БОРТОВОЙ РЕТРАНСЛЯТОР КОМПЛЕКСА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДИОСВЯЗИ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНО-УДАРНОЙ СИСТЕМЫ С БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ
ON-BOARD REPEATER OF THE RECONNAISSANCE-STRIKING SYSTEM RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH UNMANNED AERIAL VEHICLES

Изобретение относится к радиотехническим средствам обеспечения радиосвязи дистанционно-управляемых групповых систем воздушно-наземного базирования, предназначенных для разведки и огневого поражения наземных объектов противника.
Современные принципы ведения боевых действий тактических подразделений сухопутных войск и аналогичных подразделений других силовых структур предусматривают широкое применение разведывательно-ударных систем (комплексов), содержащих оснащенный различными средствами разведки, связи и управления наземный сегмент и воздушный сегмент, строящийся на основе малых беспилотных летательных аппаратов (БЛА) самолетного типа.
Примером служит разведывательно-ударный комплекс [1], решающий задачи разведки, целеуказания, подсвета целей и контроля их огневого поражения. Также возможна функция радиоретрансляции сообщений, передаваемых абонентами (средствами) наземного сегмента. В комплексе применяются малые БЛА семейства «Орлан», а также «Элерон-3», «Форпост». Другим примером является автоматизированная боевая система на базе БЛА [2], где в качестве воздушного носителя средств радиосвязи, разведки и целеуказания используется БЛА «Катран». Существует ряд других отечественных и зарубежных вариантов подобных систем [3, 4].
Анализ существующих и перспективных проектов разведывательно-ударных систем с малыми БЛА самолетного типа безаэродромного базирования показывает, что типовой порядок взаимодействия сил и средств системы предусматривает дистанционное управление группой ударных БЛА (УБЛА), разведывательных БЛА (РБЛА) и БЛА-ретранслятором операторами подразделения управления БЛА с помощью штатных наземных станций по каналу радиоуправления напрямую без задействования (для УБЛА и РБЛА) бортового ретранслятора. Также без ретрансляции действуют канал прямого наведения УБЛА, используемый в экстренных случаях, и канал внутренней радиосвязи, обеспечивающий координацию командирами действий подчиненных подразделений. Указанные каналы выполняют подчиненную функцию и предназначены для исполнения приказов, технологических программ и команд наземного центра управления (ЦУ), доводимых до командиров подразделений и, при необходимости, до отдельных абонентов (операторов и наводчиков БЛА).
Ведущую роль в комплексе радиосвязи системы играют каналы радиосвязи через ретранслятор. С помощью этих каналов решают основные задачи приема автоматизированными рабочими местами (АРМ) ЦУ служебной и разведывательной информации от станций радиоуправления РБЛА и командиров подразделений разведки, передачи АРМ управляющей информации станциям радиоуправления УБЛА и командирам и наводчикам БЛА указанных подразделений, информационного обмена между операторами УБЛА и РБЛА, а также между операторами УБЛА, командирами и наводчиками БЛА подразделений разведки. Также через ретранслятор по выделенному каналу осуществляется прямая оперативная радиосвязь ЦУ с командиром подразделения управления БЛА и оператором БЛА-ретранслятора.
Из сказанного следует, что бортовой ретранслятор, установленный на БЛА, является ключевым элементом, от состава и принципа действия которого в значительной степени зависят показатели качества комплекса обеспечения радиосвязи и рассматриваемой разведывательно-ударной системы в целом.
Известен многоканальный ретранслятор, устанавливаемый на дистанционно-управляемую роботизированную базовую станцию в наземном робототехническом комплексе огневой поддержки [5]. Ретранслятор обеспечивает приемо-передачу информации по радио и волоконно-оптическому каналам связи с приемо-передающими системами группы боевых роботизированных платформ. Строится ретранслятор на основе комплектующих стандарта 802.11/b/g/n СВЧ-диапазона и оптических кабельных сетей, широко используемых при проектировании систем связи.
Недостатком ретранслятора является низкая дальность связи. Поскольку ретранслятор предназначен для работы на борту наземной мобильной базовой станции, по массогабаритным характеристиками энергопотреблению он мало пригоден для установки на борт БЛА. Также очевидной является невозможность использования в системе с БЛА волоконно-оптического канала.
Известна схема организации линии радиосвязи в разведывательно-ударных контурах [6], реализующая многозвенный принцип последовательного подключения ретрансляторов группы БЛА. Достоинствами схемы являются значительная дальность радиосвязи, высокие помехозащищенность и живучесть, гибкость развертывания и боевого применения.
Недостаток состоит в отсутствии конкретных технических решений по облику, составу и принципу действия бортовых ретрансляторов.
Известен бортовой терминал радиосвязи беспилотного летательного аппарата [7], предназначенный для информационного обмена между БЛА и пунктом управления (ПУ). Терминал содержит два канала: прямой канал для радиосвязи с ПУ на дальностях прямой видимости (в пределах радиогоризонта) и спутниковый канал - на больших дальностях. Общим для обоих каналов являются модем, радиочастотный блок, содержащий повышающий и понижающий конверторы и двухканальный синтезатор частоты, и антенный переключатель. Каждый канал имеет свою антенну с усилителем мощности: прямой канал слабонаправленную антенну в нижней полусфере, спутниковый канал антенну с управляемой в верхней полусфере диаграммой направленности.
Недостатками терминала являются избыточный (для условий и задач боевых действий тактических подразделений) состав бортовых средств, а именно спутниковый канал с громоздкой управляемой антенной, а также необходимость доработки для реализации функции ретрансляции и снижения массогабаритных характеристик, допускающих установку на малые БЛА.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ретранслятор [8], входящий в состав бортовых систем БЛА комплекса обеспечения радиосвязи с использованием беспилотного летательного аппарата на территории с разрушенной инфраструктурой связи в зонах стихийного бедствия и чрезвычайных ситуаций. Эта близость обусловлена, прежде всего, близостью условий применения данного ретранслятора и заявляемого изобретения, предназначенного для обеспечения радиосвязи на тактическом театре военных действий с отсутствующей или разрушенной инфраструктурой.
Ретранслятор-прототип состоит из последовательно соединенных приемной антенны, приемника, демультиплексора, устройства обработки информации, конвертора, мультиплексора, передатчика и передающей антенны, при этом информационные сигналы по выделенному каналу связи после демодулирования и декодирования в конверторе поступают на коммутирующий маршрутизатор БЛА, в котором под каждый вид связи выделен свой отдельный канал, при этом, если внешний интерфейс передачи данных связующих абонентов совпадает, то информация передается абоненту, находящемуся в сети с данным видом связи, в случае, когда абонент не отвечает на запросы, маршрутизатор передает информацию, полученную от абонента в другой канал связи, определяемый центром управления БЛА.
Рассматриваемый бортовой ретранслятор предназначен для обеспечения ближней связи между абонентами, находящимися вне зоны прямой радиовидимости и использующими различные виды связи: транкинговую, радиорелейную, беспроводной широкополосный радиодоступ (в том числе Wi-Fi), УКВ-диапазона. Этим обусловлено наличие в составе ретранслятора конвертора (преобразователя) частотных диапазонов, мультиплексора, демультиплексора и вычислительного устройства (устройства обработки информации по терминологии [8]), взаимодействующего с коммутирующим маршрутизатором, также входящим в состав бортовых систем БЛА.
Заметим, что дальняя связь между абонентами обеспечивается бортовыми средствами системы спутниковой связи, не задействующей ретранслятор и не рассматриваемой далее.
Недостатки ретранслятора-прототипа рассмотрим применительно к комплексу радиосвязи разведывательно-ударной системы с малыми БЛА самолетного типа, обеспечивающему радиосвязь одного общего вида для однотипных абонентов наземного и воздушного сегментов на тактическом театре военных действий. Такими недостатками являются:
1. Избыточный состав компонентов, а именно, наличие мультиплексора, конвертора и демультикомплексора, используемых при обработке сигналов различного вида. Это приводит к усложнению, удорожанию и ухудшению массогабаритных характеристик ретранслятора.
2. Раздельное исполнение приемника, передатчика, приемной и передающей антенн. В современных локальных сетях связи, к коим относится комплекс обеспечения радиосвязи, включающий ретранслятор-прототип, эти компоненты имеют компактное совмещенное исполнение: приемопередающая антенна, приемо-передатчик (радиомодем). В дальнейшем полагаем, что именно так в прототипе выполнены указанные компоненты.
3. Бесприоритетное предоставление радиосвязи всем абонентам, рассматриваемым как равноправные узлы сети. Это приводит к задержкам и ухудшению качества связи для наиболее важных и ответственных абонентов, требующих максимально оперативного и надежного обслуживания.
Кроме того, к недостаткам следует отнести неоднозначное определение состава ретранслятора: в п. 2 формулы изобретения [8] конвертор отнесен к составу ретранслятора, в то время как в п. 1 этой формулы ретранслятор и конвертор фигурируют как самостоятельные компоненты. Также не понятно назначение устройства обработки информации и пункта управления, упоминаемого в описании наравне с центром управления ЦУ.
Цель заявляемого изобретения состоит в создании рационального по составу бортового ретранслятора, обеспечивающего надежный и оперативный доступ к радиосвязи абонентам с различными приоритетами в разведывательно-ударной системе с БЛА.
Для достижения указанной цели в бортовом ретрансляторе комплекса обеспечения радиосвязи разведывательно-ударной системы с БЛА, состоящем из установленных на БЛА-ретрансляторе последовательно соединенных приемо-передающей антенны (ППА), приемо-передающего радиомодема (ППРМ), вычислительного устройства (ВУ), между ППРМ и ВУ включают аппаратуру передачи данных (АПД), к ВУ дополнительно подключают второе аналогичное последовательное соединение ППА, ППРМ и АПД, при этом первые ППА, ППРМ и АПД совместно с ВУ выполняют с возможностью обеспечения свободного прямого доступа к радиосвязи с ретранслятором абонентов наземного центра управления, вторые ППА, ППРМ и АПД совместно с ВУ выполняют с возможностью обеспечения ограниченного множественного доступа к радиосвязи с ретранслятором по формируемому ВУ последовательному запросу ретранслятора абонентов подразделений разведки и управления БЛА наземного сегмента системы.
Существенными отличительными признаками заявляемого изобретения по сравнению с прототипом являются:
1. Включение между приемо-передающим радиомодемом ППРМ и вычислительным устройством ВУ аппаратуры передачи данных АПД, функциями которой являются согласование интерфейсов ППРМ и ВУ, помехоустойчивое, имито- и криптостойкое кодирование передаваемой информации и сигналов, обеспечивает высокую помехозащищенность каналов радиосвязи абонентов разведывательно-ударной системы.
В прототипе такая аппаратура отсутствует.
2. Подключение к ВУ второго последовательного соединения ППА, ППРМ и АПД, дополнительного к аналогичному первому соединению, обеспечивает одновременные независимые приемо-передачу и кодирование-декодирование сигналов двух групп радиоканалов, различающихся приоритетами абонентов и правилами доступа к ретранслятору.
В прототипе подключение к ВУ второго подобного последовательного соединения не предусмотрено.
3. Выполнение первых и вторых ППА, ППРМ и АПД с возможностью совместного с ВУ обеспечения соответственно свободного прямого доступа к ретранслятору абонентов наземного ЦУ и ограниченного множественного доступа к ретранслятору по формируемому ВУ последовательному запросу ретранслятора абонентов подразделений разведки и управления БЛА обеспечивает гибкое и рациональное использование ресурса комплекса радиосвязи системы, оперативное и надежное управление ее элементами. При этом управление одновременной работой обеих АПД осуществляет вычислительное устройство ВУ ретранслятора.
В прототипе такие меры отсутствуют. Доступ к ретранслятору реализуется громоздким способом с помощью внешнего по отношению к нему коммутирующего маршрутизатора через ВУ (устройство обработки информации) и конвертор.
Приведенные отличительные признаки позволяют получить технический результат, заключающийся в обеспечении надежной и оперативной радиосвязи через бортовой ретранслятор различных абонентов разведывательно-ударной системы с БЛА.
Заявляемый бортовой ретранслятор иллюстрирует схема, на которой приняты обозначения:
1.1, 1.2 - первая ППА-1 и вторая ППА-2 приемо-передающие антенны;
2.1, 2.2 - первый ППРМ-1 и второй ППРМ-2 приемо-передающие радиомодемы;
3.1, 3.2 - первая АПД-1 и вторая АПД-2 аппаратура передачи данных;
4 - вычислительное устройство ВУ.
Отдельные аспекты работы заявляемого бортового ретранслятора кратко рассмотрены при изложении отличительных признаков. В дополнение к сказанному проанализируем более подробно принципы его работы и возможность практического осуществления.
Особенностью комплекса обеспечения радиосвязи рассматриваемой разведывательно-ударной системы является преимущественное использование средств УКВ-диапазона. Связано это как со сложившимися традициями в данной области прикладной радиотехники, так и с требованием максимальной преемственности, унификации и задействования имеющегося задела аппаратно-программных средств. Следствием является невысокая пропускная способность доступных каналов радиосвязи.
Это обстоятельство накладывает ограничения на организацию работы бортового ретранслятора и требует различных правил обслуживания (доступа к ретранслятору) абонентов с различной нагрузкой (различным трафиком) используемых каналов.
В рассматриваемой системе к каналам с невысокой нагрузкой относятся каналы прямой радиосвязи АРМ немногочисленной группы специалистов и командиров (абонентов) наземного центра управления ЦУ с командиром подразделения управления БЛА, оператором БЛА-ретранслятора и, в отдельных (экстренных) случаях, командиром и наводчиком БЛА выделенного подразделения разведки. Указанные каналы наиболее ответственные и требуют максимальной надежности и оперативности обмена данными. Для работы с ними ретранслятор содержит последовательное соединение ППА-1, ППРМ-1, АПД-1, функционирующее под управлением ВУ (см. схему). При этом в АПД-1 возможна реализация стандартного протокола управления доступом к среде передачи (в данном случае к ретранслятору) Ethernet с контролем несущей и обнаружением конфликтов, адаптированного к особенностям аппаратно-программного исполнения бортового радиоретранслятора.
Каналами с высокой нагрузкой (интенсивным трафиком) являются каналы радиосвязи большого числа абонентов подразделений разведки и управления БЛА с абонентами наземного ЦУ и между собой. С помощью этих каналов ведется приемо-передача служебной, разведывательной и управляющей информации между станциями радиоуправления разведывательными РБЛА и ударными УБЛА, командирами и наводчиками БЛА подразделений разведки и АРМ наземного ЦУ, а также информационный обмен между операторами РБЛА и УБЛА. Работу этих каналов обеспечивает в ретрансляторе последовательное соединение ППА-2, ППРМ-2, АПД-2, также функционирующее под управлением ВУ (см. схему).
Интенсивный трафик указанных каналов, работающих в УКВ-диапазоне, не позволяет в силу их невысокой пропускной способности использовать в АПД-2 протокол доступа к радиосвязи с ретранслятором, ранее реализованный в АПД-1. В этих условиях в АПД-2 целесообразна реализация модифицированного варианта протокола множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР). Модификация протокола состоит в следующем.
В отличие от стандартного протокола МДВР, где временные интервалы приемо-передачи данных выделяются абонентам путем самостоятельной синхронизации в единой шкале времени с использованием защитных временных интервалов и, в ряде случаев, синхронизирующих символов, в модифицированном варианте применяется принудительная синхронизация путем циклического опроса абонентов формируемыми ВУ и последовательно излучаемыми ретранслятором сигналами запроса, разрешающими очередному абоненту передачу подготовленных данных выбранному адресату или прием адресованной ему информации заданного объема. Необходимая коммутационно-маршрутная таблица, определяющая список и очередность опроса абонентов, закладывается в ВУ ретранслятора и периодически обновляется наземным ЦУ с помощью станции радиоуправления БЛА-ретранслятором. Этим обусловлен высокий приоритет соответствующего оператора подразделения управления БЛА. Таким образом, обеспечивается бесконфликтное рациональное использование ограниченного ресурса пропускной способности ретранслятора и каналов радиосвязи. Возникающие при этом кратковременные задержки и интервалы ожидания не препятствуют достижению высокой надежности и приемлемой оперативности радиосвязи абонентов.
Практическая реализация заявляемого бортового ретранслятора не вызывает сложности. Так, в качестве приемо-передающего радиомодема ППРМ с приемо-передающей антенной ППА может использоваться авиационная радиостанция Р-853 В2М, предназначенная для радиотелефонной связи и обмена данными с летательными аппаратами [9]. Другим примером реализации ППРМ с ППА является бортовая радиостанция «Якут-К-ДКМВ», назначением которой является двухсторонняя симплексная телефонная связь и обмен данными по линии «борт-земля-борт» и между экипажами самолетов [10]. Функции вычислительного устройства ВУ может обеспечить центральное вычислительное устройство ЦВУ, входящее в состав комплекса разведки, управления и связи «Стрелец» [11]. В качестве аппаратуры передачи данных АПД целесообразно использовать изделие «Заря-М», предназначенное для криптографической защиты информации и помехоустойчивой передачи данных по каналам, образованным радиостанциями нижнего тактического звена управления [12]. По своим техническим и массогабаритным характеристикам указанные устройства пригодны для установки на БЛА-ретранслятор, например, типа «Орлан». Необходимое специальное программное обеспечение в виде отдельных программных модулей встраивается в общее программное обеспечение ЦВУ.
Таким образом, заявляемый бортовой ретранслятор может быть осуществлен и обеспечивает надежную и оперативную радиосвязь абонентов разведывательно-ударной системы с БЛА.
Источники информации:
1. Орлан-30 - лучший друг артиллерии. - Режим доступа: https://zvezdaweekly.ru/news/20206251815-uqqk7.html.
2. Автоматизированная боевая система на базе беспилотного летательного аппарата. 12 января 2018. - Режим доступа: https://zen.yandex.ru/media/btvt/avtomatizirovannaia-ognevaia-sistema-na-baze-bespilotnogo-letatelnogo-apparata-5a5918c18139baa70ab67cac.
3. Перспективы развития и применения комплексов с беспилотными летательными аппаратами. Сборник докладов и статей II Научно-практической конференции/Министерство обороны РФ, 924 Государственный центр беспилотной авиации. - Коломна, 2017. - Режим доступа: https://stat.mil.ru/files/morf/Sbornik-konferencii-2017.pdf.
4. Российские проекты разведывательно-ударных БЛА и их успехи. 4 марта 2021. - Режим доступа: https://topwar.ru/180528-rossijskie-proekty-razvedyvatelno-udarnyh-bpla-i-ih-uspehi.html.
5. Патентна изобретение RU2737684C1.
6. Разработка способа организации связи с использованием беспилотных летательных аппаратов малой дальности. Ананьев А.В., Стафеев М.А., Макеев Е.В. Труды МАИ. Выпуск №105. - Режим доступа: http://trudymai.ru/upload/iblock/2fc/Ananev-Stafeev-Makeev-_rus.pdf?lang=en&issue=105.
7. Патент на полезную модель RU 191165 U1.
8. Патент на изобретение RU 2554517 С2.
9. ОАО «Владимирский завод «Электроприбор»/Каталог/Продукция для Министерства обороны РФ/ Радиостанция Р-853-В2М. - Режим доступа: http://electropribor.ru/catalog/Produktsiya_dlya_Ministerstva_oboroni_RF/Radiost antsii_R_853_V2M/.
10. НПП «Полет». Нижний Новгород. Якут-К-ДКМВ. Бортовая радиостанция ДКМВ диапазона. - Режим доступа: http://npp-polyot.ru/prod/prod_02_06.phtml.
11. Комплекс КРУС «Стрелец» для боевой экипировки «Ратник»/ Радиосвязь в ВС.- Режим доступа: https://military.tcvr.ru/2015/12/19/kompleks - krus - strelec - dlja - boevoj -jeki/.
12. Пензенский научно-исследовательский электротехнический институт. Заря - М. - Режим доступа: http://xn-h1 aanh6e.xn-р 1 ai/activity/production/zarya-m.htm.