ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ СЕТЬ СВЯЗИ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ "СЕТЬ ОВДБШД"

Полезная модель относится к системам управления воздушным движением (УВД), конкретно к территориальным цифровым сетям связи для обслуживания воздушного движения (ОВД) на сетевом оборудовании беспроводного широкополосного доступа (БШД) и может быть использована для информационно-технического взаимодействия средств контроля воздушного пространства и управления безопасным движением воздушных судов над территорией отдельного аэродрома, региона и/или страны.
Известна территориальная сеть аналоговой связи для ОВД ["Руководство по авиационной электросвязи (PC ГА-99)", введенное в действие с 01.09.1999 Приказом Федеральной службы воздушного транспорта №14 от 15.07.1999, М:, 1999, с.40-26], содержащая центральную станцию обслуживания воздушного движения (центр ОВД) и группу удаленных периферийных станций соединенных с центральной станцией каналами:
- передачи радиолокационной (РЛИ) и радиопеленгационной информации (РПИ) от средств ТРЛП;
- голосовой связи диспетчеров центра ОВД с экипажами воздушных судов;
- телефонной связи для взаимодействия диспетчерских пунктов и обслуживающих технических служб;
- передачи данных, управления и связи, необходимых для организации и обеспечения процессов управления воздушным движением.
Недостатками известной территориальной аналоговой сети для ОВД являются:
- недостаточное качество управления воздушным движением, организуемого посредством аналоговых технологий;
- высокая себестоимость информации ОВД, передаваемой по аналоговым каналам связи;
- низкая эффективность аналоговых систем передачи сигналов ОВД.
Известна территориальная цифровая сеть связи для ОВД [SU 1792541, МПК: G06F 15/50, G08G 5/00, 1993], содержащая центральную станцию управления воздушным движением (Центр ОВД) и группу удаленных периферийных станций получения данных о воздушной обстановке на основе множества выделенных каналов связи. Данная сеть основана на технологии мультиплексирования цифровых сигналов электросвязи различных уровней интеграции на основе их временного разделения - TDM (Time Division Multiplexing), согласно которой осуществляется деление всей ширины пропускной способности интегрированного канала на фиксированные временные интервалы (тайм - слоты), каждому из которых отводится определенный временной интервал для передачи.
К недостаткам данной территориальной цифровой сети связи для ОВД следует отнести:
- недостаточную надежность управления воздушным движением, связанную со стоимостными ограничениями по развертыванию требуемого количества (n) выделенных каналов цифровой связи для ОВД и проблемами технологии мультиплексирования с временным разделением - TDM (при возникновении паузы в передаче данных ОВД по одному из каналов ни один другой канал не может использовать его пропускную способность);
- относительно высокую себестоимость информации ОВД, передаваемой по выделенным цифровым каналам.
Известна территориальная цифровая сеть связи (RU 80261, МПК: G08G 5/00, 2009) для обслуживания воздушного движения, содержащая сетевое оборудование для маршрутизации, мультиплексирования и радиообмена данными между центральным пунктом управления и удаленными периферийными объектами обслуживания воздушного движения, причем данные радиообмена включают радиолокационные и радиопеленгационные данные о воздушной обстановке в зоне ответственности сети, параметрические данные о текущем состоянии технических средств, обслуживающих воздушное движение, данные голосовой связи диспетчеров с экипажами воздушных судов, данные телефонных переговоров диспетчерских и обслуживающих технических служб, данные видеонаблюдений и/или данные команд управления.
При этом сетевое оборудование цифровой сети для ОВД интегрировано по высокочастотным трактам в магистральные радиолиниями передачи цифровых данных региональных операторов связи Мегафон, Билайн и/или МТС.
Данная сеть цифровой связи для ОВД обладает недостаточной надежностью управления воздушным движением из-за ограниченной пропускной способности магистральных линий региональных операторов связи и недостаточной скрытностью в них данных ОВД.
Задачей полезной модели является повышение надежности управления воздушным движением. Техническим результатом, обеспечивающем решение указанной задачи, является повышение надежности радиосвязи и защиты связной информации.
Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что территориальная цифровая сеть связи для обслуживания воздушного движения, содержащая сетевое оборудование для маршрутизации, мультиплексирования и радиообмена интегрированными данными между центральным пунктом управления и удаленными периферийными объектами обслуживания воздушного движения, причем интегрированные данные радиообмена включают радиолокационные и радиопеленгационные данные о воздушной обстановке в зоне ответственности сети, параметрические данные о текущем состоянии технических средств, обслуживающих воздушное движение, данные голосовой связи диспетчеров с экипажами воздушных судов, данные телефонных переговоров диспетчерских и обслуживающих технических служб, данные видеонаблюдений и/или данные команд управления, отличающаяся тем, что на центральном пункте управления и на каждом удаленном периферийном объекте обслуживания воздушного движения дополнительно установлено беспроводное оборудование широкополосного доступа, включающее конвертор и мачтовое высокочастотное радиооборудование, соединенное через конвертор с соответствующим сетевым оборудованием, причем мачтовое высокочастотное радиооборудование включает не менее одного передатчика широкополосных СВЧ-сигналов и не менее одного приемника широкополосных СВЧ-сигналов, разнесенных между собой по высоте подвески для исключения взаимных помех при одновременной и параллельной их работе.
При этом передатчик широкополосных СВЧ-сигналов содержит не менее одного твердотельного СВЧ - генератора фазо-кодоманипулированных, линейно-частотно-модулированных и/или дельта-радиоимпульсов, а приемник широкополосных сигналов - не менее одного СВЧ-приемника, снабженного соответствующим фильтром сжатия широкополосных сигналов. Средства беспроводного широкополосного доступа выполнены стандарта WiMAX, мачтовое высокочастотное радиооборудование - в виде интегрированных антенных систем ODU стандарта "SkyMAN R5000-Smt, а конвертор выполнен в виде двухканального или четырехканального преобразователя сигналов El-Ethernet стандарта IDU-RJ-DC-2E1 или IDU-RJ-DC-2E1 соответственно с встроенным блоком электропитания для мачтового радиооборудования.
Дополнительная установка на центральном пункте управления и на каждом удаленном периферийном объекте обслуживания воздушного движения беспроводного оборудования широкополосного доступа, включающего конвертор и мачтовое высокочастотное радиооборудование, соединенное через конвертор с соответствующим сетевым оборудованием, причем мачтовое высокочастотное радиооборудование включает не менее одного радиопередатчика широкополосных СВЧ - сигналов и не менее одного приемника широкополосных СВЧ - сигналов, разнесенных между собой по ответственности сети, параметрические данные о текущем состоянии технических средств, обслуживающих воздушное движение, данные голосовой связи диспетчеров с экипажами воздушных судов, данные телефонных переговоров диспетчерских и обслуживающих технических служб, данные видеонаблюдений и/или данные команд управления.
При этом сетевое оборудование цифровой сети для ОВД интегрировано по высокочастотным трактам в магистральные радиолиниями передачи цифровых данных региональных операторов связи Мегафон, Билайн и/или МТС.
Данная сеть цифровой связи для ОВД обладает недостаточной надежностью управления воздушным движением из-за ограниченной пропускной способности магистральных линий региональных операторов связи и недостаточной скрытностью в них данных ОВД.
Задачей полезной модели является повышение надежности управления воздушным движением. Техническим результатом, обеспечивающем решение указанной задачи, является повышение надежности радиосвязи и защиты связной информации.
Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что территориальная цифровая сеть связи для обслуживания воздушного движения, содержащая сетевое оборудование для маршрутизации, мультиплексирования и радиообмена интегрированными данными между центральным пунктом управления и удаленными периферийными объектами обслуживания воздушного движения, причем интегрированные данные радиообмена включают радиолокационные и радиопеленгационные данные о воздушной обстановке в зоне ответственности сети, параметрические данные о текущем состоянии технических средств, обслуживающих воздушное движение, данные голосовой связи диспетчеров с экипажами воздушных судов, данные телефонных переговоров диспетчерских и обслуживающих технических служб, данные видеонаблюдений и/или данные команд управления, согласно полезной модели на центральном пункте управления и на каждом удаленном периферийном объекте обслуживания воздушного движения дополнительно установлено беспроводное оборудование широкополосного доступа, включающее конвертор и мачтовое высокочастотное радиооборудование, соединенное через конвертор с соответствующим сетевым оборудованием, причем мачтовое высокочастотное радиооборудование включает не менее одного передатчика широкополосных СВЧ-сигналов и не менее одного приемника широкополосных СВЧ-сигналов, разнесенных между собой по высоте подвески для исключения взаимных помех при одновременной и параллельной их работе.
При этом передатчик широкополосных СВЧ-сигналов содержит не менее одного твердотельного СВЧ - генератора фазо-кодоманипулированных, линейно-частотно-модулированных и/или дельта - радиоимпульсов, а приемник широкополосных сигналов - не менее одного СВЧ-приемника, снабженного соответствующим фильтром сжатия широкополосных сигналов. Средства беспроводного широкополосного доступа выполнены стандарта WiMAX, мачтовое высокочастотное радиооборудование - в виде интегрированных антенных систем ODU стандарта "SkyMAN R5000-Smt, а конвертор выполнен в виде двухканального или четырехканального преобразователя сигналов El-Ethernet стандарта IDU-RJ-DC-2E1 или IDU-RJ-DC-2E1 соответственно с встроенным блоком электропитания для мачтового радиооборудования.
Дополнительная установка на центральном пункте управления и на каждом удаленном периферийном объекте обслуживания воздушного движения беспроводного оборудования широкополосного доступа, включающего конвертор и мачтовое высокочастотное радиооборудование, соединенное через конвертор с соответствующим сетевым оборудованием, причем мачтовое высокочастотное радиооборудование включает не менее одного радиопередатчика широкополосных СВЧ-сигналов и не менее одного приемника широкополосных СВЧ-сигналов, разнесенных между собой по высоте подвески для исключения взаимных помех при одновременной и параллельной их работе позволяет отказаться от использования для радиообмена магистральных линий региональных операторов связи, обладающих ограниченной пропускной способностью и недостаточной скрытностью в них данных ОВД. Использование для радиообмена вместо магистральных линий региональных операторов связи индивидуальных средств широкополосного доступа, обладающих повышенной пропускной способностью, возможностью параллельной работы на радиопередачу и радиоприем, повышенной помехозащищенностью позволяет повысить надежность радиосвязи и степень защиты связной информации в системе ОВД. Следствием этого является повышение надежности управления воздушным движением.
Использование в радиопередатчике широкополосных СВЧ-сигналов с фазо-кодовой, линейно-частотной и/или дельта - модуляцией радиоимпульсов, а в приемнике широкополосных сигналов соответствующих фильтров сжатия широкополосных сигналов дополнительно позволяет увеличить надежность радиосвязи за счет оптимальной обработки широкополосных сигналов и увеличения за счет этого соотношения сигнал/шум интегрированных сигналов связи. Это дополнительно позволяет снизить требуемую мощность радиопередатчиков, снизить энергетические затраты в сети ОВД и увеличить ее помехозащищенность.
Выполнение средств беспроводного широкополосного доступа стандарта WiMAX, мачтового высокочастотного радиооборудования - в виде интегрированных антенных систем ODU стандарта "SkyMAN R5000-Smt, a конверторов - в виде многоканального преобразователя сигналов El-Ethernet стандарта IDU-RJ-DC-2E1 и/или IDU-RJ-DC-4E1 с встроенным блоком электропитания позволяет оптимальным образом обеспечить интеграцию данных ОВД в предложенной цифровой сети на известной элементной базе повышенной производительности и надежности. Этим дополнительнообеспечивается повышение производительности, надежности и реализуемости интегральной цифровой сети связи для обслуживания воздушного движения.
На фиг.1 представлена функциональная схема территориальной цифровой сети связи для обслуживания воздушного движения (ОВД) на оборудовании широкополосного доступа (БШД), на фиг.2 - пример реализации опытного образца сети ОВД с БШД для управления воздушным движением над аэродромом и прилегающей к нему территории с командно-диспетчерского пункта (КДП) в Благовещенском центре ОВД филиала «Аэронавигация Дальнего Востока»; на фиг.3 и фиг.4 - примеры реализации беспроводного широкополосного доступа на периферийных объектах ОВД этой сети, соответственно для обзорного радиолокатора аэродромного (ОРЛ-А) и дальнего приводного маяка (ДПРМ), управляемых с КДП Благовещенского центра; на фиг.5 и фиг.6 - фотографии мачтового высокочастотного радиооборудования и конвертора беспроводного оборудования широкополосного доступа соответственно.
Территориальная цифровая сеть связи для обслуживания воздушного движения содержит сетевое оборудование 1 для маршрутизации, мультиплексирования и радиообмена интегрированными данными внутри сети, а также между центральным пунктом 2 управления (центром ОВД) и удаленными периферийными объектами 3 обслуживания воздушного движения (внешними источниками информации ОВД по отношению к центру ОВД 2) с помощью беспроводного оборудования 4 широкополосного доступа. При этом интегрированные данные радиообмена включают перенесенные на частоту радиосвязи радиолокационные и радиопеленгационные данные (трафик Е1) о воздушной обстановке в зоне ответственности сети, параметрические данные (график Ethemet/El) технических средств ОВД, данные (график Е/М) голосовой связи диспетчеров с экипажами воздушных судов, данные (график Е/М) телефонных переговоров диспетчерских и обслуживающих технических служб, данные (график RS-232) видеонаблюдений и/или данные команд управления в составе любого из указных выше графиков сигналов связи. Беспроводное оборудование 4 широкополосного доступа (БШД) включает конвертор 5 и мачтовое высокочастотное радиооборудование 6, соединенное через конвертор 5 с соответствующим сетевым оборудованием 1. Мачтовое высокочастотное радиооборудование 6 включает не менее одного передатчика 7 широкополосных СВЧ-сигналов и не менее одного приемника 8 широкополосных СВЧ-сигналов, разнесенных между собой по высоте подвески для исключения взаимных помех при одновременной и параллельной их работе. Радиопередатчик 7 широкополосных СВЧ-сигналов содержит не менее одного твердотельного СВЧ - генератора фазо-кодо-манипулированных, линейно-частотно-модулированных и/или дельта-радиоимпульсов, а приемник 8 широкополосных сигналов - не менее одного СВЧ-приемника, снабженного соответствующим фильтром сжатия и средствами дешифрации широкополосных сигналов [RU 81022, МПК: Н04В 7/12, Н04К 1/00, 2009]. Использование широкополосных сигналов (ШПС) позволяет увеличить помехоустойчивость передачи радиоданных ОВД за счет избыточности полосы частот и оптимальной обработки принятого сигнала ШПС. При этом обеспечивается увеличенное значение отношения сигнал/шум при малой мощности передаваемого сигнала. Это позволяет использовать в составе оборудования БШД 4 приемники 8 и передатчики 7 устройства существенно меньшей мощности, и, как следствие, меньших габаритов и более низкой стоимости. Приемники 8 и передатчики 7 интегрированы с соответствующими антеннами на прием и передачу связных ШПС. Беспроводное оборудование 4 широкополосного доступа в целом выполнено стандарта WiMAX, мачтовое высокочастотное радиооборудование 4 - в виде интегрированных антенных систем ODU стандарта "SkyMAN R5000-Smt, а конвертор 5 (фиг.6) выполнен в виде двухканального преобразователя сигналов El-Ethernet стандарта IDU-RJ-DC-2Е1 или четырехканального преобразователя - IDU-RJ-DC-4E1 с встроенным блоком электропитания высокочастотного мачтового оборудования 6 (фиг.5) и его антенных систем ODU. Антенные системы ODU передатчиков 7 и приемников 8 могут быть направленными (с угловой расходимостью СВЧ - излучения единицы градусов) и секторными (с угловой расходимостью СВЧ - излучения десятки градусов). Направленные антенны ODU формируют элементы сети БТТТД между центром 2 и периферийными объектами 3 ОВД с топологией «точка-точка». Секторные антенны - сеть с топологией «точка-многоточка». Центр ОВД может иметь от 1 до 6 секторных антенн с угловой диаграммой по 60 град. каждая. Работа центра ОВД на 6 секторов создает зону покрытия периферийных объектов ОВД вокруг себя вкруговую. Используемый в оборудовании 4 стандарт WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), обеспечивает в сети ОВД технологию БШД, как альтернативу выделенным линиям и DSL, предназначенным для построения распределенных беспроводных сетей. Поддержка в этом оборудовании 4 протокола QoS (Quality of Service) обеспечивает необходимый уровень качества обслуживания воздушного движения для различных видов графика (передача речи, видео, данных), а поддержка протокола NLOS (Non-Line of Sight) - возможность работы абонента (периферийного объекта 3 ОВД) не только в условиях прямой видимости антенн центра ОВД, но и при отсутствии прямой видимости (до 10 км), кроме того обеспечивается связь в одних и тех же радиочастотных диапазонах. Стандарт "SkyMAN R5000-Smt InfiNet Wireless, используемый в высокочастотном оборудовании 6, позволяет использовать технологию MIMO 2×2 (два входа - два выхода) для параллельной работы двух радиопередатчиков и двух приемников в интересах увеличения пропускной способности сети ОВД. Конвертор 5 связных сигналов El-Ethernet выполнен двухканальным стандарта IDU-RJ-DC-2E1 или четырехканальным IDU-RJ-DC-4E1 и снабжен встроенным блоком питания радиооборудования 6 по кабелю Ethernet «витая пара». Для устойчивой работы БШД 4 в сети ОВД длина соединительного кабеля Ethernet от радиооборудования 6 до конвертора 5 не должна превышать 100 м. Пример реализации интегральной цифровой сети ОВД с БШД 4 для управления воздушным движением с командно-диспетчерского пункта (КДП) центра 2 в Благовещенском центре ОВД филиала «Аэронавигация Дальнего Востока» представлен на фиг.2. В центре 2 ОВД, а также на периферийных объектах 3 ОВД при территориальном разносе их собственных рабочих мест 9 и источников 10 данных о воздушной обстановке кроме кабельных линий связи может быть также использовано дополнительное оборудование БШД 4 для связи с местными источниками 10 данных. Примеры реализации беспроводного широкополосного доступа на периферийных объектах ОВД, соответственно для обзорного радиолокатора аэродромного (ОРЛ-А) и дальнего приводного маяка (ДПРМ), управляемых в автоматическом и/или ручном режиме с автоматизированного рабочего места 9 начальника периферийного объекта ОВД или с КДП 12 вышестоящего центра ОВД представлены соответственно на фиг.3 и фиг.4.
Территориальная цифровая сеть связи для обслуживания воздушного движения работает следующим образом.
Периферийные объекты 3 ОВД с помощью АРМ 9 и средств БЩД 4 с заданным темпом обновления производят опрос собственных источников 10 информации о воздушной обстановке в зоне их ответственности. Эти данные (видеосигналы воздушной обстановки трассового радиолокатора и пеленгатора, голосовые сигналы аппаратуры высокочастотной радиосвязи «Диспетчер-Экипаж», сигналы аппаратуры авиационной фиксированной связи, параметрические сигналы технического состояния источников 10 данных) под программным управлением АРМ 9 преобразуются сетевым оборудованием 1 периферийного объекта ОВД в цифровую форму, обрабатываются, сжимаются, мультиплексируются (присваиваются IP - адреса назначения сигналов и метки MPLS для ранжирования их важности и первоочередности обработки). Далее интегральный (объединенный) поток электрических импульсов (импульсно-кодовых сигналов) с сетевогооборудования 1 передается через конвертор 5 на его передатчик 7 для его импульсно-кодовой модуляции. С приходом каждого импульса модуляции передатчик 7 периферийного объекта генерирует широкополосный радиосигнал (ШПС), который излучается его антенной в направлении на приемник 8 оборудования 4 широкополосного доступа центра 2 ОВД. В радиоприемнике 8 центра 2 ОВД принятый широкополосный радиосигнал фильтруется, проходит корреляционную обработку, детектируется, сравнивается с пороговым значением обнаружения и при превышении порога обнаружения выдается через конвертор 5 центра 2 на его сетевое оборудование 1 для дальнейшей обработки в составе пришедшей до этого импульсно-кодовой последовательности видеоимпульсов. Одновременно центр 2 с помощью с помощью этого или других параллельно работающих приемников 8 ШПС производит прием данных ОВД с других периферийных объектов УВД, находящихся в поле зрения радиоприемников 8 центра 2. Аналогичным образом с помощью этого или дополнительного оборудования 4 широкополосного доступа (БЩД) получают данные ОВД от собственных источников 10 и 11, соответственно наземного или воздушного базирования, находящихся в непосредственной близости от центра 2 ОВД. Все потоки данных ОВД расшифровываются (под программным управлением ЭВМ командно-диспетчерского пункта 12) сетевым оборудованием 1 центра 2 и передаются на соответствующие рабочие места центра 2 для отображения воздушной обстановки, принятия решения и выработки команд управления периферийными объектами 3 и воздушными судами 13 в зоне ответственности последних. Далее команды управления центра 2 в виде импульсно-кодовой последовательности электрических импульсов преобразуются его радиопередатчиком 7 в последовательность широкополосных радиосигналов и излучаются его передающей антенной в направлении соответствующих периферийных объектов 3 ОВД для отработки команд управления центра 2. Принятые от центра 2 широкополосные радиосигналы управления в приемнике 8 периферийногообъекта 3 ОВД преобразуются в импульсно-кодовую последовательность электрических импульсов и через сетевое оборудование 1 передаются на ЭВМ рабочего места оператора для отображения и отработки периферийным объектом 3 и воздушными судами 13 команд управления, принятых из центра 2 ОВД. После отработки команд управления и изменения воздушной обстановки в зоне ответственности периферийного объекта 3 соответствующая сигнальная информация повторно передается через его аппаратуру 4 БЩД в центр 2. Далее процесс обмена данными ОВД между центром 2 и периферийными объектами 3 повторяется.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца и опытной его эксплуатации. Опытная эксплуатация показала достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи разработки полезной модели.