КОРАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ПРЯМОЙ РАДИОСВЯЗИ

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и может быть использована для организации прямой ультрокоротковолновой (УКВ) радиосвязи.
Существующая система УКВ радиосвязи ориентирована на автономное использование радиосетей (радиостанций). Данный принцип функционирования сетей, ориентированных только на один из видов обмена, не обеспечивает эффективное использование остродефицитных ресурсов сети и оптимизации ресурсов обслуживания для совокупности всех видов трафика.
Динамическое управление выделенным канальным ресурсом допускает свободное случайное использование выделенных радиосредств в совокупности, независимо от количества функционирующих корреспондентов (абонентов) системы (ближайшей тактической связи) (БТС) потребителей этого ресурса.
Известна корабельная радиостанция МВ-ДМВ диапазона частот Р-612. Технические условия ИТНЯ. 464511. 192 2003 г. Радиостанция предназначена для обеспечения открытой и закрытой радиосвязи между подвижными и стационарными объектами в тактическом звене управления ВИФ при использовании на кораблях, береговых объектах. Для ведения радиообмена с судами на международных частотах морской подвижной службы и с летательными аппаратами на общих частотах, а так же для обеспечения взаимодействия с другими видами войск.
Радиостанция работает в диапазоне частот 100-400 МГЦ и обеспечивает:
- радиотелефонную связь AM и ЧМ модуляции;
- цифровую широкополосную радиотелефонную связь с амплитудой модуляции;
- частотную телеграфию.
Радиостанция содержит приемопередатчик, в который входит усилитель мощности, возбудитель, антенное устройство, интерфейс, автоматизированное рабочее место (АРМ) и другие элементы.
Наиболее близкой к заявляемой системе по технической сущности решения вопроса является Корабельный комплекс УКВ радиосвязи. Патент РФ на ПМ N49663 от 27.11.05 г. Комплекс выполнен в виде модулей - антенного модуля, приемопередающего модуля, блока модемов и пульта управления, при этом все устройства комплекса объединены в единую схему унифицированной шиной управления (сопряжения).
Недостатками, как аналога, так и прототипа является то, что не обеспечивается эффективное использование ресурса УКВ радиосети, а самое главное не обеспечивается помехозащитный автоматизированный обмен информации.
Целью полезной модели является обеспечение помехозащищенного автоматизированного обмена информации, за счет использования множественного доступа к общему частотно временному ресурсу.
Поставленная цель достигается тем, что корабельная система прямой радиосвязи, содержащая в своем составе антенны, приемопередающий модуль, блок модемов и пульт управления, все устройства системы объединены в единую схему унифицированной шиной управления, при этом приемопередающий модуль выполнен в виде приемовозбудителя состоящего из приемника, синтезатора, возбудителя и интерфейса, при этом в состав приемника входят два усилителя промежуточной частоты и усилитель высокой частоты, соединенные последовательно между собой, синтезатор частот соединен первым входом с приемником, вторым входом с интерфейсом, третьим входом с возбудителем, который в свою очередь соединен с антенным выходом приемника и предварительным усилителем мощности, который последовательно соединен с промежуточным и оконечным усилителями и фильтром гармоник который соединен с антенно-согласующим устройством и антеной, причем интерфейс приемовозбудителя двумя входами соединен с кодером и схемой управления сигнального процессора, а кодер первым входом соединен с устройством сопряжения блока процессоров, а вторым входом со схемой управления которая соединена с формирователем опорных частот и
эмулятором, при этом эмулятор соединен с таймером, а формирователь опорных частот соединен с устройством синхронизации и демодуляции который первым входом соединен с первым входом запоминающего устройства, с вторым входом с вычислителем синдрома вектора искажений, запоминающее устройство вторым входом соединено с устройством сопряжения, третьим входом с преобразователем вектора искажения, который первым входом соединен с устройством стираний и искажений, вторым входом соединен с входом локатора ошибок который первым входом через обнаружителя локатора ошибок соединен с устройством запоминания локатора ошибок, а вторым входом с преобразователем вектора искажений, при этом интерфейс декодера через шину управления и контроля соединен с устройством сопряжения блока процессоров который в свою очередь через ШУК соединен с пультом управления, абонентским процессором с ОЗУ, центральным процессором и интерфейсом который первым входом соединен с пультом дистанционного управления, а вторым входом с автоматизированным комплексом связи, причем интерфейс модемов блока модемов первым входом соединен с устройством сопряжения и абонентским процессором блока процессоров, вторым входом соединен с устройством формирования тактовых частот и N выходами соединен с оконечной аппаратурой.
На фиг.1 приведена блок-схема корабельной системы прямой радиосвязи.
Она состоит из:
1 - приемовозбудителя;
2 - усилителя мощности;
3 - сигнального процессора;
4 - декодера внешнего кода Рида-Соломона;
5 - блока процессоров;
6 - блока модемов.
Приемовозбудитель 1, состоит из приемника 8, синтезатора частот 9 и возбудителя 10. Приемник включает в свой состав усилитель высокой частоты (УВЧ), два каскада усилителя промежуточной частоты (УПЧ) со смесителями, на фигуре не показано.
Приемник обеспечивает прием и усиление радиосигналов в заданной полосе частот на несущих частотах, переключаемых по псевдослучайному закону, с расширением спектра за счет внутриимпульсной частотной манипуляции с непрерывной фазой.
Возбудитель 10 формирует импульсные радиосигналы в заданной полосе частот на несущих частотах, переключаемых по псевдослучайному закону, и производит внутриимпульсную частотную манипуляцию с непрерывной фазой, в соответствии с информационными или синхронизирующими сигналами управления.
Синтезатор частот 9 формирует сигнал гетеродина и опорную поднесущую частоту сигнала возбудителя, частоты которых переключаются по псевдослучайному закону.
Интерфейс 11 обеспечивает сопряжение с сигнальным процессором.
Усилитель мощности 2 обеспечивает усиление сигналов возбудителя в заданной полосе частот до требуемого уровня в радиоимпульсе на антенном разъеме.
Усилитель мощности 2 состоит из предварительного усилителя мощности 12, промежуточного усилителя мощности 13, оконечного усилителя мощности 14, фильтра гармонии 15 и антенного согласующего устройства 16.
Сигнальный процессор 3 включает: таймер 17, схему управления 18, устройства сигнализации и демодулятор 19, интерфейс ШУК 20, запоминающее устройство 21, кодер 22, вспомогательные устройства (формирователь опорных частот 23, эмулятор 24).
Основные функции, выполняемые сигнальным процессором:
- формирование пакетов по требуемой структуре;
- хранение и коррекция шкалы единого времени;
- управление синтезатором частот и приемником по заданной программе выбора полосы частот и псевдослучайным переключением частот;
- управление модулятором возбудителя в режимах информационной модуляции и формирование синхронизирующего блока;
- управление декодером, сопряжение с абонентским процессором;
- синхронизация единого времени системы связи, каналов радиосвязи;
- декодирование внутреннего кода (демодуляция);
- кодирование внешнего кода Рида-Соломона;
- формирование повторов символов на передачу и их мажоритарная обработка на приеме использования особенности обработки ШПС.
Декодер 4 внешнего кода Рида - Соломона обеспечивает декодирование кодовых слов с использованием ошибок и стираний символов. Алгоритм декодирования основан на процедуре Берликэмпа - с вычислением вектора искажения. Этот алгоритм реализуется следующими основными устройствами: вычислителями синдрома вектора искажений 25, коэффициента многочлена локатора ошибок 26, модифицированного синдрома преобразователем вектора искажений 27, коэффициента многочлена локатора стираний и искажений 28, обнаружителем локатора ошибок 29, запоминания локатора ошибок 30 и интерфейсом 31.
Блок процессоров 5 включает в состав: центральный процессор 32, абонентский процессор с оперативным запоминающим устройством 33, панель управления 34, устройства сопряжения 35, интерфейсы 36: магистрали терминала, пульта управления, фотосчитывателя, блока модемов, буферного ОЗУ, арбитра прерываний, интерфейса сопряжения с автоматизированным комплексом связи.
Центральный процессор 32 обеспечивает:
- управление системой со встроенного пульта или дистанционного пульта управления;
- анализ и формирование служебной информации в пакете, вычисление коррекции таймера;
- анализ и обработку запросов от оконечной аппаратуры;
- управление сигнальным и абонентским процессорами в масштабе реального времени, в соответствии с таблицей радиосвязи и оперативной обстановкой в сети;
- генерирование псевдослучайных чисел по заданным ключам частотообразования;
- контроль работоспособности терминала и диагностику ее составных частей.
Абонентский процессор выполняет следующие функции:
- формирование информационного поля пакетов из информации, накапливаемой от оконечного оборудования;
- сбор принятой информации, адресованной абоненту, и пересылка ее в блок модемов;
- управление блоком модемов и интерфейсами связи сигнального процессора;
- выделение и пересылка в центральный процессор служебной информации;
- анализ и обработка запросов от оконечного оборудования.
Блок модемов 6 состоит из модемов и интерфейсов модемов 37, а также с устройства формирования тактовых частот 38 и обеспечивает сопряжение и синхронизацию оконечной аппаратуры по согласованному протоколу. Функционирование системы
Блоки терминала объединяются в единую систему унифицированной системой сопряжений.
Для обмена информацией и контроля разработана «магистраль терминала» (МР), по которой осуществляется обмен центрального процессора с сигнальным процессором и декодером, в соответствии с протоколом обмена. Обмен кодера и декодера с абонентским процессором происходит по «интерфейсу связи». Управление и контроль ячеек внутри блока декодера и сигнального процессора осуществляются по шине управления и контроля (ШУК).
Помехозащищенность сетей связи, структурная и энергетическая скрытность излучений в условиях преднамеренных помех обеспечивается:
- расширением спектра путем внутриимпульсной частотной манипуляции с непрерывной фазой (ЧМНФ) по псевдослучайному закону (использованием псевдослучайных сигналов (ПСС)) и оптимальным некогерентным приемом;
- псевдослучайной перестройкой рабочих частот;
- каскадным кодированием;
- пакетированием информации в радиоканале;
- синхронным частотно-временным разделением сигналов.
Множественный доступ к общему частотно-временному ресурсу обеспечивается передачей информации пакетами. Пакет образует базовый канал (БК), излучаемый один раз за время канального цикла. На каждые 13 канальных циклов (КЦ) выделяется один пакет для синхронизации (ПС) единого времени, которые составляют цикл единого времени. Пакеты составляются из информационных блоков (БИ) и синхронизирующих блоков (БС). Служебная информация о назначении пакета, адресация и другие указания содержатся в последнем БИ.
Информационный блок предназначен для передачи информации и представляет кодовое слово кода Рида-Соломона (31, 15), который используется в качестве внешнего кода каскадного корректирующего кодирования, примененного в терминала для повышения достоверности связи. Каждое кодовое слово состоит из 15 информационных и 16 проверочных символов. Длительность каждого символа, промодулированного по фазе 32-элементной ПСП, равна 6,4 мкс, с паузой между ними 6,4 мкс. Несущая частота символа изменяется скачком по псевдослучайному закону, закрепленному за определенной сетью в диапазоне частот 405-485 МГц. Ширина спектра сигнала 5 МГц, что обеспечивается частотной манипуляцией с непрерывной фазой. В свою очередь каждый символ кодового слова представляет собой импульсы 32-элементного алфавита внутреннего корректирующего кода, в качестве которого используется псевдослучайная последовательность максимальной длины (на основе M-последовательности). Величина циклического сдвига опорной ПСП несет 5 бит исходной двоичной информации.
Синхронизирующий блок предназначен для тактовой и цикловой синхронизации и состоит из импульсов синхронизации - 7 и импульсов фазирования блока - 4. Информационная модуляция импульсов БС соответствует нулевому сдвигу ПСП, весь БС передается на одном скачке несущей частоты. Несущие частоты разных БС в одном пакете разные. Синхронизация осуществляется на двух уровнях:
- синхронизация таймера для поддержания единого времени в сетях связи (ЕВСС) с точностью ±400 мкс;
- синхронизация канала связи, обеспечивающая синхронность скачков частот передатчика и гетеродина приемника (точность ±3 мкс).
Начальная установка шкалы таймера с точностью ±5 с производится при подготовке терминала к работе. Точная установка производится по пакету синхронизации ЕВСС, передаваемому активной радиостанцией с интервалом 5 с.
Структура сигналов и формат пакетов представлен на фиг.2. Пакет П1 предназначен для формирования скорости передачи информации, кратной 16 кбит/с, пакет П2 - кратной 2,4 кбит/с.В системе реализован сетевой принцип обмена информацией. Различают общую сеть, состоящую из локальных сетей. Под локальной сетью в дальнейшем будем понимать сеть корреспондентов с едиными частотными установками ППРЧ. Принцип каналообразования сетей основан на частотно-временном разделении сигналов. Каналы одной локальной сети набираются из разных БК, образованных по единой шкале времени, привязанной к циклам единого времени, чем обеспечивается их временное разделение. Идентичные каналы разных локальных сетей имеют частотное разделение на основе разных частотных установок ППРЧ, т.е. используется кодовое разделение сетей. Один БК обеспечивает скорость передачи информации 2,4 кбит/с. Исходя из канального цикла, возможно размещение 48 каналов со скоростью передачи информации 2,4 кбит/с (для пакета П2) в каждом и суммарной пропускной способностью 128 кбит/с.Увеличение пропускной способности любого из каналов возможно за счет сокращения пропускной способности других, т.е. за счет использования этим каналом нескольких БК. Для выбора наилучшего варианта распределения каналов по скорости передачи, назначению, объектам и абонентам составляются варианты каналообразования. Исходя из выполняемой тактической задачи, из них составляются «Таблицы радиосвязи», которые вводятся при подготовке терминала к работе. В зависимости от назначения, каналы радиосвязи терминала могут использовать детерминированный и/или случайный доступ.
Например, каналы могут быть:
- с ограниченным доступом абонентов (функциональные). Они закреплены за определенной группой абонентов, обменивающихся информацией по принципу: "один передает - остальные абоненты данного канала принимают". Такую организацию связи можно назвать протоколом со случайным свободным доступом
к одному каналу функционально закрепленных абонентов различных корреспондентов;
- выделенные отдельным абонентам, обменивающимся данными по принципу: "каждый с каждым", с индивидуальной адресацией абонентов. Эту организацию связи можно назвать протоколом с детерминированным доступом;
- равнодоступные каналы общей сети связи. В этой ситуации каналы заранее не закрепляются за абонентами или объектами, но принимаются объектами всех локальных сетей;
- выделенные для осуществления ретрансляции.
Основные варианты взаимодействия терминала системы с источниками и потребителями информации:
- ввод и вывод всей информации с терминала через один комплекс, рассматриваемый в качестве мультиплексора;
- индивидуальное сопряжение каждого источника и потребителя информации с терминалом;
- смешанная схема, при которой часть источников и потребителей информации сопрягаются с терминалом индивидуально, а часть - через мультиплексор;
- автономное применение терминала.
Предложенная архитектура системы и шинная организация связей между ее составными частями позволяет значительно сократить общее число соединений в схеме, обеспечить помехозащищенный автоматизированный обмен информацией за счет использования множественного доступа к общему частотно-временному ресурсу.