АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАДИОУЗЕЛ КОРОТКОВОЛНОВОЙ СВЯЗИ
AUTOMATED RADIO CENTRE OF SHORT-WAVE COMMUNICATION

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в сетях широкого применения, в частности в ведомственных радиосетях коротковолновой (KB) радиосвязи стационарного и мобильного базирования.
Известны системы и автоматизированные радиоузлы KB радиосвязи с пространственно разнесенными многотрактовыми приемными и передающими радиоцентрами, реализующие различные режимы радиосвязи [1], [2], в которых осуществляется совмещенное или раздельное управление радиоцентрами посредством линий связи.
Недостатками этих радиоузлов являются:
- необходимость использования больших площадей для размещения комплектов KB приемных антенн средней и высокой эффективности типа БС, БС-2, ВГДША [1] и др., обеспечивающих в диапазоне рабочих частот взаимодействие радиоузла с радиоабонентами на радиотрассах различных азимутальных направлений и различных протяженностей;
- снижение помехоустойчивости приема сигналов из-за применения аппаратуры коллективного использования приемных антенн (АКИПА) с широкополосными антенными усилителями (ШАУ), служащих для компенсации затухания сигнала в распределяющих и коммутирующих устройствах [2];
- энергетические потери в радиолиниях из-за расходящегося характера процессов изменения угла возвышения биссектрис диаграмм направленностей большинства типов приемных антенн средней и высокой эффективности и необходимого угла возвышения радиолуча, падающего на отражающий слой ионосферы, при изменении значения оптимальной рабочей частоты (ОРЧ) [3];
- отсутствует возможность оптимального использования мощностей излучения передающего радиоцентра для повышения надежности связи с радиоабонентами из-за использования в составе передающего радиоцентра KB передатчиков различной мощности излучения (в том числе мощных ламповых передатчиков с низкими показателями надежности), предназначенных для работы с радиоабонентами на трассах соответствующей протяженности, без возможности сложения мощностей отдельных передатчиков для повышения энергетики радиолинии при ухудшении качества канала связи.
Из известных автоматизированных радиоузлов коротковолновой связи наиболее близким по сущности решаемых задач и большинству совпадающих существенных признаков является автоматизированный радиоузел коротковолновой связи [4], содержащий приемный радиоцентр, содержащий N приемных трактов, коммутатор, выходы-входы которого соединены с входами-выходами приемопередатчика радиорелейной связи (РРС), блок проводной связи и формирователь сигналов управления, входы-выходы каждого из которых соединены с соответствующими выходами-входами коммутатора, и передающий радиоцентр, содержащий К передающих радиостанций, каждая из которых содержит блок проводной связи и приемопередатчик РРС, приемный радиоцентр и первая передающая радиостанция соединены посредством радиорелейной линии, кроме того, содержащий первую и вторую станции управления, связанных друг с другом посредством радиорелейной линии, причем приемный радиоцентр связан с первой станцией управления по проводным линиям связи, а передающий радиоцентр связан со второй станцией управления по проводным линиям связи.
Недостатками описанного выше автоматизированного радиоузла коротковолновой связи являются:
- все недостатки, присущие вышеописанным автоматизированным радиоузлам коротковолновой связи [1], [2];
- использование в составе радиоузла двух разнесенных на местности станций управления существенно усложняет радиоузел, причем каждая станция управления требует дополнительный обслуживающий персонал - радистов-операторов, а также дополнительных трудозатрат по проведению регламентных работ комплекса аппаратуры каждой станции, что приводит к существенному увеличению цены автоматизированного радиоузла коротковолновой связи как при его выпуске на заводе-изготовителе, так и увеличению финансовых затрат при его обслуживании на месте эксплуатации; в случае мобильного варианта исполнения данного автоматизированного радиоузла коротковолновой связи обслуживающий персонал и финансовые затраты еще более возрастут - потребуются два дополнительных водителя автотехники (например, двух автомобилей с кузовами-фургонами), добавятся расходы на горючесмазочные материалы и обслуживание автотехники.
Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение - автоматизированный радиоузел коротковолновой связи, являются:
- сокращение площади и времени развертывания радиоузла (в случае мобильного варианта исполнения радиоузла);
- повышение помехоустойчивости приема сигналов и повышение надежности передачи сигналов радиоабонентами;
- сокращение обслуживающего персонала радиоузла и сокращение финансовых затрат при его изготовлении и обслуживании на месте эксплуатации.
Решение поставленных задач достигается тем, что в автоматизированный радиоузел коротковолновый связи, содержащий приемный радиоцентр, содержащий N приемных трактов, коммутатор, выходы-входы которого соединены с входами-выходами приемопередатчика радиорелейной связи (РРС), блок проводной связи и формирователь сигналов управления, входы-выходы каждого из которых соединены с соответствующими выходами-входами коммутатора, и передающий радиоцентр, содержащий К передающих радиостанций, каждая из которых содержит блок проводной связи и приемопередатчик РРС, приемный радиоцентр и первая передающая радиостанция соединены посредством радиорелейной линии, введены в приемный радиоцентр N антенных элементов, выходы которых подключены к соответствующим антенным входам N приемных трактов, мультиплексор и блок формирования диаграмм направленностей, входы которого соединены с соответствующими выходами мультиплексора, устройство демодуляции и декодирования, входы которого соединены с соответствующими выходами блока формирования диаграмм направленностей, блок опорных сигналов, один выход которого объединен с тактовыми входами N приемных трактов, а другой его выход объединен с тактовыми входами блока формирования диаграмм направленностей и устройства демодуляции и декодирования, аппаратура определения координат местоположения и меток точного времени и L автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, выходы-входы каждого из которых соединены через линии связи АРМ с соответствующими дополнительными входами-выходами коммутатора, другие дополнительные входы-выходы которого соединены с соответствующими выходами-входами аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени, выходами-входами устройства демодуляции и декорирования, выходами-входами блока формирования диаграмм направленностей и выходами-входами мультиплексора, а также антенна РРС, вход-выход которой соединен с выходом - входом приемопередатчика РРС, при этом в каждую передающую радиостанцию передающего радиоцентра введены антенна РРС, вход - выход которой соединен с выходом-входом приемопередатчика РРС, дополнительный блок проводной связи, дополнительный приемопередатчик РРС и дополнительная антенна РРС, вход-выход которой соединен с выходом-входом дополнительного приемопередатчика РРС, коммутатор, четыре передатчика, каждый из которых состоит из возбудителя и усилителя мощности, генератор опорной частоты, блок сложения мощностей и коммутации, блок антенно-согласующих устройств, коммутатор передающих антенн и R передающих антенн, входы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора передающих антенн, входы которого соединены с соответствующими выходами блока антенно-согласующих устройств, входы которого соединены с соответствующими выходами блока сложения мощностей и коммутации, входы которого соединены с соответствующими выходами усилителей мощности передатчиков, выходы-входы усилителя мощности каждого передатчика соединены с соответствующими входами-выходами блока сложения мощностей и коммутации, причем в каждом передатчике входы-выходы усилителя мощности соединены с соответствующими выходами-входами возбудителя, выход которого соединен с входом усилителя мощности, а вход опорной частоты возбудителя объединен с выходом генератора опорной частоты, входы - выходы возбудителя каждого передатчика соединены с соответствующими выходами - входами коммутатора, другие выходы - входы которого соединены с соответствующими входами-выходами блока проводной связи, входами-выходами приемопередатчика РРС, входами-выходами дополнительного блока проводной связи, входами-выходами дополнительного приемопередатчика РРС, входами-выходами блока сложения мощностей и коммутации, входами-выходами блока антенно-согласующих устройств, входами-выходами коммутатора передающих антенн, причем вход-выход блока проводной связи первой передающей радиостанции соединен через линию проводной связи с выходом-входом блока проводной связи приемного радиоцентра, а выход-вход дополнительного блока проводной связи первой передающей радиостанции соединен через другую линию проводной связи с входом-выходом блока проводной связи второй передающей радиостанции, при этом первая и вторая передающие радиостанции передающего радиоцентра соединены посредством соответствующей радиорелейной линии, (К-1)-я передающая радиостанция передающего радиоцентра соединена с К-й передающей радиостанцией посредством соответствующих проводной линии связи и радиорелейной линии.
Кроме того, каждый приемный тракт приемного радиоцентра содержит согласующее распределительное устройство на М выходов, вход которого является антенным входом приемного тракта, М аналого-цифровых модулей, сигнальный вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом согласующего распределительного устройства, мультиплексор приемного тракта, выходы-входы которого являются выходами-входами приемного тракта, и блок управления и синхронизации (БУС), выходы-входы которого соединены с соответствующими входами-выходами мультиплексора приемного тракта, вход тестового сигнала согласующего распределительного устройства соединен с выходом тестового сигнала БУС, тактовый вход которого является тактовым входом приемного тракта, каждый аналого-цифровой модуль состоит из последовательно соединенных полосно-пропускающего фильтра (ППФ), сигнальный вход которого является сигнальным входом аналого-цифрового модуля, а вход управления ППФ соединен с соответствующим одним из М первых выходов управления БУС, управляемого аттенюатора, сигнальный вход которого соединен с выходом ППФ, а вход управления управляемого аттенюатора соединен с соответствующим одним из М вторых выходов управления БУС, высокочастотного усилителя, вход которого соединен с выходом управляемого аттенюатора, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сигнальный вход которого соединен с выходом высокочастотного усилителя, квадратурного преобразователя, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами АЦП, первого цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ), входы которого соединены с соответствующими косинусными выходами квадратурного преобразователя, первого децимирующего фильтра (ДФ), входы которого соединены с соответствующими выходами первого ЦФНЧ, а также последовательно-соединенные второй ЦФНЧ, входы которого соединены с соответствующими синусными выходами квадратурного преобразователя и второй ДФ, входы которого соединены с соответствующими выходами второго ЦФНЧ, а также управляемый цифровой синус-косинусный генератор (ЦСКГ), синусные и косинусные выходы которого соединены с соответствующими синусными и косинусными входами квадратурного преобразователя, управляющий вход-выход ЦСКГ соединен с соответствующим одним из М управляющих выходов-входов БУС, а тактовый вход ЦСКГ объединен с тактовым входом АЦП и с соответствующим одним из М тактовых выходов БУС, выходы первого ДФ и выходы второго ДФ каждого аналого-цифрового модуля, являющиеся соответственно косинусными и синусными выходами аналого-цифрового модуля, соединены с соответствующими косинусными и синусными входами мультиплексора приемного тракта, выходы-входы каждого из приемных трактов соединены линиями связи мультиплексора с соответствующими входами-выходами мультиплексора.
1
N
1
к
1
1
1
1
N
1
N
1
N
1
L
1
L
1
k
1
1
2
2
2
1
4
1
к
1
4
1
4
1
4
1
4
1
1
2
2
1
1
1
2
1
2
1
2
к-1
к
к
На чертеже представлена схема электрическая структурная автоматизированного радиоузла коротковолновой связи, содержащего приемный радиоцентр 1, содержащий N приемных трактов (2…2), коммутатор 3, выходы-входы которого соединены с входами-выходами приемопередатчика радиорелейной связи (РРС) 4, блок проводной связи 5 и формирователь сигналов управления 6, входы-выходы каждого из которых соединены с соответствующими выходами-входами коммутатора 3, и передающий радиоцентр 7, содержащий К передающих радиостанций (8…8), каждая из которых содержит блок проводной связи 5 и приемопередатчик РРС 4, приемный радиоцентр 1 и первая передающая радиостанция 8 соединены посредством радиорелейной линии. Приемный радиоцентр 1 содержит N антенных элементов (9…9), выходы которых подключены к соответствующим антенным входам N приемных трактов (2…2), мультиплексор 10 и блок формирования диаграмм направленностей 12, входы которого соединены с соответствующими выходами мультиплексора 10, устройство демодуляции и декодирования 13, входы которого соединены с соответствующими выходами блока формирования диаграмм направленностей 12, блок опорных сигналов 14, один выход которого объединен с тактовыми входами N приемных трактов (2…2), а другой его выход объединен с тактовыми входами блока формирования диаграмм направленностей 12 и устройства демодуляции и декодирования 13, аппаратуру определения координат местоположения и меток точного времени 15 и L автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов (16…16), выходы-входы каждого из которых соединены через линии связи АРМ (17…17) с соответствующими дополнительными входами-выходами коммутатора 3, другие дополнительные входы-выходы которого соединены с соответствующими выходами-входами аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени 15, выходами-входами устройства демодуляции и декодирования 13, выходами-входами блока формирования диаграмм направленностей 12 и выходами-входами мультиплексора 10, а также антенну РРС18, вход-выход которой соединен с выходом-входом приемопередатчика РРС 4, при этом каждая передающая радиостанция (8…8) передающего радиоцентра 7 содержит антенну РРС 18, вход-выход которой соединен с выходом-входом приемопередатчика РРС 4, дополнительный блок проводной связи 52, дополнительный приемопередатчик РРС 4 и дополнительную антенну РРС 18, вход-выход которой соединен с выходом-входом дополнительного приемопередатчика РРС 4, коммутатор 3, четыре передатчика (19…l9), каждый из которых состоит из возбудителя 20 и усилителя мощности 21, генератор опорной частоты 22, блок сложения мощностей и коммутации 23, блок антенно-согласующих устройств 24, коммутатор передающих антенн 25 и R передающих антенн (26…26), входы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора передающих антенн 25, входы которого соединены с соответствующими выходами блока антенно-согласующих устройств 24, входы которого соединены с соответствующими выходами блока сложения мощностей и коммутации 23, входы которого соединены с соответствующими выходами усилителей мощности 21 передатчиков (19…l9), выходы-входы усилителя мощности 21 каждого передатчика (19…l9) соединены с соответствующими входами-выходами блока сложения мощностей и коммутации 23, причем в каждом передатчике (19…l9) входы-выходы усилителя мощности 21 соединены с соответствующими выходами-входами возбудителя 20, выход которого соединен с входом усилителя мощности 21, а вход опорной частоты возбудителя 20 объединен с выходом генератора опорной частоты 22, входы-выходы возбудителя 20 каждого передатчика (19…l9) соединены с соответствующими выходами-входами коммутатора 3, другие выходы-входы которого соединены с соответствующими входами-выходами блока проводной связи 5, входами-выходами приемопередатчика РРС 4, входами-выходами дополнительного блока проводной связи 5, входами-выходами дополнительного приемопередатчика РРС 4, входами-выходами блока сложения мощностей и коммутации 23, входами-выходами блока антенно-согласующих устройств 24, входами-выходами коммутатора передающих антенн 25, причем вход-выход блока проводной связи 5 первой передающей радиостанции 8 соединен через линию проводной связи 27 с выходом-входом блока проводной связи 5 приемного радиоцентра 1, а выход-вход дополнительного блока проводной связи 5 первой передающей радиостанции 8 соединен через другую линию проводной связи 27 с входом-выходом блока проводной связи 5 второй передающей радиостанции 8, при этом первая и вторая передающие радиостанции передающего радиоцентра соединены посредством соответствующей радиорелейной линии, (К-1)-я передающая радиостанция 8 передающего радиоцентра 7 соединена с К-й передающей радиостанцией 8 посредством соответствующих проводной линии связи 27 и радиорелейной линии.
1
N
1
N
N
1
N
1
м
1
м
1
м
1
м
1
N
1
N
Каждый приемный тракт (2…2) приемного радиоцентра 1 содержит согласующее распределительное устройство 28 на М выходов, вход которого является антенным входом приемного тракта, М аналого-цифровых модулей (29…29), сигнальный вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом согласующего распределительного устройства 28, мультиплексор приемного тракта 30, выходы-входы которого являются выходами-входами приемного тракта (21…2) и блок управления и синхронизации (БУС) 31, выходы-входы которого соединены с соответствующими входами-выходами мультиплексора приемного тракта 30, вход тестового сигнала согласующего распределительного устройства 28 соединен с выходом тестового сигнала БУС 31, тактовый вход которого является тактовым входом приемного тракта (2…2), каждый аналого-цифровой модуль (29…29) состоит из последовательно соединенных полосно-пропускающего фильтра (ППФ) 32, сигнальный вход которого является сигнальным входом аналого-цифрового модуля (29…29), а вход управления ППФ 32 соединен с соответствующим одним из М первых выходов управления БУС 31, управляемого аттенюатора 33, сигнальный вход которого соединен с выходом ППФ 32, а вход управления управляемого аттенюатора 33 соединен с соответствующим одним из М вторых выходов управления БУС 31, высокочастотного усилителя 34, вход которого соединен с выходом управляемого аттенюатора 33, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 35, сигнальный вход которого соединен с выходом высокочастотного усилителя 34, квадратурного преобразователя 36, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами АЦП 35, первого цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ) 37, входы которого соединены с соответствующими косинусными выходами квадратурного преобразователя 36, первого децимирующего фильтра (ДФ) 38, входы которого соединены с соответствующими выходами первого ЦФНЧ 37, а также последовательно-соединенные второй ЦФНЧ 39, входы которого соединены с соответствующими синусными выходами квадратурного преобразователя 36 и второй ДФ 40, входы которого соединены с соответствующими выходами второго ЦФНЧ 39, а также управляемый цифровой синус-косинусный генератор (ЦСКГ) 41, синусные и косинусные выходы которого соединены с соответствующими синусными и косинусными входами квадратурного преобразователя 36, управляющий вход-выход ЦСКГ 41 соединен с соответствующим одним из М управляющих выходов-входов БУС 31, а тактовой вход ЦСКГ 41 объединен с тактовым входом АЦП 35 и с соответствующим одним из М тактовых выходов БУС 31, выходы первого ДФ 38 и выходы второго ДФ 40 каждого аналого-цифрового модуля (29…29), являющиеся соответственно косинусными и синусными выходами аналого-цифрового модуля (29…29), соединены с соответствующими косинусными и синусными входами мультиплексора приемного тракта 30, выходы-входы каждого из приемных трактов (2…2) соединены линиями связи мультиплексора (11…11) с соответствующими входами-выходами мультиплексора 10.
1
N
1
N
1
i
i
i
Автоматизированный радиоузел коротковолновой связи функционирует следующим образом. Заблаговременно, перед началом проведения сеансов связи с радиоабонентами, в формирователь сигналов управления 6, который представляет собой ЭВМ, загружается специальное программное обеспечение (СПО) и вводится программа радиосвязи (время проведения сеанса, вид принимаемой и передаваемой информации - речевая, данные; скорости приема и передачи данных, классы принимаемых и излучаемых сигналов; мощности излучения сигналов в сторону радиоабонентов, тексты передаваемых радиограмм, значения параметров радиотрасс - азимуты и углы возвышения радиолучей каждой из m (m=1…M) одновременно обслуживаемых радиотрасс, их протяженности, и т.д.), например, на сутки. Кроме того, в формирователь сигналов управления 6 вводятся данные о координатах местоположения фазового центра антенной решетки (АР), образованной антенными элементами - АЭ (9…9), от аппаратуры определения местоположения и меток точного времени 15 по локальной информационной сети (ЛИС) на базе коммутатора 3 и координаты размещения на местности всех АЭ (9…9): R (х, у, Z), i=1…N относительно фазового центра АР. Конфигурация размещения АЭ на местности (кольцевая, линейная, плоская) определяется исходя из требуемых характеристик АР (коэффициент направленного действия, необходимый сектор изменения положения формируемых ДН в азимутальной и угломестной плоскостях) из состава приемного радиоцентра 1.
В соответствии с программой радиосвязи формирователь сигналов управления 6 формирует для проведения каждого сеанса связи с радиоабонентом необходимые команды управления приемным радиоцентром 1 и передающим радиоцентром 7 и обеспечивает автоматизированное неоперативное управление радиоузлом путем передачи команд управления для приемного радиоцентра 1 и для передающего радиоцентра 7 следующими путями:
1
N
1
N
- формирователь сигналов управления 6, коммутатор 3, устройство демодуляции и декодирования 13, формирователь диаграмм направленностей 12, мультиплексор 10, линии связи (11…11) мультиплексора 10, мультиплексор приемного тракта 30, БУС 31, согласующее распределительное устройство 28, ППФ 32, управляемый аттенюатор 33, ЦСКГ 41 каждого приемного тракта (2…2);
1
1
1
1
4
2
2
1
2
2
- формирователь сигналов управления 6, коммутатор 3, блок проводной связи 5, линия проводной связи 27, блок проводной связи 5, коммутатор 3 первый передающей радиостанции 8, возбудитель 20 каждого передатчика (19…19), блок сложения мощностей и коммутации 23, блок антенно-согласующих устройств 24, коммутатор передающих антенн 25, дополнительный блок проводной связи 5, линия проводной связи 27, блок проводной связи 5 второй передающей радиостанции 8, коммутатор 3 второй передающей радиостанции 8 и т.д.
1
к
Для повышения надежности управление передающим радиоцентром линии проводной связи (27…27) резервируются радиорелейными линиями:
1
1
1
1
4
2
2
1
2
1
2
- формирователь сигналов управления 6, коммутатор 3, приемопередатчик РРС 4, антенна РРС 18, антенна РРС 18, приемопередатчик РРС 4, коммутатор 3 первой передающей радиостанции 8, возбудитель 20 каждого передатчика (19…l9), блок сложения мощностей и коммутации 23, блок антенно-согласующих устройств 24, коммутатор передающих антенн 25, дополнительный приемопередатчик РРС 4, дополнительная антенна РРС 18, антенна РРС 18 второй передающей радиостанции 8, приемопередатчик 4 второй передающей радиостанции 82, коммутатор 3 второй передающей радиостанции 8 и т.д.
1
N
Σi,m
i,m
m
Под управлением СПО и введенных исходных данных в формирователе сигналов управления 6 для каждого антенного элемента (9…9) определяется величина пространственного набега фазы Ф на расстоянии d при формировании m-ой диаграммы направленности, являющемся скалярным произведением векторов R; и r ([5], с.164):
m
хm
уm
zm
где - r={ξ, ξ, ξ} - единичный вектор, определяющий направление в пространстве m-го приходящего луча от радиоабонента и, следовательно, положение в пространстве биссектрисы m-й формируемой диаграммы направленности, m=1…М;
хm
уm
zm
m
- ξ, ξ, ξ - направляющие косинусы, определяющие положение единичного вектора r в пространстве;
i
- R - вектор, соединяющий фазовый центр приемной АР (кольцевой, линейной, плоской), образованной антенными элементами, с местом размещения антенного элемента на плоскости (в пространстве).
Σi,m
Величина пространственного набега фазы Ф для i-го антенного элемента при формировании m-й диаграммы направленности с необходимыми для приема сигнала от m-го радиоабонента координатами по азимуту и углу возвышения, определяется выражением:
m
1
м
где λ - длина волны принимаемого сигнала m-го аналого-цифрового модуля (29…29);
i,m
d - определено выражением (1);
τ - период квантования АЦП 35;
i,m
i,m
k=0,1,2, … - целое число периодов квантования на интервале d;
i,m
i,m
Δk=(0…1) - дробная часть периодов квантования на интервале d.
Σi,m
С учетом исходных и расчетных данных формирователь сигналов управления 6 под управлением СПО вырабатывает коды управляющих сигналов для каждых из (N*M) ППФ32, управляемых аттенюаторов 33, ЦСКГ 41 и блока формирования диаграмм направленностей 12. Значения кодов управляющих сигналов, поступающих на блок формирования диаграмм направленностей 12, определяется целой частью необходимого набега фазы Ф i-го антенного элемента при формировании m-й диаграммы направленности:
i,m
m
1
м
m
1
м
Σi,m
8
где k =0, 1, 2 … - целое число; с=3*10 м/сек; τ - период квантования АЦП 35; λ - длина волны принимаемого сигнала m-го аналого-цифрового модуля (29…29), m=1…M,]…[- знак выделения целой части числа. Значения кодов управляющих сигналов, поступающих на ЦСКГ 41, определяются λ - длиной волны принимаемого сигнала m-го аналого-цифрового модуля (29…29), m=(1…М) и дробной частью необходимого набега фазы [Ф]:
i,m
Σi,m
где Δk - дробная часть необходимого набега фазы Ф;
[…] - знак выделения дробной части числа;
m
определения с, τ и λ приведены выше.
Σi,m
1
м
Такое представление необходимого набега фазы Ф i-го антенного элемента и его реализация в приемных тракта 29, …, 29 и блоке 12 формирования диаграмм направленностей при формировании m-й диаграммы направленности обеспечивает минимальную ошибку формирования плоского фронта волны сигнала, приходящего от m-го радиоабонента.
1
N
1
N
1
N
1
N
В качестве коммутатора 3 приемного радиоцентра 1 может использоваться коммутатор Ethernet стандарта IEEE 802.3u 100 Base -TX, например, типа EDS-308-T фирмы МОХА, который обеспечивает организацию ЛИС между устройствами, подключаемыми к соответствующим его выходом-входам по интерфейсу Ethernet. При этом данные с выходов аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени 15 приемного радиоцентра 1 поступают в формирователь сигналов управления 6 под управлением его СПО по ЛИС на базе коммутатора 3, а цифровой групповой сигнал управления с выходов формирователя сигналов управления 6 по ЛИС на базе коммутатора 3 подается на блок формирования диаграмм направленностей 12 и через мультиплексор 10, линии связи мультиплексора (11…11), соответствующие мультиплексоры приемных трактов 30 N приемных трактов (2…2) подается на каждый БУС 31 приемных трактов (2…2) и далее, преобразованный в БУС 31 в необходимые форматы, управляющие сигналы подаются на входы управления ППФ32, управляемых аттенюаторов 33 и ЦСКГ41 каждого из приемных трактов (2…2).
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
1
1
L
После настройки всех аналого-цифровых модулей (29…29) приемных трактов (2…2) производится их проверка с помощью формирователя сигналов управления 6, который после формирования сигналов управления формирует в цифровом виде тестовый сигнал, поступающий в БУС 31 каждого приемного тракта (2…2) аналогично цифровому групповому сигналу управления. С выходов тестового сигнала БУС 31 N приемных трактов (2…2) преобразованные в аналоговый вид тестовые сигналы с частотами, соответствующими частотам настройки аналого-цифровых модулей (29…29) приемных трактов (2…2), подаются на входы тестового сигнала соответствующих N согласующих распределительных устройств 28, которые обеспечивают их коммутацию на сигнальные входы соответствующих аналого-цифровых модулей (29…29) приемных трактов (2…2). Пройдя через все приемные тракты (2…2), преобразованные в цифровую форму тестовые сигналы коммутируются мультиплексором 10 на входы блока формирования диаграмм направленностей 12, где производится их обработка, после чего производится демодуляция и декодирование сигналов в устройстве демодуляции и декодирования 13 с последующей передачей результатов цифровой демодуляции и декодирования по ЛИС на базе коммутатора 3 в формирователь сигналов управления 6, где под управлением СПО сравниваются исходный переданный сигнал с принятыми сигналами. Результаты сравнения сигналов, содержащие информацию об исправности каждого приемного тракта (2…2) и приемного радиоцентра 1 в целом, передаются по ЛИС на базе коммутатора 3 через линии связи АРМ (17…l7) на АРМ (16…16), каждый из которых представляет собой ЭВМ АРМ (пульт оператора) с необходимым составом периферийных устройств, сопряженных с ЭВМ АРМ по соответствующим интерфейсам (например, принтер для распечатки принятых радиограмм, микрофон для передачи речевого сигнала, преобразуемого в ЭВМ АРМ в цифровой поток для передачи в общем групповом потоке на передающий радиоцентр 7, головные телефоны и др.).
1
N
1
N
1
N
После тестирования приемного радиоцентра 1 тестовые сигналы отключаются от входов тестовых сигналов согласующих распределительных устройств (28…28) приемных трактов (2…2) и на их антенные входы подаются сигналы с выходов соответствующих антенных элементов (9…9).
1
N
1
N
В каждом из приемных трактов (2…2) аналоговые сигналы с выходов согласующего распределительного устройства 28 поступают на сигнальные входы аналого-цифровых модулей (29…29), где преобразуются с помощью соответствующих АЦП 35 в цифровую форму, после чего с помощью соответствующих квадратурных преобразователей 36 и ЦСКГ 41 преобразуется в цифровые квадратурные сигналы с фазовым сдвигом, определяемым выражениями (2), (3), (4), затем эти сигналы фильтруются ЦФНЧ 27 и ЦФНЧ 39 и обрабатываются первым 38 и вторым 40 дециминирующими фильтрами (ДФ) соответственно.
i
i
1
м
1
N
1
м
1
N
i
i
1
м
1
2
1
2
Выходные квадратурные сигналы С и S (i=1…M) аналого-цифровых модулей (29…29) объединяются мультиплексорами приемных трактов 30 и через линии связи мультиплексора (11…11) поступают на соответствующие входы мультиплексора 10, с выходов которого сигналы аналого-цифровых модулей (29…29) приемных трактов (2…2) поступают на входы блока формирования диаграмм направленностей 12, в котором квадратурные сигналы С и S каждого из аналого-цифровых модулей (29…29) попарно суммируются, запоминаются и в соответствии выражением (2) выбираются для формирования m-й диаграммы направленности. При этом суммарный сигнал, соответствующий m-й диаграмме направленности (m=1,2…M), содержит сумму N задержанных по фазе в соответствии с выражениями (2) и (3) сигналов. Полученные таким образом сигналы с выходов блока формирования диаграмм направленностей 12 поступают на соответствующие входы устройства демодуляции и декодирования 13, которое в соответствии с программой радиосвязи осуществляет демодуляцию и декодирование сигналов М радиоабонентов. С выходов устройства демодуляции и декодирования 13 цифровой групповой сигнал поступает в ЭВМ АРМ (16…l6) по ЛИС на базе коммутатора 3, и результаты обработки принимаемых сигналов могут быть отражены на экранах мониторов ЭВМ АРМ (16…l6), распечатаны на принтере, подключенном к ЭВМ АРМ, либо по стандартному интерфейсу демодулированный сигнал может быть подан на оконечную аппаратуру для специального декодирования и др.
1
2
Сигналы телефонных классов излучения после демодуляции преобразуются в устройстве демодуляции и декодирования 13 в выходной групповой цифровой сигнал, который по ЛИС на базе коммутатора 3 также поступает в ЭВМ АРМ (16…l6) и по телефонному интерфейсу ЭВМ АРМ может подаваться, например, на головные телефоны оператора, подключенные к ЭВМ АРМ по соответствующему интерфейсу.
Блок опорных сигналов 13 обеспечивает синхронизацию процессов обработки принимаемых от радиоабонентов сигналов АЦП 35, ЦСКГ 41, блоком формирования диаграмм направленностей 12 и устройством демодуляции и декодирования 13.
1
2
Оперативное управление работой связанных между собой приемного 1 и передающего 7 радиоцентров радиоузла осуществляется операторами АРМ (16…16). В ЭВМ каждого АРМ перед началом проведения сеансов связи устанавливается СПО АРМ, под управлением которого на мониторах ЭВМ АРМ может отображаться в виде таблицы план проводимых сеансов связи с указанием радиоданных и текущего состояния управляемых от формирователя сигналов управления 6 технических средств приемного радиоцентра 1 и передающего радиоцентра 7 для обеспечения контроля автоматизированного проведения текущих сеансов связи. Кроме того, СПО АРМ должно позволять оператору АРМ, при необходимости, корректировать записанную в формирователь сигналов управления 6 программу радиосвязи, а также формировать для передачи радиограммы с клавиатуры ЭВМ АРМ при проведении двухсторонних сеансов связи с радиоабонентами.
Количество L АРМ выбирается исходя из максимального количества одновременно проводимых сеансов связи, в которых необходимо участие операторов АРМ, например, двухсторонних сеансов связи, где предполагается последовательный обмен сообщениями между радиоузлом и радиоабонентами. Операторы АРМ могут вести сеансы связи независимо друг от друга, координируя свои действия и обеспечивая таким образом управление радиоузлом.
1
2
Для обеспечения работы всех ЭВМ радиоузла в едином времени метки точного времени с аппаратуры определения местоположения и меток точного времени 15 подаются по ЛИС на базе коммутатора 3 в ЭВМ АРМ (16…16) и ЭВМ формирователя сигналов управления 6.
1
K
1
4
1
K
1
2
3
В каждой передающей радиостанции (8…8) передающего радиоцентра 7 должно использоваться четыре KB передатчика (19…19) с одинаковой мощностью излучения каждого, причем в зависимости от решаемых задач в составе передающего радиоцентра 7 могут использоваться передающие радиостанции (8…8) с различной мощностью излучения передатчиков. Например, в первой передающей радиостанции 8 могут использоваться передатчики с мощностью излучения 500 Вт, во второй передающей радиостанции 8 - 1 кВт каждый, в третьей 8 - 1,5 кВт каждый и т.д. Максимальная мощность используемых передатчиков определяется возможностью их реализации на транзисторах. С целью повышения надежности передающего радиоцентра мощные ламповые передатчики в составе передающих радиостанций не используются. Требуемая мощность излучения сигнала в сторону радиоабонента на дальних трассах достигается путем попарного сложения мощностей двух и четырех передатчиков передающей радиостанции.
1
K
1
1
1
1
1
2
2
2
1
K
1
1
2
2
1
1
K
1
4
1
K
1
R
1
K
1
4
1
K
При передачи радиограмм радиоабонентам формирователь сигналов управления 6 под управлением его СПО из исходного текста радиограмм (фрагмента плана связи, хранящегося в памяти формирователя 6) формирует цифровой групповой сигнал управления, содержащий управляющую информацию для каждого задействованного передатчика передающих радиостанций (8…8) и закодированные тексты радиограмм. Этот сигнал по ЛИС на базе коммутатора 3 приемного радиоцентра 1, поступает в блок проводной связи 5, с выхода которого по проводной линии связи 27, блок проводной связи 5 поступает в коммутатор 3 первой передающей радиостанции 8 и далее, - по ЛИС на базе коммутатора 3 первой передающей радиостанции 8 - на входы возбудителей 20 передатчиков первой передающей радиостанции 8, кроме того, через дополнительный блок проводной связи 5 и другую проводную линию связи 27 и ЛИС на базе коммутатора 3 второй передающей радиостанции 8 цифровой групповой сигнал управления поступает на входы возбудителей 20 передатчиков второй передающей радиостанции и т.д. Таким образом, все ЛИС на базе коммутаторов 3 приемного и передающей радиоцентров объединены в общую ЛИС радиоузла посредством основных проводных линий связи (27…27) и резервных (в случае отказа какой-либо проводной линии связи) радиорелейных линий (приемопередатчик РРС 4 и антенна РРС 18 приемного радиоцентра; антенна РРС 18 и приемопередатчик РРС 4, дополнительный приемопередатчик РРС 4 и дополнительная антенна РРС 18 первой передающей радиостанции 8; и т.д.). В соответствии с условными номерами адресов передающих радиостанций (8…8) и их передатчиков (19…19), а также номеров их передающих антенн (26…26), содержащихся в цифровом сигнале формирователя сигналов управления 6, будут задействованы соответствующие передающие радиостанции, их передатчики и передающие антенны для передачи радиограмм радиокорреспондентам по соответствующим направлениям, определяемым азимутальным направлением задействованных антенн (26…26) каждой передающей радиостанции (8…8). В этом случае по входному цифровому сигналу возбудители 20 задействованных передатчиков передающих радиостанций формируют высокочастотные (ВЧ) сигналы с требуемыми видом манипуляции (модуляции) и скоростями работы и управляют работой соответствующих усилителей мощности 21 передатчиков, которые усиливают сигналы до номинальной выходной мощности. Вид манипуляции (модуляции), частота ВЧ-сигнала каждого задействованного передатчика, скорости работы задаются формирователем сигналов управления 6. Поддержание электрических параметров усилителя мощности 20 каждого передатчика (19…19) передающей радиостанции (8…8) при изменениях частоты излучения в пределах рабочего диапазона частот (уровень выходной мощности, уровень нелинейных комбинационных искажений в выходном сигнале и т.д.) обеспечивается собственными параметрами возбудителя и усилителя мощности, а также сигналами управления от возбудителя и сигналами обратной связи от усилителя мощности.
В том случае, когда в цифровом групповом сигнале управления формирователя сигналов управления 6 не содержится информация о необходимости сложения выходных сигналов передатчиков какой-либо передающей радиостанции, блок сложения мощностей и коммутации 23 по входному сигналу управления коммутирует выходные сигналы передатчиков на входы соответствующих антенно-согласующих устройств блока антенно-согласующих устройств 24, с выходов которого ВЧ-сигналы коммутируются на соответствующие передающие антенны коммутатором передающих антенн 25 по входному сигналу управления по ЛИС на базе коммутатора 3.
1
K
i
j
1
2
3
4
i
j
Если в цифровом групповом сигнале управления формирователя сигналов управления 6 содержится информация о необходимости попарного сложения мощностей передатчиков какой-либо передающей радиостанции (8…8) для увеличения мощности излучения в 2 раза по каким-либо двум направлениям передачи с использованием соответствующих двух передающих антенн 26 и 26, то блок сложения мощностей и коммутации 23 обеспечит попарную коммутацию выходных сигналов усилителей мощности соответствующих передатчиков, например, передатчиков 19 и 19, 19 и 19 на соответствующие два раздельных сумматора в составе блока сложения мощностей и коммутации 23 и вывод выходных сигналов этих сумматоров на блок антенно-согласующих устройств 24, который обеспечит подключение соответствующих двух антенно-согласующих устройств требуемой мощности в блоке антенно-согласующих устройств 24, выходные сигналы которых с помощью коммутатора передающих антенн 25 будут скоммутированы на соответствующие антенны 26 и 26.
1
K
При необходимости сложения мощностей четырех передатчиков какой-либо передающей радиостанции (8…8) в блоке сложения мощностей и коммутации 23 по входному управляющему сигналу производится сначала попарное сложение мощностей передатчиков аналогично описанному выше, а затем - сложение мощностей с выходов двух сумматоров попарного сложения мощностей. В этом случае блок антенно-согласующих устройств 24 обеспечит подключение к блоку сложения мощностей и коммутации 23 только одного антенно-согласующего устройства требуемой мощности, к которому будет подключена с помощью коммутатора передающих антенн 25 только одна антенна требуемой направленности по азимуту.
1
4
Для обеспечения попарного сложения мощностей передатчиков необходимо выполнить условие равенства амплитуд и равенства фаз двух складываемых ВЧ-сигналов передатчиков, что обеспечивается сигналами управления и сигналами обратной связи между усилителями мощности 21 передатчиков (19…19) и блока сложения мощностей и коммутации 23.
1
4
1
K
Для обеспечения попарного равенства фаз суммируемых сигналов передатчиков (19…19) на вход опорной частоты возбудителя 20 каждого передатчика подается единое для всех возбудителей опорное колебание с выхода генератора опорной частоты 22, а в каждом возбудителе 20 предполагается реализация прямого цифрового формирования видов работ (классы излучений и скорости работы в выделенной полосе частот) [6], что позволяет по цифровому групповому сигналу управления формирователя сигналов управления 6 регулировать в любых пределах фазу выходного колебания любого передатчика передающих радиостанций (8…8) цифровым методом.
1
N
1
N
1
N
С практической точки зрения все составные части автоматизированного радиоузла коротковолновой связи реализуемы. В качестве антенных элементов 9…9 могут быть использованы широкополосные антенны как вертикальной поляризации [7], так и горизонтальной поляризации ([8], с.264), а в качестве аналого-цифровых модулей 29…29 - одноплатные цифровые тракты [9] с ППФ на входе, обеспечивающие необходимые характеристики как в полосе пропускания, так и устойчивости по блокированию [10]. Мультиплексирование и коммутация сформированных цифровых потоков, поступающих с выходов аналого-цифровых модулей 29…29 на входы мультиплексора 10, организуется на стандартных сетевых протоколах, что дает возможность наращивать количество приемных трактов 2.
Реализация предлагаемого изобретения - автоматизированного радиоузла коротковолновой связи позволит достичь следующих преимуществ по отношению к известным радиоузлам [1], [2], [4]:
1
M
1. Вместо громоздких приемных антенн средней и высокой эффективности типа БС, БС-2, ВГДШ [1], развертываемых на высотных стационарных мачтах (для стационарного варианта исполнения радиоузла), либо вместо антенн, например, типа V-образная с длиной каждого из четырех лучей 85 м (ЦЛ2.099.008, производства ФГУП «ОмПО«Иртыш»), развертываемых на телескопической мачте типа 5Б11(ЖЫ4.115.078, производства АООТ «РЕЛЕРО», г.Омск) высотой 20 м (для мобильного варианта исполнения радиоузла) предлагается использовать приемную антенную решетку с цифровым формированием диаграмм направленностей на базе М малогабаритных антенных элементов (9…9) и М аналого-цифровых приемных трактов, что позволит:
1.1. Повысить помехозащищенность и помехоустойчивость приема сигнала от каждого i-го (i=1…M) радиоабонента за счет повышения энергии сигнала в точке приема путем реализации возможности управления направлением в пространстве максимума каждого из М формируемых диаграмм направленностей, обеспечивая совпадение направления прихода сигнала (от i-го радиоабонента), отраженного от ионосферы, с направлением максимума формируемой i-ой диаграммы направленности.
1.2. Сократить размер площади, необходимой для развертывания антенн, в 8…10 раз.
1.3. Сократить время развертывания радиоузла на местности (при мобильном варианте исполнения радиоузла) и сократить количество специалистов, участвующих в развертывании приемного радиоцентра радиоузла.
1.4. Обеспечить прием сигналов от радиоабонентов с любого азимутального направления (в пределах 360°) без проведения подготовительных работ перед сеансами связи по изменению ориентации полотен (лучей) антенн.
1
4
1
K
2. Повысить надежность передачи сигналов радиоабонентам за счет реализации возможности попарного суммирования мощностей излучения передатчиков (19…19) любой передающей радиостанции (8…8), обеспечивая адаптацию передающего радиоцентра 7 радиоузла по мощности излучения в направлении любого i-ого радиоабонента.
1
L
1
L
3. Обеспечить равнодоступность программно-управляемых технических средств приемного и передающего радиоцентров радиоузла к формирователю сигналов управления 6, реализуемого на базе ЭВМ, функционирующей под управлением СПО, и каждой из L ЭВМ АРМ (пульт оператора), функционирующей под управлением СПОАРМ, за счет реализации единой локальной информационной сети (ЛИС) радиоузла на базе коммутаторов 3, например коммутаторов Ethernet стандарта IEE 802.3u 100 Base - ТХ, в качестве транспортной инфраструктуры. Это позволяет исключить из состава радиоузла специально оборудованные станции управления на приемном и передающем радиоцентрах, как предложено в [4], сократить обслуживающий персонал радиоузла и обеспечить функционирование оборудования приемного и передающего радиоцентров в автоматизированном режиме при проведении сеансов связи, без участия радистов-операторов: автоматизированные рабочие места на базе ЭВМ АРМ (16…16) могут быть вынесены с использованием линий связи АРМ (17…17) в отдельное, удаленное от приемного радиоцентра 1 помещение (при стационарном варианте исполнения радиоузла) либо в отдельный автомобиль, например типа «ГАЗЕЛЬ», или палатку (при мобильном варианте исполнения радиоузла).
1
N
1
N
4. Сократить энергетические потери принимаемых сигналов, возникающих из-за затухания сигналов, при передаче их с выходов приемных антенн до входов приемных трактов по антенным фидерам (длина которых может достигать нескольких сотен метров) путем размещения на местности каждого i-ого малогабаритного аналого-цифрового приемного тракта (2…2) приемного радиоцентра 1 непосредственно под i-ым антенным элементом, сокращая каждый антенный фидер до нескольких десятков сантиметров и обеспечивая подачу питания для каждого приемного тракта и обмен цифровыми данными с мультиплексором 10 по проводным линиям связи (11…11) мультиплексора 10.
Источники информации
1. Головин О.В. Декаметровая радиосвязь. - М.: Радио и связь, 1990-240 с.
2. Автоматизированная радиосвязь с с
удами. Под. Ред. К.А.Семенова. - Л.: Судостроение, 1989. - 336 с.
3. Будяк B.C., Кисмерешкин В.П., Ворфоломеев А.А., Карасева О.В. Об одной особенности динамики изменения характеристик направленности KB-антенн корпоративных систем связи / Материалы 7-й Междунар. Науч.-технич. конференции «Динамики систем, механизмов и машин». Книга 3. - Омск: Изд. ОмГТУ. - 2009. - С.272-276.
4. В.И.Левченко, Е.А.Голубев, А.А.Безбородов, В.Ф.Попов. Система коротковолновой связи. Патент SU №1785409 A1, H04В 7/00 12.07.1989.
5. Антенны и устройства СВЧ / Под. Ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь. - 1981. - 432 с.
6. С.Х.Кеслер, Ю.С.Лузан, В.В.Фомин, Р.В.Гиморин. Возбудительное устройство КВ-УКВ-диапазонов частот для перспективных комплексов радиосвязи. / Вестник Академии военных наук - 2009. - №3 (28). - с.156, 157.
7. Патент №2226021, Россия, МКИ H01Q 9/34. Антенна штыревая диапазонная мобильная. / Будяк В.С., Шадрин Б.Г., Захцер М.В. и др. Опубл. 20.03.2004 г. - Бюлл. №8.
8. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журабенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны. - М.: Радио и связь. - 1985 - 536 с.
9. Валеев М.М. Новое поколение коротковолновых радиоприемных устройств для современных комплексов связи. // "Связь в Вооруженных Силах РФ". / Под общ. ред. Е.А.Карпова - М.: Изд. ООО "Информационный мост". - 2006. - С.142, 143.
10. Барашев А.С., Кудрявцев Г.С. Преселекторы радиоаппаратуры четвертого поколения. // Техника радиосвязи. - 1998. - Вып.4. - С.20-26.