СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Полезная модель относится к системам обмена данными и может быть использована для реализации информационного обмена между источниками (получателями) информации, расположенными на подвижных объектах (ПО), и источниками (получателями) информации, расположенными на земле, через наземные комплексы (НК) и наземную сеть передачи данных.
В системе радиосвязи с подвижными объектами [1] во время движения подвижные объекты, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются данными с наземным комплексом связи. Принимаемые наземным комплексом связи из канала «Воздух-Земля» сообщения через аппаратуру передачи данных (АПД) поступают в вычислитель автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора связи на базе ПЭВМ, где в соответствии с принятым в системе протоколом обмена, производится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами подвижных объектов, хранящимися в его памяти. При совпадении адреса подвижного объекта с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ПО и состоянии его датчиков выводится на экран монитора наземного АРМ. В вычислителе АРМ на базе ПЭВМ решается задача обеспечения непрерывной радиосвязи со всеми N ПО. При выходе за пределы радиогоризонта хотя бы одного из ПО или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, определяется программно один из ПО, который назначается ретранслятором сообщений. По результатам анализа местоположения и параметров движения остальных ПО определяются оптимальные пути доставки сообщений к удаленному от НК за радиогоризонт подвижному объекту. Сообщение от НК через последовательную цепочку, состоящую из (N-1) ПО, может быть доставлено N-му ПО. Для этого на НК в формирователе типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды (заголовок) передаваемой кодограммы закладываются номер ПО, назначенного ретранслятором, и адреса подвижных объектов, обеспечивающих заданный трафик сообщения.
Принятые на ПО сообщения анализируются в блоке анализа типа сообщений. После анализа решается вопрос о направлении данных по двунаправленной шине в систему управления подвижного объекта или ретрансляции их на соседний ПО.
В обычном режиме, когда не требуется ретрансляция сигналов с НК, осуществляется адресный опрос ПО путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. Набираемое оператором (диспетчером) сообщение отображается на мониторе АРМ.
На ПО после прохождения через антенну, радиостанцию, аппаратуру передачи данных сигнал поступает в бортовой вычислитель, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с собственным адресом подвижного объекта. Далее сообщение передается в блок анализа типа ретранслируемого сообщения, где происходит дешифрация полученного заголовка (служебной части) сообщения и определяется, в каком режиме должна работать аппаратура ПО. Информационная часть сообщения записывается в память бортового вычислителя и при необходимости выводится на экран блока регистрации данных.
Формирователи типа ретранслируемых сообщений позволяют обеспечить обмен цифровыми данными по каналу «оператор-пилот» (CPDLC) взамен существующей речевой информации. Они предназначены для выбора элементов сообщений разрешения/информации/запроса, которые соответствуют принятой речевой фразеологии, и набора произвольного текста. Отображение набираемых и принятых сообщений осуществляется на блоке регистрации данных ПО и мониторе АРМ НК соответственно.
Сообщения с выходов приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS записываются в память наземного и бортового вычислителей с привязкой к глобальному времени и используются для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ПО. Принятые на НК навигационные сообщения от всех ПО обрабатываются в вычислителе и выводятся на экран монитора АРМ.
Однако указанной выше системе присущи следующие недостатки:
радиус зоны информационного обслуживания, обеспечиваемый НК, ограничен радиусом прямой радиовидимости (R) (200-300 км), так как гарантированная зона обслуживания НК имеет радиус прямой радиовидимости R;
отсутствует многофункциональность радиооборудования;
низкая аппаратурная надежность всего двух наземных радиостанций MB и ДКМВ диапазонов), приемо-передатчики которых, в основном, выходят из строя, отсутствие их резервирования, что приводит к низкой надежности связи в каналах «Воздух-Земля».
Наиболее близкой по назначению и большинству существенных признаков является система радиосвязи с подвижными объектами [2], которая принята за прототип. Она отличается от упомянутой выше системы тем, что в ней имеются наземные и бортовые антенны и радиостанции ДКМВ дальней связи. В результате размер зоны гарантированного управления (связи) НК не ограничивается радиусом прямой радиовидимости R.
Кроме того, K бортовых широкодиапазонных антенно-фидерных устройства (ШД АФУ), подключены двунаправленными радиочастотными кабелями к K бортовым широкодиапазонным радиочастотным модулям (ШД РМ), которые связаны аналоговыми высокочастотными кабелями с модулем физического уровня (МФУ), который имеет двухсторонний цифровой интерфейс с модулем канального уровня (МКУ). МКУ соединен двухсторонним цифровым интерфейсом через модуль маршрутизации (ММ) с модулем интерфейсов (МИ). Входы МИ подключены к бортовым датчикам, приемнику навигационной спутниковой системы, бортовому формирователю типа ретранслируемых сообщений, выход подключен к блоку регистрации данных, второй вход/выход подключен к бортовому анализатору типа принимаемых сообщений, третий вход/выход к бортовому вычислителю, связанному с помощью двунаправленного интерфейса с бортовой системой управления ПО. Наземные антенны MB и ДКМВ диапазонов связаны соответственно с радиостанциями MB и ДКМВ диапазонов, подключенными двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ), второй вход/выход которого подключен в управляющему входу/выходу радиостанции ДКМВ, третий вход/выход подключен к входу/выходу наземной системы связи, первый вход подключен к приемнику сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС/GPS), второй вход подключен к пульту управления АРМ, третий вход - к формирователю типа ретранслируемых сообщений, а выход - к монитору АРМ.
Система радиосвязи с подвижными объектами обеспечивает обмен пакетами данных между бортовыми пользователями упомянутой системы (системой управления ПО) и наземными конечными пользователями системы радиосвязи - диспетчерскими пунктами (ДП) управления воздушным движением (УВД) и оперативного авиационного контроля (OAK), а также центром управления (ЦУ) системой обмена данными, который заключается в следующем. Передачу данных в MB диапазоне с НК обеспечивают по цепочке последовательно соединенных первого ПО, второго ПО и далее до N-го ПО, а передачу данных с N-го ПО на НК осуществляют в обратном порядке. Наземную сеть передачи данных подключают двухсторонними интерфейсами к каждому из М разнесенных территориально НК. Таким образом, наземной сетью передачи данных объединяют между собой все НК по информационному взаимодействию и обеспечивают соединение каждого НК с наземными пользователями системы связи (ДП УВД И АОК) и центром управления (ЦУ) системой связи, основной задачей которого является частотная диспетчеризация - назначение разрешенных частот MB и ДКМВ связи для НК и ПО через наземную сеть связи.
Передачу данных «Воздух-Земля» в MB диапазоне между ПО и НК осуществляют на рабочей частоте, назначаемой ЦУ для каждого НК. Передачу данных «Воздух-Воздух» в MB диапазоне между ПО осуществляют на рабочей частоте «Воздух-Воздух», также назначаемой ЦУ. Список частотной поддержки MB связи, содержащий список М наземных комплексов НК с их адресами, координатами, назначенными им частотами, а также частотой связи «Воздух-Воздух», разрабатывают в ЦУ и доводят по наземной системе связи до каждого НК, а также во время предполетной подготовки до каждого ПО.
Передачу данных в ДКМВ диапазоне между ПО и НК осуществляют на рабочей частоте, назначаемой ЦУ для каждого НК по результатам долгосрочного прогноза на каждые 2 часа. В центре управления системой связи по долгосрочному прогнозу разрабатывают таблицу частотно-временного расписания ДКМВ связи для каждого НК на сутки и доводят до НК по наземной системе связи. В ЦУ также разрабатывают системную таблицу ДКМВ связи, содержащую список М наземных комплексов НК системы связи с их координатами, адресами и таблицами их частотно-временного расписания, и доводят до каждого ПО во время предполетной подготовки через наземную сеть передачи данных.
Воздушное пространство разбивают на информационные районы полета (ИРП) размером 1000-1200 км. В каждом ИРП располагают, хотя бы один НК, ответственный за информационное обеспечение полетом. Осуществляют связь с НК каждого ПО, находящегося в зоне ответственности данного НК, или в MB диапазоне или в ДКМВ диапазоне в зависимости от удаления от НК. В зоне прямой радиовидимости (до 200-300 км) обеспечивают связь в MB диапазоне, за пределами прямой видимости, если не удается увеличить радиус зоны управления до 1000-1200 км с помощью ретрансляции по каналам «Воздух-Воздух» MB диапазона, связь организуют в ДКМВ диапазоне.
В ДКМВ диапазоне для передачи данных используют традиционные не адаптивные модемы с защитным интервалом для борьбы с многолучевостью, которые обеспечивают символьную скорость 75, 150, 300 Бод и скорость передачи данных пользователя, не превышающую 18, 37, 75 бит/с с учетом кодирования Рида-Соломона с четырехкратной избыточностью. Для ведения ДКМВ связи используют частоту из таблицы частотно-временного расписания НК, в зоне ответственности которого находится ПО.
Недостатки прототипа, на устранение которых направлена полезная модель, состоят в том, что в прототипе имеют место:
связь в каналах «Воздух-Земля» обеспечивается всего 2 радиостанциями MB и ДКМВ диапазонов без резерва, поэтому при одновременном обмене данными с несколькими ПО в НК могут наблюдаться не допустимые задержки информации;
отсутствует радиоканал, в котором осуществляется обмен данными между НК и ПО через спутник связи-ретранслятор;
не используется анализ всех сообщений одного и того же назначения, но переданных по разным каналам различных диапазонов;
в системе отсутствует многофункциональный режим работы: бортовое оборудование не выполняет функций радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и других бортовых средств, в которых используются: бортовой вычислитель, бортовые датчики, блок регистрации данных, бортовой приемник сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, например, ГЛОНАСС/GPS с антенной, блок регистрации данных, модуль интерфейсов с бортовым оборудованием (МИ), модуль маршрутизации (ММ), бортовой широкодиапазонный радиочастотный модуль (ШД РМ), бортовое широкодиапазонное антенно-фидерное устройство (ШД АФУ) и другие узлы прототипа.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы, а, именно, создание бортовой объединенной радиотехнической системы, выполняющей одновременно функции системы радиосвязи, радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и других бортовых радиотехнических средств.
Указанный технический результат достигается тем, что в систему, состоящую из М территориально разнесенных наземных комплексов связи и N подвижных объектов, связанных между собой каналами связи «Воздух-Воздух» MB диапазона, а каналами радиосвязи «Воздух-Земля» MB и ДКМВ диапазонов с М наземными комплексами, которые соединены между собой и с внешними абонентами через наземную сеть передачи данных, каждый подвижный объект содержит К бортовых широкодиапазонных антенно-фидерных устройств, подключенных двухсторонними связями через последовательно соединенные К бортовых широкодиапазонных радиочастотных модулей, модуль физического уровня, модуль канального уровня, модуль маршрутизатора и модуль интерфейсов к бортовому вычислителю, связанному с помощью двунаправленного интерфейса с бортовой системой управления подвижным объектом, входы модуля интерфейса подключены к бортовым датчикам, приемнику навигационной спутниковой системы, его выход подключен к блоку регистрации данных, второй вход/выход модуля интерфейсов подключен к бортовому анализатору типа принимаемых сообщений, третий вход/выход - к бортовому формирователю типа ретранслируемых сообщений, а каждый наземный комплекс содержит наземные антенны MB и ДКМВ диапазонов, связанные соответственно с наземными радиостанциями MB и ДКМВ диапазонов, подключенными двухсторонними связями через наземную аппаратуру передачи данных к первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ), второй вход/выход которого подключен к входу/выходу НК для наземной сети передачи данных, третий вход/выход - к формирователю типа ретранслируемых сообщений, четвертый и пятый входы/выходы - к вторым входам/выходам наземных радиостанций MB и ДКМВ диапазонов соответственно, его первый вход подключен к приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ, введены m станций спутниковой связи, подключенные двухсторонними связями как к соответствующим m входам/выходам наземной сети передачи данных, так и к одному из созвездия спутников связи, соединенному с каждым из подвижных объектов, а в каждый подвижный объект - блок выбора режимов работы, первый и второй входы/выходы которого подключены к четвертому входу/выходу бортового вычислителя и третьему входу/выходу модуля канального уровня соответственно, а двухсторонняя шина управления - к соответствующим управляющим входам/выходам бортового широкодиапазонного радиочастотного модуля, в каждый наземный комплекс - приемо-передатчик вторичного обзорного радиолокатора с антенной, подключенный двухсторонними связями к вычислителю АРМ.
Структурная схема заявляемой системы радиосвязи с подвижными объектами, представленная на фигуре 1, где обозначено:
1 - наземный комплекс;
3 - подвижный объект, оснащенный бортовым комплексом связи, структурная схема которого приведена на фигуре 2;
2 - вход/выход наземной сети передачи данных, показанной на фигуре 1 в виде линии, для НК 1 с входом/выходом 4 для ее абонентов.
N подвижных объектов 2 связаны между собой каналами 29 связи «Воздух-Воздух» MB и ДМВ диапазонов, с помощью каналов 30 радиосвязи «Воздух-Земля» MB и 31 ДКМВ диапазонов с соответствующими НК 1 и через один из созвездия спутников 34 со станциями 32 спутниковой связи с входами 33, которые объединены между собой и наземными пользователями системы с помощью входов/выходов 4, 33 наземной сети передачи данных соответственно.
Структурная схема бортового комплекса связи подвижного объекта 3 заявляемой системы радиосвязи с подвижными объектами, приведена на фигуре 2, где обозначено:
5 - бортовой вычислитель;
6 - бортовые датчики;
7 - бортовой приемник сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, например, ГЛОНАСС/GPS, с антенной;
8 - блок регистрации данных;
9 - бортовой анализатор типа принимаемых сообщений;
10 - бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений;
11 - блок выбора режимов работы;
12 - модуль интерфейсов с бортовым оборудованием (МИ);
13 - модуль маршрутизации (ММ);
14 - модуль канального уровня (МКУ);
15 - модуль физического уровня (МФУ);
16 - бортовой широкодиапазонный радиочастотный модуль (ШД РМ);
17 - бортовое широкодиапазонное антенно-фидерное устройство (ШД АФУ);
18 - двунаправленная шина бортового интерфейса. Структурная схема наземного комплекса 1 заявляемой системы радиосвязи с подвижными объектами представлена на фигуре 3, где обозначено:
19 - наземная антенна MB диапазона;
20 - наземная радиостанция MB диапазона;
21 - наземная антенна ДКМВ диапазона;
22 - наземная радиостанция ДКМВ диапазона;
23 - наземная аппаратура передачи данных (АПД);
24 - вычислитель автоматизированного рабочего места (АРМ) (на базе ПЭВМ);
25 - наземный приемник сигналов навигационных спутниковых систем с антенной;
26 - формирователь типа ретранслируемых сообщений;
27 - монитор АРМ;
28 - пульт управления АРМ;
36 - приемо-передатчик, например, режима S, вторичного обзорного радиолокатора (ВОРЛ) с антенной 35;
2 - вход/выход НК 1 для наземной сети передачи данных.
Система радиосвязи с подвижными объектами работает следующим образом. Передачу данных в MB диапазоне с НК 1 осуществляют по цепочке последовательно соединенных первого ПО 3, второго ПО 3 и далее до N-го ПО 3, а передачу данных с N-го ПО 3 на НК 1 осуществляют в обратном порядке. Передачу данных в ДКМВ диапазоне с ПО 3 на НК 1 осуществляют по радиоканалу, качество сигнала маркера которого является наилучшим или приемлемым для ПО 3. Наземную сеть передачи данных подключают двухсторонними интерфейсами 2 к каждому из М разнесенных территориально НК 1 и к каждой из m станций 32 спутниковой связи с входами 33. Таким образом, наземной сетью передачи данных по информационному взаимодействию объединяются между собой все НК 1, станции 32 спутниковой связи и наземные пользователи системы радиосвязи. Число М определяется количеством НК 1, необходимых для обслуживания ПО 3 на всех маршрутах движения.
Алгоритм системы радиосвязи в режиме обмена данными ПО 3 с НК 1 заключается в том, что в ней проводят следующие операции:
- для обеспечения уровня надежности ДКМВ связи не хуже 99% в зоне ответственности каждого НК 1 из общего списка ДКМВ частот (порядка 30 каналов с одной боковой полосой (ОБП) шириной полосы 3 кГц), выделяемых для системы связи с ПО каждому НК 1 назначают свой набор разрешенных частот ДКМВ связи на сутки и более;
- для каждого НК 1 на каждый временной интервал длительностью 1-2 часа назначают активную ДКМВ частоту из набора разрешенных НК частот, оптимальную по условиям распространения радиоволн и электромагнитной совместимости для данного временного интервала, отличающуюся от активных частот всех других НК 1 системы радиосвязи. Доводят номер активной частоты вместе с интервалом времени ее активизации до каждого НК 1 через наземную сеть передачи данных, реализуя, таким образом, протокол множественного доступа с частотным разделением (FDMA). Активизируют для каждого НК 1 только одну частоту из набора разрешенных частот, которую используют многие ПО 3 одновременно в режиме передачи данных с множественном доступом к каналу с временным разделением (TDMA), при котором первый слот кадра используют для излучений каждым НК 1 сигналов связи/управления/синхронизации (маркеров);
- каждой разрешенной ДКМВ частоте назначают свой временной сдвиг первого кадра протокола множественного доступа к каналу с временным разделением (TDMA) относительно ведущего кадра, привязанного к 00 час: 00 мин: 00 сек универсального координированного времени UTC для того, чтобы сигналы маркеров на разных частотах излучались НК 1 в разнесенных временных слотах для уменьшения времени анализа качества маркеров, проводимого каждым подвижным объектом 3;
- разрабатывают системную таблицу ДКМВ связи, в которой указывают список М наземных комплексов связи 1 с их адресами, координатами, поддерживаемыми ими режимами работы и набором разрешенных частот с указанными сдвигами первого кадра каждой частоты;
- доводят системную таблицу ДКМВ связи до всех НК 1 и всех ПО 3 по наземной сети передачи данных;
- для обеспечения передачи данных по MB каналу разрабатывают список частотной поддержки MB связи, в котором указывают список М наземных комплексов связи 1 с их адресами, координатами, поддерживаемыми ими режимами работы в MB канале связи, например, ACARS, VDL-2, VDL-4, VDL-3, ISO 8208, наборами разрешенных для каждого НК 1 частот MB связи, доводят список частотной поддержки до каждого ПО 3 через систему наземной связи;
- на каждом НК 1 осуществляют обмен пакетными данными через наземную сеть передачи данных с пользователями системы связи: диспетчерскими пунктами и центрами УВД, а также с другими (М-1)-м НК 1;
- в наземной аппаратуре передачи данных 23 реализуют протоколы обмена данными в ДКМВ и MB каналах физического уровня (модемов-кодеков), канального и сетевого уровня, например, в соответствии с ARINC 618, 631, 635, 750, DO-224, ED-108 в режимах HFDL, VDL-1 (ACARS), VDL-2, VDL-4;
- для обеспечения ДКМВ связи время использования каждого ДКМВ частотного канала разбивают на временные кадры длительностью 32 с, а каждый кадр разбивают на 13 временных слотов длительностью 2,461538 с для реализации протокола множественного доступа к каналу с временным разделением (TDMA). В первом слоте каждого кадра излучают сигнал маркера, содержащий квитанции на все сообщения, принятые НК 1 от разных ПО 3 в предыдущих двух кадрах, активные частоты двух соседних НК 1, версию базы данных (системной таблицы), назначения использования слотов с 4-го по 13-й текущего кадра и слотов 2-го и 3-го следующего кадра, а также флаг занятости канала. В конце каждого кадра для каждого слота следующего кадра производят назначение его использования для передачи с НК 1 или для передачи с конкретного борта (ПО 3) по его предварительному запросу слота доступа, или для передачи с любого борта ПО 3 в режиме случайного доступа;
- осуществляют обмен пакетными данными «Воздух-Земля» на каждом активном ДКМВ канале в режиме с множественным доступом L (до 26) подвижных объектов 3 при интенсивности потока 11 сообщений с борта и 6 сообщений с земли в час. При меньшей интенсивности потока сообщений возможно обслуживание большего количества ПО 3 на одном частотном ДКМВ канале;
- для обеспечения MB связи на каждом НК 1 на каждой разрешенной MB частоте осуществляют излучение сигналов маркеров, которые являются сигналами связи/управления/синхронизации, с периодом 2 минуты. Сигналы маркеров разносят во времени так, чтобы на ПО 3 было можно оценить качество сигналов разных НК 1 и выбрать НК 1 для связи;
- для обеспечения связи с ПО через один из созвездия спутников связи разрабатывают системную таблицу связи, в которой указывают список m станций 32 спутниковой связи с их адресами, координатами соответствующих спутников 34, поддерживаемых ими режимов работы и набор разрешенных частот. Доводят эту системную таблицу до всех НК 1 по наземной сети передачи данных и ПО 3 на аэродромах или по радиоканалу связи;
- на каждом ПО 3 по результатам оценки качества принятых сигналов разных НК 1 для каждого диапазона волн (ДКМВ, MB), спутникового канала или ВОРЛ, выбирают лучшую частоту связи и регистрируют на ней ПО 3 (наиболее дешевый обмен данными обеспечивается в MB диапазоне);
- в MB диапазоне осуществляют обмен пакетными данными «Воздух-Земля» на активном MB канале, например, в линии передачи данных VDL-2, в режиме множественного доступа к каналу с прослушиванием несущей (CSMA) или на активном канале VDL-4 «Воздух-Воздух» и «Воздух-Земля» в режиме множественного доступа к каналу с временным разделением и с самоорганизацией (STDMA);
- в ДКМВ диапазоне на каждом подвижном объекте инициируют процедуру поиска частоты при включении оборудования или после разъединения линии, если ПО 3 не может больше обнаружить маркеры от наземного комплекса 1 на текущей частоте. После автовыбора частоты и регистрации на новом канале производят обмен пакетными данными в режиме TDMA с НК 1, на котором ПО 3 зарегистрирован, до тех пор, пока качество ДКМВ радиоканала «Воздух-Земля» превышает допустимый уровень. При ухудшении качества ДКМВ радиоканала ниже допустимого уровня выбирают новый ДКМВ радиоканал и соответствующий ему НК 1, независимо от местоположения НК 1, и регистрируют ПО 3 на новом ДКМВ радиоканале;
- В MB диапазоне на каждом подвижном объекте инициируют процедуру поиска частоты при включении оборудования или после разъединения линии, если ПО 3 не может больше обнаружить пакеты от наземного комплекса 1 на текущей частоте, или, если подуровень управления протоколом доступа к каналу (MAC) индицирует, что текущая частота перегружена. При этом настраивают ШД РМ на альтернативную частоту, используя данные из списка частотной поддержки, и если качество сигналов маркеров на новой частоте удовлетворительно, регистрируют ПО 3 на новой частоте;
- ПО 3 и НК 1 реализуют следующие процедуры управления связностью линии передачи данных MB диапазона:
- идентификацию НК 1;
- начальную установку линии;
- модификацию параметров линии;
- «хэндофф», инициируемый ПО 3;
- «хэндофф», инициируемый НК 1 по запросу ПО 3;
- «хэндофф», инициируемый НК 1;
- «хэндофф», инициируемый ПО 3 по запросу НК 1;
- широковещательный «хэндофф» по запросу НК 1;
- автонастройку;
- при передаче пакета сообщения в ДКМВ диапазоне от конечных бортовых систем ПО 3 к наземным потребителям пакетное сообщение, содержащее адрес получателя и адрес отправителя (адрес борта ПО 3), формируют в бортовых конечных системах ПО 3 (5, шина 18) и передают через модуль 12 интерфейса в бортовой модуль 13 маршрутизатора, где его упаковывают в виде пакета ISO 8208 или ACARS и затем передают в модуль 14 канального уровня, где его преобразуют в пакет канального уровня сети передачи данных, содержащий проверочные последовательности, вычисленные с помощью избыточного циклического кода (CRC). Полученные сообщения передаются в модуль 15 физического уровня, где осуществляют операции:
- сверточное кодирование данных для прямой коррекции ошибок,
- перемежение данных для борьбы с пакетированием ошибок из-за замираний и импульсных помех,
- отображение последовательности из трех или двух или одного бита (в зависимости от скорости передачи данных и вида модуляции 2-ФМн, 4-ФМн или 8-ФМн, соответственно) в значения фазы сигнала поднесущей на частоте 1440 Гц,
- скремблирование данных для выравнивания спектра передаваемого сигнала,
- формирование ключевой синхронизирующей последовательности и преамбулы, содержащей известную последовательность для обучения адаптивного демодулятора, и информацию о скорости передачи данных и глубине перемежителя,
- формирование коротких обучающих последовательностей, которые вставляют в поток передаваемых данных пользователя, для реализации адаптивных методов приема сообщения,
- формирование заданной формы огибающей каждого символа для обеспечения заданной спектральной маски излучаемого сигнала;
- формирование ДКМВ сигнала с верхней боковой полосой с подавленной несущей с классом излучения 2K80J2DEN.
Сформированный для передачи однотоновый ДКМВ сигнал многопозиционной фазовой манипуляции (M-PSK, М=2, 4 или 8) с выхода модуля 15 физического уровня подают на вход соответствующих каналов широкодиапазонного радиочастотного модуля 16, где его усиливают до требуемого уровня мощности, подают на определенные модули широкодиапазонное АФУ 17 и по ДКМВ радиоканалу 31 передают на наземный комплекс 1, на котором зарегистрирован ПО 3.
На НК 1 ДКМВ сигнал от ДКМВ антенны 21 подают на наземную радиостанцию 22 ДКМВ диапазона, работающую в симплексном режиме в соответствии с указанным протоколом TDMA. С выхода радиостанции 22 сообщение подают на вход аппаратуры 23 передачи данных, где его демодулируют, дескремблируют, деперемежают, декодируют с прямой коррекцией ошибок, проверяют на наличие не исправленных декодером ошибок. В случае отсутствия ошибок сообщение упаковывают, например, в пакет ISO 8208 или ACARS и выдают на вход вычислителя АРМ 24, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по протоколу Х.25 по наземной сети передачи данных потребителям информации.
При передаче пакета по протоколу Х.25 по наземной сети передачи данных в обратном направлении (от потребителей информации) через НК 1 к ПО 3 сначала его обрабатывают в вычислителе АРМ 24 наземного комплекса 1, где из него формируют пакет ISO 8208 или ACARS, необходимый для передачи в линии передачи данных «Воздух-Земля». С выхода вычислителя АРМ 24 сообщение передают в аппаратуру передачи данных 23, где его упаковывают в пакет канального уровня, содержащий проверочные последовательности, вычисленные с помощью избыточного циклического кода (CRC), и осуществляют:
- сверточное кодирование данных для прямой коррекции ошибок;
- перемежение данных для борьбы с пакетированием ошибок из-за замираний и импульсных помех;
- отображение последовательности из трех или двух или одного бита (в зависимости от скорости передачи данных и вида модуляции 2-ФМн, 4-ФМн или 8-ФМн, соответственно) в значения фазы сигнала поднесущей частоты 1440 Гц;
- скремблирование данных для выравнивания спектра передаваемого сигнала;
- формирование ключевой синхронизирующей последовательности и преамбулы, содержащей известную последовательность для обучения адаптивного демодулятора, и информацию о скорости передачи данных и глубине перемежителя;
- формирование коротких обучающих последовательностей, которые вставляют в поток передаваемых данных пользователя, для реализации адаптивных методов приема сообщения;
- формирование заданной формы огибающей каждого символа типа приподнятого косинуса для обеспечения заданной спектральной маски излучаемого сигнала.
Сформированный в АПД 23 однотоновый сигнал многопозиционной фазовой манипуляции (M-PSK, М=2, 4 или 8) в полосе канала ОБП шириной 3 кГц подают на вход ДКМВ радиостанции 22, где его используют для формирования ДКМВ радиосигнала с верхней боковой полосой с подавленной несущей с классом излучения 2K80J2DEN, усиливают до требуемого уровня мощности, затем через ДКМВ антенну 21 передают по ДКМВ радиоканалу на ПО 3.
На ПО 3 ДКМВ радиосигнал через ШД АФУ 17 поступает на ШД РМ 16. Затем сообщение подают на вход МФУ 15, где его демодулируют, дескремблируют, деперемежают, декодируют с прямой коррекцией ошибок, и выдают в МКУ 14, где его проверяют на наличие не исправленных декодером ошибок и в случае отсутствия ошибок упаковывают в пакет ISO 8208 (или ACARS) и выдают на вход ММ 13 для преобразования в пакет, предназначенный для передачи через МИ 12 к бортовым пользователям (блокам 5, 8, 9 или 18).
В процессе обмена пакетными данными в MB диапазоне, например, в режиме VDL-2, при передаче пакета от ПО 3 к наземным пользователям на каждом ПО 3 пакетное сообщение формируют в бортовой конечной системе (шина 18, 5). Сообщение, содержащее адрес получателя и адрес отправителя (адрес борта ПО 3), передают от бортового вычислителя 5 через модуль 12 интерфейса в модуль 13 маршрутизатора, где его упаковывают в пакет ISO 8208 или ACARS сетевого (пакетного) уровня. Затем сообщение передают в модуль 14 канального уровня, где его упаковывают в пакет канального уровня, содержащий проверочные последовательности, вычисленные с помощью избыточного циклического кода (CRC), и передают в модуль 15 физического уровня, где осуществляют:
- кодирование данных кодом Рида-Соломона для прямой коррекции ошибок;
- перемежение данных для борьбы с пакетированием ошибок из-за замираний и импульсных помех;
- отображение последовательности трех бит данных в значения фазы символа сигнала, относительное кодирование фазы соседних символов для реализации относительной 8-ми позиционной фазовой манипуляции (D8PSK);
- скремблирование данных для выравнивания спектра передаваемого сигнала;
- формирование ключевой синхронизирующей последовательности и преамбулы, содержащей известную последовательность для обучения адаптивного демодулятора;
- формирование заданной формы огибающей каждого символа типа приподнятого косинуса с а=0,6 для обеспечения заданной спектральной маски излучаемого сигнала;
- формирование MB сигнала с классом излучения 14K0G1DE - с полосой, занимаемой сигналом 14 кГц, фазовой модуляцией (G) несущей одного цифрового канала без поднесущей, передачей данных (D) и многоусловным кодированием (Е).
Сформированный для передачи однотоновый сигнал 8-ми позиционной относительной фазовой манипуляции (D8PSK) с выхода модуля 15 подают на вход соответствующих каналов широкодиапазонного радиочастотного модуля 16, где его усиливают до требуемого уровня мощности и через определенные каналы широкодиапазонного АФУ 17 и MB радиоканал передают на наземный комплекс 1, на котором зарегистрирован ПО 3.
На каждом НК 1 MB радиосигнал от MB антенны 19 подают на наземную радиостанцию 20 MB диапазона, затем сообщение подают на вход аппаратуры 23 передачи данных, где демодулируют, дескремблируют, деперемежают, декодируют, проверяют на наличие не исправленных декодером ошибок. В случае отсутствия ошибок из него формируют пакет ISO 8208 или ACARS и выдают на вход вычислителя 24 АРМ, где упаковывают в пакет, предназначенный для передачи потребителям по протоколу Х.25 по наземной сети передачи данных.
При передаче пакета в обратном направлении (от потребителей к ПО 3) сообщение по входу/выходу 2 НК 1 передают в вычислитель 24 АРМ НК 1, где формируют пакет, например, в соответствии с ISO 8208 или ACARS, который в аппаратуре 23 передачи данных упаковывается в пакет канального уровня, например, VDL-2, содержащий проверочные последовательности, вычисленные с помощью избыточного циклического кода (CRC), и осуществляют:
- кодирование данных Рида-Соломона для прямой коррекции ошибок;
- перемежение данных для борьбы с пакетированием ошибок из-за замираний и импульсных помех;
- отображение последовательности из трех бит в значения фазы сигнала несущей, относительное кодирование фазы соседних символов;
- скремблирование данных для выравнивания спектра передаваемого сигнала;
- формирование ключевой синхронизирующей последовательности и преамбулы, содержащей известную последовательность для обучения адаптивного демодулятора;
- формирование заданной формы огибающей каждого символа типа приподнятого косинуса с а=0,6 для обеспечения заданной спектральной маски излучаемого сигнала;
- формирование MB сигнала с классом излучения 14KOG1DE (с полосой, занимаемой сигналом 14 кГц, фазовой модуляцией (G) несущей, одного цифрового канала без поднесущей, передачей данных (D) и многоусловным кодированием (Е).
Сформированный для передачи, например, сигнал 8-ми позиционной относительной фазовой манипуляции (D8PSK) с выхода АПД 23 подают на вход радиостанции 20, где его усиливают до требуемого уровня мощности и через антенну 19 передают по радиоканалу MB диапазона на ПО 3.
На ПО 3 MB сигнал от ШД АФУ 17 подают на ШД РМ 16, с выхода которого сообщение подают на вход МФУ 15, где его демодулируют, дескремблируют, деперемежают, декодируют и затем выдают в МКУ 14, где его проверяют на наличие не исправленных декодером ошибок. В случае отсутствия ошибок сообщение упаковывают в пакет, например, в соответствии с ISO 8208 (или ACARS) и выдают на вход MM 13, где его формируют для передачи через МИ 12 бортовым пользователям (блокам 5, 8, 9 или шине 18).
В системе разрабатывают системную таблицу связи, содержащую координаты НК 1, станций 32 спутниковой связи, их адреса, приложения УВД, режимы передачи данных, которые они поддерживают, разрешенные частоты связи для разных режимов обмена данными диапазонов, временное расписание излучения сигналов маркеров на каждой частоте ДКМВ и доводят до каждого НК 1 и ПО 3 (во время предполетной подготовки) по наземной сети передачи данных.
Для каждого НК 1 на интервал времени 1-2 часа активизируют одну из разрешенных частот ДКМВ диапазона. Частоты связи MB диапазона и спутникового канала связи, заданные в списке частотной поддержки, являются активными. На каждом НК 1 на активной частоте связи излучают сигналы маркеров в MB диапазоне с интервалом 2 минуты, в диапазоне ДКМВ с интервалом 32 с, например, согласно протоколу ДКМВ линии данных HFDL. В сигналы маркеров ДКМВ вводят информацию о версии системной таблицы (версии базы данных), об активных частотах двух соседних НК 1, назначения слотов для нового кадра, квитанции на все сообщения от ПО 3, принятые в предыдущем кадре, флаг занятости канала. Кадр доступа к ДКМВ каналу длительностью 32 с разделяют на 13 слотов по 2,461538 с.Первый слот отводят под излучение маркера с НК 1. Несколько (3-5) слотов назначают в каждом кадре для случайного доступа всех ПО 3, остальные слоты для резервированного доступа конкретных ПО 3 по их запросу.
Бортовой комплекс связи ПО 3 начинает анализировать сигналы маркеров MB и ДКМВ диапазонов, находясь на стоянке в зоне аэропорта после включения питания и проведения автоматического встроенного контроля технической исправности. Независимо от функционирования канала связи MB диапазона ПО 3 постоянно поддерживает канал связи ДКМВ диапазона с тем НК 1, качество канала с которым является наилучшим или приемлемым. Спутниковый канал используется, в основном, в том случае, когда нет связи с наземными комплексами в MB и ДКМВ диапазонах.
Во время полета на каждом ПО 3 обеспечивают автоматический выбор рабочей частоты из списка разрешенных частот, регистрацию на НК 1 на выбранном канале, случайный и резервированный доступ к каналу связи в режиме множественного доступа с временным разделением, обмен данными с территориально разнесенными наземными комплексами 1, объединенными с помощью наземной сети 3 передачи данных в единую систему.
В системе радиосвязи ведут обмен навигационными, радиолокационными и другими данными по радиолинии связи MB, ДКМВ диапазона, ВОРЛ и спутникового канала между наземным комплексом 1 и подвижными объектами 3. Принимаемые наземной радиостанцией 22 в пределах радиогоризонта НК 1 из канала «Воздух-Земля» сообщения через аппаратуру 23 передачи данных подают в наземный вычислитель 24 АРМ, который может быть выполнен на базе серийной ПЭВМ. В нем в соответствии с принятым в системе протоколом обмена проводят идентификацию (сравнение) принятого в сообщении адреса ПО 3 с адресами подвижных объектов, хранящимися в памяти вычислителя 24 АРМ. При совпадении адреса подвижного объекта 3 с хранящимся в списке адресом информацию о местоположении, параметрах движения ПО 3 и состоянии его датчиков запоминают в вычислителе 24 АРМ. В наземном вычислителе 24 АРМ решаются задачи обеспечения постоянной устойчивой радиосвязи со всеми N ПО 3, и на основе информации о точном местонахождении всех ПО 3 и параметрах их движения осуществляют операции запоминания сообщений в наземном вычислителе 24 АРМ и вывод необходимых данных на экран монитора 27 АРМ НК 1 в виде, удобном для восприятия оператором (диспетчером).
При выходе за пределы радиогоризонта НК 1, хотя бы одного из ПО 3 или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, наземный комплекс 1 определяет программно один из ПО 3, которого назначает первым ретранслятором сообщений. При постоянном изменении дальности между ПО 3 и НК 1 в качестве ретранслятора в течение определенного времени может быть назначен любой из N ПО 3, местоположение которого известно и оптимально по отношению к НК 1 и всем остальным ПО 3. По анализу местоположения и параметров движения остальных ПО 3 определяют оптимальные пути доставки сообщений к удаленному от НК 1 за радиогоризонт подвижному объекту 3 - получателю сообщения. Сообщение от НК 1 через последовательную цепочку, состоящую, при необходимости, из нескольких (от 1 до (N-1)) ПО 3, может быть доставлено к требуемому ПО 3 - получателю. Для этого на НК 1 в формирователе 26 типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды передаваемой кодограммы закладывают адрес ПО 3, назначенного первым ретранслятором, при необходимости адреса других подвижных объектов 3 - ретрансляторов, и адрес ПО 3 - получателя, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые и обработанные на ПО 3 в устройствах 17, 16, 15, 14, 13, 12 сообщения затем проверяются в блоке 9 анализа типа сообщений. Если сообщение предназначено для данного ПО 3, то после анализа решается вопрос о трансляции данных по двунаправленной шине 18 на систему управления ПО 3, или о передаче сообщения в режиме ретрансляции к соседнему ПО 3. Для исключения коллизий минимизируют число разрядов в передаваемом сообщении и осуществляют ретрансляцию данных последовательно во времени. На основании принятых с НК 1 данных и информации с бортового радиолокатора в бортовом вычислителе 5 ПО 3 совместно с наземным вычислителем 24 решается задача наличия опасных сближений (потенциально-конфликтных ситуаций) с соседними ПО 3 с учетом их прогнозируемых положений и возможных маневров, определяется время следующих сеансов связи с потребителями информации. По информации радиолокатора, отображаемой на экране бортового блока 8 регистрации данных, экипаж ПО 3 по согласованию с диспетчером НК 1 (при необходимости) определяет направление дальнейшего движения. Для многозадачного режима бортового вычислителя 5 обеспечивается «многолистный» режим работы блока 8, при котором на нем могут отображаться результаты функционирования радиоэлектронных устройств, например, воздушная обстановка на фоне карты местности или состояние работоспособности оборудования с «всплывающими» окнами поступивших сообщений и другая информация.
Для каждого ПО 3 траектории движения наиболее «опасных» соседних ПО 3, при необходимости, отображаются на экране собственного бортового блока 8 регистрации данных, а на экране монитора 27 АРМ - траектории всех ПО 3 в районе действия НК 1 (или в выделенном диспетчеру секторе ответственности) с помощью характеризующих предыдущее местоположение ПО 3 отметок, формируемых вычислителями 5 и 24. По мере движения ПО 3 устаревшие отметки стираются. Во время предполетной подготовки каждого подвижного объекта 3 с помощью интерфейса 18 осуществляют загрузку в память бортового вычислителя 5 необходимых данных в виде системной таблицы, содержащей списки адресов, координат наземных комплексов, станций спутниковой связи и назначенных им частот связи. В НК 1 системные таблицы загружаются с помощью входа/выхода 2 НК 1 для наземной сети передачи данных.
i
i
При передаче с НК 1 приоритетных сообщений для ПО 3 в соответствии с принятыми в системе радиосвязи с подвижными объектами категориями срочности в формирователе 26 типа ретранслируемых сообщений в заголовке сообщения формируют код запрета передачи других сообщений на время, отводимое для трансляции данных с НК 1 на выбранный ПО 3 с учетом времени реакции ПО 3 на принятое сообщение и времени задержки в трактах обработки дискретных сигналов. Принимаемую на ПО 3 информацию отображают на экране блока 8 регистрации данных в виде буквенно-цифровых символов, точек и векторов, других изображений. Остальные менее приоритетные сообщения в соответствии с протоколом обмена ставят в очередь соответствующей категории срочности. В вычислителях 5 и 24 определяют время «старения» информации, и, если сообщение в течение промежутка времени, равного времени «старения», не было передано в канал связи, то его «стирают», и посылают запрос на передачу нового сообщения.
При работе НК 1 в режиме прямой радиовидимости (ближней связи), когда не требуется ретрансляция сигналов, работают, например, в адресном режиме автоматического зависимого наблюдения (ASD-A), т.е. осуществляют адресный опрос ПО 3 путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена VDL-2 или VDL-ACARS в MB диапазоне. Набираемое диспетчером НК 1 на пульте 28 управления АРМ сообщение отображают на мониторе 27 АРМ и после передачи сообщения через вычислитель 24, аппаратуру 23 передачи данных, радиостанцию 20, антенну 19, через радиоканал, бортовые широкодиапазонные антенно-фидерные устройства 17 ПО 3, бортовые широкодиапазонные радиочастотные модули 16 ПО 3, модуль 15 физического уровня, модуль 14 канального уровня, модуль 13 маршрутизации, модуль 12 интерфейсов подается в бортовой вычислитель 5, где производят идентификацию принятого в сообщении адреса с адресом ПО 3. Далее через модуль 12 интерфейсов сообщение передают в блок 9 анализа типа ретранслируемого сообщения для дешифрации полученного заголовка (служебной части) сообщения и определения режима работы аппаратуры ПО 3. Информационную часть сообщения записывают в память бортового вычислителя 5 и при необходимости выводят на экран блока 8 регистрации данных, который может быть выполнен в виде монитора или другого устройства отображения.
С помощью определенного формата заголовка сообщения с выхода бортового формирователя 10 типа ретранслируемых сообщений задают режим свободного доступа к каналу связи для всех подвижных объектов 3 или режим фиксированного (резервированного) доступа с назначением конкретного временного интервала для организации обмена данными с наземным комплексом 1.
-6
НК 1 является базовой (ведущей) станцией сети и гарантирует для каждого зарегистрированного на нем ПО 3 требуемые системные характеристики связи, а именно: вероятность своевременной доставки сообщения с заданной достоверностью и интенсивностью потока сообщений, т.е. вероятность того, что средняя задержка передачи сообщения не превысит требуемого порога при достоверности связи не хуже 10 и заданной интенсивности потока сообщений с борта ПО 3. Средняя задержка передачи сообщений в значительной мере обусловлена коллизиями случайного доступа и растет с увеличением вероятности коллизий. Вероятность коллизий увеличивается с ростом количества ПО 3, использующих один канал связи в режиме случайного множественного доступа, и с ростом интенсивности потока сообщений от каждого ПО 3. Зная точные количественные зависимости указанных параметров для разных режимов обмена данными, в НК 1 прогнозируют системные характеристики в зависимости от количества зарегистрированных на одном частотном канале ПО 3. Регистрацию новых ПО 3 прекращают (выставляют флаг «занятости» канала связи в маркере), если прогнозируемые системные характеристики деградируют ниже заданного уровня, уменьшая тем самым, вероятность коллизий случайного доступа и, следовательно, задержку в передаче сообщения. Таким образом, в результате анализа состояния и загрузки каналов радиосвязи в каждом НК 1 прогнозируют вероятность коллизий случайного доступа, и, когда эта величина превышает предельно допустимое значение, доступ к каналам связи НК 1 новых ПО 3 программно прекращают. В случае отсутствия ПО 3 в зоне обслуживания наземного комплекса 1, с помощью формирователя 28 типа ретранслируемых сообщений определяется маршрут доведения соответствующей кодограммы до наземного комплекса 1, на котором отмечался ПО 3 «по последней связи». Для динамического способа распределения ресурсов связи на НК 1 обеспечивается слежение за местоположением каждого ПО 3, например, по принятым от него сообщениям автоматического зависимого наблюдения (АЗН) или по транслируемым данным с радиолокатора ПО 3. При необходимости АЗН сообщения могут быть приняты и на ПО 3, если ему будут передана часть функций НК 1.
Для того, чтобы минимизировать вероятность коллизий случайного доступа, не создавать помех текущей передаче сообщения, реализуют протокол множественного доступа к каналу с прослушиванием несущей (CSMA). Для этого в АПД 23, вычислителе 24 НК 1 и модулях 15 физического уровня и 14 канального уровня ПО 3 перед передачей каждого сообщения осуществляют прослушивание канала (контроль занятости несущей) на предмет обнаружения преамбулы, заголовка или полезной части сообщений. Подготовленное сообщение с ПО 3 передают только в том случае, когда радиоканал свободен. Для того, чтобы разнести во времени моменты выхода на связь разных подвижных объектов 3 и НК 1, когда после занятости канала все корреспонденты обнаружили, что радиоканал свободен, в вычислителе 24 НК 1 и в модуле 14 канального уровня ПО 3 формируют псевдослучайные задержки передачи сообщений от подвижных объектов 3 (для каждого ПО 3 своя) и от НК 1. На каждом из ПО 3 время окончания сигнала несущей частоты в радиоканале и импульсы синхронизации используются для инициализации расчета в модуле 14 канального уровня интервала времени собственной передачи и внутри этого интервала с помощью модуля 15 физического уровня, модуля 16 и АФУ 17 ПО 3 осуществляют передачу собственного пакета данных.
Часть слотов кадра TDMA в ДКМВ диапазоне отводят для случайного доступа. Если передают пакет с ПО 3 в слоте случайного доступа и в маркере следующего кадра не обнаруживают положительной квитанции на эту передачу, то принимают решение о том, что произошла коллизия случайного доступа и инициируют на ПО 3 алгоритм выхода из коллизии, при котором вводят псевдослучайную задержку, выраженную в слотах, повторной передачи пакета с борта. Это приводит к уменьшению вероятности повторной коллизии.
При работе в режиме широковещательного автоматического зависимого наблюдения (ADS-B) с помощью линии передачи данных MB диапазона и ВОРЛ используют протокол множественного доступа к каналу связи с временным разделением и с самоорганизацией (STDMA). Этот протокол представляет комбинацию протоколов CSMA и TDMA, в которой время использования канала жестко делят на кадры (фреймы) и слоты, но нет ведущей станции, которая управляет диспетчеризацией слотов. Выбор слотов доступа производят каждым корреспондентом самостоятельно путем предварительного прослушивания эфира в течение 1 минуты (длительности суперфрейма) и выявления свободных слотов, которые можно занять, не конфликтуя с другими пользователями канала. При длительности одного слота 13,333 милисекунды, в котором можно передать один пакет сообщения длиной 32 байта при скорости передачи данных, например, 19200 бит/с для режима VDL-4, один фрейм (кадр) длительностью 1 секунда содержит 75 слотов, а суперфрейм длительностью 1 минута содержит 4500 слотов. Реальная длина пакета не должна превышать 30 байт, чтобы оставить 2 байта (1 мс) на задержку выхода передатчика на полную мощность и рассинхронизацию в линии. Точность привязки временной шкалы при использовании бортовых приемников 7 сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, например, ГЛОНАСС/GPS составляет 100 мкс. Распределение слотов периодично от одного суперфрейма к другому. Если ПО 3 выбрал последовательность слотов в суперфрейме, то в следующем суперфрейме он либо будет вещать в слотах с теми же порядковыми номерами, либо предупредит об их изменении заранее. НК 1 имеют право резервировать несколько слотов (по умолчанию 8) в начале каждой секунды для важных периодических передач на ПО 3, например, сигналов дифференциальных поправок и других. Коллизия случайного доступа двух ПО 3 может произойти только при одновременном их включении (с точностью до минуты). Для решения этой проблемы алгоритм выбора слотов делается псевдослучайным, т.е. два корреспондента при одновременном включении выбирают разные наборы слотов для вещания. Вероятность совпадения всех выбранных слотов близка к нулю. При навигации на эшелоне полета 10000 м, радиусе радиовидимости R=400 км, пропускной способности канала VDL-4 S=75 слотов в секунду, времени обновления информации о позиции Т=10 секунд количество подвижных объектов 3, которые могут быть обслужены без коллизий случайного доступа в зоне радиовидимости НК 1, равно N=750 (N=ST). При этом для каждого ПО 3 найдется свой свободный слот.Эта величина лежит далеко за пределами реального трафика воздушного движения даже самых загруженных аэропортов Европы. При интервале обновления информации о позиции ПО 3 Т=1 секунда на одной частоте в режиме VDL-4 можно обслужить N=75 ПО 3, когда слотов хватает на всех. На двух частотах можно гарантированно обслужить максимальное число ПО 3, равное N=150 в зоне радиусом R=400 км. Если же в зоне прямой видимости окажется больше, чем 150 ПО 3, например 300 ПО 3, тогда радиус г зоны гарантированного обслуживания, например, в режиме VDL-4 при такой насыщенности воздушного пространства уменьшится до 280 км, т.е. будет определяться не радиусом прямой видимости, а количеством подвижных объектов 3, которое НК 1 гарантирует надежно обслужить
Когда N мало и слотов достаточно для всех ПО, дальность действия системы АЗН-В равна дальности MB радиосвязи или ВОРЛ, а когда N так велико, что слотов на всех не хватает, то дальность действия системы ограничивается радиусом круга с центром в НК 1, который охватывает столько ПО 3, что каждому из них достается хотя бы один индивидуальный слот доступа каждые Т секунд. Чем дальше находится ПО 3 от аэродрома или от зоны интенсивного движения, тем меньше времени ему отводится для передачи данных. Такая процедура позволяет каждому НК 1 организовать высокоэффективное использование каналов связи.
Сообщения о местоположении ПО 3 и параметрах его движения с выходов приемников 7 и 25 сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛО-HACC/GPS, комплексируются с данными радиовысотомера и доплеровского измерителя скорости самолета, записываются в память вычислителей 5 и 24 с привязкой к глобальному времени [3, 4, 5]. Точная синхронизация слотов, используемых для обмена данными между абонентами системы, и их запланированное использование для передачи известно каждому пользователю по отношению к окружающим пользователям с известными координатами. Управление протоколом доступа, например, к каналу VDL-4, на каждом подвижном объекте 3 осуществляют в модуле 14 канального уровня, а на НК 1 - в аппаратуре передачи данных 23 и вычислителе АРМ 24. Хотя в режиме VDL-4 НК 1 является равноправным пользователем канала наряду со всеми остальными ПО 3 и базовая версия протокола доступа к каналу не требует диспетчеризации доступа со стороны НК, очевидна целесообразность осуществления такой диспетчеризации наземным комплексом для сокращения затрат времени на исследование занятости канала каждым ПО 3 (1 минута) при выборе слотов доступа. Время вхождения в связь каждого ПО 3 можно сократить, если предусмотреть передачу специальных сообщений от НК 1, содержащих информацию о свободных слотах доступа в зоне его обслуживания. Поскольку НК 1 постоянно наблюдает за каналом, он имеет полную информацию о динамике протокола доступа к каналу. Назначение слотов для ПО 3 наземным комплексом 1 позволит полностью избежать коллизий случайного доступа, а также уменьшить временные и вычислительные затраты ПО 3 на выбор слотов доступа к каналу. Если НК 1 зарезервирует несколько слотов (по умолчанию 8) в начале каждой секунды для передачи на ПО 3 информации о свободных слотах, то при интервале слежения за ПО 3 Т=1 с НК 1 может обслуживать без взаимных помех до 67 ПО 3, при интервале слежения Т=10 с количество гарантировано обслуживаемых одним НК 1 ПО 3 возрастает до 670.
В вычислителях 5 и 24 данные АЗН-В используют для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ПО 3. В зависимости от выбранного интервала времени выдачи на НК 1 сообщений о местоположении ПО 3 в вычислителе 5 в заданное время формируют соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат ПО 3. Это время используют в вычислителе 24 НК 1 для известной операции построения экстраполяционных отметок от ПО 3 [3]. В аппаратуре передачи данных 23 НК 1 и модулях 14 и 15 ПО 3 осуществляют известные операции: модуляции и демодуляции, кодирования и декодирования и другие.
Благодаря наземной сети передачи данных с входами/выходами 4, которая объединяет между собой все М НК 1, информация автоматического зависимого наблюдения и других приложений CNS/ATM от удаленного на большие расстояния (до 4 - 6 тысяч км и более) ПО 3, оборудованного устройствами 14, 15, 16, 17 с функцией управления ДКМВ радиолинией, ответчиком системы ВОРЛ, например, режима S и алгоритмом работы бортовой спутниковой станции, доводится до всех НК 1 системы радиосвязи, хотя удаленный ПО 3 держит связь только с одним НК 1 или станцией 32, качество сигналов которых является наилучшим для ПО 3 на данный момент времени.
Для этого в бортовом и наземном вычислителях 5 и 24 хранят предварительно заложенные системные таблицы со списками наземных комплексов 1 и станций 32 спутниковой связи с их координатами, адресами и наборами назначенных им частот. На каждом НК 1 периодически излучают сигналы маркеров (управления/синхронизации/связи) на активной частоте. В модулях 14 и 15 ПО 3 и бортовом вычислителе 5 (через модули 13, 12 вычислительного модуля 11 связи) ПО 3 автоматически анализируются принимаемые сигналы маркеров от всех наземных комплексов 1 на всех частотах и выбирают лучшую частоту (например, по критерию максимума эффективного отношения «сигнал/помеха»), измеряемого демодулятором при приеме всего пакета с учетом набора предоставляемых НК 1 услуг передачи данных (например, только ACARS или ACARS+ATN, ISO 8208, RLS), а также с учетом исправности интерфейса НК 1 с наземной сетью передачи данных. По измеренному на выбранной частоте в модуле 15 эффективному отношению «сигнал/помеха» в модуле 14 ПО 3 выбирают максимально допустимую скорость передачи данных, а также вид модуляции и кодирования. Оценка отношения «сигнал/помеха» осуществляется всеми НК 1 и ПО 3 системы каждый раз при приеме любого пакета сообщения. Величина выбранной максимально допустимой скорости передачи данных сообщается на противоположную сторону в виде рекомендуемой скорости передачи данных. В наземной аппаратуре 23 передачи данных при работе на радиостанцию 22 ДКМВ диапазона и в бортовых модулях 15,14 ПО 3 могут быть использованы известные алгоритмы высокоскоростных адаптивных модемов, рассчитанных на работу в каналах с многолучевостью, например, алгоритм демодуляции с использованием эквалайзера с решающей обратной связью, субоптимальный алгоритм Витерби приема в целом с поэлементным принятием решения в условиях многолучевости, алгоритм максимального правдоподобия с идентификацией текущих параметров канала (импульсной характеристики канала) на основе методов стохастической аппроксимации и другие. Все используемые алгоритмы приема должны удовлетворять требованиям по помехоустойчивости.
Синхронизация работы наземной сети передачи данных осуществляется на основе использования всеми участниками движения единого глобального всемирного координированного времени (UTC), получаемого от существующих объектов глобальной навигационной спутниковой системы с помощью приемников 7 и 25.
Для взаимодействия наземных комплексов 1, станций 32 спутниковой связи, оконечных пользователей и ПО 3 используется наземная сеть передачи данных с входами/выходами 4 для НК 1 и 33 - для станций 32. Она может быть реализована известными способами, например, при межсетевой работе НК 1 через центры коммутации пакетов в соответствии с протоколом Х.25 [4]. Соединения между НК 1 и центрами коммутации пакетов Х.25 (маршрутизаторами) могут обеспечиваться через специально выделенные или арендуемые каналы связи. Они позволят транслировать сообщение, адресованное наземным пользователем определенному ПО 3 на тот наземный комплекс 1, на котором данный ПО 3 «зарегистрирован», и где в данный момент времени обеспечиваются оптимальные условия ДКМВ приема. Система радиосвязи с ПО 3 работает в автоматическом режиме без вмешательства оператора на выбранных частотах из списка частот, назначенного при планировании связи. Передача маркера на каждой активной частоте имеет свое смещение относительно начала ведущего кадра, указанное в системной таблице. На одном ДКМВ канале НК 1 обеспечивает обслуживание до 26 ПО 3 при типичной для УВД и АОК интенсивности потока сообщений с борта 11 сообщений/час, с земли 6 сообщений/час при средней задержке передачи пакета, не превышающей 60 с.В специальном режиме автоматического периодического вещания с бортов в ДКМВ диапазоне информации о координатах, например, с помощью режима HFDL на одном частотном канале можно обслужить до 12 ПО 3 при интервале слежения Т=32 с, до 24 ПО 3 - при Т=64 с, до 36 ПО 3 - при Т=96 с, до 48 ПО 3 - при Т=128 с и т.д.
Основное преимущество использования в ПО 3 устройств 17, 16, 15, 14, 13, 12, основанных на принципах интегрированной модульной авионики (ИМА), представленных, например в [7, 8, 9] и методе «радио, задаваемого программой», состоит в организации многоканального независимого функционирования, высшем уровне программируемой конфигурируемости и гибкости, предоставляемом архитектурой. Высший уровень конфигурируемости, реализуемый в предлагаемом оборудовании ПО 3 - это полностью гибкие виды модуляции, кодирования и других операций, протоколы уровня линии, сети и пользовательские функции, возможность изменения ширины полосы сигнала и центральной частоты по программе в широких пределах [3, 4, 7, 19, 20]. Благодаря заявленной системе появляется возможность создания (с помощью бортового вычислителя 5 и соответствующих модулей 15, 14 с широкодиапазонным радиочастотным модулем 16) широкодиапазонной программируемой радиоэлектронной системы нового типа, работающей совместно с широкодиапазонным АФУ 17 как в MB, так и в ДКМВ диапазоне, в режимах радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и других бортовых средств. Модуль 15 физического уровня ПО 3 содержит высокоскоростные с большим динамическим диапазоном АЦП и ЦАП и базируется на высокопроизводительных сигнальных процессорах, которые в цифровом виде реализуют большинство функций физического уровня, например, операции частотного преобразования, фильтрации, синтезатора частот, приемо-возбудителя. Он предназначен для формирования и обработки радиосигналов на физическом уровне (кодирования/декодирования, перемежения/деперемежения, скремблирования/ дескремблирования данных, модуляции/демодуляции, реализации адаптивных методов передачи и приема сигналов, полосовой фильтрации, преобразования частоты, выделения сигналов из шумов и т.п.). Модуль 14 канального уровня обеспечивает протоколы выбора частот связи, локации и используемых для других операций, составления линии связи, определения координат обнаруженных целей, обмена данными уровня линии и доступа к подсети «Воздух-Земля», обмена с модулем 13 маршрутизации ПО 3, обеспечения отказоустойчивого режима работы и другие процедуры. Модуль 13 маршрутизации обеспечивает распределение полученных с разных каналов модуля 14 сообщений конечным потребителям на борту и отправку в обратном направлении. Модуль 12 интерфейсов обеспечивает все необходимые интерфейсы с бортовым оборудованием, например, по протоколам ARINC 429, ARINC 664, ARINC 646 и другим. Наличие в принимаемом радиосигнале известной ключевой последовательности (преамбулы) позволяет реализовать адаптивные методы приема сообщения: по частоте, мощности радиосигнала, виду модуляции, типам кодирования и перемежения, скорости передачи, частоте повторения, пространственному положению максимумов диаграммы направленности антенны и другим параметрам.
ШД АФУ 17 и модули 16, 15, 14 интегрируют функции радиостанций MB и ДКМВ диапазонов, аппаратуры передачи данных (кодека, модема) с программной реализацией работы аппаратуры в режимах: радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и других бортовых средств с возможностью введения новых режимов работы модулей программным способом через шину 18, бортовой вычислитель 5 и соответствующие последовательно соединенные модули 12 и 13. Широкодиапазонный радиочастотный модуль 16 содержит радиочастотное аналоговое оборудование и соответствующие параметрам обрабатываемых сигналов аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП) и (ЦАП).
Модуль 14 канального уровня предназначен для управления выбором частотных каналов, установлением линий связи и регистрацией на НК 1, для упаковки, распаковки сообщений, управления доступом к каналу, дополнительного кодирования/декодирования избыточным циклическим кодом CRC для обнаружения ошибок, не исправленных на физическом уровне, автоматического запроса повторения, криптозащиты на канальном уровне, управления изоляцией неисправностей и восстановлением работоспособности за счет реконфигурации бортовой системы, формирования зондирующих сигналов, измерения координат принимаемых отметок от целей и других операций. Он реализуется, например, на платах процессорных 5066-586-133MHz-1 MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems.
Модуль 13 маршрутизатора взаимодействует с модулем 14 канального уровня на уровне доступа к подсети в соответствии с заданными режимами передачи данных и может быть реализован на универсальном вычислителе типа платы процессорной 5066-586-133MHz-1 MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems.
Модуль 12 интерфейса обеспечивает взаимодействие с бортовой авионикой (устройствами 5, 6, 7, 8, 9, 10) по разным стыкам, например, дискретный сигнал в соответствии с ARINC 429, ARINC 664, ARINC 646, разовая команда и через бортовой вычислитель 5, двунаправленную шину 18 с системой управления подвижным объектом 3. Он может быть выполнен, например, на коммутаторе AFDX [10].
Модуль 15 физического уровня обеспечивает параллельную обработку в реальном масштабе времени сигналов всех широкодиапазонных радиочастотных модулей 16, необходимых совместно с модулями 17 для организации линий передачи данных в ДКМВ и MB диапазонах, в режимах работы в качестве программируемых узлов радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и других бортовых средств. Причем при неисправности одного из модулей 16, соединенного с бортовым широкодиапазонным антенно-фидерным устройством 17, программно подключается взамен вышедшего из строя модуля 16 другой исправный модуль 16 с помощью модуля 14 канального уровня, выполненного, например, на универсальном вычислителе. В этом случае все функции обработки и формирования сигнала соответствующего канала обработки данных и закрытия информации (при необходимости) будут выполнены программным способом в виде законченных программных модулей. Взаимодействие программных модулей будет осуществляться по заранее определенным правилам взаимодействия (протоколам и процедурам взаимодействия, входным и выходным данным), что обеспечит их оперативное изменение (замена программного кода), при необходимости, в процессе полета. Это обеспечивает возможность формирования и обработки любого сигнала и данных, закрытие информации, интерфейс с внешним оборудованием по различным алгоритмам и стандартам. Таким образом, на уровне каналов, выполняющих различные функции, (физический, канальный уровни, включая криптозащиту канала, доступа к сети) модуль 16, соединенный с бортовым ШД АФУ 17, совместно с каналами модулей 15 физического уровня и 14 канального уровня обеспечивают совместимость с различными режимами работы системы. Модуль 15 строится на быстродействующих сигнальных процессорах, которые включают в себя:
- интерфейсы и шлюзы (ввода-вывода и преобразования данных) на базе, например, матрицы шлюзов, программируемых полями (FPGA -Field Programmable Gate Array) no технологии PCI(VME);
- высокоскоростные с большим динамическим диапазоном АЦП и ЦАП, базируются на высокопроизводительных сигнальных процессорах, которые в цифровом виде реализуют большинство функций физического уровня, например, типа DSP ADSP-21060 (фирмы Analog Devices), программируемых логических интегральных схемах EPF10K50 (фирмы Altera), контроллерах AVR ATmega16 (фирмы Atmel) для контроля и управления процессом обработки (для модемов-кодеков, фильтров и других операций);
- универсальный вычислительный процессор, реализующий протоколы обмена данными «Воздух-Земля», обнаружение и изоляцию неисправностей внутри модуля 15, реконфигурацию модуля 15 и другие операции.
На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и соответствующее программное обеспечение заявляемой системы радиосвязи. Узлы, связи и шины 1-10, 12-31 одинаковые с прототипом. Вводимый узел 11 может быть выполнен программно на плате процессорной 5066-586-133MHz-1 MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems, станция 32 спутниковой связи - на серийной станции Р441-0, приемо-передатчик вторичного обзорного радиолокатора с антенной 35 - на изделии 73Е6. В качестве спутника 34 могут быть использованы аппараты серии «Молния» или «Горизонт». Вычислители 5 и 24, работающие в многозадачных режимах, могут быть выполнены на ЭВМ типа «Багет-52» и «Багет-01-07» ЮКСУ.466225.001 соответственно. Бортовые широкодиапазонные антенно-фидерные устройства могут быть выполнены, например, на комбинации вибраторных или щелевых антенн соответствующих диапазонов, или совмещены с бортовым широкодиапазонным радиочастотным модулем 16 в рамках активной фазированной антенной решетки (АФАР) с разделением апертуры и с приемопередающими модулями, корпус которых для отвода тепла установлен на металлическую поверхность слабонаправленного вибратора. Такая одна широкополосная АФАР сможет одновременно выполнять несколько функций и работать с несколькими радиоэлектронными средствами. Антенные решетки позволят одновременно использовать отдельные их части для различных бортовых систем -радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и средств связи. Размер и расположение участков решетки, используемых для каждой функции, могут изменяться в процессе работы и при необходимости накладываться друг на друга [21]. Размещение элементов АФАР, например, на планере самолета, может быть осуществлено с учетом окружающего ПО 3 пространства, в котором работает то или иное бортовое радиоэлектронное средство, а именно: радиосвязь, линия передачи данных в режиме S вторичного обзорного радиолокатора, доплеровский измеритель скорости самолета, радиовысотомер - в нижней полусфере, спутниковая связь - в верхней полусфере, обзорный радиолокатор - в передней и иногда в задней полусферах. Число строк, столбцов АФАР и модулей в них определяются требованиями к параметрам диаграмм направленности соответствующих антенн. Общее число модулей узлов 17 и 16 равно К.
1
1
2
Спутниковая связь осуществляется через один из созвездия, например, геостационарных спутников, предназначенных специально для подвижной связи и обеспечивающих глобальную зону действия для высококачественной передачи данных. Использование спутниковой связи имеет особое практическое значение для воздушных судов, выполняющих полеты в океанических и/или отдаленных районах континентального воздушного пространства. Обмен данными между подвижными объектами и абонентами наземной сети передачи данных (рабочими местами диспетчеров НК 1, серверами авиакомпаний и другими) через спутниковые каналы связи осуществляется следующим образом. Сформированный запрос информации для ПО 3 через вход/выход 33 поступает на спутниковую станцию 32 связи, в которой сообщение кодируется, перемежается, модулируется, преобразуясь в радиосигнал несущей частоты f, усиливается и с помощью антенны направляется на спутник 34, где принимается бортовой антенной спутника-ретранслятора [20]. Далее колебания с частотой f поступают на направляющие фильтры, усиливаются первым приемником ретранслятора, преобразуются в частоту f поступают к первому передатчику бортового ретранслятора. С выхода этого передатчика колебания с частотой ^ через направляющие фильтры подводятся к бортовой антенне и излучаются в сторону ПО 3. Эти колебания принимаются бортовым широкодиапазонным антенно-фидерным устройством 17 и преобразуются в каналах модуля 16 в видеосигналы, проходят операции деперемежения, декодирования в соответствующих каналах модулей 15 и 14, определяется маршрут в модуле 13 и через модуль 12 интерфейсов поступают в бортовой вычислитель 5. В бортовом вычислителе 5 в зависимости от типа принятого достоверно запроса формируется соответствующее ответное сообщение. Передача в противоположном направлении от ПО 3 на НК 1 или абонентам наземной сети передачи данных осуществляется, последовательно преобразовываясь в каналах узлов 12, 13, 14, 15, 16, с помощью операций, обратных рассмотренным ранее, и через устройство 17 в форме радиосигналов ретранслируются через спутник 34 в направлении одной из станций 32 спутниковой связи. Затем с помощью входа/выхода 33 сообщение по наземной сети передачи данных направляется соответствующему абоненту.
Линия передачи данных вторичного обзорного радиолокатора, например, в режиме S, представляет собой линию передачи данных "Воздух-Земля", которая специально рассчитана для передачи ограниченных данных в районах с высокой плотностью воздушного движения [4, 19]. Она может также использоваться в смешанных условиях, для которых характерны различные уровни возможности применения линии передачи данных бортовыми приемоответчиками. Обмен данными между подвижными объектами и абонентами наземной сети передачи данных (рабочими местами диспетчеров НК 1, серверами авиакомпаний и другими) в этом режиме осуществляется следующим образом. Сформированный в вычислителе 24 АРМ запрос информации на ПО 3 через приемо-передатчик 36 ВОРЛ режима S, в котором сообщение кодируется, перемежается, модулируется, преобразуясь в радиосигнал, усиливается и с помощью антенны 35 направляется на соответствующий подвижный объект 3. Эти колебания принимаются бортовым широкодиапазонным антенно-фидерным устройством 17 и преобразуются в соответствующих каналах модуля 16 в видеосигналы, проходят операции деперемежения, декодирования в соответствующих каналах модулей 15 и 14, определяется маршрут в модуле 13 и через модуль 12 интерфейсов поступают в бортовой вычислитель 5. В бортовом вычислителе 5 в зависимости от типа принятого достоверно запроса формируется соответствующее ответное сообщение, например, автоматического зависимого наблюдения - вещательное. Передача в противоположном направлении от ПО 3 на НК 1 или абонентам наземной сети передачи данных осуществляется на основе последовательных преобразований в узлах 12, 13, 14, 15, 16, с помощью операций, обратных рассмотренным ранее. Затем через устройство 17 в форме радиосигналов на рекомендованной частоте, излучаются в направлении соответствующего НК 1. Принятое с помощью антенны 35 и преобразованное в приемо-передатчике 36 ВОРЛ, например, режима S сообщение через вычислитель 24 АРМ поступает на монитор 27 АРМ или через вход/выход 2 и наземную сеть передачи данных направляется соответствующему абоненту.
При работе системы в режиме первичного обзорного радиолокатора бортовым вычислителем 5 вырабатываются импульсы с заданным законом изменения частоты повторения. Затем, пройдя модули 12 и 13, кодируются в модуле 14, например, кодом Баркера, преобразуются в радиосигнал в модуле 15, усиливаются с приданием с помощью блока 11 каждому радиосигналу необходимой фазы для формирования заданной формы диаграммы направленности в модулях 16 в соответствующем диапазоне частот и через модули 17 выделенного диапазона частот излучаются, например, в переднюю часть полусферы планера самолета и, при необходимости, в заднюю часть полусферы. Отраженные от объектов радиосигналы принимаются бортовым широкодиапазонным антенно-фидерным устройством 17, узлы которого настроены на соответствующий диапазон, и преобразуются в каналах модуля 16 в видеосигналы, проходят операции: защиты от помех, декодирования с выделением полезного сигнала из шумов, определения координат объектов с привязкой к местности в соответствующих каналах модулей 15 и 14, определяется маршрут распределения данных в модуле 13 и через модуль 12 интерфейсов поступают в бортовой вычислитель 5, где вычисляется траектория движения объектов. Электронное сканирование диаграммы направленности обеспечивается с помощью выдачи управляющих сигналов бортового вычислителя 5 на блок 11 выбора режимов работы. Полученные данные о траекториях движения объектов передаются на НК 1, например, по радиолинии MB диапазона или по радиолинии передачи данных в режиме S вторичного обзорного радиолокатора.
В режиме радиовысотомера осуществляются те же операции, что и в обзорном радиолокаторе. Отличие заключается лишь в том, излучение направляется в нижнюю полусферу (в сторону Земли) и требования к точности определения высоты выше - единицы метров. Эта задача может быть решена, например, уменьшением длительности зондирующего сигнала.
В режиме доплеровского измерителя скорости самолета (ДИСС) бортовое оборудование в одном из вариантов работает следующим образом. По командам с бортового вычислителя 5, прошедшим последовательно модули 12, 13, 14, в модуле 15 формируется несущее колебание, которое в дальнейшем будет использоваться как когерентное напряжение [21]. Колебание усиливается в определенных каналах модулей 16 и через соответствующие модули 17 излучается в сторону поверхности Земли. Отраженные от поверхности Земли радиосигналы принимаются определенными модулями 17, усиливаются в соответствующих модулях 16. После известной процедуры обработки информации [3, 4] в модуле 14 выделяется доплеровская частота. По данным о ней, прошедшим модули 13 и 12, в бортовом вычислителе 5 определяется скорость движения ПО 3.
Во всех упомянутых случаях все функции формирования, приема и обработки сигнала соответствующего радиоканала, преобразования данных, закрытия информации (при необходимости) и другие будут выполнены программным способом в виде законченных программных модулей. Взаимодействие программных модулей разных режимов осуществляется по заранее определенным правилам взаимодействия (протоколам и процедурам взаимодействия, входным и выходным данным), что обеспечит их оперативное изменение (замена программного кода), при необходимости, в процессе движения ПО 3.
Таким образом, бортовое оборудование ПО 3 выполняет функции: линии передачи данных, радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и других бортовых средств с программной реализацией режимов работы аппаратуры (с возможностью введения новых режимов работы программным способом через внешний интерфейс (шину 18). Бортовое оборудование ПО 3 представляет собой конструктивное и функциональное техническое решение с максимальным использованием цифровой обработки сигналов в отдельных устройствах, выполняющих функции фильтрации, частотного преобразования, усиления, формирования и обработки сигналов (кодирования, декодирования, модуляции, демодуляции, выбора частоты и т.д.), управления протоколами обмена данными «Воздух-Земля», менеджмента связью (маршрутизации сообщений), обмена с авионикой борта, слежения за технической исправностью не только для обнаружения отказов, но и для изоляции отказов и реконфигурации аппаратуры для обеспечения высокой аппаратурной надежности и другими, рассмотренными выше. Эта способность позволяет обеспечить близкую к 1 вероятность работы оборудования без отказов во время полета, даже при наличии неисправностей некоторых модулей без внеурочного обслуживания (только регламентное обслуживание по расписанию), упростить замену и ремонт отказавших модулей. Резервирование ресурсов обеспечивается как на уровне электронных компонентов, так и на уровне модулей.
Заявляемая полезная модель имеет следующие преимущества:
- повышается безопасность движения ПО за счет введения многофункционального режима работы бортового оборудования;
- повышается надежность связи за счет введения в систему нового радиоканала, в котором осуществляется обмен данными между НК и ПО через спутник связи-ретранслятор;
- в системе обеспечивается многофункциональный режим работы бортового оборудования в качестве: линии передачи данных, радиолокатора, спутниковой станции связи, радиовысотомера, доплеровского измерителя скорости, ответчика системы вторичной радиолокации и других бортовых средств;
- повышается аппаратурная надежность бортового оборудования за счет автоматического программного резервирования и реконфигурации, что особенно важно во время полета;
- предложенной структурой могут быть решены задачи перехода от разработок бортовых радиоэлектронных средств, изменение характеристик которых определяется изменением аппаратной части, к устройствам, легко модернизируемым на базе программного обеспечения при неизменной аппаратной части. В результате расширяются функциональные возможности системы.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Патент РФ №44907 U1. М. кл. Н04В 7/00, 2005.
2. Патент РФ (полезная модель) №52290 U1, М. Кл. Н04В 7/26. (прототип).
3. Д.С.Конторов, Ю.С.Голубев-Новожилов. Введение в радиолокационную системотехнику. - М.; Сов. Радио, 1971, 367 с.
4. Б.И.Кузьмин «Сети и системы цифровой электросвязи», часть 1 «Концепция» ИКАО CNS/ATM. Москва Санкт-Петербург: ОАО «НИИЭР», 1999, 206 с.
5. GPS - глобальная система позиционирования. - М.: ПРИН, 1994, 76 с.
6. Руководство по ВЧ-линии передачи данных (Doc9741 - AN/962). Издание первое. - ICAO, 2000, 148 с.
7. RTCA/DO-297. Руководство по разработке ИМА и рассмотрение ее сертификации. 2005.
8.ARINC 651. Руководство по разработке интегрированной модульной авионики. 1991.
9. ARINC 653-1. Стандартные интерфейсы программного обеспечения приложений авионики. 2003.
10. ARINC 664. Бортовая сеть передачи данных. В 7-ми частях. 2005.
11. ARINC 753-3. Система ДКМВ передачи данных HFDL. 2001.
12. ARINC 61-3. Протоколы ДКМВ передачи данных HFDL. 2001.
13. Автоматизированные системы управления воздушным движением: Новые информационные технологии в авиации: Учеб. Пособие / P.M. Ахмедов, А.А.Бибутов, А.В. Васильев и др.; под ред. С.Г.Пятко и А.И.Красова. - СПб.: Политехника, 2004.
14. RTCA/DO-224A. Стандарты минимальных характеристик структур сигналов в эфире авиационных систем (MASPS) для улучшенной ОВЧ цифровой передачи данных, включая совместимость с технологиями цифровой речи. 2000.
15. RTCA/DO-265. Стандарты минимальных требований к эксплуатационным характеристикам (MOPS) для авиационной мобильной высокочастотной линии данных (HFDL). 2000.
16. Приложение 10 к соглашениям ИКАО. Том 3. Часть 1. Глава 6. ОВЧ линия цифровой связи (VDL) «Воздух-Земля».
17. Приложение 10 к соглашениям ИКАО. Том 3. Часть 1. Глава 11. ВЧ линия передачи данных (HFDL).
18.ED-100A Требования по взаимодействию приложений обслуживания воздушного движения (ATS), использующих средства передачи данных по ARINC 622.2000.
19. Кузьмин Б.И. Сети и системы авиационной цифровой электросвязи:
Учебное пособие / Под ред. д.т.н. профессора В.А. Сарычева. Часть 111. «Авиационная электросвязь в условиях реализации концепция ИКАО - ИАТА CNS/ATM. В Российской Федерации. - СПб: - ООО «Агентство «ВиТ-принт», 2003, - 480 с.
20. Крухмалев В.В. и др. Цифровые системы передачи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 350 с.
21. David Hughes. Tale of Two Date Links // Aviation Week & Space Technology. V.159.2003.№.2.P.56-59.