АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОРАБЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СВЕТОСИГНАЛЬНОЙ СВЯЗИ
AUTOMATED SHIP SYSTEM FOR LIGHTING COMMUNICATION

Настоящее изобретение относится к области электротехники и связи и может быть использовано для организации корабельной светосигнальной связи.
Научно-технический прогресс, расширение международной торговли, рыболовства, а также необходимость укрепления защиты морских рубежей способствуют развитию судо- и кораблестроения, а также их отдельных систем и приборов и береговых объектов. На флоте постоянно совершенствуются системы связи, причем не только радиосвязи, как обладающей высокой надежностью, но и оптической корабельной светосигнальной. Последняя не подвержена преднамеренным помехам, устойчиво работает в условиях магнитных бурь и имеет высокую скрытность. Создание системы оптической связи к тому же выгодно экономически: капитальные вложения в ее создание и внедрение значительно ниже, чем в систему радиосвязи.
Известны различные типы светосигнальных ламповых прожекторов для обеспечения безаварийного кораблевождения в темное время суток, а также для световой сигнализации проблесками белого света по коду Морзе и освещения рабочих мест рассеянным светом, например авторское свидетельство СССР №1173128, 1983 г. Судовой светосигнальный прибор содержит корпус с установленной в нем прожекторной лампой переменного тока, металлические жалюзи и рукоятку управления жалюзи, позволяющими перекрывать световой поток для передачи сигналов кода Морзе. МСНП-125 ТУ 16-545364-81., МСНП-250М; МСП-150;МСП-л45/2; «Проблеск»; К-35-Л и др.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и положительному эффекту к заявляемому устройству является судовое осветительное устройство, авторское свидетельство СССР №1516607, 1989, содержащее корпус с защитным стеклом, отражатель, источник питания, датчик кода Морзе и источник света.
Общими недостатками как аналогов, так и прототипа являются низкие эксплуатационные характеристики прожекторов из-за того, что жалюзи при работе закрывают до 30% светового потока, излучаемого отражателем, а также малая скорость передачи и недостаточная надежность прожектора, так как он имеет трущиеся механические элементы. Указанные недостатки уменьшают дальность и надежность светосигнальной связи, при этом они имеют низкую скорость передачи.
На практике флагманскому кораблю оперативного соединения для управления силами одновременно, как правило, требуется передача сигналов сразу нескольким кораблям. Для одновременной передачи сообщений сразу всем кораблям в ночное время используется направленный клотиковый сигнальный фонарь небольшой мощности. В дневное время одновременная передача сигналов всем кораблям невозможна. Поскольку задержка в приеме сообщений может иметь серьезные последствия в тактических ситуациях, необходима разработка мощного кругового излучения, работающего в дневное время [Катанович А.А. Оптоэлектронная техника в корабельных светосигнальных системах связи ВМФ // Судостроение. - 2002. - №1.- С. 27-39].
Целью изобретения является организация высокоскоростной оптической линии связи между надводными кораблям и береговыми объектами.
Поставленная цель достигается тем, что в автоматизированный комплекс светосигнальной связи, состоящий из прибора оптической связи направленного действия, прибора оптической связи всенаправленного действия и блока электропитания от бортовой сети корабля, введено автоматизированное рабочее место оператора, состоящее из вычислительного устройства, соединенного со средствами отображения информации, органами ввода и вывода информации и интерфейсных средств внешней связи, при этом прибор оптической связи направленного действия, состоящий из блока формирования и выдачи оптических сигналов, выполнен со встроенной светодиодной матрицей и соединен с блоком приема и преобразования оптических сигналов и блоком наведения, слежения и стабилизации, который соединен с блоком управления, обработки и сопряжения, который в свою очередь соединен с блоком электропитания, причем блок приема и преобразования оптических сигналов включает в себя систему линз, фотодетектор, устройство последетекторной обработки и вычислительное устройство, а также блок наведения и слежения за корреспондентом и интерфейсные средства внешней связи, а прибор оптической связи всенаправленного действия выполнен в виде сферической поверхности, включающей светодиодную матрицу с круговой диаграммой направленности видимого и инфракрасного диапазона, соединенной с модулем управления и формирования оптических сигналов, в который входит вычислительное устройство и интерфейсные средства внешней связи, причем автоматизированное рабочее место оператора радиально соединено с общекорабельной системой стабилизации качки корабля, автоматизированной системой управления кораблем, прибором оптической связи направленного действия и прибором оптической связи всенаправленного действия.
На фиг. 1 представлена блок-схема автоматизированного корабельного комплекса светосигнальной связи. Она состоит из:
1 - автоматизированное рабочее место оператора (АРМ); 2 - прибора оптической связи направленного действия с устройством стабилизацией; 3 - прибора оптической связи всенаправленного действия; 4 - общекорабельной системы стабилизации качки корабля; 5 - автоматизированной системы управления корабля (АСУ); 6 - блоков электропитания комплекса от бортовой сети корабля.
Автоматизированного рабочего места оператора 1 (фиг. 2) в своем составе имеет:
7 - вычислительное устройство (процессор);
8 - средство отображения информации (монитор);
9 - органы ввода информации (клавиатуру);
10 - средства вывода световой и звуковой сигнальной и аварийной информации;
11 - интерфейсные средства внешней связи.
Прибор оптической связи направленного действия (фиг. 3) с системой стабилизацией 2 имеет в своем составе: передающее устройство, выполненное на базе морского сигнального прожектора со встроенной светодиодной матрицей, модулем управления и формирования оптических сигналов; приемное устройство, включающее систему линз, фотодетектор и устройство последетекторной обработки; вычислительное устройство; блок стабилизации, наведения и слежения за корреспондентом и интерфейсные средства внешних связей.
Прибор оптической связи всенаправленного действия 3 (фиг. 4) в составе: передающего устройства, включающего светодиодную матрицу, модуль управления и формирования оптических сигналов; вычислительное устройство; интерфейсные средства внешних связей.
Общекорабельная система стабилизации качки корабля 4 служит для компенсации бортовой и килевой качки корабля - стабилизации положения приемного и передающего устройства в условиях волнения моря. АРМ 1 через блок сопряжения сопрягается с гироазимутгоризонткомпасом, принимает и обрабатывает текущие значения параметров бортовой и килевой качки, курса корабля.
Автоматизированная система управления корабля (АСУ) 5 служит для выдачи данных о текущем местоположении корреспондента на АРМ 1.
Блоки электропитания комплекса 6 включают в себя: аппаратуру одновременного приема напряжения 280 В 50 Гц от двух источников корабельной энергосистемы; аппаратуру преобразования напряжения корабельной энергосистемы в стабилизированные напряжения, необходимые для запитывания технических средств комплекса.
Автоматизированное рабочее место оператора 1 создано как высокопроизводительная рабочая станция, имеющая в своем составе:
- процессорный модуль, обеспечивающий обработку и декодирование информации, принимаемой по оптическим каналам связи, формирование и кодирование информации для выдачи по оптическим каналам связи, документирование и воспроизведение информации, визуальную и звуковую сигнализацию возникновения нештатных ситуаций, подключение внешних устройств ввода информации, а также внешнего запоминающего устройства для ввода и вывода информации в изделии;
- графический видеоадаптер, обеспечивающий наглядное графическое отображение принимаемой, выдаваемой по оптическим каналам связи, задокументированной и других видов информации;
- накопитель, обеспечивающий долговременное хранение программного обеспечения изделия, задокументированной информации;
- цветной жидкокристаллический монитор с разрешающей способностью не менее 1600×1200 пикселей;
- звуковой модуль, обеспечивающий звуковую сигнализацию состояния связи и возникновения нештатных ситуаций;
- модуль сопряжения с прибором оптической связи направленного действия, прибором оптической связи всенаправленного действия, системой вышестоящего уровня;
- аппаратный модуль доверенной загрузки, обеспечивающий идентификацию и проверку подлинности оператора.
АРМ 1 обеспечивает возможность загрузки программного обеспечения комплекса, а также запись задокументированной информации на внешние запоминающие устройства. Он также обеспечивает идентификацию и проверку подлинности оператора при допуске к АРМ.
Прибор оптической связи направленного действия с системой стабилизации 2 (фиг. 2) предназначен для:
- приема команд управления и данных для выдачи по оптическим каналам связи от АРМ 1;
- формирования и выдачи соответствующих оптических сигналов в видимом и инфракрасном диапазонах;
- приема оптических сигналов видимого и инфракрасного диапазонов;
- преобразования принимаемого оптического сигнала в аналоговый с последующим его преобразовании в цифровой сигнал, выделения (распознавания) полезного цифрового сигнала;
- выдачи принимаемой по оптическим каналам связи информации на АРМ 1;
- автоматического и ручного наведения на корреспондента, в том числе по данным о текущем местоположении корреспондента, получаемым с АСУ 5 корабля;
- автоматического удержания корреспондента в поле зрения при движении кораблей в процессе обмена информацией по оптическим каналам связи;
- компенсации бортовой и килевой качки корабля - стабилизации положения приемного и передающего устройства в условия волнения моря;
- сопряжения с гироазимутгоризонткомпасом, приема и обработки текущих значений параметров бортовой и килевой качки, курса корабля.
Прибор оптической связи направленного действия с системой стабилизации 2 (фиг. 3) состоит из:
12 - блока формирования (модуляции) и выдачи оптических сигналов;
13 - блока приема и преобразования оптических сигналов;
14 - блока наведения, слежения и стабилизации;
15 - блока управления, обработки и сопряжения;
6 - блока питания для формирования оптического сигнала необходимой мощности;
- защитного корпуса, обеспечивающего установку прибора на открытой палубе корабля.
Блок формирования (модуляции) и выдачи оптических сигналов предназначен для приема управляющих команд от блока управления, модуляции и формирования соответствующего оптического сигнала. Он выполнен на базе морского сигнального прожектора типа МСНП-250 и имеет в своем составе:
светодиодную матрицу, включающую светодиоды видимого и инфракрасного диапазонов;
- модуль управления, формирования оптического сигнала, сопряжения с блоком управления;
- блок питания 6 для формирования оптического сигнала необходимой мощности.
Блок приема и преобразования оптических сигналов 13 предназначен для фокусировки принимаемого оптического сигнала на фотодетектор, преобразования оптического сигнала в электрический, последетекторной обработки сигнала, выдачи принимаемого сигнала в цифровом виде на блок управления.
Он имеет в своем составе:
- объектив с меняющимися фокусными расстояниями;
- фотодиод или набор фотодиодов;
- модуль последовательной обработки и выдачи принимаемого сигнала на АРМ.
Блок наведения, слежения и стабилизации 14 предназначен для приема управляющих команд от блока управления, формирования и выдачи управляющих сигналов на двигатели, перемещения приемного блока и блока выдачи оптических сигналов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Он имеет в своем составе:
- модуль приема управляющих команд и формирования управляющих сигналов;
- электродвигатели;
- платформу для установки приемного блока и блока выдачи оптических сигналов.
Блок управления 15 предназначен для: управления процессом выдачи информации по оптическим каналам по средствам формирования и передачи соответствующих команд управления и информационных данных на блок выдачи; управления блоком приема; распознавания полезного сигнала и выдачи данных, принимаемых по оптическим каналам связи, на пульт АРМ; управления блоком наведения, слежения и стабилизации по данным о местоположении цели, курсе и параметрах качки своего корабля, принимаемых от пульта управления и гироазимутгоризонткомпаса соответственно.
Он имеет в своем составе: процессорный модуль; накопитель, обеспечивающий долговременное хранение программного обеспечения; модуль сопряжения с пультом АРМ; модуль сопряжения с блоком выдачи, блоком приема, блоком наведения, слежения и стабилизации; модуль сопряжения с гироазимутгоризонткомпасом.
Все блоки прибора оптической связи направленного действия имеют защищенные корпусы, обеспечивающие их установку на открытой палубе корабля.
Прибор оптической связи всенаправленного действия 3 (фиг. 4) предназначен для:
- приема команд управления и данных для выдачи по оптическим каналам связи от пульта управления АРМ;
- формирования и круговой выдачи соответствующих оптических сигналов в видимом и инфракрасном диапазонах.
Он состоит из: (фиг. 4)
16 - светодиодной матрицы с круговой диаграммой направленности, включающей светодиоды видимого и инфракрасного диапазона;
17 - модуля управления, формирования оптического сигнала, сопряжения с пультом управления АРМ;
6 - блока питания для формирования оптического сигнала небольшой мощности;
- защитного корпуса, обеспечивающего установку прибора на открытой палубе корабля.
Блок электропитания комплекса 6 рассчитан на электропитание от двух источников корабельной энергосистемы с напряжением 380 В ± 5%, 50 Гц ± 5%, 220 В ± 5%, частотой 50 Гц ± 2%, мощностью 30000 Вт.
Программное обеспечение, представленное в виде комплексов задач и математических моделей, отображает процессы управления и взаимодействия с комплексом вооружения и техническими средствами корабля в условиях постоянной боевой готовности, при переводе корабля в высшие степени готовности и при его деятельности. Каждый комплекс задач специального математического обеспечения (СМО) представляет собой функционально законченный программный модуль, программно совместимый с другими комплексами СМО. Программное обеспечение АРМ проектируется с использованием базовых информационных защищенных компьютерных технологий с учетом решений, принятых при проектировании ПО в АСУ.
Автоматизированный корабельный комплекс светосигнальной связи обеспечивает:
- ручной ввод и автоматическое формирование, а также соответствующее кодирование сообщений для выдачи по оптическим каналам связи;
- автоматическое формирование и выдачу по оптическим каналам связи сообщений в виде соответствующего оптического сигнала видимого и инфракрасного диапазонов;
- автоматический прием и преобразование в цифровой вид оптических сигналов видимого и инфракрасного диапазонов, распознавание полезного сигнала;
- декодирование и отображение принимаемых по оптическим каналам связи сообщений в цифробуквенном виде;
- ручную корректировку результатов автоматического распознавания и декодирования информации, принимаемой по оптическим каналам связи;
- автоматическое документирование и воспроизведение информации, принимаемой и выдаваемой по оптическим каналам связи, с возможностью вывода задокументированной информации на внешнее запоминающее устройство;
- отображение и сигнализацию состояния связи с корреспондентом;
- автоматическое и ручное наведение на корреспондента, автоматическое удержание корреспондента «в поле зрения»;
- сопряжение с гироазимутгоризонткомпасом и соответствующий прием, обработку и отображение информации о курсе корабля, параметрах бортовой и килевой качки;
- отработку значений параметров качки и соответствующую стабилизацию положения прибора оптической связи направленного действия;
- сопряжение с системами вышестоящего уровня при их наличии на корабле в части обеспечения:
- приема от вышестоящего уровня команд управления по организации связи;
- прием от вышестоящего уровня данных для передачи по оптическим каналам связи;
- выдачи вышестоящему уровню данных, принимаемых по оптическим каналам связи.
Работа автоматизированного комплекса светосигнальной связи осуществляется следующим образом.
Оператор, находящийся на АРМ1, получив команду на передачу данных по оптическому каналу связи, с помощью органов ввода информации (клавиатуры) 9 осуществляет ввод данных в вычислительное устройство 7 и контроль их на мониторе 8. С помощью модуля сопряжения с прибором оптической связи направленного действия или прибором оптической связи всенаправленного действия в зависимости от того, для кого надо передавать информацию (для одного корабля или для нескольких), осуществляет стыковку при помощи блока 15 с устройством передачи. Если это касается прибора оптической связи направленного действия, то этот прибор принимает команды управления с помощью блока 15 и данных для выдачи по оптическому каналу связи через блок 12. Далее производится автоматическое наведение на корреспондента с помощью блока 5, в том числе по данным о текущем местоположении корреспондента, получаемым с АСУ 5 корабля, и удерживает корреспондента в поле зрения при движении корабля. На другом корабле с помощью блока приема и преобразования оптических сигналов 13 происходит фокусировка принимаемого оптического сигнала на фотодетектор, его преобразование в электрический и выдача принимаемого сигнала в цифровом виде на блок управления 15. Блок управления 15 осуществляет процесс выдачи информации по оптическим каналам по средствам формирования и передачи соответствующих команд управления и информационных данных на блок выдачи, управления блоком приема, распознавания полезного сигнала и выдачи данных на пульт АРМ 1. Прием оптической светосигнальной связи осуществляется в обратном порядке.
Дальность светосигнальной связи с помощью такого комплекса увеличивается примерно на 50% по сравнению с известными судовыми светосигнальными приборами. Кроме того, комплекс обеспечивает возможность дистанционного управления передачей и приемом световых сигналов с высокой скоростью.
Предлагаемый автоматизированный корабельный комплекс светосигнальной связи позволяет также вести одновременную передачу информации с одного из кораблей на все другие, находящиеся в пределах видимости, поскольку излучение от источника распространяется в пространстве во всех направлениях (с перекрытием 40°). При этом достаточная расходимость измерения в вертикальной плоскости обеспечивает прием и передачу сигналов даже в условиях качки корабля. Благодаря использованию светодиодной матрицы с круговой диаграммой направленности, включающей светодиоды видимого и инфракрасного диапазона, в несколько раз повысилась скорость передачи за счет автоматизации передачи и приема информации. В результате становится удобнее пользоваться комплексом светосигнальной связи, повысилась эффективность эксплуатации и, как следствие, оперативность управления кораблями и судами.