СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Полезная модель относится к системам обмена данными и может быть использована для информационного обмена между подвижными объектами (ПО) и источниками (получателями) информации через наземные комплексы (НК).
Известна система радиосвязи с подвижными объектами [1]. В этой системе во время движения подвижные объекты, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются данными с наземным комплексом. Принимаемые наземным комплексом из канала «воздух - земля» сообщения через аппаратуру передачи данных поступают в вычислитель автоматизированного рабочего места (АРМ), где в соответствии с принятым в системе протоколом обмена, производится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами подвижных объектов, хранящимися в его памяти. При совпадении адреса подвижного объекта с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ПО и состоянии его датчиков выводится на экран монитора наземного АРМ. В вычислителе АРМ решается задача обеспечения постоянной радиосвязи со всеми N ПО. При выходе за пределы радиогоризонта хотя бы одного из ПО или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, необходимость ретрансляции сигналов определяется программно. Один из ПО назначается ретранслятором сообщений или используется канал ДКМВ диапазона. По результатам анализа местоположения и параметров движения остальных ПО определяются оптимальные пути доставки сообщений удаленному от НК за радиогоризонт выбранному подвижному объекту. Сообщение от НК через последовательную цепочку, состоящую из (N-1) ПО или канала ДКМВ диапазона, может быть доставлено N-му ПО. Для этого на НК в формирователе типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды (заголовка) передаваемой кодограммы закладываются номер ПО, назначенного ретранслятором в канале MB диапазона, и адреса подвижных объектов, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые на ПО сообщения анализируются в блоке анализа типа сообщений для решения вопроса о направлении данных по двунаправленной шине на систему управления объекта или ретрансляции их на соседний ПО.
В обычном режиме, когда не требуется ретрансляция сигналов с НК, осуществляется адресный опрос ПО путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. Набираемое оператором (диспетчером) сообщение отображается на мониторе АРМ. На подвижном объекте после прохождения через антенну, радиостанцию, аппаратуру передачи данных сигнал поступает в бортовой вычислитель, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с собственным адресом подвижного объекта. Далее сообщение передается в блок анализа типа ретранслируемого сообщения, где происходит дешифрация полученного заголовка (служебной части) сообщения, и определяется в каком режиме должна работать аппаратура ПО. Информационная часть сообщения записывается в память бортового вычислителя и при необходимости выводится на экран блока регистрации данных. Формирователи типа ретранслируемых сообщений позволяют обеспечить обмен цифровыми данными по каналу «оператор-пилот» взамен существующей речевой информации. Они предназначены для выбора элементов сообщений разрешения/информации/запроса, которые соответствуют принятой речевой фразеологии, и набора произвольного текста. Отображение набираемых и принятых сообщений осуществляется на блоке регистрации данных ПО и мониторе АРМ соответственно. Сообщения с выходов приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS записываются в память наземного и бортового вычислителей с привязкой к глобальному времени и используются для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ПО. Принятые на НК навигационные сообщения от всех ПО обрабатываются в наземном вычислителе и выводятся на экран монитора АРМ.
Однако следует отметить следующие недостатки:
- отсутствует анализ состояния и параметров каналов связи в используемых связных диапазонах на текущий момент времени и соответствующая оперативная коррекция планов связи с ПО. Поэтому существующее планирование связи малоэффективно, поскольку вместо постоянно меняющихся исходных данных о состоянии радиоканалов связи заранее закладываются среднестатистические данные, которые могут отличаться для конкретного времени суток и связь между НК и ПО будет неустойчивой;
- формирование плана связи, как правило, осуществляется на основе специализированных пакетов прикладных программ с учетом параметров приемопередающей аппаратуры и антенн. Тем не менее, несмотря на совершенство самих программ, вероятность точного прогноза в реальном масштабе времени мала.
Наиболее близким по назначению и большинству существенных признаков является система радиосвязи с подвижными объектами [2], которая и принята за прототип. В этой системе радиосвязи с подвижными объектами, состоящей из М наземных комплексов, соединенных радиоканалами связи с N подвижными объектами, а между собой НК соединены двухсторонними связями с помощью наземной сети передачи данных. Наземный комплекс содержит наземные антенны и радиостанции MB и ДКМВ диапазонов. В системе используется зоновый способ управления ресурсами связи, при котором за каждым ПО постоянно на время полета закрепляются радиоканалы действующих средств связи. Для обеспечения устойчивого обмена данными НК с ПО все воздушное пространство разбивается на участки (зоны) и все радиосредства, направленные с помощью антенн в них, находятся в ожидании приема соответствующих радиосигналов. Управление обменом данными между НК и ПО осуществляется с помощью вычислителя автоматизированного рабочего места. Общая синхронизация процессов обработки сигналов в системе обеспечивается тактовыми импульсами приемника сигналов навигационных спутниковых систем.
В состав каждого из подвижных объектов входят бортовые датчики, приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, вход/выход которого соединен с входом блока регистрации данных и через последовательно соединенные бортовую аппаратуру передачи данных, бортовую радиостанцию подключен к бортовой антенне. Первый и второй входы/выходы бортовой радиостанции ДКМВ диапазона подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и бортовой аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к бортовой антенне ДКМВ диапазона. Передающие станции ДКМВ диапазона в количестве В штук подключены двухсторонними связями к наземной сети передачи данных, а по радиоканалам - к М наземным комплексам. В состав наземного комплекса системы входят: модуль сопряжения, подключенный двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя и наземной сети передачи данных, К направленных антенн ДКМВ диапазона с соответствующими К приемниками ДКМВ диапазона, соединенными с соответствующими К входами/выходами вычислителя автоматизированного рабочего места. Каждая из В передающих станций ДКМВ диапазона содержит антенну ДКМВ диапазона, подключенную через последовательно соединенные передатчик ДКМВ диапазона и формирователь сигналов к соответствующему входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места.
В ситуации, когда одно или несколько ПО вышли за пределы прямой видимости соответствующего НК или не удается организовать с этими ПО обмен данными даже через цепочку, состоящую из (N-1)-го ПО, осуществляется переход по взаимно увязанным во времени командам с бортового и наземного вычислителей на замену радиолинии связи MB диапазона на спутниковый канал связи [4] или радиолинию связи ДКМВ диапазона, состоящую из бортовой радиостанции ДКМВ диапазона, бортовой антенны ДКМВ диапазона, наземной радиостанции ДКМВ диапазона, наземной антенны ДКМВ диапазона. Все воздушное пространство разделено на зоны, в которых за всеми воздушными судами в них в каждом диапазоне закреплены соответствующие частоты на длительный период времени [4].
С помощью модуля сопряжения с наземной сетью передачи данных для каждого из ПО, оборудованного ДКМВ радиостанцией, осуществляется передача (прием) пакетов данных с(на) несколько наземных комплексов. Каждый НК периодически излучает сигналы управления/синхронизации/связи, используемые на ПО в качестве маркеров, на всех назначенных ему частотах в зоне его полета, Принимаемые на ПО радиосигналы используются для оценки параметров канала связи ДКМВ диапазона. В этом случае, на ПО по принятым маркерам определяется НК, параметры радиосигналов которого принимаются наиболее устойчиво, и через него начинается обмен данными. В бортовом и наземном вычислителях хранятся предварительно заложенные таблицы со списками и параметрами НК, передающих станций ДКМВ диапазона и наборами назначенных им частот. В бортовом вычислителе заложены также координаты всех НК. Для установления линии связи с НК в бортовом вычислителе автоматически анализируются принимаемые сигналы управления/синхронизации/связи от всех наземных комплексов на всех частотах и выбираются лучшие частоты (например, по отношению сигнал-помеха или величине мощности принимаемого сигнала) и соответствующие наземные комплексы для реализации известного принципа адаптации по частоте и пространству. По измеренному отношению сигнал-помеха, в бортовом вычислителе выбирается скорость передачи данных, а также вид модуляции и кодирования. Оценка отношения сигнал-помеха осуществляется всеми НК и ПО каждый раз при приеме информационного сообщения или сигнала управления/синхронизации/связи. Сведения об оптимальном на данный момент времени канале сообщаются на противоположную сторону в виде рекомендуемых частот и скорости передачи данных.
Однако прототипу присущи следующие недостатки:
- из-за негибкой неперестраиваемой структуры системы при зоновом способе управления ресурсами связи неэффективно используются средства связи с закрепленными за каждым подвижным объектом радиоканалами, хотя их можно использовать для обмена данными с другими ПО;
- отсутствует обмен данными об оптимальных частотах для разных диапазонов и конкретного направлении связи между разнесенными в пространстве наземными комплексами и подвижными объектами.
Таким образом, основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы в части динамического управления ресурсами адаптивной связи, а именно, программного выбора рабочей частоты, видов модуляции, кодирования и перемежения, мощности передатчика, типа антенн и направления обмена данными.
Указанный технический результат достигается тем, что в систему радиосвязи с подвижными объектами, состоящую из М наземных комплексов (НК), соединенных радиоканалами связи с N подвижными объектами (ПО), как непосредственно, так и через соответствующие спутники связи из созвездия спутников, а между собой наземные комплексы соединены с помощью наземной сети передачи данных с входом/выходом системы, причем наземный комплекс содержит модуль сопряжения, подключенный двухсторонними связями к первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ), первый вход которого подключен к приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ, формирователь типа ретранслируемых сообщений, соединенный с соответствующим входом вычислителя АРМ, в состав каждого из подвижных объектов входят бортовые датчики, бортовой приемник сигналов навигационных спутниковых систем, бортовой анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, первый вход/выход которого подключен к двунаправленной шине системы управления подвижным объектом, второй вход/выход - через последовательно соединенные бортовую станцию спутниковой связи, бортовую антенну бортовой станции спутниковой связи с соответствующим спутником связи из созвездия спутников, третий вход/выход - через блок управления бортовой антенной бортовой станции спутниковой связи соединен непосредственно с бортовой антенной бортовой станции спутниковой связи, бортовой вычислитель соединен с входом блока регистрации данных и через последовательно соединенные бортовую аппаратуру передачи данных, бортовую радиостанцию MB диапазона подключен к бортовой антенне MB диапазона, первый и второй входы/выходы бортовой радиостанции ДКМВ диапазона подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и бортовой аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к бортовой антенне ДКМВ диапазона, введены широкодиапазонный приемопередатчик, программируемый модем, широкодиапазонный приемник, широкодиапазонная приемная антенна, набор антенн разных диапазонов, причем второй, третий и четвертый входы/выходы вычислителя АРМ соединены с соответствующими входами/выходами широкодиапазонного приемника, программируемого модема и входом/выходом управления широкодиапазонного приемопередатчика, второй вход/выход которого подключен ко второму входу/выходу программируемого модема, а третий - к набору антенн разных диапазонов, вход широкодиапазонной приемной антенны, соединенной с широкодиапазонным приемником является входом системы для приема широкодиапазонных радиосигналов от подвижных объектов.
На фиг.1 представлена структурная схема системы радиосвязи с подвижными объектами, где обозначено:
1 - наземный комплекс;
2 - подвижный объект;
3 - наземная сеть передачи данных с входом/выходом 4 системы;
30 - спутник связи из созвездия спутников;
31 - вход системы для приема широкодиапазонных радиосигналов от подвижных объектов.
На фиг.2 и 3 представлены структурные схемы подвижного объекта 2 и наземного комплекса 1 соответственно, входящие в состав системы радиосвязи с подвижными объектами, где обозначено:
5 - бортовой вычислитель;
6 - бортовые датчики;
7 - бортовой приемник сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS;
8 - блок регистрации данных;
9 - бортовая аппаратура передачи данных;
10 - бортовая радиостанция MB диапазона;
11 - бортовая антенна MB диапазона;
12 - набор антенн разных диапазонов;
13 - широкодиапазонный приемопередатчик;
14 - программируемый модем;
15 - вычислитель АРМ;
16 - наземный приемник сигналов навигационных спутниковых систем;
17 - монитор АРМ;
18 - пульт управления АРМ;
19 - бортовой анализатор типа принимаемых сообщений;
20 - двунаправленная шина системы управления подвижным объектом;
21 - бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений;
22 - наземный формирователь типа ретранслируемых сообщений;
23 - бортовая радиостанция ДКМВ диапазона;
24 - бортовая антенна ДКМВ диапазона;
25 - бортовая станция спутниковой связи;
26 - бортовая антенна бортовой станции спутниковой связи;
27 - модуль сопряжения;
28 - широкодиапазонный приемник;
29 - широкодиапазонная приемная антенна;
32 - блок управления бортовой антенной бортовой станции спутниковой связи.
Алгоритм работы системы радиосвязи с ПО 2 заключается в проведении непрерывного анализа во всех НК 1 источников радиосигналов во всех диапазонах, используемых для обмена данными между объектами системы, совместной обработки их, выработке решения и выдачи (при необходимости) на средства связи НК 1 необходимой команды и передачи на подвижные объекты и НК 1 номиналов частот рабочих каналов с лучшими на данный момент времени параметрами, а также установка связи с любыми ПО 2 по команде с одного из наземных комплексов 1. Анализ принимаемых сообщений может быть проведен, например, по наиболее мощному из принятых в каждом из диапазонов в данный момент радиосигналов с выбранного направления.
Система радиосвязи с подвижными объектами работает следующим образом. В начальный момент времени в системе с помощью широкодиапазонного приемника 28 с антенной 29 и вычислителя 15 АРМ анализируются все принимаемые от ПО 2 или спутника 30 из созвездия спутников радиосигналы. Для этого в память вычислителя 15 АРМ закладываются данные о диапазонах связных частот, видах модуляции, кодирования и других параметрах. При обнаружении подходящего радиосигнала с ПО 2 с вычислителя 15 АРМ выдается соответствующая команда на широкодиапазонный приемопередатчик 13 и через антенну из набора 12 антенн разных диапазонов начинается обмен данными с определенным ПО 2. После окончания этого сеанса связи рассмотренная выше процедура повторяется с другими подвижными объектами или начинается следующий сеанс связи с прежним ПО 2 в зависимости от принятого алгоритма обмена данными и типа сообщения с обслуживаемого подвижного объекта 2. Для одновременной работы с несколькими ПО 2 в одном диапазоне в широкодиапазонном приемопередатчике 13 предусматриваются переключаемые программно модули, а также соответствующие антенны из набора 12 антенн разных диапазонов.
Во время движения подвижные объекты 2, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются по радиолинии связи MB диапазона с выбранным наземным комплексом 1 навигационными данными и данными оценки состояния радиоканалов связи, полученными с помощью бортовых средств по радиосигналам (маркерам), принятым от разных НК 1. Принимаемые через соответствующую антенну из набора 12 антенн разных диапазонов широкодиапазонным приемопередатчиком 13 из канала «воздух-земля» сообщения через программируемый модем 14 поступают в наземный вычислитель 15 АРМ, который может быть выполнен на базе серийной ПЭВМ. В нем в соответствии с алгоритмом обмена проводится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами подвижных объектов, хранящимися в памяти вычислителя 15 АРМ. В вычислителе 15 АРМ по данным, полученным со всех обслуживаемых ПО 2, определяются оптимальные на данный момент времени частоты в разных диапазонах, которые назначаются соответствующим модулям широкодиапазонного приемопередатчика 13. Поэтому в наземном вычислителе 15 АРМ каждого НК 1 системы решаются задачи обеспечения постоянной устойчивой радиосвязи со всеми N ПО 2, и на основе информации о местонахождении всех ПО 2 и параметрах их движения, оптимальных частотах осуществляются операции запоминания этих сообщений в наземном вычислителе 15 АРМ, оперативной коррекции плана связи и вывод необходимых данных на экран монитора 17 АРМ в виде, удобном для восприятия оператора (диспетчера). Кроме того, в вычислителе 15 АРМ запоминаются необходимые для организации сеанса связи: требуемая мощность излучения широкодиапазонного приемопередатчика 13, тип антенны из набора 12 антенн разных диапазонов, излучаемые частоты или группа частот и другие.
i
i
Для организации процесса ретрансляции на НК 1 в формирователе 22 типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды передаваемой кодограммы закладываются номер ПО 2, назначенного ретранслятором, и адреса подвижных объектов 2, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые на ПО 2 сообщения обрабатываются в блоке 19 анализа типа сообщений. Если сообщение предназначено для данного ПО 2, то после анализа решается вопрос о трансляции данных по двунаправленной шине 20 на систему управления ПО 2, не указанную на фигуре 2, или в режиме ретрансляции - о передаче их на следующий по трафику подвижный объект 2. Загрузка в память бортового вычислителя 5 необходимых данных, в том числе плана связи, осуществляется в виде системной таблицы при предполетной подготовке подвижного объекта 2 через вход/выход 4 аппаратуры наземной сети 3 передачи данных. План связи при ухудшении параметров радиоканала может быть скорректирован по результатам анализа в НК 1 радиосигналов всех диапазонов, предназначенных для организации связи.
i
Принимаемая на ПО 2 информация отображается на экране бортового блока 8 регистрации данных в виде буквенно-цифровых символов, точек и векторов или в другом виде.
Сообщения о местоположении ПО 2 и параметрах его движения, например, с выходов приемников 7 и 16 сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS или с выходов инерциальных систем, записываются в память вычислителей 5 и 15 АРМ. В вычислителях 5 и 15 АРМ эти данные используются для расчета навигационных характеристик, параметров движения каждого ПО, формирования передаваемых сигналов и оценки качества принимаемых в каналах связи сигналов. В зависимости от выбранного интервала времени выдачи на НК 1 сообщений о местоположении ПО 2 в вычислителе 5 в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат ПО 2. Это время используется в вычислителе 15 АРМ для известной операции построения экстраполяционных отметок от подвижных объектов 2 при отсутствии информации об их местоположении [3]. В бортовой аппаратуре передачи данных 9 и программируемом модеме 14 осуществляются известные операции: модуляции и демодуляции, кодирования и декодирования, сопряжения с узлами 5, 10, 23 - на ПО 2 и с узлами 15, 13 - на НК 1 соответственно и другие.
В ситуации, когда одно или несколько ПО 2 вышли за пределы прямой видимости с НК 1 и не удается организовать с этими ПО 2 обмен данными даже через цепочку, состоящую из (N-1)-го ПО 2, осуществляется переход по взаимно увязанным во времени командам с бортового и наземного вычислителей 5 и 15 АРМ на замену радиолинии связи MB диапазона на спутниковую радиолинию, состоящую из бортовой станции 25 спутниковой связи с антенной 26 и с соответствующим блоком 32 управления, в наземном комплексе 1 - широкодиапазонного приемопередатчика 13 с соответствующей антенной из набора 12 антенн разных диапазонов и на радиолинию связи ДКМВ диапазона, состоящую из бортовой радиостанции 23 ДКМВ диапазона, бортовой антенной 24 ДКМВ диапазона и в наземном комплексе 1 - широкодиапазонного приемопередатчика 13 с антенной ДКМВ диапазона из набора 12 антенн разных диапазонов. Привязка ко времени этих команд осуществляется с помощью меток глобального времени, поступающих в вычислители 5 и 15 АРМ с выходов приемников 7 и 16 сигналов навигационных спутниковых систем.
Для увеличения надежности передачи данных на подвижные объекты, находящиеся за пределами прямой видимости с НК 1, при использовании радиолинии ДКМВ диапазона в системе (вычислителях 5 и 15 АРМ, бортовой аппаратуре передачи данных 9 и программируемом модеме 14 и других узлах) используются известные технологии [4, 5, 6].
Для обеспечения одновременной работы на нескольких рабочих частотах в каждом диапазоне и в конкретном направлении могут быть использованы, например, в наборе 12 антенн разных диапазонов или наземная направленная антенна с приводом или несколько неподвижных наземных антенн, а также антенны, выполненные на основе фазированных антенных решеток (ФАР), управляемые командами с вычислителя 15 АРМ. Автоматическая (программная) установка главных лепестков наземных направленных передающей и приемной антенн может быть использована для помехоустойчивой связи с сопровождаемым ПО 2. После окончания сеанса связи система автоматически переключается на работу с другим ПО 2, сигналы которого в данном диапазоне обнаружены с помощью широкодиапазонного приемника 28 с антенной 29 и вычислителя 15 АРМ. Выбор из нескольких рабочих точек каждого из диапазонов оптимальной частоты для обмена радиосигналами в данный момент времени с ПО 2, находящегося в определенной точке воздушного пространства, обеспечивает динамическое управление аппаратными ресурсами связи и повышение надежности связи. На основе анализа в вычислителе 15 АРМ, определенном ведущим в системе, по информации всех НК 1 рассчитывается текущее местоположение подвижных объектов 2, оптимальные на данный момент времени частоты для связи с ними и наземные комплексы, направление с которых для выбранного ПО 2 позволяет обеспечить наибольшую величину надежности связи. В каждом вычислителе 15 АРМ анализируются также принимаемые с ПО 2 радиосигналы с одновременным определением его местоположения. Полученная оценка параметров радиоканала на заданной частоте для определенного направления учитывается при общем распределении частот для организации связи в направлении «выбранный НК - конкретный ПО».
В системе используется комбинированный множественный доступ к каналу связи с частотным и временным разделением. Частотное разделение осуществляется с помощью назначения различным наземным комплексам 1 активных частот разных номиналов, а временное - с помощью деления времени использования каждого активного частотного канала (сеанса связи) на временные интервалы. Дополнительный вход 31 на НК 1 используется для непрерывного контроля с помощью широкодиапазонного приемника 28 с антенной 29 появления в эфире радиосигналов в диапазонах частот, предназначенных для организации связи.
В вычислителе 15 АРМ прогнозируются системные характеристики (задержка передачи пакета и другие) на каждом выделенном частотном канале и выставляется флаг занятости канала в маркере, когда критическое число ПО 2 зарегистрировалось на канале, чтобы прекратить доступ к нему новых корреспондентов и гарантировать заданные системные характеристики, например, задержку передачи пакета не более допустимой.
Для устранения помех приемникам собственного НК 1 и на входах приемных модулей широкодиапазонного приемопередатчика 13 и широкодиапазонного приемника 28 удаленных НК с вычислителя 15 АРМ вводится запрет на время передачи данных на соответствующих рабочих частотах. Это обеспечивается вводом плановых данных по рабочим частотам всех НК 1 с привязкой ко времени с вычислителя 15 АРМ ведущего наземного комплекса через соответствующие модули 27 сопряжения и наземную сеть 3 передачи данных, а также коррекцией их с пульта 18 управления АРМ собственного НК 1. Кроме того, в вычислителе 15 АРМ рассчитываются частоты, комбинационные составляющие которых могут находиться в полосе частот приема собственного НК 1, и формируется команда запрета работы на этих частотах. Соединение по наземной сети 3 передачи данных всех НК 1 необходимо для исключения излучения на частотах, которые используются в данный момент времени для обмена данными.
В бортовом и наземном вычислителях 5 и 15 АРМ хранятся предварительно заложенные таблицы со списками и параметрами наземных комплексов 1, подвижных объектов 2 и наборами назначенных им частот. В бортовом вычислителе 5 заложены также координаты всех НК 1 и их частот связи. Каждый НК 1 периодически излучает сигналы управления/синхронизации/связи, используемые на ПО 2 в качестве маркеров, на всех назначенных ему частотах. На ПО 2 по принятым маркерам определяется НК 1, параметры радиосигналов которого принимаются наиболее устойчиво, и с ним начинается обмен данными. Принимаемые на ПО 2 эти радиосигналы используются для оценки параметров каналов связи на разных диапазонах. Для установления линии связи с НК 1 в бортовом вычислителе 5 ПО 2 автоматически анализируются принимаемые сигналы управления/ синхронизации/связи от наземных комплексов 1 на всех заранее известных частотах и выбираются лучшие частоты, например, по отношению сигнал-помеха или величине мощности принимаемого сигнала и наземные комплексы 1 для реализации известного принципа адаптации по частоте и пространству. По измеренному отношению сигнал-помеха, в бортовом вычислителе 5 ПО 2 выбирается скорость передачи данных, а также виды модуляции и кодирования. Оценка отношения сигнал-помеха осуществляется всеми НК 1 и ПО 2 каждый раз при приеме информационного сообщения или сигнала управления/синхронизации/связи. Сведения об оптимальном на данный момент времени канале сообщаются на противоположную сторону в виде рекомендуемых частоте и скорости передачи данных. В бортовой АПД 9 и программируемом модеме 14 при работе в ДКМВ диапазоне могут быть использованы известные алгоритмы, например, высокоскоростных адаптивных модемов, рассчитанных на работу в каналах с многолучевостью. Для повышения достоверности приема информации может быть использован помехоустойчивый код, например, циклический.
После запуска в НК 1 вычислителя 15 автоматизированного рабочего места, выполненного, например, на базе ПЭВМ, осуществляется идентификация программируемого модема 14. После успешной идентификации в программируемый модем 14 загружается текущее время и плановые данные по связи. Регистрация данных информационного обмена с программируемого модема 14 (служебные и информационные части сообщений, контрольные запросы состояний составных частей модема 14, коды текущих событий и их словесные интерпретации) осуществляется в базе данных вычислителя 15 АРМ. В этой базе данных сохраняются данные информационного обмена НК 1 с ПО 2.
В режиме управления ПО 2 с НК 1 из базы данных вычислителя 15 АРМ выбираются сформированные плановые данные по связи для загрузки в программируемый модем 14. В вычислителе 15 АРМ обеспечивается многосторонний анализ функционирования программируемого модема 14, контроль передающих трактов на соответствие плановым данным по связи и состояния тракта («исправен», «неисправен»). Программно обеспечивается: информационный обмен с ПО 2 формализованными сообщениями, которые реализуют функции проверки связи, изменение рабочей частоты бортовых радиостанций 10 и 23, загрузку плановых данных по связи в бортовой вычислитель 5.
В вычислителе 15 АРМ выполняется операции переформатирования кодограммы из формата канала «воздух-земля» в формат наземной сети 3 передачи данных с запоминанием в базе данных и из формата наземной сети 3 передачи данных в формат канала «воздух-земля» с запоминанием в базе данных, обеспечивается взаимодействие с модулем 27 сопряжения по передаче/приему кодограмм в формате наземной сети 3 передачи данных и формируется управляющий сигнал завершения передачи или приема кодограммы.
При одновременном обнаружении широкодиапазонным приемником 28 с антенной 29 радиосигналов от разных ПО 2 в вычислителе 15 АРМ обрабатываются оба сигнала. Если принятые радиосигналы одного диапазона, то вычислителем 15 АРМ формируется ответ в порядке поступления или в зависимости от приоритета сообщения. Диаграмма направленности широкодиапазонной приемной антенны 29 и число модулей (каналов) широкодиапазонного приемника 28 выбирается таким образом, чтобы обеспечить связь с любым ПО 2, находящимся по азимуту или 360 градусов или в заданном секторе и во всех выделенных для связи диапазонах. Число каналов в каждом из приемников 28 зависит от числа рабочих частот, необходимых для одновременного обслуживания заданного количества подвижных объектов. В вычислителе 15 АРМ всех НК 1 осуществляется непрерывный анализ принимаемых радиосигналов, совместная обработка их, выработка решения и выдача в следующих сообщениях (при необходимости) на подвижные объекты 2 номинала частоты рабочего канала с лучшими на данный момент времени параметрами, а также контроль их работоспособности.
Таким образом, каждый из ПО 2 может выходить на связь поочередно на нескольких рабочих частотах, известных всем участникам движения вне зависимости от его местонахождения. При движении ПО 2 выходит на связь, выбирая для связи тот НК 1, помеховая обстановка и условия распространения радиоволн для связи с которым в данный момент времени являются оптимальными. Сведения о канале связи и выбранном НК 1 формируются в ведущем НК 1. При этом совсем не обязательно, чтобы выбранный НК 1 был ближайшим к ПО 2. Составленный таким образом канал связи между ПО 2 и получателем (источником) информации без бортового оборудования, как правило, будет включать радиоканал связи, антенну из набора 12 антенн разных диапазонов, приемопередатчик 13, модем 14, вычислитель 15 АРМ, модуль 27 сопряжения (в составе НК 1) и наземную сеть 3 передачи данных с входом/выходом 4 системы, к которому двусторонними связями подключен получатель (источник) информации. С помощью бортового вычислителя 5 и наземного вычислителя 15 АРМ постоянно будет выбираться оптимальная рабочая частота на основании данных измерений параметров каналов связи. В наземных комплексах 1 также анализируются параметры радиосигнала, передаваемого с ПО 2. По результатам измерений определяется оптимальная на данный момент времени частота, величина которой передается на все ПО 2, находящиеся в этом районе.
Ведущий НК 1, кроме рассмотренных выше операций, выполняет функцию управления процессами, происходящими в системе. К функциям управления ведущего НК 1 добавляются операции управления частотами, таблицей состояния и регистрации ПО 2, системной таблицей, конфигурацией, качеством передачи данных, обработкой сигналов тревоги и дистанционной диагностики. С вычислителя 15 АРМ через модуль сопряжения 27, вход/выход 4 наземной сети 3 передачи данных обеспечивается интерфейс с расположенными на земле источниками (получателями) информации системы и программирование бортовых вычислителей 5 подвижных объектов 2 на аэродроме во время предполетной подготовки. Синхронизация работы наземной сети 3 передачи данных осуществляется на основе использования всеми абонентами - участниками движения единого глобального всемирного координированного времени (UTC), получаемого от существующих объектов глобальной навигационной спутниковой системы.
В одном из режимов работы системы для повышения надежности связи с помощью широкодиапазонного приемника 28 с антенной 29 и вычислителя 15 АРМ могут быть организованы резервные каналы приема сигналов с подвижных объектов 2. За счет постоянного слежения с помощью вычислителя 15 АРМ за местоположением ПО 2 и построения (при необходимости) их экстраполяционных трасс в вычислителе 15 АРМ рассчитывается время вхождения их в зону прямой видимости радиосредств соответствующего НК 1 и в эти моменты времени формируются команды на переключение узлов 13 и 14 для работы в более высокоскоростных радиолиниях связи.
Для взаимодействия наземных комплексов 1, оконечных пользователей и ПО 2 используется наземная сеть 3 передачи данных. Она может быть реализована различными известными способами, например, при межсетевой работе НК 1 через центры коммутации пакетов в соответствии с протоколом Х.25 [4]. Соединения между НК 1 и центрами коммутации пакетов Х.25 (маршрутизаторами) могут обеспечиваться через специально выделенные или арендуемые каналы связи. Они позволят транслировать сообщение, адресованное пользователем определенному ПО 2 на тот наземный комплекс 1, на котором данный ПО 2 «зарегистрирован», и где в данный момент времени обеспечиваются оптимальные условия приема. Система радиосвязи с подвижными объектами может работать в автоматическом режиме без вмешательства оператора на выбранных частотах из списка частот, назначенного при планировании связи.
Предложенное динамическое управление ресурсами связи позволяет увеличить коэффициент использования оборудования и количество обслуживаемых системой подвижных объектов.
На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и соответствующее программное обеспечение заявляемой системы радиосвязи. Узлы 1-11, 15-24, 27 одинаковые с прототипом. Бортовая станция спутниковой связи 25, бортовая антенна станции спутниковой связи 26 и блок управления бортовой антенной бортовой станции спутниковой связи 32 могут быть реализованы на серийном оборудовании бортовой станции спутниковой связи «Багет-К». Вводимые широкодиапазонные приемник 28 и приемопередатчик 13 могут быть выполнены соответственно на серийных радиоприемниках и непосредственно на широкодиапазонной радиостанции ШДР-27 ИСКМ.464524.031 соответственно. Вычислители 5 на ПО 2, 15 АРМ на НК 1 могут быть выполнены, например, на плате процессорной 5066-586-133MHz-1 MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems и ЭВМ типа «Багет-01-07» ЮКСУ.466225.001 соответственно. В качестве антенн для подвижного объекта может быть использованы серийные типовые самолетные килевые пазовые антенны типа «Щель», а для НК - набор типовых полуволновых вибраторов или ФАР. В качестве модуля связи 27 может быть использована плата Х.25.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Патент РФ №52 290 U1. М. кл. Н04В 7/26, 2006.
2. Патент РФ №82 971 U1. М. кл. Н04В 7/26, 2009 (прототип).
3. Д.С.Конторов, Ю.С.Голубев-Новожилов. Введение в радиолокационную системотехнику. - М.; Сов. Радио, 1971, 367 с.
4. Б.И.Кузьмин «Сети и системы цифровой электросвязи», часть 1 «Концепция» ИКАО CNS/ATM. Москва Санкт-Петербург: ОАО «НИИЭР», 1999, 206 с.
5. GPS - глобальная система позиционирования. - М.: ПРИН, 1994, 76 с.
6. Руководство по ВЧ-линии передачи данных (Doc9741 - AN/962). Издание первое. - ICAO, 2000, 148 с.