ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ВНУТРЕННЕЙ И ВНЕШНЕЙ СВЯЗИ КОРАБЛЯ

Настоящая полезная модель относится к области электрорадиотехники, а именно к технике управления корабельным радиокомплексом, и может быть использована для организации внутренней и внешней связи на кораблях, судах и других подвижных объектах.
Основным предназначением единого информационного пространства является наиболее полное удовлетворение в реальном масштабе времени информационных потребностей должностных лиц корабля вне зависимости от места их размещения. Это может быть достигнуто путем концентрации и интеграции актуальной, полной, достоверной и сформированной по определенным правилам информации, а также обеспечения возможности ее своевременного предоставления в соответствии с установленным порядком доступа.
Известно «Устройство корабельной громкоговорящей дуплексной связи» (А.С. СССР №568210, кл. Н04М 9/08). Устройство содержит коммутатор, микрофоны, громкоговорители, усилители передачи и приема, формирователь управляющих импульсов, ФНЧ, модулятор, демодулятор и др. элементы, образующие приемные и передающие тракты.
Недостатками аналога являются низкая помехозащищенность абонентских приборов, зависимость качества передачи от длины абонентских линий, большая аппаратурная и кабельная избыточность, при этом устройство обеспечивает только внутреннюю связь.
Известен Автоматизированный комплекс связи типа «Буран». Директоров Н.Ф., Катанович А.А. Современные системы внутрикорабельной связи, Спб., Судостроение, 2001, стр.118.
Комплекс «Буран» предназначен для управления корабельным радиокомплексом. Он содержит в своем составе антенно-фидерные устройства, радиоканальные средства связи коллективного пользования, аппаратуру управления, оконечную аппаратуру и автоматизированные рабочие места. Выбор канала передачи данных в АКС осуществляют, входящие в состав линии коллективного пользования (ЛКП), устройство коммутации сообщений. Абоненты ЛКП обмениваются между собой информацией в виде сообщений, реализуемых побайтно-двоичным последовательным кодом. В обмене информацией одновременно могут участвовать только два абонента одноканальной ЛКП - передающей и принимающей, монополизирующие линии связи на период обмена.
Недостатками прототипа является большая энерговооруженность объекта, разветвленная силовая электросеть, высокая плотность электротехнических и радиотехнических устройств, которые приводят к высокой напряженности электрических и магнитных полей широкого спектрального состава, эти поля, воздействуя на электрические цепи системы связи, создают помехи, снижающие разборчивость речи, при этом АКС обладает низкой пропускной способностью, надежностью, живучестью и рядом других недостатков.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет автоматизации процессов управления, повышение качества каналов передачи информации, надежности и живучести.
Поставленная цель достигается за счет того, что интегрированная система внутренней и внешней связи корабля содержащая в своем составе антенно-фидерные устройства, каналообразующие средства, радиоканальные средства связи, аппаратуру управления и оконечную аппаратуру выполнена в виде четырех подсистем, соединенных между собой посредством разнесенных по кораблю волоконно-оптических линий, при этом первая подсистема представляет собой антенно-фидерные устройства, которые содержат приемо-передающие антенны различных диапазонов, соединенные с радиопередающими и радиоприемными средствами, вторая подсистема представляет собой каналообразующие средства связи, которые содержат станцию космической связи, радиорелейную станцию, проводные средства связи, радиопередатчики и радиоприемники различных диапазонов, оборудование приема сигналов бедствия и спасательной службы и др. оборудование, третья подсистема представляет собой коммутационную аппаратуру состоящую из четырех коммутаторов соединенных оптическими линиями связи в полнодоступную конфигурацию, при этом каждый из коммутаторов управляется своим процессором и является автономным соединенный с другими коммутаторами в соответствии с межузловым интерфейсом, а четвертая подсистема представляет собой аппаратуру управления и многофункциональных пользовательских терминалов в состав аппаратуры управления входят две рабочие станции, подключенные в конфигурации «ведущий - ведомый» и программно-аппаратный интерфейс подсистемы, причем рабочие станции и интерфейсная подсистема соединены оптической линией.
Структурная схема системы приведена на Фиг.1. Она содержит: четыре подсистемы 1, 5, 14, 21, соединенных между собой посредством внутрикомплексной оптической сети.
Первая подсистема - антенно-фидерные устройства содержат: приемо-передающие антенны различных диапазонов 2, устройства автоматической настройки 3, антенные коммутаторы 4.
Вторая подсистема 5 - каналообразующие средства связи. Она состоит из следующих элементов:
- KB приемопередатчиков 6;
- ДВ/КВ приемников 7;
- MB приемопередатчиков 8;
- ДМВ приемопередатчиков 9;
- МВ/ДМВ приемопередатчиков 10;
- системы аварийного оповещения 11;
- станции спутниковой связи 12;
- базовой станции мобильной связи 13.
Коммутационная аппаратура представляет собой третью подсистему 14 в которую входят:
- четыре цифровых коммутатора 15, 16, 17, 18, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС) 19;
- автоматическая телефонная станция (АТС) 20 соединенная с коммутатором.
Коммутаторы 15-18 обеспечивают распределение как внутренней связи, так и радиоканалов внешней связи корабля.
Коммутатор поддерживает до 18 интерфейсов для подключения цифровых устройств одного и того же семейства или цифровых мультиплексоров семейства МТЗХХ. Может быть подключено до 60 пользователей. Система может быть расширена путем добавления речевых терминалов и терминалов передачи данных, телефонных комплектов для функций АТС и т.д. простым подключением модулей без модификации установленных узлов.
Внутренние соединения магистралей между цифровыми коммутаторами 15-18 осуществляются оптоволоконным кабелем.
В четвертую подсистему 21 входит аппаратура управления связью и коммутацией, а именно:
- устройство дистанционного управления узлами коммутации 22;
- две рабочие станции ЭВМ 23;
- физические интерфейсы 24;
- многофункциональные пользовательские терминалы, в том числе и терминал ДС 25.
На Фиг.2 показана управляющая система с двумя рабочими станциями (ЭВМ) 23, установленными в непосредственной близости на главном пункте управления связью корабля. Станции могут быть расположены в различных местах корабля.
Назначение основных элементов интегрированной системы внутренней и внешней связи корабля.
Интегрированная система внутренней и внешней связи корабля предназначена для обеспечения устойчивого закрытого и открытого обмена информацией различного типа (текстовой, графической, данных, речевой, видео) в направлениях «корабль-корабль» и «корабль-берег», а также внутрикорабельной связи.
1 - антенно-фидерные устройства обеспечивают передачу и прием ВЧ колебаний в различных диапазонах волн. Заявляемая система имеет набор следующих ДВ/СВ/КВ антенн. Набор ДВ/СВ/КВ антенн состоит из:
- одной широкополосной KB антенной системы (одна веерная антенна покрывающая полосу 1,5-10 мГц и сдвоенная антенна, покрывающая полосу 1,0-100 мГц);
- штыревых антенн для передачи и приема в диапазоне от 1,5 до 30 мГц;
- одной ДВ/СВ/КВ приемной активной антенны для полосы частот от 10 кГц до 30 мГц;
- одной ДВ/СВ/КВ приемной пассивной антенны (штырь 6 м) для полосы частот от 10 кГц до 30 мГц.
Подключение СВ/КВ передатчиков к антеннам обеспечивается на радиочастотной панели, позволяющей обеспечить выбор оптимальной антенны или замену неисправной.
Приемные антенны соединяются с ДВ/СВ/КВ приемниками через радиочастотную панель, включающую активные средства коллективного пользования (на Фиг. не показано).
Набор МВ/ДМВ антенн состоит из:
- двух широкополосных (100-450 мГц) дипольных антенн. Эти антенны соединены с соответствующими передатчиками через антенный коммутатор в котором имеется два высокоизбирательных фильтра с автоматической подстройкой.
Система также имеет антенну спутниковой связи соединенную со станцией спутниковой связи, антенну приема сигналов бедствия и спасательных служб, а также антенну приема стандартных сигналов единой морской системы навигации.
5 - каналообразующие средства предназначены для обеспечения приема и передачи информации по KB, УКВ, ДМВ, СВ радиоканалам.
Система KB приемопередатчиков 6 состоит из:
- одной СВ/КВ широкополосной системы типа SP-884/M-4, обеспечивающей 4-и приемо-передающих каналов и включающий модули селекции;
- двух СВ/КВ передатчиков мощностью 1 кВт.
Система СВ/КВ передатчиков обеспечивает шесть одновременно действующих линий загоризонтной связи корабль-берег, корабль-корабль дальнего радиуса действия.
- десять ДВ/СВ/КВ приемников 7 типа R-1022N, укомплектованных селекторными модулями. Каждый приемник может осуществлять прием речи и данных (включая тактические линии связи).
- восемь приемопередатчиков 8-110 МВ/ДМВ типа P-619/N.
Приемопередатчики обеспечивают тактические линии связи корабль-корабль в пределах прямой видимости.
Система аварийного оповещения 11 совмещена с системой внутренней связи через стандартный аналоговый интерфейс. Оповещение производится через терминалы оповещения, телефонные комплекты или через МФПТ.
Станция спутниковой связи 12 предназначена для ведения связи через исскуственный спутник земли и обеспечивает безопасность мореплавания и определение местоположения корабля, надежное и оперативное управление кораблями в любом районе Мирового океана, поиск и спасение судов и самолетов, потерпевших аварию.
Базовая станция мобильной связи 13 предназначена для обеспечения связи с подвижными абонентами.
14 - коммутационная аппаратура представляет собой четыре цифровых коммутатора 15-18 которые состоят из твердотельных матриц (узлов), основанных на технике временной коммутации. Коммутаторы соединены между собой оптическими линиями связи в полнодоступную конфигурацию и обеспечивают все виды интерфейсов, коммутацию как внутренних абонентов, так и внешних абонентов.
Терминалы к коммутаторам 15-18 подключаются через модульные интерфейсные карты. Они подключены также и к основному корабельному источнику питания 220 В и к батарее 24 В с автоматическим поддержанием бесперебойного функционирования.
Цифровые коммутаторы 15-18 обеспечиваю полнодоступную коммутацию цепей, пакетную коммутацию и радиодоступ в случае использования коммутации цепей (абонент-абонент, абонент-канал).
Функции доступа обеспечиваются через внутренний мультиплекор пользовательских аналоговых и цифровых интерфейсов. При этом возможно мультиплексирование 4, 8, 16, 32 или 64 временных позиций со скоростью 16 или 32 кбит/с.
Внутренний мультиплексор коммутатора 15-18 согласуется с терминалами (т.е. оконечными абонентами), а также с другими такими же коммутаторами.
Конфигурация цифровых коммутаторов варьируется в соответствии с системным требованием, при этом возможно совмещение межабонентских соединений и доступа к каналам связи.
Коммутаторы позволяют работать в режиме внутренней синхронизации, синхронизации по принимаемому сигналу, а также от внешнего высокостабильного источника тактовой синхронизации.
Интерфейсы - пользовательские и системные.
1. Пользовательские: - аналоговый телефон LB, СВ, АСВ, ДР и ДМТF;
- цифровый телефон EUROCOM 2-х и 4-х проводное включение;
- шестипроводный стык (Тх, Rx, Е, М); и др.
2. Системные: - системный контроллер (PC);
- интерфейс для подключения цифровых коммутаторов аналогичного типа;
- шлюз для соединения с другими цифровыми коммутаторами;
- STANAG 5040 для соединения с другими сетями корабля через каналы аналогичного типа;
- соединения с внешними сетями общего пользования (ДР или ДТМF);
- радиодоступ для соединения со специальным радио-Контроллером.
На Фиг.3 представлена структурная схема коммутатора. Она содержит:
30 - устройство управления и сетевой синхронизм, которые обеспечиваю инициализацию и управление конфигурацией оборудования, управление местными и удаленными входами/выходами, оборудованием и сигнализации оповещения. Обеспечивается контроль коммутатора от 4-х выделенных пользователей (через цифровой пульт или оборудование данных). В системе при аварии обеспечивается синхронизация от любого из альтернативных источников, чем достигается необходимая надежность и устойчивость системы.
27 - устройство формирования конференций, служит для обеспечения конференции от аналоговых и цифровых терминалов. Для аналоговых терминалов устройство позволяет управлять 4-мя конференциями одновременно. Максимальное число участников конференции до 32, объединенных в 4-и группы. Для цифровых терминалов устройство управляет 64 пользовательскими, разделенными на группы с произвольным количеством участников. При этом право говорить получает первый посланный код. Устройство обеспечивает санкционирование путем индетификации и управления разрешением на передачу кодов.
28 - пульт оператора, обеспечивает управление двумя подключенными локально и двумя удаленными панелями коммутаторов, каждый состоит из VT 100 - терминалов соединенных с трубкой или телефонной гарнитурой и панелью управления. Он обеспечивает одновременно до 30 вызовов.
29 - абонентские комплекты. В состав коммутатора включены устройства для прямого подключения пользователей. Каждое устройство в зависимости от его типа обеспечивает интерфейс с пользователями (до пяти).
Основные типы устройств:
- пять каналов обмена АСВ; - пять аналоговых 4/6 проводных каналов; - пять каналов телеком, пять синхр./асинхр. каналов данных и т.д.
30 - устройство синхронизации и контроля, встроено в переднюю панель и подключено к устройству сетевого управления и синхронизации. В его составе имеется 8-ми символьный дисплей, ключи запуска и включения коммутаторов, ряд функциональных клавиш и т.д. Через устройство обеспечивается аварийная сигнализация и индикация. Обеспечивается доступ к другой информации. В режиме контроля с интервалом 3 сек осуществляется контроль отдельных устройств коммутатора, результаты высвечиваются в виде сообщений на дисплее. Надежность коммутаторов 15-18 заложена в его модульной распределенной структуре. Единственным устройством, которое должно дублироваться, является устройство управления и синхронизации.
21 - аппаратура управления связью и коммутации, предназначена для управления связью и осуществляет управление, мониторинг и наблюдение за радиооборудованием, подсистемой коммутации, цифровыми и аналоговыми внутренними терминалами пользователей.
22 - устройство дистанционного управления узлами коммутации, обеспечивают инициализацию и управление конфигурацией оборудования, управление местными и удаленными входами/выходами, оборудованием и сигнализации оповещения. Обеспечивается удаленный контроль коммутатора от 4-х выделенных пользователей (через цифровой пульт или оборудование данных). Обеспечивается сохранение данных при выключении питания, а также селекция источника тактовой синхронизации. Их четыре: - высокостабильный; - низкостабильный (при аварии); - внешний; - по принимаемому сигналу.
23 - рабочие станции - ЭВМ (одна основная, другая запасная), предназначены для обеспечения взаимодействия с комплексами первичной и вторичной сети и другими взаимодействующими системами и комплексами кораблей, а также для управления и контроля радиоканальным средствами связи, антенных коммутаторов, для коммутации систем на оконечную аппаратуру и радиоканальные средства связи.
24 - физические интерфейсы с узлами коммутации, обеспечиваются по двум независимым линиям, каждая из которых способна работать в полнодуплексном режиме. Физические интерфейсы присоединены к двум узлам коммутации с возможностью автоматического двойного подключения.
25 - многофункциональные пользовательские терминалы (МФПТ), предназначены для управления различными типами коммутируемых сетей, предназначенных для передачи как речи так и данных в обычном режиме и с засекречиванием.
Все типы МФПТ работают в следующих сетях связи:
внешняя связь (один или многоканальный доступ к радиооборудованию);
- каналы внутренней связи;
- сети громкоговорящей связи;
- коммутируемые телефонные сети и т.д.
Параметры всех типов МФПТ в соответствии с емкостью и типом доступа устанавливаются системой сетевого управления при настройке. Все типы МФПТ оборудованы интерфейсом данных для выполнения функций сетевого доступа. Панель всех типов имеет: - клавишу вызова; - восемь функциональных клавиш; - жидкокристаллический дисплей; - громкоговоритель/микрофон м другие аксессуары.
Емкость - до 3-х переключателей интерфейсов линий;
- выбор установки скорости 16/32 кБит/с;
- ширина полосы пропускания 300-3400 Гц;
- уровень Rx: 0 dBм/600 ом;
- передача сигнала: сухой контакт и др.
Алгоритм работы интегрированной системы внутренней и внешней связи корабля
Перечень задач решаемых системой:
- дистанционное управление радиосредствами системой корабля;
- формирование, корректура и хранение базы данных с параметрами радиотрактов;
- динамическое формирование и расформирование трактов по заявкам абонентов;
- автоматическое установление соединения с нужными абонентами;
- автоматический контроль состояния и технической готовности радиосредств системы;
- автоматическое ведение и запись протокола работы системы с привязкой к текущему времени и др.
Система обеспечивает передачу речи и данных как в открытом, так и в шифрованном виде со следующими характеристиками:
Внешняя связь: - обеспечение KB связи для приема сигналов от береговых станций; - связь корабль-корабль на KB или MB для передачи оперативных сообщений и др.
Внутренняя связь: - громкоговорящая связь; - АТС; - поисковая и спасательная связь и т.д.
Система базируется на прикладном программном обеспечении (ПО). Программное обеспечение. Каждое программно-управляемое устройство коммутатора комплектуется EPROM (EPROM - это стираемая программируемая память только для чтения), содержащим базовое ПО общее для всех типов устройств (монитор, операционная система, контроль доступа, коммутация на шине). Прикладное ПО различно для каждого из типов устройств и автоматически загружается в них от устройства управления и синхронизации при каждом включении оборудования.
Данные о конфигурации (многоканальная линия. Информация о пользователях и каналах и т.п.) хранится во вспомогательном ЗУ. При нормальном функционировании защита этих данных осуществляется в ручном или автоматическом режиме.
Работа системы осуществляется следующим образом.
После подачи напряжения на все блоки системы, кроме управляющей ЭВМ 23, (под ЭВМ понимается сервер управления системой) блоки переходят в режим ожидания, а ЭВМ 23 начинает обрабатывать программу начальной установки, по которой устанавливаются исходные для работы состояние всех блоков и узлов системы, и на это время запирается прерывание ЭВМ от всех источников, кроме канала связи.
После окончания работы программы начальной установки ЭВМ 23 переходит к обработке циклической программы контроля, по которой последовательно контролируются все узлы и блоки системы, а также все средства системы (т.е. происходит периодический контроль). В это время разрешаются все прерывания работы ЭВМ 23 от всех остальных источников. В случае поступления команды на ЭВМ 23 из какого-либо терминала или устройства происходит прерывание работы программы контроля, и управление передается подпрограмме обработки прерываний, которая определяет источник прерывания и передает управление той подпрограмме, которая работает с данным источником прерывания.
После окончания работы этой подпрограммы управление передается к прерванной программе контроля. При наличии нескольких прерываний подпрограмма прерываний определяет порядок их обработки в соответствии с присвоенным приоритетом.
Для определения источника прерывания каждому средству интегральной системы, а также блоку управления, которым управляется от ЭВМ, присвоен адрес и для хранения информации об их состоянии соответствующая область памяти оперативного запоминающего устройства.
При работе системы в автоматическом режиме формирование трактов связи, осуществляется следующим образом:
- дежурный по связи (ДС) на своем терминале выбирает структуру формируемого тракта и вводит необходимые параметры связи (частоту, род работы и т.п.);
- терминал ДС передает в цифровой коммутатор пакет команд, содержащий информацию о параметрах настройки радиоканальных средств связи и коммутации;
- Цифровой коммутатор 15 производит настройку, коммутацию и контроль радиоканальных средств связи и абонентских комплектов;
- по завершению процесса настройки и коммутации на дисплее терминала ДС выводится сообщение о завершении формирования тракта.
После формирования тракта производится ввод параметров настройки специальной аппаратуры и контролируется функционирование канала связи.
В процессе работы с трактом радиосвязи телеграфном открытым или закрытым оператор:
- включает и отключает режим ПРД;
- осуществляет регулировку тона и громкости принимаемого сигнала;
- устанавливает ширину полосы принимаемого сигнала.
Управление работой трактов передачи пакетной информации осуществляется автоматически от оконечной аппаратуры.
Резервный режим работы системы используется при выходе из строя терминала ДС или при сбое его программного обеспечения.
Предлагаемая система обеспечивает:
радиосвязь с береговыми пунктами, надводными кораблями, подводными лодками и летательными аппаратами в диапазонах ДВ, СВ, KB, ДМВ;
- гидроакустическую связь с подводными объектами и др.
Система связи осуществляет связь по каналам:
- слуховой, частотной и фазовой телеграфии радиосвязи;
- одно и двух полносной телефонной радиосвязи;
- передачу данных;
- космической связи и др.
Использование заявляемой системы позволяет расширить функциональные возможности за счет интеграции с мощными ЭВМ, основанными на новейших Intel Pentiom 11 CPV технологиях, предназначенных для применения на кораблях, а также автоматизации процессов управления, повысить качество, надежность и живучесть каналов передачи информации, эффективность использования транспортной сети, объединяющей все подсистемы связи корабля