматриваемого промежутка времени ΔT допустимое число одновременно тестируемых станций в соответствии с (1) составит:Suppose that each user with a PC of the system’s workstation for 4 hours (ΔT = 14400 seconds) performs a series of 200 measurements (X0 = 200), while the average time for completing a measurement task under the control of a measuring and control server is 5 seconds (t _{obsr_av} = 5 seconds), so during the considered period of time ΔT the permissible number of simultaneously tested stations in accordance with (1) will be:

То есть в 15 раз обеспечивается повышение производительности работ при проведении испытаний земных станций спутниковой связи на основе заявляемой системы. Таким образом, достигается поставленная задача изобретения.That is, a 15 times increase in productivity is provided when testing satellite earth stations based on the claimed system. Thus, the object of the invention is achieved.

От соотношения величин ΔT, λ, μ, а также очередности обработки заданий зависит технический эффект заявляемого изобретения, характеризуемый числом одновременно тестируемых земных станций спутниковой связи. При этом фактическое количество одновременно тестируемых земных станций k и соответствующее ему число ПЭВМ рабочих мест может находиться в пределах 1<k≤k^* и может быть выбрано, например, исходя из допустимого снижения времени реакции системы на задания пользователей.The technical effect of the claimed invention, characterized by the number of simultaneously tested satellite communications earth stations, depends on the ratio of ΔT, λ, μ, as well as the order of processing tasks. In this case, the actual number of simultaneously tested earth stations k and the corresponding number of PC workstations can be in the range 1 <k≤k ^* and can be selected, for example, based on an allowable reduction in the reaction time of the system to user tasks.

Claims

A distributed measuring and control system containing a PC of workstations, a network server, a measuring and control server, characterized in that a signal analyzer and an antenna system are additionally introduced, while the signal output of the antenna system is connected to the signal input of the signal analyzer, the antenna control input is the first the control output of the measuring and control server, the second control output of which is connected to the control input of the signal analyzer, the data exchange input of the measuring and controlling server a door with a corresponding output of the signal analyzer, the measuring and control server is connected to a network server, which in turn is connected to a PC of workstations via a computer network.