АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОММУТАЦИИ АНТЕНН

Предлагаемая полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использована для автоматизированного управления и коммутации разнесенных антенн, в частности, приемных антенн различных трактов радиосвязи.
Известен автоматический коммутатор антенн (см. патент РФ на изобретение №2038691, М. кл. Н03К 17/00, опубл. 27.06.1995 г.), позволяющий осуществлять выбор рабочих частот нескольких антенн с учетом их диаграмм направленности и требований электромагнитной совместимости (ЭМС).
Данное устройство содержит m антенн, установленных на подвижных объектах и связанных через переключатель с n приемопередатчиков, а также со схемой управления и с ПЗУ приоритетности частот, с ПЗУ пораженных частот, с ПЗУ приоритетности антенн по адресам, со схемами запоминания и сравнения, ключами и счетчиками.
В данном коммутаторе осуществляется централизованное управление с помощью одной схемы управления, что увеличивает время коммутации и ограничивает объем (количество) коммутаций.
Кроме того в данном коммутаторе невозможно обеспечить высокую помехоустойчивость из-за влияния сигналов управления на информационные сигналы антенн, что обусловлено передачей данных по цепям управления, находящихся непосредственно в радиочастотных устройствах коммутации.
Известна аппаратура автоматизированного распределения антенных выходов (см. «Изделие Р-303 К» АУГ 1.400.000 ТУ, техническое описание которого опубл. В 1996 г.), в которой имеются разъемы для подключения антенн, которые соединены с последовательно соединенными блоком контроля, блоком усиления, разветвителем с усилителем и коммутатором, связанным с приемниками сигналов.
В данной аппаратуре используется не централизованное, а распределенное управление от нескольких пультов управления, однако контроль работоспособности аппаратуры осуществляется независимо от управления, так как устройства контроля и управления, слабо взаимодействуют между собой, что увеличивает время коммутации. При этом контроль антенн и внешних антенно-фидерных трактов не осуществляется.
Кроме того линии, по которым осуществляется управление и контроль, выполнены на радиочастотных кабелях, что приводит к влиянию сигналов управления на радиосигналы, принимаемые от антенн, т.е. возникают существенные проблемы ЭМС, что приводит к снижению скорости передачи сигналов управления и контроля.
Также, при осуществлении режима случайного доступа из-за низкой скорости передачи сигналов управления и контроля могут возникать конфликтные ситуации, что увеличивает время коммутации и ограничивает объем (количество) коммутаций.
Известен функциональный автоматизированный комплекс связи (см. патент РФ на полезную модель №65323, М. кл. Н04В 13/00, опубл. 27.07.2007 г.), который выполнен в четырех модулях, разнесенных по объекту на 10-50 м и соединенных между собой не радиочастотными кабелями (как в предыдущем аналоге), а дублированными волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС), что устраняет влияние управляющих сигналов на информационные радиосигналы от антенн, снижая проблемы ЭМС, и увеличивает скорость передачи сигналов управления и контроля, уменьшая время коммутации.
При этом первый модуль представляет собой систему антенно-фидерной коммутации, которая содержит выдвижные и заваливающие антенны, корпусные и выпускные устройства, антенные переключатели, согласующие и развязывающие устройства, коммутаторы СДВ и KB диапазонов и широкополосный антенный усилитель.
Второй модуль представляет собой каналообразующую систему, в состав которой входят N радиоприемных устройств СДВ, ДВ, СВ, KB и УКВ диапазонов и средства космической связи, а также N радиопередающих устройств KB и УКВ диапазонов, оконечная аппаратура, специальная аппаратура и устройство обработки принятых радиосигналов.
Третий модуль представляет собой систему централизованного дистанционного управления, соединенную с системой каналообразования, антенно-фидерной коммутации, коммутатором СДВ, KB диапазонов и с системой аварийно-резервного поста посредством многожильного волоконно-оптического кабеля.
Четвертый модуль содержит средства аварийного и резервного поста связи, в котором расположен набор радиотехнических средств KB и СДВ диапазонов, соединенных с автоматизированным рабочим местом (АРМ) посредством многожильного волоконно-оптического кабеля.
Однако, как видно из приведенного описания комплекса в нем используется система централизованного дистанционного управления, посредством которой обеспечивается поочередное подключение антенн. Это увеличивает время коммутации, и позволяет осуществлять только ограниченное количество коммутаций.
Кроме того, в комплексе имеется система контроля только радиопередающих антенн и отсутствует система контроля технических параметров приемных антенн и приемных антенно - фидерных трактов (АФТ), а также отсутствует контроль конфигурации соединений (коммутаций) приемных антенн с радиоприемными устройствами внутри комплекса.
Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Достигаемым результатом полезной модели является увеличение объема (количества) коммутаций и уменьшение времени коммутации, обеспечение контроля состояния антенн, антенно-фидерных трактов как внешних, так и внутренних и обеспечение контроля конфигурации соединений антенн с радиоприемными устройствами внутри системы.
Достижение указанного результата обеспечивается в предлагаемой автоматизированной системе коммутации антенн, содержащей разъемы для подключения n (приемных) антенн, где n - число формируемых диаграмм направленности, к которым подключены входы блока контроля антенн и антенно-фидерных трактов, выходами связанного также с соответствующими входами блока обработки радиосигналов, в котором имеются устройства усиления, разветвления и коммутации радиосигналов, систему дистанционного управления, каналообразующую аппаратуру, содержащую радиоприемные устройства, соответствующие входы которых связаны с соответствующими выходами блока обработки радиосигналов, автоматизированное рабочее место (АРМ), устройство электропитания, отличающейся тем, что введено решающее устройство, а система дистанционного управления содержит m радиоприемных устройств каналообразующей аппаратуры, причем m выбирают из условия:
где Δf - ширина полосы радиочастот выбранного диапазона, a ΔF - ширина полосы пропускания радиоприемного устройства, и k пультов индивидуального дистанционного управления, где k выбрано из условия: m/4≤k≤m, соответствующими входными/выходными ВОЛС связанных с решающим устройством, которое другими соответствующими входными/выходными ВОЛС связано с блоком контроля антенн и антенно-фидерных трактов, блоком обработки радиосигналов и АРМ, при этом блок контроля антенн и антенно-фидерных трактов содержит узел подключения и контроля антенн и антенно-фидерных трактов и исполнительное устройство, связанные между собой входными/выходными ВОЛС, причем входы узла подключения и контроля антенн и антенно-фидерных трактов являются входами блока контроля антенн и антенно-фидерных трактов для подключения к разъемам антенн посредством радиочастотных (РЧ) кабелей, выходы узла подключения и контроля антенн и антенно-фидерных трактов являются выходами блока контроля антенн и антенно-фидерных трактов, связанных посредством РЧ кабелей с соответствующими входами устройств усиления, разветвления и коммутации, являющимися входами блока обработки радиосигналов, который содержит дополнительно блок управления и контроля, связанный посредством соответствующих входных/выходных ВОЛС с устройствами усиления, разветвления и коммутации радиосигналов, с решающим устройством и исполнительным устройством блока контроля антенн и антенно-фидерных трактов, а выходами блока обработки радиосигналов для подключения посредством РЧ кабелей входов радиоприемных устройств каналообразующей аппаратуры являются выходы устройств усиления, разветвления и коммутации радиосигналов, при этом устройство электропитания подключено ко всем блокам системы.
Выполнение системы дистанционного управления в виде распределенной системы управления из k пультов индивидуального управления и введение решающего устройства, которое осуществляет управление и контроль подключением любой (из n) антенны на любое (из m) радиоприемное устройство или коммутацией одной антенны на любое число (от 1 до m) радиоприемных устройств, в том числе используя АРМ, позволяет значительно увеличить число возможных коммутаций и сократить время коммутаций, при этом к любому одному из m радиоприемных устройств может быть подключена только одна любая из n антенн.
Кроме того, выполнение блока контроля антенн и антенно-фидерного тракта из узла подключения и контроля антенн и антенно-фидерного тракта и исполнительного устройства позволяет, в отличие от прототипа, осуществлять контроль состояния и исправности приемных антенн и внешних антенно-фидерных трактов, а также контролировать конфигурации всех коммутаций внутри системы и состояние и исправности внутренних антенно-фидерных трактов системы до выхода блока обработки радиосигналов, что обеспечивает достаточную надежность при увеличении количества коммутаций. Команды от решающего устройства подаются на исполнительное устройство, сигналы от которого управляют включением/выключением измерительных устройств узла подключения и контроля антенн и АФТ. Информация о выполненных включениях/выключениях, а также о данных измерений через исполнительное устройство поступает в решающее устройство.
В блоке обработки радиосигналов помимо устройств усиления, разветвления и коммутации радиосигналов имеется блок управления и контроля, команды на работу которого подаются от решающего устройства. Сигналы от блока управления и контроля управляют коммутацией радиосигналов и информация о выполненных коммутациях через блок управления и контроля поступает в решающее устройство. Подача команд управления на блок обработки сигналов и на блок контроля антенн и АФТ и получение от них контрольных сигналов решающим устройством может осуществляться в обоих направлениях, образуя кольцевую систему управления, что также повышает скорость управления и надежность при увеличении числа коммутаций.
Таким образом предлагаемое построение автоматизированной системы коммутации антенн позволяет достигнуть необходимого результата.
1
к
1
m
Структура предлагаемой системы приведена на чертеже, в соответствии с которым она содержит блок 1 контроля антенн и антенно-фидерных трактов, в который входят узел 2 подключения и контроля антенн и АФТ и исполнительное устройство 3, связанное посредством входной/выходной ВОЛС с узлом 2 подключения и контроля антенн и АФТ, соответствующие входы которого являются радиочастотными входами блока 1 контроля антенн и АФТ, соединенными с соответствующими разъемами для подключения внешних фидеров от антенн, выходы узла 2 подключения и контроля антенн и АФТ являются соответственно выходами блока 1 контроля антенн и АФТ, связанного посредством РЧ кабелей с соответствующими входами блока 4 обработки радиосигналов, которыми являются соответствующие входы устройств 5 усиления, разветвления и коммутации, блок 4 обработки радиосигналов содержит кроме устройств 5 усиления, разветвления и коммутации радиосигналов блок 6 управления и контроля, связанные между собой соответствующей входной/выходной ВОЛС, другие соответствующие входные/выходные ВОЛС блока 6 управления и контроля соединены соответственно с исполнительным устройством 3 и с решающим устройством 7, другие соответствующие входные/выходные ВОЛС которого связаны с исполнительным устройством 3 и с системой 8 дистанционного управления, входными/выходными ВОЛС которой для подключения к решающему устройству 7 являются входы/выходы ВОЛС соответствующих пультов 9- 9 индивидуального дистанционного управления. В систему 8 дистанционного управления входят также радиоприемные устройства 10 - 10, представляющие собой каналообразующую аппаратуру, входы которых соединены посредством радиочастотных кабелей с соответствующими выходами блока 4 обработки радиосигналов, которыми являются соответствующие выходы устройств 5 усиления, разветвления и коммутации радиосигналов. В предлагаемой автоматизированной системе коммутации антенн имеется также автоматизированное рабочее место (АРМ) 11, входной/выходной ВОЛС связанное с решающим устройством 7.
В систему входит устройство 12 электропитания, которое обеспечивает бесперебойное снабжение электроэнергией все технические средства системы от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.
Работа предлагаемой автоматизированной системы коммутации антенн, предназначенной для распределения энергии, поступающей от антенн по антенно-фидерным трактам (АФТ), между радиоприемными устройствами, осуществляется следующим образом.
1
m
Радиосигналы от n антенн, где n - число формируемых диаграмм направленности, по внешним АФТ поступают на входы блока 1 контроля антенн и АФТ, которыми являются входы узла 2 подключения и контроля антенн и АФТ, в котором осуществляется подключение внешних АФТ, а также при помощи подключаемых измерительных устройств осуществляется контроль параметров антенн и внешних фидеров и подключаются контрольные сигналы для контроля внутренних АФТ системы. При этом исполнительное устройство 3 осуществляет управление работой узла 2 по командам с решающего устройства 7, обрабатывает контрольные сигналы, поступающие от узла 2 подключения и контроля антенн и АФТ. В результате на выходе узла 2 подключения и контроля антенн и АФТ блока 1 контроля антенн и АФТ имеем радиосигналы, содержащие дополнительные контрольные сигналы, которые поступают по радиочастотным кабелям на входы блока 4 обработки радиосигналов, которыми являются входы устройств 5 усиления, где данные радиосигналы усиливаются для уменьшения потерь энергии радиосигнала, далее разветвляются и коммутируются под управлением блока 6 управления и контроля по командам с решающего устройства 7, на который после окончания обработки радиосигналов в блоке 4 через блок 6 управления и контроля поступают дополнительные контрольные сигналы и ответные сигналы об исполнении коммутации, позволяющие измерить параметры внутренних АФТ и контролировать общую конфигурацию подключений. Далее с выхода блока 4 обработки радиосигналов скоммутированные в устройствах 5 усиления, разветвления и коммутации радиосигналы поступают на антенные входы m радиоприемных устройств 10-10(каналообразующей аппаратуры) по радиочастотным кабелям, при этом m выбирают из условия:
где Δf- ширина полосы радиочастот выбранного диапазона, ΔF a ΔF - ширина полосы пропускания радиоприемного устройства,
1
к
1
к
1
к
1
к
1
к
1
m
1
m
1
к
От k пультов, где k выбирается из условия: m/4≤k≤m, 9-9 индивидуального дистанционного управления, также как и каналообразующая аппаратура входящих в систему 8 дистанционного управления, осуществляется управление коммутацией антенн и контроль исполнения посредством ВОЛС. Общий контроль параметров антенн, внешних и внутренних АФТ и дистанционное управление системой коммутации может осуществляться также с использованием АРМ 11. Приоритетными в управлении являются пульты 9-9 индивидуального дистанционного управления. При нажатии соответствующих кнопок в пультах 9-9 индивидуального дистанционного управления или АРМ 11 команды сигналов управления подаются на решающее устройство 7, где производится формирование сигналов управления, приходящих от пультов 9-9 индивидуального дистанционного управления или АРМ 11, в последовательный потоков сигналов управления, который поступает на исполнительное устройство 3 и блок 6 управления и контроля, при этом поток сигналов управления следует по кольцу (кольцо представляет собой: решающее устройство 7, блок 6 управления и контроля, исполнительное устройство 3 и решающее устройство 7) и может двигаться как по движению часовой стрелки, так и против движения часовой стрелки. В блоке 6 управления и контроля в соответствии с сигналами управления происходит формирование и выдача сигналов выполнения соответствующих коммутаций в устройствах 5 усиления, разветвления и коммутации соответственно. После выполнения коммутаций в устройствах 5 усиления, разветвления и коммутации на блок 6 управления и контроля соответственно поступают ответные сигналы об исполнении команды, которые в блоке 6 управления и контроля формируются в поток и поступают в решающее устройство 7, при этом движение потока ответных сигналов об исполнении команды осуществляется по выше обозначенному кольцу в соответствии с движением потока сигналов управления, с выхода решающего устройства 7 сигналы об исполнении команды поступают в пульты 9-9 индивидуального дистанционного управления и в АРМ 11, в которых осуществляется визуальная сигнализация о выполнении команд. После выполнения коммутаций в устройствах 5 усиления, разветвления и коммутации радиосигналы от антенн поступают посредством РЧ кабелей на антенные входы радиоприемных устройств. При этом возможна коммутация любой из (1…n) антенн на любой из(1…m) радиоприемных устройств 10-10, а также возможна коммутация любой одной антенны на входы всех m радиоприемных устройств 10-10. Допускается коммутация на вход любого из (1…m) одного радиоприемного устройства только единственной из (1…n) антенн, это необходимое ограничение определено решающим устройством 7 и пультами 9-9 индивидуального дистанционного управления.
1
к
1
к
1
к
Общий контроль в процессе работы с использованием АРМ 11 осуществляется постоянно в процессе работы системы и независимо от управления от пультов 9-9 индивидуального дистанционного управления. В этом случае при нажатии соответствующей кнопки в АРМ 11 подается команда сигналов управления на решающее устройство 7, где производится формирование потоков сигналов управления. Сформированный поток сигналов управления с решающего устройства 7 поступает на исполнительное устройство 3 и блок 6 управления и контроля, при этом поток сигналов управления следует по кольцу, которое представляет собой: решающее устройство 7, блок 6 управления и контроля, исполнительное устройство 3 и решающее устройство 7. Поток управляющих и контрольных сигналов может двигаться по движению и против движения часовой стрелки вышепоказанного кольца. В исполнительном устройстве 3 и блоке 6 управления и контроля в соответствии с сигналами управления происходит формирование и выдача сигналов выполнения соответствующих коммутаций в узле 2 подключения и контроля антенн и АФТ и в устройствах 5 усиления, разветвления и коммутации соответственно. После выполнения коммутаций в узле 2 подключения и контроля антенн и АФТ и устройствах 5 усиления, разветвления и коммутации на исполнительное устройство 3 и блок 6 управления и контроля соответственно поступают сигналы об исполнении команды и контрольные сигналы от соответствующих контрольных устройств, которые в исполнительном устройстве 3 и в блоке 6 управления и контроля формируются в потоки и поступают в решающее устройство 7, с выхода которого сигналы об исполнении команды на коммутацию антенн поступают в пульты 9-9 индивидуального дистанционного управления и в АРМ 11, в которых осуществляется визуальная сигнализация о выполнении команды, сигналы от контрольных устройств поступают в АРМ 11 в котором осуществляется обработка контрольных сигналов. Результаты обработки контрольных сигналов индицируются на экране монитора АРМ. В результате обработки контрольных сигналов, выявляются значения таких параметров как: проводимость антенн и внешних АФТ; сопротивление изоляции антенн и внешних АФТ; коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВн) антенн, внешних и внутренних АФТ; затухание РЧ кабелей с элементами усиления, разветвления и коммутации внутренних АФТ, а также общая конфигурация коммутаций системы. При подаче команды на коммутацию антенн пульты 9-9 имеют приоритет перед АРМ 11. Приоритетность определена решающим устройством 7.
Приведем пример выполнения блоков предлагаемой автоматизированной системы коммутации антенн.
Все ВОЛС системы с входящими в них мультиплексорами и демультиплексорами могут быть выполнены на микросхемах HEBR- 5921 фирмы «Avago» и ПЛИС (FPGA) EP2C 50 фирмы«Альтера» и волоконно-оптических кабелей типа ST/PC - ST/PC - СС - 3.
В узел 2 подключения и контроля антенн и АФТ могут входить: панель подключения на основе n радиочастотных разъемов типа СР - 75 - 166ФВ или СР - 50 - 439ФВ и РЧ - кабелей РК -75 или РК -50 соответственно, АЦП AD9446 фирмы «Analog Devices», шифраторы/дешифраторы на ПЛИС (FPGA) EP2C 20-50 фирмы«Альтера, n -реле ARA200A05 фирмы «Nais», n - измерительных мостов постоянного тока, измерительные генераторы на микросхемах AD9726 фирмы «Analog Devices» и ПЛИС (FPGA) Cyclone I фирмы «Альтера».
Устройства 5 усиления, разветвления и коммутации могут быть выполнены на усилителях ARJ109 фирмы «Teledyne Congar», разветвителях, управляемых электронных коммутаторах фирмы «Mini-Circuites» или аналогичные прототипу.
1
к
Исполнительное устройство 3, блок 6 управления и контроля, решающее устройство 7, пульты 9-9 индивидуального дистанционного управления могут быть выполнены на основе необходимого количества ПЛИС (FPGA) таких как EP2C 50, Cyclone I, Stratix II GX фирмы «Альтера» и входящих в них элементов ВОЛС.
1
m
Радиоприемные устройства 10-10 каналообразующей аппаратуры системы 8 дистанционного управления могут быть такие как: «Ольхон-Гелиос», «Прыжок», «Жасмин-54», «Катран», «Брусника», «Вспышка», «Рябина», «Призма», «Скаляр», «AR-5000», «Rohde & Schwarz» и другие.
АРМ 11 может быть выполнен на базе универсальной вычислительной машины фирмы «РАМЭК».
Устройство 12 электропитания может быть выполнено на основе источников электропитания типа «VICOR»