ЦЕНТРАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
CENTRAL STATION OF RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH MOVING OBJECTS

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для обеспечения передачи (приема) данных удаленным подвижным объектам (ПО).
Известна система радиосвязи с подвижными объектами, содержащая в наземной приемопередающей станции приемник, демодулятор, дешифратор сообщений, буферный регистр адресов подвижных объектов, первый элемент И, дешифратор приоритетов сообщений, блок таймеров приоритетных сообщений, блок регистров приоритетных сообщений, коммутатор-распределитель сообщений, счетчик числа подвижных объектов, счетчик загрузки системы, генератор тактовых импульсов свободного доступа, формирователь временного окна, генератор тактовых импульсов адресного опроса, линию задержки, второй элемент И, ключ свободного доступа, блок выдачи данных как источник информации, ключ адресного опроса, буферный запоминающий блок, счетчик числа переспросов, генератор импульсов сброса, блок регистрации данных, модулятор и передатчик, модем наземной связи, датчик местоположения, преобразователь формата данных, пульт управления наземной приемопередающей станции [1].
К недостаткам данной системы следует отнести низкую помехоустойчивость и отсутствие возможности выполнения функций наземного комплекса воздушной связи с подвижными объектами, находящимися за горизонтом.
Известна центральная станция (ЦС) системы радиосвязи с подвижными объектами [2] - воздушными судами (ВС), содержащая последовательно соединенные приемник линии передачи данных (ЛПД) по каналу «воздух-земля», демодулятор и блок дешифраторов адреса. В этих узлах осуществляется прием и предварительная обработка сигналов с ВС. При дальнейшей обработке используются: генератор импульсов, n таймеров, счетчик загрузки системы, блок задания приоритетов, счетчик числа приоритетных сообщений, последовательно соединенные, блок хранения сигнала передачи, блок регистрации данных, блок выдачи данных, n элементов И, n счетчиков импульсов, n ключей, блок управления, n первых, n вторых формирователей импульсов, третий, четвертый формирователи импульсов, первый, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, где n - число обрабатываемых сообщений с подвижных объектов. Сигнальный выход блока дешифраторов адреса соединен с входами ключей, выходы которых через четвертый элемент ИЛИ соединены с сигнальным входом блока управления, входы сравнения блока дешифратора адреса соединены с входом задания приоритетов, входами счетчиков импульсов и входами «Сброс». Выходы n линий задержки через соответствующие таймеры соединены с первыми входами соответствующих элементов И, выходы которых соединены с входами задержки соответствующих счетчиков импульсов. Выходы счетчиков импульсов через соответствующие вторые формирователи импульсов соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом «Сброс» счетчика подвижных объектов. Вход записи счетчика подвижных объектов соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого через соответствующий первый формирователь импульсов соединен с выходом сравнения блока дешифраторов адреса. Выход генератора импульсов соединен со вторыми входами n элементов И. Выход счетчика подвижных объектов соединен через третий элемент ИЛИ с входом счетчика загрузки системы, выход которого соединен с управляющим входом блока задания приоритетов и вторым входом блока управления. Первый выход блока управления через третий формирователь импульсов соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом четвертого формирователя импульсов. Вход четвертого формирователя импульсов соединен с выходом блока включения передатчика на передачу. Выходы блока задания приоритетов соединены с входами управления первых ключей. Блок обработки сообщений (БОС) соединен с группой из m модемов. Вход блока блокировки приема является высокочастотным входом станции, а выход подключен к входу приемника. Управляющий вход блока блокировки приема подключен к выходу блока формирования сигнала «Включение передачи». Первый вход/выход БОС через последовательно соединенные (m+2)-й и (m+1)-й модемы и блок адресной коммутации соединен с выходом блока управления. Выход блока адресной коммутации подключен к входу блока хранения сигналов передачи, m выходов БОС через m соответствующих модемов являются низкочастотными выходами станции. Начальная установка блоков задания приоритетов и управления, генератора тактовых импульсов БОС, счетчика загрузки системы осуществляется путем подачи на соответствующие входы сигнала «Сброс». В БОС блок преобразования форматов соединен двухсторонними связями с (m+2)-м модемом, маршрутизатором, блоком хранения адресной базы, блоком тарификации, блоком хранения сообщений, блоком отображения, пультом управления. Генератор тактовых импульсов подключен к синхровходам блока преобразования форматов, маршрутизатора, блока хранения адресной базы, блока тарификации, блока хранения сообщений, блока отображения, пульта управления. Блок хранения адресной базы соединен двухсторонними связями с маршрутизатором и блоком тарификации. Причем m входов/выходов маршрутизатора соединены с соответствующими m модемами [2]. В передатчике формируются радиосигналы на ПО с помощью данных формирователя сигнала включения передачи. Проводимые в прототипе операции по демодуляции, дешифрации адреса, заданию приоритетов, задержке сигналов, счету, формированию, логической обработке, коммутации и генерации импульсов, счету числа подвижных объектов, приоритетных сообщений и загрузке системы, адресной коммутации, хранению сигнала передачи и адресов представляют собой функции, выполняемые известным блоком обработки канальных сигналов (БОКС) - наземным процессором.
К недостаткам аналога следует отнести низкую помехоустойчивость и то, что он рассчитан на работу только в зоне прямой видимости в ОВЧ диапазоне, что сужает его зону обслуживания воздушных судов.
Известна центральная станция системы радиосвязи с подвижными объектами [3] - воздушными судами, содержащая М канальных блоков. Сформированные на ПО сообщения последовательно во времени через последовательно соединенные антенну, высокочастотную развязку, блок блокировки приема поступают на приемник, затем преобразуются в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в дискретные сигналы, фильтруются в первом цифровом фильтре для подавления паразитных составляющих в спектре принятого сигнала и в виде последовательности импульсов подаются в блок обработки канальных сигналов (БОКС) для обработки. При управлении с вычислителя по шине управления включается блокировка приемника, например, при симплексном обмене данными в канале, или отключается, если приемник используется в режиме оценки целостности передаваемого сообщения (режимы VDB, VDL-4). Приемник наземной станции обеспечивает прием сигнала в линиях передачи данных «воздух-земля». Демодуляция, декодирование, оценка качества сигнала и передача полученных сообщений в блоке обработки сообщений (БОС) осуществляется с помощью узлов: АЦП, первого цифрового фильтра, БОКС, управляемого вычислителем. Такие процедуры осуществляются непрерывно при наличии радиосигнала в канале. Для повышения качества оценки типа сообщения число дискретных отсчетов устанавливают, например, порядка 8 в течение длительности самого короткого символа из всех каналов. В АЦП во время этих отсчетов измеряется амплитуда сигнала. Результат измерения отправляется по шине управления в вычислитель для анализа. С помощью узлов: АЦП, первого цифрового фильтра, БОКС, управляемого вычислителем, в соответствии с необходимыми для данной ЛПД процедурами сигнал с выхода приемника преобразуется в цифровой вид, который необходим для дальнейшей обработки в БОКС и затем в вычислителе. Все логические операции выполняются программно в вычислителе. Затем цифровая последовательность обрабатывается в БОКС с использованием управляющих сигналов с вычислителя. По характерным признакам, например, по частоте следования импульсов в принятом сообщении, определяется тип бортового оборудования ЛПД ПО и выдается команда на подготовку к приему соответствующих данных. Далее в БОКС формируется строб, в течение которого начинают поступать счетные импульсы для обработки принятых сообщений. При совпадении поступающего в сообщении с ПО адреса и адреса, хранящегося во втором блоке хранения сообщений, увеличивается число подвижных объектов, записанных ранее, на единицу. Далее в БОКС формируется счетные импульсы в стробе, в течение которого должны обрабатываться принятые сообщения. При наличии радиосигнала в канале определяется приоритет сообщения, необходимый, например, для изменения режимов функционирования БОКС и вычислителя.
В вычислителе постоянно определяется степень загрузки системы путем оценки числа обработанных сообщений за заданный интервал времени. Если загрузка отсутствует, то формируется команда о переходе приемника на сканирующий по частоте режим работы. Данные о числе принятых сообщений отображаются на экране блока отображения данных и при необходимости могут быть выведены на экран первого блока отображения данных в блоке обработки сообщений. Для координации работы всех узлов наземной станции используется шина управления вычислителя, которая подключена двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам приемника, передатчика, блока блокировки приема, первого и второго цифровых фильтров, аналогово-цифрового преобразователя, цифро-аналогового преобразователя. Все операции выполняются с помощью вычислителя, реализованного, например, на ПЭВМ.
Команда «Сброс» в наземной станции подается программно на БОКС с вычислителя, а в БОС - на генератор тактовых импульсов и блок преобразования форматов только в начале работы для установки в «Нуль» соответствующих блоков.
К недостаткам аналога следует отнести:
- низкую помехоустойчивость;
- рассчитан на работу только в ОВЧ (MB) диапазоне, что ограничивает возможности работы комплекса в условиях помех и при необходимости организации загоризонтной связи;
- в станции нет молниезащиты, что может привести к выводу из строя оборудования.
Известна центральная станция системы радиосвязи с подвижными объектами, которая по большинству существенных признаков принята за прототип [4]. Она содержит блок обработки сообщений (БОС), группу из 2m модемов, основную и резервную наземные станции. Каждая из них содержит первый приемник, первый передатчик, (2m+1)-й модем, блок обработки канальных сигналов (БОКС). Причем основная и резервная наземные станции подключены двухсторонними связями к БОС через (2m+2)-й и (2m+3)-й модемы соответственно, блок блокировки приема, выход которого подключен к входу первого приемника, первый вход/выход БОС последовательно соединен через (2m+2)-й с (2m+1)-м модемом. Первые вычислители основной и резервной наземных станций соединены двухсторонними связями с соответствующими входами/выходами БОКС. Входы/выходы вычислителей наземных станций через соответствующие модемы соединены с входами/выходами маршрутизатора, (2m+1)-го модема, второго пульта управления, второго блока отображения, второго блока хранения сообщений, аналогичного первого вычислителя, расположенного в резервной наземной станции. Шина управления вычислителя двухсторонними связями подключена к соответствующим входам/выходам первого приемника, первого передатчика, блока блокировки приема, БОКС, первого и второго цифровых фильтров, первого аналогово-цифрового преобразователя, первого цифро-аналогового преобразователя. Выход БОКС через последовательно соединенные первый цифро-аналоговый преобразователь, второй цифровой фильтр, первый передатчик, высокочастотную развязку подключен к антенне, которая в свою очередь через последовательно соединенные высокочастотную развязку, блок блокировки приема, первый приемник, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый цифровой фильтр подключена к входу БОКС. Вход/выход блока преобразования форматов является входом/выходом станции для потребителей информации. 2m входов/выходов БОС через 2m соответствующих модемов являются низкочастотными входами/выходами станций. Начальная установка генератора тактовых импульсов и блока преобразования форматов в БОС осуществляется путем подачи на соответствующие входы сигнала «Сброс», m - суммарное число сопрягаемых наземных станций в зоне. В БОС блок преобразования форматов соединен двухсторонними связями с маршрутизатором, блоком хранения адресной базы, блоком тарификации, первым блоком хранения сообщений, первым блоком отображения, первым пультом управления. Генератор тактовых импульсов подключен к синхровходам блока преобразования форматов, маршрутизатора, блока хранения адресной базы, блока тарификации, первого блока хранения сообщений, первого блока отображения, первого пульта управления. Блок хранения адресной базы соединен двухсторонними связями с маршрутизатором и блоком тарификации. 2m входов/выходов маршрутизатора соединены с соответствующими входами/выходами 2m модемов. Приемная станция ВЧ диапазона, вычислитель которой подключен двухсторонними связями к первому вычислителю основной наземной станции, передающая станция ВЧ диапазона, вычислитель которой подключен двухсторонними связями через последовательное соединенные (2m+4)-й и (2m+5)-й модемы к вычислителю основной наземной станции. Приемная станция ВЧ диапазона состоит из последовательно соединенных двухсторонними связями вычислителя приемной станции ВЧ диапазона, третьего цифрового фильтра, второго аналогово-цифрового преобразователя, второго приемника, высокочастотный вход которого подключен к приемной антенне ВЧ диапазона. Вход/выход управления вычислителя приемной станции ВЧ диапазона подключен двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам третьего цифрового фильтра, второго аналогово-цифрового преобразователя, второго приемника. Передающая станция ВЧ диапазона состоит из последовательно соединенных двухсторонними связями вычислителя передающей станции ВЧ диапазона, второго цифро-аналогового преобразователя, четвертого цифрового фильтра, второго передатчика, высокочастотный выход которого подключен к передающей антенне ВЧ диапазона. Вход/выход управления вычислителя передающей станции ВЧ диапазона подключен двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам второго цифро-аналогового преобразователя, четвертого цифрового фильтра, второго передатчика.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- кодирование в комплексе осуществляется только для уплотнения каналов;
- не реализована важная процедура взаимной синхронизации передающей и приемной сторон комплекса;
- в комплексе отсутствует защита от группирования ошибок в канале из-за замираний радиосигнала на трассе распространения радиоволн ВЧ диапазона из-за влияния отражений радиосигналов от земной поверхности в каналах прямой (оптической) видимости.
Технический результат изобретения - повышение помехоустойчивости станции, за счет введения процедур помехоустойчивого кодирования, перемежения, обеспечения синхронизации средств обработки сигналов на передающей и приемной сторонах, использования ортогональных кодов с синхронизацией от меток точного (всемирного) времени и взаимокорреляционной обработки принимаемого сигнала, введения в комплексе защиты от группирования ошибок, появляющихся в канале связи из-за замираний радиосигнала на трассе распространения радиоволн ВЧ диапазона, установления связи с требуемым абонентом за счет введения операций выбора радиосигнала от любого абонента системы, находящегося в зоне устойчивой связи односкачковой трассы.
Указанный технический результат достигается тем, что центральная станция системы радиосвязи с подвижными объектами содержащая блок обработки сообщений (БОС), группу из 2 m модемов, где m - суммарное число сопрягаемых наземных станций в зоне, (2m+2)-й, (2m+3)-й модемы, основную и резервную наземные станции, каждая из которых содержит первый вычислитель и М канальных блоков, при этом каждый из М канальных блоков содержит блок обработки канальных сигналов (БОКС), соответствующие входы/выходы которого через последовательно соединенные первый цифро-аналоговый преобразователь, первый цифровой фильтр, первый передатчик, высокочастотную развязку подключены к антенне, которая в свою очередь через последовательно соединенные высокочастотную развязку, блок блокировки приема и первый приемник подключена к входу БОКС, первый вычислитель соединен двухсторонними связями с соответствующими входами-выходами БОКС, шина управления первого вычислителя двухсторонними связями подключена к соответствующим входам/выходам первого приемника, первого передатчика, блока блокировки приема, блока обработки канальных сигналов, первого цифрового фильтра, первого цифро-аналогового преобразователя каждого из М канальных блоков, одновременно первый вычислитель подключен двухсторонними связями ко второму блоку хранения сообщений, второму блоку отображения, второму пульту управления, (2m+1)-у модему, причем вычислители наземных станций имеют двухстороннюю связь между собой, а число М канальных блоков в каждой наземной станции определяется необходимостью одновременной работы с воздушными судами в разных режимах и интенсивностью движения в данной зоне обслуживания, БОС содержит генератор тактовых импульсов, подключенный через шину управления, контроля и синхронизации к синхровходам маршрутизатора, блока хранения адресной базы, блока тарификации, первого блока хранения сообщений, первого блока отображения, первого пульта управления и блока преобразования форматов, при этом блок хранения адресной базы соединен двухсторонними связями с блоком тарификации и маршрутизатором, при этом соответствующие входы/выходы блока хранения адресной базы, блока тарификации, первого блока хранения сообщений, первого блока отображения, первого пульта управления и маршрутизатора подключены к соответствующим входам/выходам блока преобразования форматов, 2m входов/выходов маршрутизатора БОС через 2m соответствующих модемов являются низкочастотными входами/выходами для подключения m наземных станций, соответствующий вход/выход блока преобразования форматов является входом/выходом станции для потребителей информации, начальная установка генератора тактовых импульсов и блока преобразования форматов в БОС осуществляется путем подачи на соответствующие входы сигнала «Сброс», маршрутизатор БОС через последовательно соединенные (2m+2)-й и (2m+1)-й модемы подключен двухсторонними связями к первому вычислителю основной наземной станции, а через (2m+3)-й - к первому вычислителю резервной наземной станции, при этом каждый БОКС основной и резервной станций состоит из m первых блоков обработки передаваемых сигналов и m первых блоков обработки принимаемых сигналов, дополнительно содержит приемную станцию ВЧ диапазона, вычислитель которой подключен двухсторонними связями к первому вычислителю основной наземной станции, передающую станцию ВЧ диапазона, вычислитель которой подключен двухсторонними связями через (2m+4)-й модем и (2m+5)-й модем, введенный в состав основной наземной станции, к первому вычислителю основной наземной станции, причем приемная станция ВЧ диапазона состоит из последовательно соединенных двухсторонними связями вычислителя приемной станции ВЧ диапазона, второго блока обработки принимаемых сигналов, второго приемника, высокочастотный вход которого подключен к приемной антенне ВЧ диапазона, вход/выход управления вычислителя приемной станции ВЧ диапазона подключен двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам второго приемника и второго блока обработки принимаемых сигналов, а передающая станция ВЧ диапазона состоит из последовательно соединенных двухсторонними связями вычислителя передающей станции ВЧ диапазона, второго блока обработки передаваемых сигналов, второго цифро-аналогового преобразователя, второго цифрового фильтра, второго передатчика, высокочастотный выход которого подключен к передающей антенне ВЧ диапазона, вход/выход управления вычислителя передающей станции ВЧ диапазона подключен двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам второго цифро-аналогового преобразователя, второго цифрового фильтра, второго передатчика, второго блока обработки передаваемых сигналов. В БОС дополнительно включена решающая схема, которая подключена к шине управления, контроля и синхронизации.
Первый и второй блок обработки передаваемых сигналов являются идентичными и каждый из них содержит последовательно соединенные устройство помехоустойчивого кодирования, перемежитель, кодер, формирователь фаз и фазовый модулятор, формирователь исходных ФМ сигналов передающей стороны, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора исходных ФМ сигналов, выходы сумматора исходных ФМ сигналов подключены к соответствующим входам кодера, выход соответствующего приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем соединен с входом синхронизации вычислителя передающей стороны и через него с входами синхронизации устройства помехоустойчивого кодирования, перемежителя, формирователя исходных ФМ сигналов передающей стороны, сумматора исходных ФМ сигналов, формирователя фаз и фазового модулятора.
Первый и второй блок обработки принимаемых сигналов являются идентичными и каждый из них содержит последовательно соединенные фазовый демодулятор, аналогово-цифровой преобразователь сигналов, преобразователь масштаба сигналов для сжатия во времени пакета ФМ видеосигнала сообщения, устройство компенсации импульсной помехи, интерполяционное устройство, амплитудное нормирующее устройство и декодер с корреляционной обработкой ФМ сигналов сообщения, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора дискретных сигналов, к соответствующим входам декодера с корреляционной обработкой ФМ сигналов подключены выходы формирователя исходных ФМ сигналов приемной стороны, выход сумматора дискретных сигналов через последовательно соединенные решающее пороговое устройство, деперемежитель и устройство помехоустойчивого декодирования подключен к преобразователю дискретных сигналов, выход соответствующего приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем соединен с входом синхронизации вычислителя приемной стороны и через него с входами синхронизации устройств помехоустойчивого декодирования, деперемежителя, аналогово-цифрового преобразователя сигналов, преобразователя масштаба сигналов, устройства компенсации импульсной помехи, интерполяционного устройства, амплитудного нормирующего устройства, формирователя исходных ФМ сигналов приемной стороны, сумматора дискретных сигналов, решающего порогового устройства, преобразователя дискретных сигналов, формирователя порога, выход которого соединен с соответствующим входом решающего порогового устройства.
Заявка поясняется фигурами, где введены обозначения:
1 - первый приемник;
2 - блок обработки сообщений (БОС);
3 - первый передатчик;
4 - группа из 2m модемов;
5 - (2m+1)-й модем;
6 - (2m+2)-й модем;
7 - блок блокировки приема;
8 - вход/выход на m наземных станций;
9 - блок обработки канальных сигналов (БОКС);
10 - блок преобразования форматов;
11 - маршрутизатор;
12 - блок хранения адресной базы;
13 - блок тарификации;
14 - первый блок хранения сообщений;
15 - первый блок отображения;
16 - первый пульт управления;
17 - генератор тактовых импульсов;
18 - основная наземная станция;
19 - резервная наземная станция;
20 - (2m+3)-й модем;
21 - первый вычислитель;
22 - М канальных блоков;
23 - второй пульт управления;
24 - второй блок отображения;
25 - второй блок хранения сообщений;
26 - шина управления первого вычислителя 21;
27 - первый цифровой фильтр;
28 - шина управления, контроля и синхронизации;
29 - первый аналогово-цифровой преобразователь сигналов (АЦП);
30 - первый цифро-аналоговый преобразователь;
31 - высокочастотная развязка;
32 - антенна;
33 - входы/выходы станции для потребителей информации;
34 - приемная станция ВЧ диапазона;
35 - передающая станция ВЧ диапазона;
36 - (2m+4)-й модем;
37 - вычислитель передающей станции ВЧ диапазона;
38 - второй цифро-аналоговый преобразователь;
39 - второй цифровой фильтр;
40 - второй передатчик;
41 - передающая антенна ВЧ диапазона;
42 - вход/выход управления вычислителя передающей станции ВЧ диапазона;
43 - приемная антенна ВЧ диапазона;
44 - второй приемник;
45 - первый блок обработки передаваемых сигналов;
46 - первый блок обработки принимаемых сигналов;
47 - вычислитель приемной станции ВЧ диапазона;
48 - вход/выход управления вычислителя приемной станции ВЧ диапазона;
49 - (2m+5)-й модем;
50 - решающая схема;
51 - кодер;
52 - формирователь исходных ФМ сигналов передающей стороны;
53 - сумматор исходных ФМ сигналов;
54 - формирователь фаз;
55 - фазовый модулятор;
56 - устройство помехоустойчивого кодирования;
57 - перемежитель;
58 - приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем;
59 - вычислитель передающей стороны;
60 - фазовый демодулятор;
61 - второй аналогово-цифровой преобразователь сигналов;
62 - преобразователь масштаба сигналов;
63 - устройство компенсации импульсной помехи;
64 - интерполяционное устройство;
65 - амплитудное нормирующее устройство;
66 - декодер с корреляционной обработкой;
67 - формирователь исходных ФМ сигналов приемной стороны;
68 - сумматор дискретных сигналов;
69 - решающее пороговое устройство;
70 - формирователь порога;
71 - преобразователь дискретных сигналов;
72 - устройство помехоустойчивого декодирования;
73 - деперемежитель;
74 - приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем;
75 - вычислитель приемной стороны;
76 - второй блок обработки передаваемых сигналов;
77 - второй блок обработки принимаемых сигналов.
На фиг. 1 приведена структурная схема центральной станции системы радиосвязи с подвижными объектами.
На фиг. 2 приведена структурная схема второго блока 76 обработки передаваемых сигналов.
На фиг. 3 приведена структурная схема второго блока 77 обработки принимаемых сигналов.
На фиг. 4 приведена структурная схема блока 9 обработки канальных сигналов, в состав которого входят первый блок 45 обработки передаваемых сигналов и первый блок 46 обработки принимаемых сигналов, где обозначено m - число каналов ОВЧ диапазона.
Центральная станция системы радиосвязи с подвижными объектами, к которым, например, относятся и воздушные суда, одновременно работает в двух режимах: ближней и дальней связи. Для обслуживания ПО в ближней зоне связи (в пределах прямой видимости) используется оборудование ОВЧ диапазона (основная и резервная наземные станции), а в дальней зоне - передающая и приемная станции (35 и 34) ВЧ диапазона. Центральная станция системы радиосвязи с подвижными объектами также содержит блок обработки сообщений 2 и группу из 2m модемов 4, (2m+2)-й модем 6; (2m+3)-й модем 20, (2m+4)-й модем 36. Число центральных станций определяется количеством обслуживаемых ПО в заданных секторах и требуемой надежностью связи.
Приемная станция 34 ВЧ диапазона состоит из последовательно соединенных двухсторонними связями вычислителя 47 приемной станции ВЧ диапазона, второго блока 77 обработки принимаемых сигналов, второго приемника 44, высокочастотный вход которого подключен к приемной антенне 43 ВЧ диапазона. Вход/выход управления 48 вычислителя 47 приемной станции 34 ВЧ диапазона подключен двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам второго блока 77 обработки принимаемых сигналов и второго приемника 44.
Передающая станция 35 ВЧ диапазона состоит из последовательно соединенных двухсторонними связями вычислителя 37 передающей станции 35 ВЧ диапазона, второго блока 76 обработки передаваемых сигналов, второго цифро-аналогового преобразователя 38, второго цифрового фильтра 39, второго передатчика 40, высокочастотный выход которого подключен к передающей антенне 41 ВЧ диапазона. Вход/выход управления 42 вычислителя 37 передающей станции 35 ВЧ диапазона подключен двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам второго блока 76 обработки передаваемых сигналов, второго цифро-аналогового преобразователя 38, второго цифрового фильтра 39 и второго передатчика 40.
Основная и резервная наземные станции 18, 19 являются идентичными. В каждой из них имеется М канальных блоков 22. Число каналов М определяется необходимостью одновременной работы с ПО в разных режимах и заданной интенсивностью движения в данной зоне обслуживания. Сформированные на ПО сообщения последовательно во времени через последовательно соединенные антенну 32, высокочастотную развязку 31, блок 7 блокировки приема во время передачи сообщения поступают на первый приемник 1, затем преобразуются в БОКС 9 в дискретные сигналы, фильтруются для подавления паразитных составляющих в спектре принятого сигнала и в виде последовательности импульсов поступают в первый вычислитель 21. При управлении с первого вычислителя 21 по шине 26 управления блокировка первого приемника 1 может быть включена, например, при симплексном обмене данными в канале, или отключена, если приемник используется в режиме оценки целостности передаваемого сообщения (например, режимы VDB, VDL-4). Первый приемник 1 обеспечивает прием сигнала, например, в линиях передачи данных «воздух-земля» ОВЧ диапазона. Демодуляция, декодирование, оценка качества сигнала и передача полученных сообщений в БОС 2 осуществляется с помощью узлов БОКС 9, управляемого первым вычислителем 21. Такие процедуры осуществляются непрерывно при наличии соответствующего радиосигнала в канале.
Передаваемое сообщение формируется у потребителя информации, например, в виде последовательности цифр 0 и 1, которая по входу/выходу 33 поступает в БОС 2. Затем дискретные сигналы преобразуются в блоке 10, обрабатываются в решающей схеме 50 и через маршрутизатор 11, модемы 6, 20 поступают на первый вычислитель 21 и с его выхода на первый БОКС 9 или через модемы 49, 36, вычислитель 37 передающей станции 35 ВЧ диапазона во второй блок 76 обработки передаваемых сигналов, если обслуживаемый ПО находится в дальней зоне связи.
Блок 9 обработки канальных сигналов состоит из первого блока 45 обработки передаваемых сигналов и первого блока 46 обработки принимаемых сигналов. Передающая станция 35 ВЧ диапазона содержит второй блок 76 обработки передаваемых сигналов, а приемная станции 34 ВЧ диапазона содержит второй блок 77 обработки принимаемых сигналов. Функционально блоки 45 и 76, 46 и 77 не отличаются друг от друга, изменяются только период синхросигналов, частота дискретизации, число уровней квантования сигналов и другие параметры.
Последовательность дискретных сигналов с блока 21 поступает на вход устройства 56 помехоустойчивого кодирования, где в сообщение вводятся избыточные символы в соответствии с правилами помехоустойчивого кодирования, например, кода Рида-Соломона, далее в узле 57 для защиты от импульсных помех осуществляется операция перемежения (символы в сообщении меняются местами по известному закону). Затем дискретные данные подаются на первый вход кодера 51, на другие входы которого через сумматор 53 исходных ФМ сигналов поступает кодовый фазоманипулированный (ФМ) сигнал с формирователя 52 исходных ФМ сигналов. Исходные ФМ сигналы формируются в виде ортогональных элементов производной системы сигналов, автокорреляционная функция (АКФ) которых имеет малые боковые лепестки, путем перемножения (суммирования по модулю 2) поэлементно, например, двух фазоманипулированных кодов: Уолша, обладающих свойствами ортогональности, и Баркера, имеющего автокорреляционную функцию с малыми боковыми лепестками [5]. В качестве базовых кодов могут быть выбраны, например, последовательности с М=4 для кодов Уолша и код Баркера 4-го порядка N=4.
Ширина спектра элементов выбранной производной системы сигналов определяется сверткой спектров соответственно кодов Уолша и Баркера, и будет определяться шириной спектра, определяемой длительностью одного дискретного элемента кода Баркера [5].
В сумматоре 53 исходных ФМ сигналов проводится совмещение во времени и суммирование, например, М=4 исходных ФМ сигналов при N=4. В результате этого образуется пакет параллельной сборки из N=4 дискретных сигналов с относительными амплитудами, равными - двум или нулю, из которых формируется пакет кодового ФМ сигнала с амплитудами, равными минус единице или плюс единице.
В кодере 51 каждый дискретный двоичный сигнал преобразуется пакетом кодового ФМ сигнала в пакет ФМ сигнала сообщения из N=4 дискретных сигналов с одинаковыми амплитудами, равными -1 или 1 (фазами π или 0). Сформированный таким образом пакет ФМ сигнала в кодере 51 может передаваться с помощью фазовой модуляции 2-ФМ в полосе пропускания системы радиосвязи.
С выхода кодера 51 пакет ФМ сигналов подается на формирователь 54 фаз, после чего обрабатывается фазовым модулятором 55 типа 2-ФМ в полосе пропускания системы радиосвязи и, пройдя первый цифро-аналоговый преобразователь 30, первый цифровой фильтр 27, первый передатчик 3, высокочастотную развязку 31 с помощью антенны 32 излучается на одной несущей частоте в канал связи.
Такие же процессы осуществляются во втором блоке 76 обработки передаваемых сигналов передающей станции 35 ВЧ диапазона. При этом последовательность дискретных сигналов на вход устройства 56 помехоустойчивого кодирования поступает с блока 37, а с выхода фазового модулятора 55 пакет ФМ сигналов поступает на вычислитель 37 передающей станции 35 ВЧ диапазона и, пройдя блок 76, второй цифро-аналоговый преобразователь 38, второй цифровой фильтр 39, второй передатчик 40, с помощью передающей антенны 41 ВЧ диапазона излучается в канал связи.
При приеме радиосигналы, пройдя антенну 32, высокочастотную развязку 31, первый приемник 1 в форме пакета ФМ видеосигнала с сохранением фазы поступают через фазовый демодулятор 60 на вход второго аналогово-цифрового преобразователя 61 сигналов для преобразования и обработки пакета ФМ видеосигнала сообщения.
Выход первого аналогово-цифрового преобразователя 29 сигналов подключен к преобразователю 62 масштаба сигналов для сжатия во времени пакета ФМ видеосигнала для уменьшения времени его преобразования и обработки.
С выхода преобразователя 63 масштаба сигналов пакет ФМ видеосигналов поступает на устройство 63 компенсации импульсных помех, которые сосредоточены во времени и представляют собой случайную последовательность импульсов со случайными амплитудами, которые изменяются от минимума до максимума за время, соизмеримое со временем интервала посылки, следующих друг за другом через случайные интервалы времени и накладываемые на полезный сигнал.
Компенсация (вырезание или уменьшение уровня) импульсной помехи, совпадающей с дискретным сигналом сообщения, вызывает ошибку при демодуляции, поэтому на выходе устройства 63 компенсации импульсных помех установлено интерполяционное устройство 64, которое, например, по двум (или нескольким) соседним отсчетам пакета дискретных сигналов сообщения на выходе устройства 15 компенсации импульсных помех восстанавливает фазовую информацию [6, 7].
С выхода интерполяционного устройства 64 пакет ФМ видеосигнала поступает через амплитудное нормирующее устройство 65 на первый вход М=4 декодера 66 с корреляционной обработкой, на другие входы которого поступают М=4 исходных ФМ сигналов с формирователя 67 исходных ФМ сигналов.
За счет корреляционной обработки в М=4 канальном декодере 66 спектральные плотности помех и шума при умножении на копии исходных ФМ сигналов расширяются. В результате этого в полосе частот каждого канала коррелятора мощности помех и шума ослабляются в соответствии с величиной базы В=4, т.е. происходит увеличение отношения сигнал/шум на 6 дБ [8, 9].
С выходов М=4 декодера 66 с корреляционной обработкой дискретные сигналы в виде автокорреляционных функций и шумы поступают на входы сумматора 68 дискретных сигналов. При этом за счет того, что боковые лепестки АКФ не превышают уровень 0,25 от основного лепестка и находятся в противофазе [5], при их суммировании на выходах М=4 декодера 66 с корреляционной обработкой боковые лепестки АКФ устраняются, так как автокорреляционные функции шума находятся в противофазе, как и боковые лепестки АКФ дискретных сигналов сообщения [5]. В результате чего на выходе сумматора 68 дискретных сигналов может обеспечиваться увеличение отношения сигнал/шум не менее, чем в N=4 раз, т.е. на 6 дБ [5].
Таким образом, за счет применения в системах радиосвязи технологии кодового разделения каналов с использованием ортогональных сигналов общий выигрыш в отношении сигнал/шум в предлагаемой системе может потенциально составлять не менее 12 дБ [5], что подтверждает результаты сравнения помехозащищенности систем радиосвязи, приведенные в [5, 10, 11].
С выхода сумматора 68 дискретных сигналов дискретные сигналы поступают на первый вход решающего порогового устройства 69, на второй вход которого поступает пороговое напряжение с формирователя 70 порога, выполненного, например, на цифро-аналоговом преобразователе.
С выхода решающего порогового устройства 69 дискретные сигналы поступают на вход деперемежителя 73, где осуществляется операция преобразования групповых ошибок в одиночные за счет установки по известному закону символов в сообщении на свои места. С выхода деперемежителя 73 дискретные сигналы поступают на вход устройства 72 помехоустойчивого декодирования, где в соответствии с правилами помехоустойчивого кодирования, например, кода Рида-Соломона, осуществляется обнаружение и исправление одиночных ошибок. Затем сообщение подается на вход преобразователя 71 дискретных сигналов, в котором дискретные сигналы сообщения преобразуются к виду, удобному для обработки в первом вычислителе 21.
Такие же известные процессы, характерные для приема радиосигналов, осуществляются во втором блоке 77 обработки принимаемых сигналов принимающей станции 34 ВЧ диапазона. При этом радиосигналы форме пакета ФМ видеосигнала с сохранением фазы поступают на фазовый демодулятор 60 со второго приемника 44.
На каждой станции 18, 19 для взаимной временной синхронизации процедур обработки ортогональных кодов выход меток точного времени соответствующего приемника (58, 74) сигналов глобальных навигационных спутниковых систем соединен с входом синхронизации соответствующего вычислителя (59, 75) и через него с синхровходом соответствующего первого вычислителя 21.
В первом блоке 45 обработки передаваемых сигналов первый вычислитель передающей стороны 59 соединен с входами синхронизации устройства помехоустойчивого кодирования 56, перемежителя 57, формирователя исходных ФМ сигналов передающей стороны 52, сумматора исходных ФМ сигналов 53, формирователя фаз 54 и фазового модулятора 55.
В первом блоке 46 обработки принимаемых сигналов первый вычислитель передающей стороны 75 соединен с входами синхронизации устройства помехоустойчивого декодирования 72, деперемежителя 73, аналогово-цифрового преобразователя сигналов 29, преобразователя масштаба сигналов 62, устройства компенсации импульсной помехи 63, интерполяционного устройства 64, амплитудного нормирующего устройства 65, формирователя исходных ФМ сигналов приемной стороны 67, сумматора дискретных сигналов 68, решающего порогового устройства 69, формирователя порога 70, преобразователя дискретных сигналов 71.
На каждой станции ВЧ диапазона 35, 36 для взаимной временной синхронизации процедур обработки ортогональных кодов выход меток точного времени соответствующего приемника (58, 74) сигналов глобальных навигационных спутниковых систем соединен с входом синхронизации соответствующего вычислителя (59, 75) и через него с синхровходом соответствующего вычислителя ВЧ диапазона (37, 44).
Блоки 45 и 76, 46 и 77 аналогичны по составу и функциональному назначению. Их различие состоит в длительности сигналов: сигналы ВЧ диапазона имеют большую длительность и, следовательно, частота дискретизации в узла 27, 30, 38, 39, 61, 62 может быть снижена по сравнению с БОКС станций прямой видимости, а также связями с другими узлам. Вычислителями 59 и 75 формируются, например, непрерывные последовательности, пачки импульсов и другие сигналы, синхронизированные с единым глобальным временем и необходимые для работы указанных выше средств обработки.
Для повышения качества оценки типа сообщения число дискретных отсчетов в течение длительности самого короткого символа из всех каналов устанавливают, например, порядка 8. В первом АЦП 29 во время этих отсчетов измеряется амплитуда принятого сигнала. Результат измерения отправляется по шине 26 управления в первый вычислитель 21 для анализа. С помощью узлов: АЦП 29, первого цифрового 27 фильтра БОКС 9, управляемого первым вычислителем 21, в соответствии с необходимыми для данной линии передачи данных процедурами сигнал с выхода первого приемника 1 преобразуется в цифровой вид, который необходим для дальнейшей обработки в БОКС 9 и затем в первом вычислителе 21. Все логические операции выполняются программно в первом вычислителе 21. По характерным признакам, например, по рабочей частоте принятого радиосигнала или частоте следования импульсов в сообщении, определяется тип бортового оборудования линии передачи данных воздушного судна и выдается команда узлам 9, 27, 1,7 по шине 26 на подготовку к приему соответствующих данных. Далее в БОКС 9 формируется строб, в течение которого начинают поступать счетные импульсы для обработки принятых сообщений. При совпадении поступающего в сообщении с ПО адреса с адресом, хранящимся во втором блоке 25 хранения сообщений, увеличивается число обслуживаемых станцией подвижных объектов, записанных ранее, на единицу. Далее в БОКС 9 формируются счетные импульсы в стробе, в течение которого должны обрабатываться принятые сообщения. При наличии радиосигнала в канале определяется приоритет сообщения, необходимый, например, для изменения режимов функционирования БОКС 9 и первого вычислителя 21. Если за определенное время (для каждого типа ЛПД свое) сообщение не принято или принято с ошибкой, т.е. подвижный объект не вышел на связь или вышел из зоны устойчивой радиосвязи, то полученное ранее число подвижных объектов уменьшается на единицу. Если за определенное время в канале вновь обнаружится радиосигнал, то указанная выше процедура повторяется. При несовпадении адресов с заданными диспетчерами с пультов 16 и 23, заложенными в блоках 14 и 25 хранения сообщений или при наложении сообщений от нескольких ПО дальнейшая обработка сигналов в БОКС 9 не производится. В первом вычислителе 21 постоянно определяется степень загрузки радиоканалов путем оценки числа обработанных сообщений за заданный интервал времени. Если загрузка отсутствует, то формируется команда о переходе первого приемника 1 на сканирующий по частоте режим работы. Данные о числе принятых сообщений отображаются на экране второго блока 24 отображения данных и при необходимости могут быть выведены на экран первого блока 15 отображения данных в блоке 2 обработки сообщений. Для координации работы всех узлов наземной станции 18 (19) используется шина 26 управления первого вычислителя 21, которая подключена двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам первого приемника 1, первого передатчика 3, блока 7 блокировки приема, первого и второго цифровых фильтров 27 и 39, первого аналогово-цифрового преобразователя 29, первого цифро-аналогового преобразователя 30. Все операции выполняются с помощью первого вычислителя 21, реализованного, например, на серийной ЭВМ. Команда «Сброс» в наземной станции 18 (19) подается программно на БОКС 9 с первого вычислителя 21, а в БОС 2-е генератора 17 тактовых импульсов только в начале работы для установки в «Нуль» соответствующих узлов.
Операции модуляции и демодуляции выполняются в блоке 9 обработки канальных сигналов с использованием управляющих сигналов с первого вычислителя 21. После обработки сигналов в БОКС 9 в первом вычислителе 21 анализируется тип сообщений с ПО. Тип сообщения несет в себе информацию о его назначении, например, для воздушных судов: аварийные сигналы, сообщения автоматического зависимого наблюдения, данные обмена «пилот-диспетчер» и другие. В общем случае может быть несколько типов сообщений, которые разделяются по приоритетам.
В наземных станциях 18, 19 формирование радиосигналов для передачи сообщений по каналу «воздух-земля» осуществляется в следующем порядке:
- прием стандартного сообщения с первого вычислителя 21;
- форматирование, кодирование, преобразование (скремблирование) битов сообщения в БОКС 9;
- модуляция и фильтрация спектра сигналов, передача их на вход передатчика 3.
После идентификации принятых сообщений в блоке 9 канальной обработки сигналов, управляемом первым вычислителем 21, вырабатываются команды включения требуемой частоты первого передатчика 3 и сообщения, которые являются необходимыми для обозначения типа (номера) центральной станции системы радиосвязи с подвижными объектами, например, скваттерные посылки для воздушных судов гражданской авиации. При поступлении сообщения высшего приоритета с БОС 2 через модемы 6 и 5 в первый вычислитель 21 оно устанавливается первым в очередь на передачу на соответствующее воздушное судно. До тех пор, пока не переданы сообщения с высшим приоритетом, запрещается прохождение менее приоритетных сообщений. Менее срочные сообщения передаются на ПО последовательно во времени в порядке их важности.
В память второго блока 25 хранения сообщений с помощью второго пульта 23 управления и первого вычислителя 21 заранее вводятся номиналы частот, виды модуляции, скорости передачи и другие параметры, характерные для каждого из радиоканалов, в том числе каналов ВЧ диапазона, а также для соответствующего региона размещения наземных станций 18 и 19, блока 2 обработки сообщений центральной станции. Базы данных о ПО, параметрах сигналов в радиоканалах и другая информация хранится в первом и втором блоках 14 и 25 хранения сообщений, в которые может быть введена дополнительная информация с помощью пультов 16, 23 управления и первого вычислителя 21. Обновление информации осуществляется за счет непрерывного обмена сообщениями между вычислителями 21, 37, 47 и первым блоком 14 хранения сообщений как непосредственно, так и через модемы 49 и 36, а также через модемы 5 и 6, маршрутизатор 11, блок 10 преобразования форматов, вход/выход 33 станции с потребителями (источниками управляющей) информации.
В режиме ближней связи сообщения с выхода первого вычислителя 21 через (2m+1)-й и (2m+2)-й модемы 5 и 6 поступают в БОС 2 через маршрутизатор 11 на блок 10 преобразования форматов, который может быть выполнен, например, на ЭВМ. Если расстояние между первым вычислителем 21 и БОС 2 не превышают величин, заданных в требованиях на используемый интерфейс, то модемы 5 и 6 могут отсутствовать. В блоке 10 преобразования форматов принятые сообщения преобразуются к виду, необходимому для работы всех узлов БОС 2, наземных станций 18 и 19. Одновременно адреса сообщений сравниваются с данными блока 12 хранения адресной базы. По результатам сравнения выносится решение о трафике сообщения, задаваемым маршрутизатором 11, величине оплаты услуг в блоке 13 тарификации, записываются сообщения в первый блок 14 хранения сообщений, индицируются (при необходимости) на первом блоке 15 отображения. Таким образом, обеспечивается автоматический поиск подвижного объекта для доставки ему управляющих сообщений и получения квитанций об их исполнении. В первом блоке 14 хранения сообщений обеспечивается ведение архивов сообщений с учетом категории срочности. Для этого используется оперативная (на время «старения» информации) и долговременная память, например, на 30 суток. Данные оперативной памяти постоянно обновляются. Данные долговременной памяти необходимы для анализа конфликтных ситуаций и оценки правильности расчетов с получателями информации. Учет трафиков сообщений и соединений абонентов, расчет суммы за оплату услуг осуществляется в блоке 13 тарификации в зависимости от адреса абонента и объема сообщения. Счет получателю информации выставляется за переданный объем сообщений в заданный интервал времени, например, сутки, по трафику, определяемому блоком 12 хранения адресной базы и маршрутизатором 11. В блоке 12 хранения адресной базы заложены адреса и типы всех сообщений, обрабатываемых в центральной станции, а также адреса обслуживаемых ПО, сопрягаемых периферийных (соседних) станций системы радиосвязи с подвижными объектами и получателей информации. Маршрутизатор 11 обеспечивает распределение сообщений по воздушным и наземным сетям связи, а именно, подключение к центральной станции через соответствующие модемы 4 по шинам 8 наземных станций 18 (19) абонентов, например, для гражданской авиации (ГА): главный центр обработки информации, службы авиакомпаний и управления воздушным движением. Синхронизация всех процессов обработки сообщений во времени в БОС 2 осуществляется с помощью генератора 17 тактовых импульсов, который может быть синхронизован, например, с помощью меток точного времени с выхода приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Начальная установка генератора тактовых импульсов и блока преобразования форматов в БОС 2 осуществляется путем подачи на соответствующие входы сигнала «Сброс», не показанные на фигуре 1. Запрос данных с ПО осуществляется автоматически (программно) по входу/выходу 33 или с помощью первого пульта 16 управления БОС 2 или со второго пульта 23 управления наземной станции 18 (19). Запрос данных с ПО потребителем информации осуществляется с помощью сообщения одного из стандартных форматов, например, в соответствии с протоколом Х.25, переданного через вход/выход 33, блок 10 преобразования форматов, маршрутизатор 11 (или через соответствующий модем 4, маршрутизатор 11) на последовательно соединенные (2m+2)-й и (2m+1)-й модемы 6 и 5 на наземную станцию 18 (19) и через первый вычислитель 21, модемы 49 и 36 - на передающую станцию 35 ВЧ диапазона.
На наземной станции 18 (19) с помощью узлов: БОКС 9, управляемого первым вычислителем 21, первого цифро-аналогового преобразователя 30, первого цифрового фильтра 27 в соответствии с необходимыми для данной ЛПД процедурами формируется сигнал для первого передатчика 3 с малым уровнем боковых лепестков в спектре радиосигнала. Усиленный радиосигнал с выхода первого передатчика 3 через высокочастотную развязку 31, обеспечивающую защиту входных цепей первого приемника 1 от мощных радиосигналов первого передатчика 3, подается в антенну 32 и по эфиру поступает на ПО. Последняя операция осуществляется, например, при запросе данных с воздушных судов по признаку «последней связи». Второй пульт 23 управления выполняет функции формирования сообщений, передаваемых на ПО. Аналогичные сообщения по формату поступают через вход/выход 33. При автоматическом использовании наземной станции 18 (19) без обслуживающего персонала блоки 23, 24, 25 могут отсутствовать.
В первом вычислителе 21 осуществляется формирование, адресная коммутация и распределение сообщений по оборудованию ближней или дальней связи, циркулирующих между узлами наземной станции 18 (19), станций 34 и 35 или между БОС 2 и потребителями информации по входу/выходу 33. Сообщения с ПО и квитанции о правильном приеме команд поступают на первый и второй блоки 14 и 25 хранения сообщений и на решающую схему 50, а сообщения для ПО - на блок 9 обработки канальных сигналов. Аналогичные указанным выше операции могут быть осуществлены в m других наземных станциях. Наблюдение за текущим состоянием узлов станции осуществляется в решающей схеме 50, выполненной, например, на ЭВМ, по квитанциям, поступающим с первого вычислителя 21 через соответствующие модемы 4, 6, 20. Структура полученной квитанции сравнивается с одной из заложенных в блоке 12 хранения адресной базы и после анализа соответствия выносится решение о работоспособности удаленного объекта. Поступающие данные с ПО через один из М канальных блоков 22 наземной станции 18 (19), первый вычислитель 21, модемы 5 и 6, БОС 2 автоматически передаются адресатам, в качестве которых могут выступать, например, центры управления воздушным движением, авиакомпании, различные службы гражданской авиации и другие объекты. Трафик данных, взаимодействующие с БОС 2 подвижные объекты, состояние удаленных наземных станций 18 (19), станций 34, 35 ВЧ диапазона и модемов (каналов связи) отображаются на первом блоке 15 в режиме реального времени. Графический интерфейс предоставляет детальную информацию, а также дает оператору возможность запустить тестирование удаленного потребителя информации, провести необходимые операции по установлению или отключению модема с каналом связи, вывести на экран статистические данные. Первый блок 14 хранения сообщений имеет накопители для хранения данных, с возможностью резервирования, а также обеспечивает распечатку данных на внешнем принтере, не указанном на фигуре 1. Блок 10 преобразования форматов выполняет роль устройства информационно-логического сопряжения с входами/выходами 33 станции для подключения потребителей информации. Протокол логического уровня для каждого интерфейса - входа/выхода 33 станции для потребителей информации разрабатывается в соответствии со структурой передаваемой информации и требований к ее параметрам. В каждом пакете этих протоколов присутствует контрольная сумма, при несовпадении которой пакет игнорируется.
При интенсивном движении в зоне обслуживания ПО с разнообразной бортовой аппаратурой при полном использовании оборудования основного канала, при необходимости, для работы на частоте приема, не используемой в основной наземной станции 18 можно использовать канал из резервной наземной станции 19. При выходе из зоны обслуживания наземных станций ОВЧ диапазона сопровождение ПО осуществляется автоматически с помощью следящего за местоположением ПО первого вычислителя 21, «подключение» к соответствующему ПО станций 34 и 35 ВЧ диапазона, например, в соответствии с процедурой «хэндофф» [6, 8, 13]. Потребитель информации не замечает переход с одного диапазона частот на другой, только незначительно увеличивается время задержки ответного сообщения. Аналогичная процедура осуществляется при передаче обслуживания ПО с дальней зоны в зону обслуживания с помощью ОВЧ каналов радиосвязи.
При отсутствии в канале радиосигналов на основной и резервной частотах первый вычислитель 21 с помощью шины управления 26 осуществляет сканирование по частоте в первом приемнике 1 по другим известным фиксированным рабочим частотам каналов передачи данных «воздух-земля» для определения наличия в них информации. При необходимости сканирование по известным частотам осуществляется и в станции 34 ВЧ диапазона. Подключение каждого из каналов обмена данными осуществляется на время, необходимое для анализа в нем сообщения. В наземной станции 18 (19) и в приемной станции 34 ВЧ диапазона осуществляется сканирование каналов, на которых ПО ведут передачу сообщений в эфир. В первом приемнике 1 и в приемной станции 34 ВЧ диапазона используется алгоритм поиска излучения радиосигнала, как один из способов определения состояния канала (свободен или занят). Для обнаружения радиосигнала приемник осуществляет оценку нижнего порога уровня шума, основываясь на измерении мощности сигнала в канале независимо от обнаружения нужной обучающей последовательности. Наличие сигнала в канале характеризуется величиной мощности, зафиксированной в канале, превышающей оценку нижнего порога мощности шума. Для обнаружения на физическом уровне занятых каналов могут быть использованы, например, следующие процедуры:
- обнаружение обучающей последовательности: канал считается занятым, если обнаруживается обучающая последовательность, за которой следует флажок - метка кадра данных;
- измерение мощности на канале: независимо от способности наземной станции 18 (19) или приемной станции 34 ВЧ диапазона обнаружить значимую обучающую последовательность, канал считается занятым после возрастания мощности на канале до четырехкратного значения нижнего порога мощности шума в течение половины интервала времени, выделенного для оценки канала.
Частоты М приемников при сканировании изменяются синхронно по заранее известным для данного региона рабочим точкам, например, со сдвигом (В-М) позиций, где В - число возможных (в зоне обслуживания) режимов ЛПД. При обнаружении радиосигнала сканирование прекращается и начинается прием и обработка сообщения. В некоторых случаях канальный блок 22 может быть постоянно закреплен за определенной ЛПД, в которой осуществляется непрерывный обмен данными между абонентами центральной станции. В зоне обслуживания с высокой интенсивностью движения ПО за каждой ЛПД может быть постоянно закреплен определенный канальный блок 22.
С помощью узлов наземной станции 18 (19) или станций 34 и 35 ВЧ диапазона в симплексном режиме обеспечиваются следующие функции физического уровня:
- управление рабочей частотой передатчика и приемника;
- прием данных приемником;
- передача данных передатчиком;
- услуги уведомления, включая измерение времени приема;
- прослушивание радиоканалов.
Повышение достоверности передачи информации обеспечивается следующим образом. Если первый вычислитель 21 получает от БОКС 9 уведомление, что в данный момент времени на ПО было отправлено сообщение, а с ПО соответствующая квитанция не была принята, и эта ситуация продолжается достаточно долго, то принимается решение о выходе из строя соответствующего элемента и с помощью двусторонних связей через узлы 10, 11, 6, 5 или 36, 49 на первый вычислитель 21 наземной станции 18 передается соответствующее сообщение и инициируется переход на резервную наземную станцию 19 с выдачей информации о неисправности. Для обеспечения бесперебойной работы наземные станции 18 и 19 резервируются по принципу горячего резерва. Выход из строя одного элемента станции не нарушает ее работоспособности. За счет некоррелированности радиосигналов ВЧ и ОВЧ диапазонов повышается надежность связи, в том числе и за пределами радиогоризонта.
Принципы формирования и обработки сигналов в станциях 34 и 35 ВЧ диапазона аналогичны рассмотренным в станциях 18 (19) ОВЧ диапазона. Объединение данных, полученных с наземной станции 22 по радиоканалам ОВЧ диапазона и приемной станции 34 ВЧ диапазона, размещаемых территориально рядом, осуществляется в первом вычислителе 21. Для этого вычислитель 47 приемной станции 34 ВЧ диапазона подключен двухсторонними связями непосредственно к первому вычислителю 21 основной наземной станции 18, например, в соответствии с протоколом Ethernet. Для защиты от «пролезания» мощных радиосигналов на вход антенны 43 позицию, на которой размещена передающая станция 35 ВЧ диапазона, удаляют за пределы прямой видимости от приемной станции 34. Поэтому вычислитель 37 удаленной передающей станции 35 ВЧ диапазона подключают двухсторонними связями через последовательно соединенные (2m+4)-й 36 и (2m+5)-й 49 модемы и линию связи, не показанную на фиг. 1 как и другие линии, к первому вычислителю 21 основной наземной станции 18.
При передаче данных в ВЧ диапазоне от наземных потребителей к конечным бортовым системам ПО пакетное сообщение, содержащее адрес получателя (адрес борта) и адрес отправителя, принимаемое по входу/выходу 33, обрабатывают в БОС 2 (узлы 10, 11, 12, 13, 14) и после упаковки в маршрутизаторе 11 его, например, в виде пакета ISO 8208, передают через модемы 6 и 5 на первый вычислитель 21 основной наземной станции 18, выполняющий функции канального уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Затем сформированное сообщение передают в вычислитель 37 передающей станции 35 ВЧ диапазона, выполняющий совместно с блоком 76 функции физического уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем, например, по аналогии с системой HFDL [4, 13]:
- сверточное кодирование данных для прямой коррекции ошибок;
- перемежение данных для борьбы с пакетированием ошибок из-за замираний и импульсных помех;
- преобразование последовательности из трех или двух, или одного бита в значения фазы сигнала поднесущей частоты;
- 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 перемежения;
- формирование коротких обучающих последовательностей, которые вставляют в поток передаваемых данных для реализации адаптивных методов приема сообщения.
Во втором цифро-аналоговом преобразователе 38 дискретные сообщения преобразуются в аналоговые, а во втором цифровом фильтре 39 осуществляются операции:
- формирование заданной формы огибающей каждого символа для обеспечения заданной спектральной маски излучаемого сигнала;
- формирование радиосигнала, например, с верхней боковой полосой с подавленной несущей с соответствующим классом излучения.
После операций синтеза частот, частотного преобразования, фильтрации, усиления до требуемого уровня мощности во втором передатчике 40 через передающую антенну 41 ВЧ диапазона радиосигналы излучаются в эфир.
Принимаемые радиосигналы с приемной антенны 43 ВЧ диапазона подают на второй приемник 44, обеспечивающий согласование с выходным сопротивлением антенны 43 и фильтрацию мешающих радиосигналов.
Первый и второй блоки (46 и 77) обработки принимаемых сигналов, в которых параметры аналогово-цифровых преобразователей обеспечивают требования по заданному динамическому диапазону и быстродействию, цифровые фильтры, соответствующие вычислители выполняют функции физического уровня, а именно: частотного преобразования, фильтрации, синтеза частот, демодуляции, дескремблирования, деперемежения, декодирования с прямой коррекцией ошибок. После проведения этих операций в соответствующем вычислителе 21 соответствующей наземной станции обеспечиваются протоколы выбора частот связи, составления линии связи, обмена данными уровня доступа к подсети «воздух-земля», отказоустойчивого режима работы и другие процедуры, осуществляются процедуры адаптивных методов передачи и приема сигналов, проверки на наличие не исправленных ранее ошибок. В случае отсутствия ошибок сообщение упаковывают в пакет ISO 8208 и через узлы 5, 6, 11, 10 выдают, например, по протоколу Х.25 по входу/выходу 33 потребителям информации и совместно с данными, принятыми по ОВЧ радиоканалам, на первый блок 15 отображения для создания полной картины о текущей воздушной обстановке. Аналогичная информация будет индицироваться и на втором блоке 24 отображения.
Каждая передающая станция 35 ВЧ диапазона может выходить на связь на нескольких рабочих частотах, известных всем участникам движения, которые распределяются между другими передающими станциями ВЧ диапазона. Списки выделенных частот меняются в зависимости от времени года, а рабочая частота для каждой станции 35 (34) из списка выделенных частот активизируется на каждый час или два часа времени суток. При движении ПО выходит на связь, выбирая для связи ту станцию 35 (34), условия распространения радиоволн для связи с которой в данный момент времени являются оптимальными. Как только качество канала связи деградирует ниже допустимого уровня, на ПО выбирают новую оптимальную рабочую частоту на основании анализа условий распространения радиоволн. Таким образом, обеспечивают высокую надежность связи при обмене данными с ПО.
Решающая схема 50 предназначена:
- для логического определения достоверности приема сообщения (на выходах вычислителей 21 и 75 после соответствующих модемов) и необходимости передачи данных получателю информации по входу/выходу 33, например, по следующим признакам: не попаданию очередного местоположения ПО в строб сопровождения, появление в стробе ПО с новыми номерами, не существующие номера ПО, не реальные изменения курса, скорости и т.п. Эта процедура основана на построении в решающей схеме 50 для каждого обслуживаемого ПО трехмерных стробов сопровождения, показывающих ориентировочное положение ПО в следующий момент времени. Строб строится с учетом курса, скорости и времени следующего сеанса связи [12]. С течением времени строб перемещается и его размеры увеличиваются. При не достоверном приеме сообщения решающая схема 60 формирует данные о номере неправильного пакета и посылает через станции 18 или 19, или 35 его по эфиру на соответсвующий ПО. При неполучении требуемого сообщения в заданное время на решающей схеме 50 формируется повторный запрос с помощью рассмотренных выше процедур;
- распределения передаваемых сигналов по наземным станциям (одной или нескольким одного и того же сигнала) и назначения им соответствующих рабочих частот;
- для управления работой узлов станций 18, 19, 35, 36, БОС 2;
- для контроля работоспособности узлов БОС 2, станций 18, 19 через соответствующие модемы и вычислители, станций 35, 36 через соответствующие модемы и вычислители 21 и 37, 47.
Предложенное техническое решение не только сохраняет достоинства прототипа, но и позволяет повысить помехоустойчивость за счет:
- использования ортогональных кодов с синхронизацией от меток точного (всемирного) времени и взаимокорреляционной обработки принимаемого сигнала введения;
- процедур управляемого решающей схемой 50 частотного разнесения каналов в станциях 16 и 19;
- дополнительной процедуры повышения достоверности приема сообщения за счет логического определения ошибочной информации после операции помехоустойчивого декодирования;
- обеспечения синхронизации средств обработки сигналов на передающих и приемных каналах центральной станции;
- введения защиты от группирования ошибок, появляющихся в канале связи из-за замираний радиосигнала на трассе распространения радиоволн ВЧ диапазона.
Радиосвязь с ПО обеспечивается в автоматическом режиме без вмешательства оператора на выбранных частотах из списка частот, назначенного при планировании связи. Высший уровень конфигурируемости, реализуемый в оборудовании станций 18, 19, 34, 35 - это полностью гибкие виды модуляции, протоколы уровня линии, сети и пользовательские функции, возможность изменения ширины полосы сигнала и центральной частоты по программе в широких пределах [8, 9, 13]. Благодаря такому взаимодействию появляется возможность создания приемо-передающего центра управления воздушным движением, работающим в ВЧ и ОВЧ диапазонах.
Блоки и входы/выходы 1-27, 29-44, 47-49 по назначению и структуре одинаковые с прототипом. Они могут быть реализованы на известных серийных элементах и узлах. Введенные блоки 45, 46 и входящие в них узлы: 51-59, 60-75 могут быть реализованы программно и на известных серийных устройствах. Решающая схема 50 может быть реализована на серийной ЭВМ с дополнительными модулями, организующие интерфейсы с соответствующими узлами БОС. Построение гибкоперестраиваемых и широкодиапазонных приемников и передатчиков известно, например, радиостанция M3TR (МЗ - multiband, multimode, multifunction) компании Rohde & Schwarz со сменой режима работы за счет загрузки соответствующего программного обеспечения [8, 9, 13].
Предложенное техническое решение может быть реализовано на элементах программно-аппаратной платформы «программируемое радио» SDR [13], сигнально-кодовой конструкции по технологии кодового разделения ортогональных сигналов и серийной вычислительной технике.
На момент подачи заявки разработаны: алгоритмы функционирования и фрагменты соответствующего программного обеспечения заявляемой центральной станции.
Литература:
1. Патент РФ на изобретение №2195774, опубл. 27.12.2002 Бюл. №36.
2. Патент РФ на изобретение №2245001, опубл. 20.01.2005 Бюл. №2.
3. Патент РФ на изобретение №2308175, опубл. 10.10.2007 Бюл. №28 (прототип)
4. Патент РФ на изобретение №2720215, опубл. 28.04.2020 Бюл. №13.
5. Радиотехнические методы передачи информации: Учебное пособие для вузов / В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Ковальчук и др.; Под ред. В.В. Калмыкова. М.: Радио и связь. 1990. 304 с.
6. В.Л. Гончаров. Теория интерполирования и приближения функций. М., 1954. 327 с.
7. Проксис Джон. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 2000. 800 с.
8. В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. Сети и системы радиодоступа. - М.: Эко-Трендз, 2005. 384 с.
9. В. Николаев, А. Гармонов, Ю. Лебедев. Системы широкополосного радиодоступа 4 поколения: выбор сигнально-кодовых конструкций, Концерн «Созвездие», Научно-технический журнал «Первая миля». Выпуск 5-6, 2010, 56-59 с.
10. В.Т. Ермолаев, А.Г. Флаксман. Теоретические основы обработки сигналов в беспроводных системах связи: Монография. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. 312 с.
11. Автоматизация обработки, передачи и отображения радиолокационной информации [Текст] / Под общ. ред. В.Г. Корякова. - Москва: Сов. радио, 1975. - 303 с.
12. Системы и техника радиосвязи в авиации: учеб. пособие / А.В. Кейстович, А.В. Комяков - Нижний Новгород: НГТУ, 2012. - 226 с.