КОМПЛЕКС БОРТОВЫХ СРЕДСТВ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к бортовым комплексам радиосвязи и может быть использована для обмена данными и речевой информацией в каналах радиосвязи «воздух-воздух» между воздушными судами (ВС) и в каналах радиосвязи «воздух-земля» между воздушными судами и наземными комплексами (НК) в диапазоне от 2 МГц до 6 ГГц.
Известен многоканальный цифровой приемопередатчик [1], предназначенный для использования в сетях сотовой связи и использующий ограниченный радиочастотный диапазон, при этом не использующий процедуры дублирования и дополнения информации, получаемой по различным радиоканалам.
В настоящее время широко применяется комплекс бортовых средств цифровой связи (КБСЦС) для обмена сообщениями между бортовым радиоэлектронным оборудованием ВС и наземными службами [2]. Каналами обмена текущей информацией являются радиоканалы типа «воздух-земля» и «земля-воздух» MB и ДКМВ диапазонов. Организацию обмена информацией между наземными службами и бортовыми системами осуществляет только наземный комплекс. В системе обеспечивается вызов на речевую связь и передача данных между ВС и наземными службами. Наземный комплекс опрашивает ВС, находящиеся в зоне его обслуживания, и собирает с них необходимую для организации связи информацию. Загоризонтную связь осуществляют по ДКМВ каналам с обновлением управляющей информации один раз в 32 секунды согласно спецификации ARINC-635 [3]. Бортовой блок управления комплекса представляет собой вычислитель. Блок интерфейсов комплекса представляет отдельное устройство.
К недостаткам данного КБСЦС следует отнести разнесение функции маршрутизации и управления по различным устройствам (блок управления и блок интерфейсов), что приводит к усложнению алгоритмов управления. Отсутствует возможность уменьшения времени доставки сообщений (работа в фиксированном формате кадра для ДКМВ диапазона согласно спецификации ARINC-635, процедура вхождения в связь и квитирования обмена строго по протоколу TDMA/TDD) и повышения достоверности высокоприоритетной информации из-за отсутствия дублирования и взаимного дополнения по различным каналам. Наличие отдельного модема для MB диапазона (не интегрированного в соответствующий приемопередатчик) также усложняет управление бортовым комплексом. Отсутствие антенного согласующего устройства в ДКМВ диапазоне резко уменьшает величину мощности, отдаваемой усилителем мощности, и, следовательно, излучаемую в эфир, и тем самым уменьшает дальность связи.
Технические решения прототипа и аналога не позволяют одновременно производить обмен информацией в сетях передачи данных, работающих с использованием разных протоколов обмена, в радиоканалах с различной степенью шумов и радиопомех естественного и искусственного происхождения.
Основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей комплекса, в том числе повышение эффективности используемых радиолиний различных радиодиапазонов, реализация навигационных определений на основе дальномерных методов определения координат, опознавания подвижных объектов на основе навигационно-связного принципа, обмен видео и аудио информацией за счет применения модуля маршрутизации и управления, позволяющего принять/передать и обработать информацию одновременно как с наземных комплексов, работающих в разнородных сетях передачи данных, так и с подвижных объектов (для радиоканалов типа «воздух-воздух»), оборудованных аналогичными широкодиапазонными комплексами цифровой радиосвязи, а также за счет применения модуля ШМС, модуля ДМВ и модуля СМВ, работающих под управлением модуля маршрутизации и управления.
Указанный технический результат достигается тем, что в комплекс бортовых средств цифровой связи (КБСЦС), состоящий из двух приемопередатчиков МВ/ДМВ диапазона, приемопередатчика ДКМВ диапазона, дополнительно введены модуль приемопередатчика дециметрового диапазона (ДМВ), модуль приемопередатчика сантиметрового диапазона (СМВ), модуль защиты информации и модуль управления и маршрутизации (МУМ), при этом первый и второй приемопередатчики МВ/ДМВ диапазона и приемопередатчик ДКМВ диапазона с блоком антенно-согласующего устройства, выполнены в виде трехканального широкодиапазонного модуля связи, МУМ подключен двухсторонними связями по шине управления к бортовому оборудованию и по шине управления и шине данных к соответствующим входам каждого из вышеупомянутых модулей, а его аналоговые низкочастотные входы/выходы соединены двухсторонними связями с бортовой аппаратурой и соответствующими входами/выходами вышеперечисленных приемопередатчиков.
Трехканальный широкодиапазонный модуль связи содержит блок цифровой обработки сигналов, включающий устройство управления, цифровой приемовозбудитель ДКМВ диапазона для формирования радиосигнала несущей частоты и два цифровых приемовозбудителя МВ/ДМВ диапазона для формирования радиосигнала промежуточной частоты, при этом высокочастотный выход цифрового приемовозбудитея ДКМВ диапазона соединен с входом усилителя мощности ДКМВ, выход которого соединен с антенно-согласующим устройством, выход которого соединен с соответствующей антенной, выходы цифровых приемовозбудителей МВ/ДМВ диапазонов соединены двухсторонней связью с входами конверторов частоты, выходы которых соединены с соответствующими усилителями мощности, выходы которых соединены двухсторонними связями с соответствующими антеннами, входы/выходы устройства управления соединены соответствующими двухсторонними связями с модулем управления и маршрутизации, каждым из цифровых приемовозбудителей, каждым из усилителей мощности, каждым из конверторов и антенно-согласующим устройством.
Модуль приемопередатчика ДМВ диапазона, содержит блок обработки сигналов и управления, приемовозбудитель ДМВ, усилитель мощности ДМВ, малошумящий усилитель ДМВ, спутниковый радионавигационный приемоиндикатор и антенный коммутатор, при этом блок обработки сигналов и управления подключен двухсторонней шиной управления и данных к модулю управления и маршрутизации и к приемовозбудителю ДМВ, который осуществляет конвертацию частоты, и своим выходом подключен к входу усилителя ДМВ и выходу малошумящего усилителя ДМВ, выходы/входы которых соединены с антенным коммутатором, который соединен с соответствующей антенной ДМВ, при этом к блоку обработки сигналов подключен спутниковый радионавигационный приемоиндикатор, вход которого соединен с соответствующей приемной спутниковой антенной.
Модуль приемопередатчика СМВ диапазона, содержит блок радиомодемный, приемовозбудитель СМВ, усилитель мощности СМВ, малошумящий усилитель СМВ, при этом блок радиомодемный соединен двухсторонней шиной данных и шиной управления с модулем управления и маршрутизации, своими выходами подключен по шине данных и линии промежуточной частоты к приемовозбудителю СМВ, который своими выходами/входами соединен с входом усилителя мощности СМВ и выходом малошумящего усилителя СМВ, каждый из которых подключен к соответствующей антенне СМВ, при этом блок радиомодемный по двусторонней шине управления соединен с приемовозбудителем СМВ, усилителем мощности СМВ и малошумящим усилителем СМВ.
Отличительными признаками являются:
- интеграция в одном модуле ШМС с общим управлением (посредством устройства управления блока ЦОС) каналов ДКМВ и МВ/ДМВ, позволяющая оперативно дополнять и частично дублировать информацию передаваемую в этих каналах в зависимости от помеховой обстановки в эфире;
- применение модуля МУМ, который осуществляет маршрутизацию, общее управление КБСЦС и интерфейс с БРЭО подвижного объекта;
- применение в составе КБСЦС модуля ДМВ для реализации функций обмена информацией в сетях с различным способом доступа, функций навигационных определений и опознавания абонентов;
- применение в составе КБСЦС модуля СМВ для реализации высокоскоростного обмена аудио и видео информацией.
Состав и структура КБСЦС и его составных частей приведена на фиг.1 - фиг.5, при этом источники питания и другие второстепенные элементы опущены.
На фиг.1 приведен состав и структура комплекса бортовых средств цифровой связи, состоящего из пяти основных модулей:
1 - модуль управления и маршрутизации;
2 - широкодиапазонный модуль связи;
3 - канал ДКМВ;
4-1, 4-2 - каналы МВ/ДМВ;
5 - модуль ДМВ;
6 - модуль СМВ;
7 - модуль защиты информации.
На фиг.2 приведены основные компоненты структуры широкодиапазонного модуля связи 2:
8 - блок цифровой обработки сигналов;
9 - усилитель мощности ДКМВ;
10-1 - конвертор частоты МВ/ДМВ;
10-2 - конвертор частоты МВ/ДМВ;
11 - антенно-согласующее устройство ДКМВ;
12-1 - усилитель мощности МВ/ДМВ;
12-2 - усилитель мощности МВ/ДМВ.
На фиг.3 приведены основные структурные компоненты блока цифровой обработки сигнала 8:
13 - устройство управления;
14 - цифровой приемовозбудитель ДКМВ;
15-1 - цифровой приемовозбудитель МВ/ДМВ;
15-2 - цифровой приемовозбудитель МВ/ДМВ.
На фиг.4 приведена структура модуля ДМВ 5:
16 - блок обработки сигнала и управления;
17 - приемовозбудитель ДМВ;
18 - усилитель мощности ДМВ;
19 - малошумящий усилитель ДМВ;
20 - спутниковый радионавигационный приемоиндикатор;
21 - антенный коммутатор.
На фиг.5 приведена структура модуля СМВ 6:
22 - блок радиомодемный;
23 - приемовозбудитель СМВ;
24 - усилитель мощности СМВ;
25 - малошумящий усилитель СМВ.
КБСЦС представляет собой многоканальное устройство, которое предназначено для приема/передачи информации от БРЭО подвижного объекта к интегрированной антенной системе подвижного объекта в широком диапазоне радиоволн (2 МГц - 6 ГГц).
КБСЦС состоит из пяти основных модулей, а именно: модуля управления и маршрутизации 1, широкодиапазонного модуля связи (ШМС) 2, образующего канал ДКМВ 3 и каналы МВ/ДМВ 4-1, 4-2, модуля ДМВ 5, модуля СМВ 6 и модуля защиты информации 7. Обмен информацией между модулями и подачу команд управления осуществляет МУМ 1 по соответствующим шинам управления (фиг.1). Входы МУМ по шине управления и линиям приема/передачи аналоговой речевой информации подключены к аппаратуре БРЭО. Широкодиапазонный модуль связи 2 по первой шине управления и второй шине данных соединен с выходами МУМ 1, линии приема/передачи аналоговой речевой информации подключены к каналу ДКМВ 3 и каналам МВ/ДМВ 4-1, 4-2. Состав и структура широкодиапазонного модуля связи 2 и его составляющих приведена на фиг.2 и фиг.3.
ШМС 2 состоит из блока цифровой обработки сигналов (ЦОС) 8, усилителя мощности ДКМВ 9, антенно-согласующего устройства ДКМВ 11, конвертора частоты МВ/ДМВ 10-1 и 10-2 и усилителей мощности МВ/ДМВ 12-1 и 12-2;
Первый и второй выходы МУМ 1 подключены двусторонней шиной управления и шиной данных к устройству управления 13 блока ЦОС 8. Третьей, четвертой и пятой аналоговыми низкочастотными линиями МУМ 1 соединен с соответствующими входами/выходами цифрового приемовозбудителя ДКМВ 14 и входами/выходами двух цифровых приемовозбудителей МВ/ДМВ 15-1, 15-2.
Шестой выход МУМ 1 подключен двусторонней шиной управления и данных к модулю ДМВ 5, а именно к блоку обработки сигналов и управления 16. Состав и структура модуля ДМВ приведены на фиг.4. В состав передающего тракта модуля ДМВ входит приемовозбудитель ДМВ 17 и усилитель мощности ДМВ 18; в качестве устройства приемного тракта используется малошумящий усилитель ДМВ 19. Выход усилителя мощности ДМВ 18 и вход малошумящего усилителя ДМВ 19 подключены к антенному коммутатору 21. К блоку обработки сигналов и управления 16 подключен спутниковый радионавигационный приемоиндикатор 20.
Седьмой и восьмой выходы МУМ 1 подключены двусторонними шинами управления и данных к модулю СМВ 6, а именно к блоку радиомодемному 22. Состав и структура модуля СМВ 6 приведена на фиг.5. По шине управления блок радиомодемный 22 соединен с приемовозбудителем СМВ 23, усилителем мощности СМВ 24 и малошумящим усилителем СМВ 25. Кроме того, по шине данных и линии промежуточной частоты блок радиомодемный 22 соединен с приемовозбудителем СМВ 23, который своим выходом соединен с входом усилителя мощности СМВ 24, а своим входом соединен с выходом малошумящего усилителя СМВ 25.
Восьмой выход МУМ 1 подключен двухсторонней шиной управления и данных к модулю защиты информации 7.
Работа комплекса происходит следующим образом.
На предварительной (предполетной) подготовке КБСЦС к функционированию производится ввод и последующее хранение исходных данных для протоколов работы различных каналов радиосвязи. В кадрах протоколов закладываются временные резервы для приема/передачи высокоприоритетной информации. Во время функционирования комплекса временные параметры сеансов связи в различных режимах (речь, данные и т.д.) по различным радиоканалам могут быть оперативно изменены, причем управляющая информация может быть получена по другому радиоканалу. МУМ 1 хранит эти данные в запоминающем устройстве.
МУМ представляет собой малогабаритную бортовую цифровую вычислительную машину, которая выполняет функции управления модулями из состава комплекса (формирование слов управления каналообразующей аппаратурой по частоте и видам работы (классам излучения), уровню излучаемой мощности), функцию взаимодействия с аппаратурой бортового радиоэлектронного оборудования, функции специализированного цифрового вычислителя, речевого информатора, телефонного модуля связи, преобразователя-формирователя информационного потока данных видеоинформации, поступающей и передаваемой через модуль сантиметрового канала связи. МУМ выполняет также функцию хранения и передачи в соответствующие радиоканалы и в требуемых форматах идентификационных данных подвижного объекта и функцию контроля состояния аппаратуры комплекса с точностью до конструктивно-съемного блока.
Вся информация пользовательского уровня поступает в МУМ по шине данных и управления от внешней аппаратуры бортового радиоэлектронного оборудования. По этой же шине поступает и управляющая информация. Далее МУМ по шинам управления доводит управляющую информацию до аппаратуры соответствующего радиоканала. В процессе радиосвязи (при получении ответных квитанций об успешном или ошибочном принятии соответствующих сообщений) МУМ может сформировать перераспределение передаваемой (принимаемой) информации между различными радиоканалами. При получении от БРЭО подвижного объекта уведомления о необходимости доставки высокоприоритетного сообщения в протоколах обмена по различным радиоканалам происходит временное резервирование с учетом оперативной помеховой обстановки в эфире. По результатам квитирования передаваемой (принимаемой) информации возможно дублирование информации в различных радиоканалах.
КБСЦС может использовать свои радиоканалы и для ретрансляции сообщений других участников информационного обмена, как подвижных объектов, так и наземных станций, подключенных к различным сетям передачи данных.
При выполнении функции МУМ как телефонного модуля связи, телефонная радиосвязь по одному из пяти возможных радиоканалов осуществляется либо в открытом режиме, либо в режиме с криптозащитой речевой информации, для чего применяется модуль защиты информации. Для этого МУМ имеет соединение с БРЭО по низкочастотным линиям авиационных гарнитур и соответствующим линиям с модулями ШМС, ДМВ, СМВ, защиты информации. При работе в режиме «Речь» соответствующий радиоканал модулей по шине управления переводится в этот режим. Кроме того, в составе МУМ имеется встроенный речевой информатор, который выдает экипажу объекта речевые сообщения об аварийных ситуациях.
Модуль ШМС 2, в котором реализовано два МВ/ДМВ канала и один ДКМВ канал, работает следующим образом. После того как в устройство управления (УУ) 13 блока ЦОС 8 по шине управления поступила управляющая информация о соответствующей частоте, на которой должна быть передана/получена информация, в цифровом приемовозбудителе цифровыми методами происходит синтез несущей (или промежуточной для МВ/ДМВ канала) частоты, промодулированной в зависимости от режима работы (вида излучения), данные о котором заложены в управляющей информации от МУМ.
УУ при работе в режиме передачи данных (телеграфном или телекодовом) по шине данных и управления передает в соответствующий приемовозбудитель смысловую информацию. В канале ДКМВ после цифрового приемовозбудителя ВЧ сигнал подается в блок усилителя мощности, а затем, через антенно-согласующее устройство на антенну ДКВМ. В каналах МВ/ДМВ после цифрового приемовозбудителя сигнал промежуточной частоты подается на конвертор частоты, который переносит спектр модулирующего сигнала на несущую частоту, затем для усиления и фильтрации в блок усилителя мощности МВ/ДМВ, а затем на соответствующую антенну МВ/ДМВ. При приеме сигнала из эфира происходит обратный процесс. Цифровые приемовозбудители осуществляют функцию модуляции/демодуляции сигнала и через УУ осуществляют обмен информацией с модулем МУМ по соответствующей шине данных или напрямую по аналоговым низкочастотным линиям (линии телефонного режима) обмен речевой информацией.
Модуль ДМВ 5 выполнен в виде многофункционального интегрированного терминала [4]. Он осуществляет посредством блока обработки сигнала и управления 16 взаимодействие по высокоскоростной шине с модулем МУМ и предназначен для решения следующих функциональных задач:
- обеспечения помехоустойчивой защищенной телефонной связи и обмена данными с подвижными объектами и наземными пунктами управления по независимым 3-м каналам со специальными сетевыми протоколами обмена [4], а именно, сеть с закрепленным на передачу каналами, сеть со свободным доступом, сеть с доступом по запросу, сеть с доступом по запросу к выделенному ретранслятору, комбинированная сеть, с использованием двух информационных каналов;
- реализации навигационных определений на основе дальномерных методов определения координат;
- опознавания абонентов различных виртуальных сетей, организованных на сеанс радиосвязи на основе навигационно-связного принципа.
Широкополосные импульсные сигналы модуля ДМВ, параметры которых изменяются по псевдослучайному закону, делают малоэффективной постановку прицельных помех.
Модуль СМВ 6 осуществляет высокоскоростной обмен аудио и видео информацией между подвижными объектами [5, 6. 7].
Блок радиомодемный 22 модуля СМВ получает от МУМ поток данных для передачи и при этом выполняет операцию кодирования для защиты от ошибок, модуляцию и формирование сигнала ПЧ (промежуточной частоты) и выдает его в приемовозбудитель СМВ 23. Приемовозбудитель СМВ переносит спектр сигнала на высокую частоту и подает его в усилитель мощности СМВ. Затем усиленный сигнал поступает на передающую антенну;
При приеме малошумящий усилитель СМВ 25, получив сигнал от приемной антенны, усиливает его, подает на вход приемовозбудителя СМВ, который преобразует его в сигнал ПЧ.
При приеме блок радиомодемный, получив сигнал ПЧ от приемовозбудителя СМВ, выполняет операцию демодуляции этого сигнала, операцию декодирования с исправлением ошибок и выдает поток данных по шине данных к МУМ.
При получении от МУМ команды управления по шине управления блок радиомодемный 22 осуществляет управление приемовозбудителем СМВ 23, усилителем мощности СМВ 24 и малошумящим усилителем СМВ 25, осуществляющим прием сигналов от соответствующей антенны.
Периодически блок радиочастотный выдает МУМ данные о контроле состояния составных частей модуля СМВ.
Взаимодействие между блоком радиомодемный модулем 22 и МУМ осуществляется по интерфейсу Fiber Channel. Передача сигналов ПЧ между блоком радиомодемным 22 и приемовозбудителем СМВ 23 осуществляется по двум коаксиальным кабелям.
Расширение функциональных возможностей комплекса в области связи состоит в следующем:
- повышение эффективности линий цифровой радиосвязи «воздух - земля» за счет использования четырех диапазонов частот и нескольких режимов работы комплекса (речевой, ACARS и других);
- увеличение объема принимаемых и обрабатываемых данных;
- снижение нагрузки на экипаж и уменьшение субъективных ошибок при ведении связи;
- взаимодействие различных протоколов линий передачи данных, особенно при наличии помех в эфире;
- повышение достоверности данных.
В области навигации улучшается обеспечение навигационного обслуживания с высокой целостностью и точностью.
Литература:
1. Патент WO 96/21288.
2. Патент РФ №2319304.
3. Спецификация «Аринк-635».
4. Белоусов Е.Л., Корчагин В.М. Многофункциональная интегрированная система связи, навигации и опознавания // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания, №2-3, 2001, стр.27-29.
5. http://www.psj.ru/saver_magazins/detail.php?ID=9996
6. http://www.rtisystems.ru/
7. «Зарубежное военное обозрение», №6, 1997. Тактическая оперативная разведывательная авиация вооруженных сил США.