СИСТЕМА АВТОМАТИЗИОВАННОЙ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ АВИАЦИОННЫХ РАДИОЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Область техники
Полезная модель относится к авиации, более конкретно - к испытаниям бортовых средств радиосвязи как вновь разрабатываемых, так и серийно выпускаемых, устанавливаемых на новые типы летательных аппаратов.
Уровень техники
В системе радиосвязи Гражданской авиации до последнего времени использовался только радиообмен речевыми сообщениями.
По требованиям ИКАО в системе радиосвязи начинает внедряться режим «передача данных», испытания данного режима радиосвязи существенно отличаются от испытаний речевого радиоканала, который субъективно оценивается артикуляционной бригадой специалистов.
Для оценки качества радиоканала передачи данных требуется объективный инструмент, позволяющий оценивать данный канал при передаче больших объемов цифровой информации с большими скоростями. В настоящее время разрабатываются отечественные радиостанции диапазона метровых волн (MB), в которых реализован режим «передача данных» для автоматического получения диспетчерской службой необходимой информации с борта летательного аппарата.
Предстоят испытания таких радиостанций, для чего необходима эффективная технология летных испытаний, позволяющая получить максимальный объем оценочного материала при минимальных затратах дорогостоящего летного времени опытных образцов летательных аппаратов.
Известен патент "Упрощенные процедуры тестирования бита показателя качества " (№2260914, Н 04 В 17/00). Описанный в нем метод не позволяет объективно определять качество тестируемого радиоканала передачи данных. При тестировании бита показателя качества радиоканала параметры излучаемого сигнала такие как, скорость передачи информации, мощность сигнала носят переменный характер, работа осуществляется на фиксированных скоростях передачи данных. Кроме того, в работе системы связи используется дополнительный специализированный управляющий канал, что не допустимо при оценке авиационных радиолиний связи. Надежность и качество его работы не оценивается и не известны.
Известен "Способ обнаружения неисправностей в приемном ВЧ тракте в системе базовой станции цифровой сотовой связи с МДКР" (пат. №2172563, Н 04 В 17/00). Этот способ не решает вопросы оценки параметров
цифровой линии передачи данных, а предназначен только для обнаружения неисправностей приемного высокочастотного тракта (ВЧ) приемопередатчика базовой станции цифровой сотовой связи.
Известен "Способ назначения каналов и устройство для испытаний магистральной линии в системе радиосвязи" (пат.№2146417,,Н 04 J 1/14). В этом способе "назначения проверки частоты ошибок по битам (ЧОБ) в системе связи" не решается вопрос оценки канала связи, кроме того, для назначения канала проверки ЧОБ дополнительно организуется канал кадровой синхронизации, который при проведении испытаний вносит в систему связи элемент неопределенности.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является патент "Способ и система для тестирования цифрового канала связи с переменными или фиксированными скоростями передачи данных" (патент №2142197, 27.11.99). Предложенная система не позволяет оперативно в реальном времени определять состояние цифрового канала, имеет громоздкую форму отображения тестируемых характеристик, затруднительно ее восприятие. В системе применяется сложная структура элементов тестирования, используемых в оценке цифрового радиоканала. В передаче информации по обратному каналу, кроме тестового пакета, передают копию тестового пакета, принятого по прямому каналу, который в процессе приема может содержать ошибки, полученные в результате изменения помеховой обстановки, интерференции сигнала и других условий распространения сигнала.
При отображении статистических данных результатов испытаний термин «ошибка КЦИК (контроль циклическим избыточным кодом)» выводится только надписью, аналогично «ошибка тестовой последовательности» указывает одну или более ошибок по битам, что соответствует низкой информативности системы отображения информации, что не может использовано оперативно в процессе дорогостоящего летного испытания, но возможно достаточна для оценки качества речевой связи в системах сотовой связи.
Кроме того, эта система не позволяет реализовать ресурсосберегающую технологию проведения летных испытаний авиационных радиолиний передачи данных.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение эффективности летных испытаний бортовых авиационных средств передачи данных.
Для достижения этого технического результата в систему автоматизированной оценки параметров авиационных радиолиний передачи данных в реальном времени, содержащую наземный и бортовой комплексы, включающие в себя приемник, передатчик, аппаратуру передачи данных, регистрирующее устройство и монитор, с целью оперативного
получения результатов оценки параметров испытываемой радиолинии в реальном времени, при необходимости корректировки программы полета или его прекращения при выходе из строя любого элемента системы, экономии дорогостоящего времени полета опытного образца летательного аппарата и получения практически непрерывной оценки параметров радиолинии при полете летательного аппарата по испытательной трассе дополнительно введены: блок анализа принятых сообщений, выявления ошибок и формирования ответных сообщений и блок управления и синхронизации. После обработки данных на монитор в реальном времени выдается информация о параметрах испытываемой радиолинии, отказах аппаратуры системы, состоянии системы. По результатам анализа параметров испытываемой радиолинии принимается решение о дальнейшем продолжении полета.
Предлагаемая система (рис.1) состоит из наземного и бортового комплексов, содержащих: 1 - передатчик, 2 - приемник, 3 - аппаратуру передачи данных (АПД), 4 - блок формирования тестовых сообщений (БФТС), 5 - блок анализа принятых сообщений и выявления ошибок (БАПС и ВО), 6 - блок управления и синхронизации (БУС), 7 - регистрирующее устройство, 8 - монитор.
Состав оборудования бортового и наземного комплексов системы идентичны, при этом их функциональные задачи распределяются следующим образом:
- Наземный комплекс системы (ведущий) формирует псевдослучайную последовательность бит информации в блоке 4, которая по испытываемой радиолинии (блоки 3, 1) передается на борт воздушного судна (ВС);
- бортовой комплекс системы (ведомый), принимает информацию (блоки 2, 3), в блоке 5 оценивает количество ошибок в принятой информации и передает псевдослучайную последовательность бит информации для оценки канала «борт-земля» по испытываемой радиолинии в наземный комплекс системы, которая определяет количество ошибок в принятом сообщении. Блоки 7 системы регистрируют результаты оценки радиолиний «земля-борт» и «борт-земля» на жесткий магнитный диск (ЖМД), выводят их на экраны мониторов 8 в реальном времени за каждый цикл обмена сообщениями, т.е. выдают оценку для каждого из направлений двухстороннего обмена между летательным аппаратом и наземным измерительным комплексом.
cв.
Качество радиолинии (Р) определяется по формуле:
Осуществление полезной модели
связи ЛПД
В автоматизированном (основном) режиме работы системы оператор наблюдает за результатами оценки радиолинии на мониторе наземного комплекса, при резком изменении величины оцениваемого параметра принимаются меры по устранению неисправности в радиолинии или прекращается дорогостоящий полет опытного образца летательного аппарата. Система может работать и в автоматическом режиме, тогда результаты измерения анализируются после завершения испытательного полета. Система позволяет оценивать и надежность передачи сообщений (Н) по испытательной радиолинии. Графическое и табличное отображение параметров линии передачи данных (ЛПД) приведены на Фиг.4а, б и 5а, б соответственно.
Работа системы (Фиг.1) осуществляется следующим образом: после включения бортового и наземного комплексов аппаратуры блоком 4 (БФТС) формируется псевдослучайная последовательность бит информации, которая периодически через интерфейс RS-232 поступает в АПД (блок 3) и далее на вход модулятора передатчика 1 ЛПД. После окончания режима передачи аппаратура переключается в режим приема. Принятая на другом конце радиолинии информация с выхода приемного устройства (блок 2) через блок 3 поступает в блок 5, где производится анализ принятой информации и далее регистрация на ЖМД (блок 7) и мониторе (блок 8).
1
6
На Фиг.2а, б. приведена временная циклограмма работы бортового (ведомый) и на земного оборудования (ведущий) автоматизированной системы оценки параметров авиационных радиолиний передачи данных. После включения оборудования системы блоки 4 (БФТС), бортовые и наземные, выполняют периодическую передачу псевдослучайной последовательности бит информации, т.е выполняется режим синхронизации работы радиолинии передачи данных. Период излучения бортового передатчика диапазона MB (блок 1) автоматически устанавливается в зависимости от выбранной скорости передачи информации (Фиг.1а). Блок 4, установленный в наземном комплексе оборудования, выполняет периодическую передачу аналогичного фрагмента информации, но с периодом 1/ номинального значения периода передачи, благодаря чему на «земле» выполняется сканирование интервала времени приема относительно периода передачи на «борту». За счет постепенного сдвига начала передачи ведомой станции происходит вхождение в синхронизм системы. При первом неискаженном приеме блока информации на «земле» корректируется фаза своего излучения и устанавливается номинальное значение периода (Фиг.2б), т.е. система работоспособна, и начинается взаимный обмен информацией.
Здесь:
8
0
12
4
t-t=t-t=Т - рабочий период (величина зависит от скорости передачи);
1
0
5
4
t-t=t-t - время предустановки режима ПЕРЕДАЧА;
2
1
6
5
t-t=t-t - время передачи (зависит от скорости передачи в радиоканале);
3
2
7
6
t-t=t-t - время удержания режима ПЕРЕДАЧА;
4
3
8
7
t-t=t-t=T/6 - защитные интервалы, необходимые при длительной работе с временными метками на «борту» и «земле».
Графическое изображение временной циклограммы разового сеанса обмена псевдослучайной последовательностью бит информации (блок информации содержит 1280 бит) для ведущего и ведомого комплектов аппаратуры системы приведена на рис.3а, б. где:
0
1
t...t - передача информации ведущим комплектом аппаратуры;
1
2
t...t - запись информации в файл на ведущем комплекте аппаратуры;
2
6
t...t - прием и обработка информации на ведущем комплекте аппаратуры;
3
4
t...t - передача информации ведомым комплектом аппаратуры;
4
5
t...t - запись информации в файл ведомым комплектом аппаратуры;
5
7
t...t - прием и обработка информации ведомым комплектом аппаратуры.
После обработки информации блоком 5 (БАПС и ВО) файлы регистрируются блоком 7 (МЖД) и используются блоком 6 (БУС) для последующего анализа и оценки параметров радиолинии и выводятся на монитор. Каждое передаваемое сообщение содержит несколько компонентов, которые используются в анализе работы ЛПД.
В ходе полета блоки 5 «борта» и «земли» выполняют анализ принимаемой информации и определяют текущие и итоговые характеристики линии связи, передают их для регистрации в блок 7 и на монитор для вывода оперативной информации в графическом виде. Пример регистрации представлен на Фиг.4а, б. Информация в табличном виде представлена на Фиг.5а, б, где отражены: время (час. мин. сек.), достоверность связи (текущая, общая), надежность связи (текущая, общая).
После вхождения системы в синхронизм обмен информацией в направлениях «земля-борт» и «борт-земля» осуществляется с дискретностью 1 секунда, чем обеспечивается практически непрерывный мониторинг ЛПД с большими объемами сообщений.
По выведенной на монитор графической информации операторы (наземный и бортовой) контролируют работу аппаратуры системы (Фиг.5а, б). В случае отказа аппаратуры ЛПД или длительного отсутствия принимаемых сообщений принимается решение о прекращении летных испытаний по данному заданию и переходе к выполнению другого задания, чем экономится дорогостоящее летное время.
При работе системы в автоматическом режиме в случае неполучения N сообщений порог срабатывания команды по выдаче сообщения на прекращение задания (т.е. количество непринятых сообщений) устанавливается оператором в командной строке перед началом работы. В этом случае на монитор выводится информация «Отказ наземного (бортового) передатчика».
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Блок-схема системы оценки параметров авиационных радиолиний передачи данных в автоматизированном (автоматическом) режиме работы.
Фиг.2а, б. Временная циклограмма работы бортового (ведомый) и наземного оборудования (ведущий) автоматизированной системы оценки параметров авиационных радиолиний передачи данных.
Фиг 3а, б. Временная циклограмма разового сеанса обмена псевдослучайной последовательностью бит информации между ведущим (а) и ведомым (б) комплектами аппаратуры системы.
Фиг.4. Графическое отображение результатов оценки ЛПД направлений «земля-борт» (а) и «борт-земля» (б).
Фиг.5. Табличное представление результатов оценки параметров ЛПД направлений «земля-борт» (а) и «борт-земля» (б)
Пример (Фиг.5а).
дос.св.
В процессе летных испытаний проводилась оценка качества радиолинии диапазона MB в направлениях «наземный узел связи (НУС) - воздушное судно (ВС)» и «воздушное судно (ВС) - наземный узел связи (НУС)». Получаемые оценки (Фиг.5а) в начале работы были выше допустимого значения 0.95, затем качество работы ЛПД снизилось до 0.8, далее оценка снова стала выше допустимого значения, через некоторое время снова снизилось до 0,6 и.т.д. Это означает, что радиолиния работоспособна, но какой-то внешний фактор повлиял на ее работу в сторону снижения качества. Если при дальнейшей работе оценка качества (Р ) снизилась до 0, это означает, что вышел из строя какой-то элемент радиолинии и полет следует прекратить до выяснения причины этого явления. После устранения неисправности оборудования радиолиния восстановила работоспособность.