пятница, 29 сентября 2023 г. · 0 min read
Станция обработки ИКМ-телеметрии НАСА
Подсистема записи и воспроизведения (RPS)
Для новой ракеты Space Launch System (SLS) NASA изменила конфигурацию систем телеметрии. Теперь они полностью работают на базе пакетов Ethernet с использованием стандартных заголовков пространственных файлов USGS DEM для расшифровки сообщений.
Dewesoft и Лаборатория подсистемы записи и воспроизведения разработали мощный инструмент для выявления неполадок и сбора данных — плагин Ethernet-ресивера для программы DewesoftX. Также Dewesoft предоставила одиннадцать современных систем сбора данных и передала пользовательские лицензии DewesoftX на новые инструменты.
НАСА — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства — является независимым ведомством Федерального правительства США, отвечающим за национальные гражданские космические программы, а также за исследования в аэронавтике и аэрокосмических технологиях.
Space Launch System (SLS) — это сверхтяжёлая ракета-носитель однократного запуска, которая на данный момент находится в разработке. Это основная ракета-носитель в программах НАСА по исследованию глубокого космоса, которая включает высадку на Луне в рамках программы «Артемида» и возможную последующую экспедицию на Марс с участием человека.
Центр управления пуском (ЦУП) — это четырехэтажное здание на юго-востоке от Здания вертикальной сборки на космодроме стартового комплекса 39 Космического центра Кеннеди на Мерритт-Айленде, Флорида.
С момента запуска беспилотной экспедиции «Аполлон-4» в 1967 году ЦУП занимался пуском космических кораблей, в том числе всех кораблей США с людьми на борту. Он также участвовал в программе НАСА STS-52. Недавно центр был отремонтирован в рамках подготовки к грядущим миссиям SLS, которые запланированы на 2020 год вместе с запуском программы «Артемида-1».
С 2016 по 2018 годы ЦУП и стартовый комплекс 39B были полностью переоборудованы под ракету SLS и космический корабль Orion, а также для коммерческих партнеров. Помимо прочего, на стартовом комплексе теперь используются самые современные коммуникационные и метеорологические системы.
Лаборатория ИКМ-телеметрии
Составляющий единое целое со Зданием вертикальной сборки, Центр управления пуском содержит офисы и лаборатории, занимающиеся телеметрическим, отслеживающим и контрольно-измерительным оборудованием, автоматизированную систему обработки запусков и четыре бункера.
Конечный пользователь Dewesoft в Центре управления запуском — это Лаборатория подсистемы записи и воспроизведения, ответственная за обработку данных телеметрии в режиме реального времени. Системы собирают измерения и другие данные из удаленных или недоступных точек и автоматически передают их на принимающее оборудование для отслеживания и анализа.
Системы отслеживания телеметрии проводят независимую проверку данных миссии с поддерживающего оборудования с земли, ракет и космических кораблей и используются для обнаружения неполадок, связанных с аппаратом или ракетным грузом. Они предоставляют:
Схемы и обработку данных в режиме реального времени на консоли бункера или в офисе
Инструменты для обнаружения неполадок в режиме реального времени (или максимально близкого к нему) — данные для внешних пользователей
Преобразование данных, их проверка, объединение и запись
Цифровое хранение и передача файлов аналоговых данных
Обнаружение аномалий на уровне битов и масштабирование измерений в режиме реального времени или после испытаний
Анализ данных на уровне битов
Интеллектуальный автономный сбор данных с отслеживанием, преобразование данных для инженерной группы и анализ 24/7
Разнообразные способы вывода данных и форматы отчетности
Центр управления пуском использует программу сбора данных DewesoftX с 2008 года вместе с компьютерами Dewetron и платами телеметрии на базе импульсно-кодовой модуляции (ИКМ-кодировщиками), которые нужны для кодирования аналоговых данных в последовательный цифровой формат для передачи на большие расстояния. В случае аналоговых сигналов, когда соотношение «сигнал-шум» аналогового сигнала ухудшается из-за затухания, при усилении сигнала также усиливается шум. Цифровые сигналы проще отделить от шума и восстановить до первоначального состояния.
Визуализация данных в режиме реального времени в программе DewesoftX в ходе пуска космического шаттла «Атлантис»
Тем не менее, устаревшие системы сбора данных Dewetron 901, содержавшие лицензии на DewesoftX, необходимо было заменить. Центр управления пуском хотел обновить оборудование, при этом сохранив лицензии.
200 000 каналов данных Ethernet
Программа DewesoftX теперь способна обрабатывать более 200 000 каналов данных Ethernet с ракеты SLS, получаемых антеннами для приема телеметрических радиосигналов, в режиме реального времени. Предполагается, что по этим каналам будут передаваться данные об усилителе с ПЛК, данные об основном двигателе, данные управляющих соединений на ракете, данные о радиоэлектронном оборудовании, данные телеметрии второй ступени, а также телеметрия всей отделяемой кабины.
Центру управления пуском необходимы мощности, способные объединить данные в удобные подгруппы, содержащие более 200 000 параметров. Поэтому необходимым стало использование нескольких обрабатывающих станций Dewesoft, декоммутирующих необработанные каналы Ethernet по параметрам, определенным командой инженеров. Самым сложным этапом стало управление конфигурациями, а также организация одновременной обработки 300 параметров на одном дисплее.
Более того, данные необходимо отправлять в бункеры для последующего анализа с помощью дисплеев, работающих в режиме реального времени, и для сравнения с данными в созданной НАСА программе для управления запуском ракеты SLS.
Интерфейс стандарта IRIG 106 Chapter 10
Dewesoft предлагает различное оборудование для сбора данных, которое подходит для рынка телеметрических устройств. Это оборудование использует ПО DewesoftX, которое может считывать и расшифровывать данные стандарта IRIG 106 Chapter 10 с любого рекордера телеметрических данных в режиме реального времени через Ethernet или из предварительно записанного файла Chapter 10.
DewesoftX позволяет собирать, хранить, визуализировать и анализировать несколько источников данных одновременно. Программа объединяет стандартные решения для сбора аналоговых данных с телеметрией, шинамм ЛА (ИКМ, ARINC 492, MIL-STD-1553, iNet), видеоданными и множеством других источников.
В данном случае было принято решение использовать систему для сбора данных SIRIUS R3. В качестве основной станции обработки для сжатия и записи данных были использованы одиннадцать шасси R3 с полными лицензиями Dewesoft и три сервера Windows, на которых уже была запущена программа для сбора данных DewesoftX, в конфигурации по типу виртуальной машины.
Сбор данных на высокой частоте выборки
Системы SIRIUS R3 собраны на стандартном стоечном шасси и содержат аналоговые входы DualCoreADC® с динамическим диапазоном 160 дБ и частотой выборки 200 кГц на канал с возможностью добавить высокоскоростные усилители со скоростью до 1МГц на канал.
Одно шасси R3 может содержать до трех слайсов данных SIRIUS — в общей сложности 48 аналоговых канала, 24 канала счётчика/энкодера, 72 цифровых канала и 3 высокоскоростных порта шины CAN. Доступны различные усилители для работы с практически любыми сигналами и датчиками.
В Центре управления пуском шасси R3 были оснащены дополнительными платами Ethernet Port. Затем были перенесены лицензии программы, а каждая система была укомплектована программой DewesoftX для профессиональных разработчиков, Ethernet-ресивером, плагином iNet и функцией Net для трансляции «клиент-сервер», а также плагином для ИКМ и плагином Chapter 10.
Программа для сбора данных — ARINC 429, MIL-STD-1553
IRIG 106 Chapter 10 — это часть Стандарта записи цифровых лётных данных IRIG 106, комплексного стандарта телеметрии, обеспечивающего взаимодействие различных бортовых и наземных систем. Chapter 10 — «Стандарт цифрового бортового рекордера» определяет эксплуатацию и интерфейсы цифровых рекордеров лётных данных.
Плагин DewesoftX Chapter 10 — это специализированный плагин для чтения закрытого файла записанных данных или передачи отформатированных данных IRIG 106 Chapter 10 через Ethernet. Плагин получает входящий поток данных Chapter 10 с помощью воспроизведения закрытого файла на жестком диске или через Ethernet в режиме реального времени. Затем программа определяет встроенное время файла Chapter 10 для синхронизации тактовых импульсов Dewesoft.
Затем плагин Chapter 10 подготавливает каждый канал данных, вовлеченный в передачу данных, к обработке. В случае с аналоговыми данными, видеоданными и дискретными данными плагин организует каналы данных для надлежащей обработки и отображения. Более сложные типы данных, например, данные ИКМ и Arinc 429/MIL-STD-1553 направляются на соответствующие плагины программы DewesoftX для дальнейшей обработки.
Благодаря инструментам управления конфигурациями все обрабатывающие станции могут одновременно обрабатывать одни и те же данные. С помощью карт Dewesoft IRIG-ACDC, встроенных в шасси R3 все системы могут синхронизироваться по времени для идеального сопоставления данных.
Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) — это простейшая форма кодирования сигнала. Телеметрические ИКМ-кодировщики используются для шифрования данных в серийный цифровой формат и их передачи на несущем сигнале для расшифровки и анализа.
Модуль ИКМ DewesoftX включает синхронизацию битов, кадров, плагин для разделения SIRIUS-2xPCM, карты Ulyssix или плагин Chapter 10. Он может расшифровывать тысячи каналов с этих интерфейсов, поддерживает встроенные потоки и FFI. Данные снова синхронизируются с учетом IRIG до аналоговых данных и видеопотоков.
Наземная станция IRIG 106 — Chapter 10
Благодаря плагинам DewesoftX может полностью расшифровывать, визуализировать и анализировать данные IRIG 106 Chapter 10. Программа использует стандартные входные форматы для пакетов данных Ethernet в режиме реального времени, которые включают:
ИКМ-данные (распакованные, запакованные и обработанные)
Данные с шин MIL-1553 и ARINC-429
Запись данных iNET по современным стандартам телеметрии
Видео — стандартное видео и высокоскоростное видео
Каналы Ethernet и UART
Аналоговые данные
Данные Ethernet
TMATS (канал настройки)
Данные времени (абсолютное время)
Возможность записывать данные в режимах обработки запакованными и распакованными добавляет необходимую гибкость и создает единый пакет для обработки и записи данных на наземной станции. Программа DewesoftX также может воспроизводить файлы Chapter 10. Данные синхронизируются по кадрам и разделяются, что позволяет воспроизводить и обрабатывать файлы Chapter 10 без загрузки всей наземной станции.
Система Dewesoft всегда сохраняет необработанные данные и обеспечивает оптимальные возможности для автономной обработки данных и их визуализации.
Заключение
Долгосрочное сотрудничество с таким клиентом, как ЦУП Центра Кеннеди, служит созданию доверительных отношений. Более 10 лет Dewesoft и ЦУП обмениваются данными и работают сообща, расширяя потенциал лабораторий и постоянно улучшая DewesoftX на основе обратной связи от клиента.
Усилия, положенные в работу, позволили разработать плагин Ethernet-ресивера, служащий инструментом для обнаружения неполадок и сбора данных. Благодаря цепочкам фильтров и советам команды инженеров плагин может обнаружить любой проходящий через Ethernet поток данных из любого источника и распределить параметры в программе Dewesoft.
Dewesoft X3 может получать и расшифровывать данные из нескольких потоков Ethernet. Доступны разные функции работы с фильтрами (TCP, UDP, данные фильтра), а также поддерживается расшифровка данных различных форматов (Motorola, Intel, с плавающей запятой, целые со знаком и без и т.д.). Возможно линейное и нелинейное (полиномное) масштабирование.
Ethernet-ресивер подходит для промышленности, сбора данных и обнаружения неполадок в испытательной среде, телеметрии на наземной станции и многого другого. Разработчики шутят, называя его «проводной акулой на стероидах».
