Система управления бортовым волоконно-оптическим лазерным передатчиком межспутниковой связи с применением методов искусственного интеллекта
- 1 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия); АО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения», Филиал в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, Россия)
- 2 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия)
Аннотация
Постановка проблемы. Повышение энергоэффективности бортовой аппаратуры космических аппаратов является приоритетной задачей при создании перспективных бортовых информационно-измерительных и управляющих систем.
В работе представлена система управления бортовым волоконно-оптическим лазерным передатчиком с применением методов искусственного интеллекта (ИИ) в составе терминала межспутниковой лазерной связи, обеспечивающего улучшенную энергоэффективность по сравнению с традиционными системами связи за счет выбора рациональных режимов энергопотребления с учетом оценки текущих условий функционирования канала связи. Система оснащена распределенной сетью фотодиодов (контроль оптической мощности в трех точках тракта) и высокоточными датчиками температуры (четыре точки), что обеспечивает динамическое управление током и температурой задающего лазера, токами диодов накачки волоконно-оптических усилителей, трехкаскадной сетью нагревателей и термоэлектрическими охладителями.
Цель. Исследовать систему управления, выполненную на основе многопараметрической обработки информации от распределенной сети фотодиодов, датчиков температуры, а также данных о текущем расстоянии между спутниками и качестве канала связи, оцениваемого по вероятности битовой ошибки (BER – Bit Error Rate), передаваемых по служебному каналу. Для формирования точных параметров управляющих воздействий применяются алгоритмы ИИ, упрощающие оценку большого объема многомерных исходных данных.
Результаты. Разработана математическая модель, устанавливающая аналитическую зависимость требуемой выходной оптической мощности и интегральной энергоэффективности от указанных параметров в двух режимах: с адаптивным управлением мощностью и с постоянной мощностью. В отличие от известных решений, предложен принцип построения системы управления, основанный на динамическом изменении выходной мощности передатчика с применением ИИ. Отмечено, что результаты численного моделирования для типовых низкоорбитальных конфигураций спутниковых группировок демонстрируют снижение энергопотребления на 42,8% при сохранении требуемого качества связи (BER ≤ 10–12).
Практическая значимость. Предложенный подход может быть использован при разработке систем управления бортовыми лазерными передатчиками нового поколения, а также для совершенствования существующих и создания новых образцов информационно-измерительных и управляющих систем.
- Поступила
- 10.07.2026
- Одобрена
- 21.07.2026
- Принята
- 01.09.2026
Для цитирования
Алексеев И.В., Перлюк В.В. Система управления бортовым волоконно-оптическим лазерным передатчиком межспутниковой связи с применением методов искусственного интеллекта // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2026. Т. 24. № 5. С. 6−12. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202605-02
Список источников
- Мурашкин В.В., Петушков С.В., Бояров Д.А. Терминалы высокоскоростной космической лазерной связи как наиболее эффективное устройство передачи информации // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 4. С. 7–13. DOI: 10.18127/j00338486-202304-02.
- Wilfert O. An Introduction to Free-Space Optical Communications. Radioengineering, radioeng.cz. 2010. P. 203–212.
- Wang G., Yang F., Song J., Han Z. Dynamic Laser Inter-Satellite Link Scheduling Based on Federated Reinforcement Learning: An Asynchronous Hierarchical Architecture // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2024. V. 23. P. 14273–14288. DOI: 10.1109/TWC.2024.3410143.
- Zhang B., Zhu J., Su H. Toward the third-generation artificial intelligence // Sci China Inf Sci. 2023. V. 66(2). 121101. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s11432-021-3449-x.
- Alekseev I.V., Davtian A.S., Murashkin V.V., Rumyantsev V.E. Application of AI methods in control system for onboard fiber-optic laser transmitters of spacecraft laser communication terminals // Information Technology, Data Science, and Artificial Intelligence: From Theory to Applied Solutions – ITDATAI 2025 Conference Proceedings. Springer, 2026 (in Press).
- Rüddenklau R., Schitter G. Control allocation for over-actuated satellite laser communication systems // Acta Astronautica. 2025. V. 240. P. 522–529. DOI: 10.1016/j.actaastro.2025.12.026.
- Ивлев О.А. Межспутниковые линии лазерной связи для орбитального сегмента глобального Интернета // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2023. Т. 21. № 3. С. 68−81. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202303-10.
- Nguyen T.V., Le H.D., Pham A.T. Adaptive Rate/Power Control With ML-Based Channel Prediction for Optical Satellite Systems // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2024. V. 60. № 5. P. 7498–7509. DOI: 10.1109/TAES.2024.3403809.
- Кадочников Д.М., Кададова А.В., Сотникова Н.В., Трилис А.В., Уткин В.В. Построение систем оптической связи для малых космических аппаратов // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 4. С. 134–144. EDN KJOSB.
- Fiber-Optic Communications Systems, Third Edition. Govind P. Agrawal Copyright 2002 John Wiley & Sons, Inc. ISBNs: 0-471-21571-6 (Hardback); 0-471-22114-7 (Electronic). Fiber-Optic Communication Systems. Third Edition. P. 322-347.
- Minimizing Energy Consumption of Satellite Edge Computing-Capable LEO Satellites Amad Alnahdi, Abdulhalim Fayad, László Toka, (Member, IEEE), and Tibor Cinkler // IEEE Access. 2025. V. 13.