БОРТОВАЯ РАДИОАППАРАТУРА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
AIRBORNE RADIO INSTRUMENTS

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике связи летательного аппарата и передачи информации наблюдения от бортовых датчиков по помехозащищенным широкополосным радиоканалам связи, предназначенных для работы в комплексах воздушного наблюдения с использованием пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов.
Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемому является «Автоматический беспилотный диагностический комплекс» (патент РФ 2256894, G01M 3/00, 2003), который и выбран в качестве прототипа. Указанный комплекс обеспечивает обмен радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления путем использования дуплексной радиосвязи на двух частотах и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Недостатком указанного комплекса является недостаточная надежность и дальность обмена радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления.
Задачей изобретения является создание бортовой радиоаппаратуры летательных аппаратов с устранением указанных недостатков.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей бортовой радиоаппаратуры за счет введения в радиоканалы двух объединенных помехозащищенных радиолиний, что позволит обеспечить надежность, помехозащищенность и большую дальность обмена радиотелеметрической, командной и широкополосной информацией между летательным аппаратом и наземным пунктом управления.
Радиоканалы двух объединенных помехозащищенных радиолиний состоят из:
- трехканальной радиолинии сантиметрового (СМ) диапазона волн, предназначенной для передачи по двум широкополосным каналам с бортовой аппаратуры на наземный приемный пункт (НПП) разведывательной информации на расстояние до 300 км со скоростью не менее 40 Мбит/с (2 канала по 20 Мбит/с), а по третьему узкополосному каналу - телеметрической информации со скоростью не менее 1,2 кбит/;
- двухканальной приемо-передающей радиолинии дециметрового (ДМ) диапазона волн, содержащей узкополосный и широкополосный каналы, предназначенные для передачи на НПП со скоростью не менее 1,2 кбит/с по узкополосному радиоканалу телеметрической, навигационно-пилотажной информации и донесений, а по широкополосному радиоканалу - видовой информации от целевых нагрузок самолета-носителя, и приема от НПП со скоростью не менее 1,2 кбит/с по узкополосному помехозащищенному радиоканалу радиокоманд.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что бортовая радиоаппаратура летательных аппаратов содержит трехканальную помехозащищенную радиолинию сантиметрового (СМ) диапазона волн, базирующуюся на когерентной оптимальной обработке цифровых шумоподобных сигналов, содержащую узкополосный и два широкополосных канала и включающую в себя радиомодемный модуль СМ диапазона, состоящий из модуля компрессии, который содержит информационные входы, а своим входом-выходом соединен с модемом, который входом-выходом соединен с СВЧ частью приемопередатчика, а также содержащая двухканальную помехозащищенную радиолинию дециметрового (ДМ) диапазона волн, базирующуюся на когерентной оптимальной обработке цифровых шумоподобных сигналов, содержащую узкополосный и широкополосный каналы и включающую в себя радиомодемный модуль ДМ диапазона, состоящий из модуля компрессии, который содержит информационные входы, а своим входом-выходом соединен с модемом, который входом-выходом соединен с СВЧ частью приемопередатчика, а передающая антенная система состоит из двух передающих антенных подсистем, каждая из которых включает в себя антенну СМ диапазона, антенну ДМ диапазона и контроллер углового канала, соединенный с азимутальным приводом, при этом контроллеры углового канала двух передающих подсистем соединены с модулем управления радиомодемного модуля СМ диапазона, который подключен к твердотельному усилителю мощности СМ диапазона, состоящему из преобразователя частоты и полупроводникового усилителя мощности СМ диапазона, причем твердотельный усилитель мощности СМ диапазона своим входом-выходом соединен с СВЧ частью радиомодемного модуля СМ диапазона, а другим выходом - с волноводным полосно-пропускающим фильтром, выход которого соединен с волноводным антенным коммутатором, выходы которого соединены с антеннами СМ диапазона двух передающих подсистем, а вход-выход волноводного антенного коммутатора соединен с контроллером углового канала второй передающей подсистемы, приемная антенна прямого канала ДМ диапазона соединена с СВЧ частью радиомодемного модуля ДМ диапазона, выход которой соединен с усилителем мощности ДМ диапазона, выходы которого соединены с антеннами ДМ диапазона двух передающих подсистем, а вход-выход которого соединен с контроллером углового канала второй передающей подсистемы, а модули управления радиомодемных модулей СМ и ДМ диапазона соединены между собой, при этом в радиолиниях двух диапазонов используются узкополосные помехоустойчивые каналы, которые обеспечивают своими синхронизирующими сигналами синфазную работу передающих и широкополосных приемных устройств при действии активных помех, при этом модемы СМ и ДМ диапазонов выполнены с возможностью формирования для всех радиолиний единой структуры сигналов, а именно фазоманипулированных (ФМ) сигналов с тактовой частотой 20 МГц.
Все радиолинии CM и ДМ диапазонов волн имеют:
1. Единую для всех каналов перспективную структуру сигнала несущей частоты. Таким сигналом был определен фазоманипулированный сигнал с тактовой частотой 20 МГц, что однозначно обеспечило ширину спектра радиосигнала. При этом была применена двухпозиционная фазовая манипуляция (BPSK) при передаче по радиолинии только узкополосного канала, четырехпозиционная фазовая манипуляция (QPSK) - при передаче двух информационных каналов (узкополосного и одного широкополосного) или восьмипозиционная фазовая манипуляция (8PSK) - при передаче всех трех информационных каналов.
2. Единую тактовую частоту фазоманипулированного сигнала, что позволило создать командные (узкополосные) радиоканалы, использующие широкополосные псевдослучайные сигналы с большой (около 40 дБ) базой, обеспечивающие высокую помехозащищенность и скрытность работы.
3. Узкополосные помехоустойчивые каналы, которые своими синхронизирующими сигналами обеспечивают синфазную работу передающих и широкополосных приемных устройств при действии активных помех.
На фиг.1 приведена обобщенная блок-схема предлагаемой помехозащищенной широкополосной радиолинии для пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов.
В состав бортовой аппаратуры радиолинии входят:
1 - радиомодемный модуль СМ канала, включающий в себя модуль компрессии (2), модуль управления (3), модем (4), СВЧ часть приемопередатчика (5);
6 - радиомодемный модуль ДМ канала, включающий в себя модуль компрессии (7), модуль управления (8), модем (9), СВЧ часть приемопередатчика (10);
11 - твердотельный усилитель мощности СМ канала, включающий в себя преобразователь частоты и полупроводниковый усилитель мощности;
12 - выходной волноводный полосно-пропускающий фильтр;
13 - волноводный антенный коммутатор;
14 - усилитель мощности ДМ канала;
15 - передающая антенная система ДМ-СМ диапазонов («нос»), включающая в себя антенну СМ диапазона (16), антенну ДМ диапазона (17), контроллер углового канала (18), привод азимутальный (19);
20 - приемная антенна прямого канала ДМ диапазона волн;
21 - передающая антенная система ДМ-СМ диапазонов («хвост»), включающая в себя антенну СМ диапазона (22), антенну ДМ диапазона (23), контроллер углового канала (24), привод азимутальный (25).
Управление режимами работы радиолинии осуществляется контроллером модуля управления (3) по командам, поступающим по интерфейсу связи с управляющей ЭВМ летательного аппарата.
Информация от радиоэлектронных и оптико-электронных средств разведки в параллельном коде поступает в модуль компрессии (2), где преобразовывается в два последовательных цифровых потока данных, которые затем поступают в передающую часть модема (4). Одновременно в передающую часть модема поступает телеметрическая информация.
Для передачи информации в передающей части модема используются три независимых канала (узкополосный канал со скоростью передачи не менее 1,2 кбит/с и два широкополосных со скоростью передачи не менее 20 Мбит/с.
Основной задачей передающей части узкополосного канала модема является расширение спектра передаваемого сигнала. Это осуществляется путем двойной модуляции несущей частоты передаваемым информационным сигналом и широкополосным кодирующим сигналом, который никак не связан с передаваемой информацией.
Информация, предназначенная для передачи по широкополосным каналам, поступает в кодер, где подвергается помехоустойчивому кодированию. Сигналы узкополосного и широкополосного каналов, а также псевдослучайные последовательности поступают на фазовый манипулятор сигнала промежуточной частоты передатчика. С выхода фазового манипулятора сигнал промежуточной частоты с расширенным спектром передаваемого сигнала до 40 МГц поступает в высокочастотную часть приемопередатчика (5). В модуле СВЧ происходит перенос ортогональных по фазе ФМ сигналов с промежуточной частоты на несущую частоту ДМ канала, усиление и фильтрация выходного сигнала передатчика, кроме того, формируется высокостабильный опорный сигнал 10 МГц, а синтезаторы частот, обеспечивающие высокостабильные гетеродинные сигналы, построены по одной схеме с использованием кольца фазовой автоподстройки.
Передаваемый сигнал от передатчика (5) поступает на усилитель мощности (11), предназначенный для переноса входного ФМ сигнала ДМ диапазона на несущие частоты сантиметрового диапазона и усиления его по мощности.
С выхода усилителя (11) сигнал через полосно-пропускающий фильтр (12), предназначенный для фильтрации побочных составляющих излучения передатчика, поступает на антенный коммутатор (13), который по командам переключает сигнал выходной мощности на антенну (15) «нос» или на антенну (21) «хвост». Две передающие антенны работают в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн и состоят из двух частей:
- антенно-фидерного устройства (АФУ), в состав которого входят антенна (16) CM диапазона и антенна (17) ДМ диапазона;
- однокоординатного привода (19), в состав которого входит контроллер углового канала (18).
CM и ДМ антенны представляют собой фазированные антенные решетки (ФАР), выполненные в виде печатных плат.
Входными сигналами для двухканальной приемо-передающей радиолинии дециметрового диапазона волн является видеоинформация от ТВ и ИК команды, которая поступает в модуль компрессии видеоинформации (7), и навигационная информация, которая поступает в модуль управления (8) по интерфейсному каналу.
В модуле 7 производится сжатие информации и согласование временных параметров полного телевизионного сигнала с параметрами радиолинии.
Для передачи навигационной информации в передающей части модема (9) происходит расширение спектра передаваемого сигнала.
Это осуществляется путем двойной модуляции несущей частоты передаваемым информационным сигналом и широкополосным кодирующим сигналом, который никак не связан с передаваемой информацией. В качестве широкополосного кодирующего сигнала выбрана кодовая последовательность, которая формируется в ГПСП.
Перенос ФМ сигнала с расширенным спектром до 20 МГц с промежуточной частоты на «несущую» частоту ДМ канала осуществляется в СВЧ части приемопередатчика (10) аналогично, как и в модуле 5.
Передаваемый ФМ сигнал от приемопередатчика (10) поступает на усилитель мощности (14). После усиления и фильтрации сигнал поступает на коаксиальный коммутатор, расположенный внутри модуля (14). Коммутатор предназначен для подключения усилителя мощности (14) к носовой или хвостовой антеннам.
Поступающий с наземного пункта (НПП) цифровой поток узкополосной командной информации на несущей частоте ДМ диапазона принимается приемной антенной (20), а затем поступает на вход СВЧ части приемопередатчика (10) радиомодема (6).
В модуле 10 приемный сигнал после усиления, предварительной селекции и преобразования на промежуточную частоту поступает на вход приемной части модема (9).
В состав приемной части модема (9) входят коррелятор, усилитель, квадратурный аналого-цифровой преобразователь, обнаружитель корреляционных максимумов, дискриминаторы и фильтры схем слежения за несущей частотой и задержкой сигнала, синтезаторы несущей и тактовой частот. Устройство осуществляет первоначальный поиск сигнала по задержке и несущей частоте, обнаружение корреляционного максимума, захват и слежение за несущей частотой и задержкой сигнала, демодуляцию информационных символов.
Демодулированная узкополосная информация поступает в декодер, где происходит выделение информационных блоков, а также осуществляется обнаружение ошибок, возникающих по радиоканалу. Информация, не имеющая ошибок, направляется через модуль управления (8) по шине интерфейса в БЦВМ.
При том, что здесь был описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, является очевидным, что такой вариант осуществления изобретения приведен только в качестве примера. Специалисты в данной области техники могут использовать многочисленные разновидности, изменения и замены, что не выходит за рамки изобретения.