МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ПРИЕМА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к технике спутниковой связи и, в частности, может использоваться в качестве мобильного комплекса для приема и обработки сигналов спутниковой связи, выделения сообщений и обработки принимаемых информационных потоков.
Известны комплексы приема сигналов спутниковой связи, описанные, например, в книге: Аскинази Г.Б., Быков В.Л. и др. Справочник по спутниковой связи и вещанию. / Под ред. Л.Я.Кантора. - М.: Радио и связь. 1983. с.146-149, 265-279.
Так, известная станция коллективного приема программ телевидения «Экран-КР-10», описанная в указанном справочнике на с. 268-271, состоит из антенны, выход которой подключен к малошумящему усилителю (МШУ), преобразователя на промежуточную частоту (ПЧ), усилителя ПЧ, демодулятора видеосигнала, блока фильтров, блока формирования телевизионного (ТВ) сигнала и усилителя ТВ сигнала. Станция обеспечивает возможность работы в двух режимах управления: местном и дистанционном.
Недостатком известного аналога является ограниченность доступа к каналам спутниковой связи.
Известны также станции коллективного приема «Экран-КР-1» и станция спутникового телевидения «Экран», описанные в указанном справочнике на с.279.
Состав и схема станции «Экран-КР-1» аналогичны описанным выше для станции «Экран-КР-10». За счет дополнительного введения блока дистанционного управления возможно включение приемника с расстояния до 1,5 км.
Станция спутникового телевидения «Экран» состоит из приемной антенны, приемо-передатчика, распределительного устройства, контрольного телевизора, распределительного устройства, с помощью которого сигнал по кабельным линиям может быть подключен к восьми телевизорам. Станция «Экран» может комплектоваться малогабаритной транспортируемой антенной, что позволяет использовать в качестве передвижной мобильной станции.
Однако известный аналоги способны принимать и обрабатывать относительно малые потоки информации и имеют ограниченный доступ к спутникам.
Наиболее близким по своей технической сущности аналогом к заявленному объекту является наземная станция приема сигналов спутниковой связи, описанная в указанном выше справочнике на с.12-14. Известная станция состоит из антенного модуля, подключенного к тракту селекции и обработки сигналов. Тракт селекции и обработки сигналов включает МШУ, смеситель, предварительный усилитель ПЧ, демодулятор и оконечное канало-формирующее оборудование. Информационный сигнал по линиям связи передают к потребителям.
Антенный модуль включает устройство наведения антенны. Дополнительно станция при работе в нескольких стволах искусственных спутников земли (ИСЗ) содержит устройство разделения сигналов различных стволов и каналообразующую аппаратуру ствола.
Однако ближайший аналог имеет недостатки:
- низкая эффективность охвата группировки ИСЗ, обусловленная возможностью работы только с одним спутниковым ретранслятором сигнала;
- малая емкость потока информации, которая может быть принята и обработана станцией, из-за ограниченных возможностей аппаратуры по поляризационному и частотному разделению принимаемых каналов.
Отмеченные недостатки определяют низкую интегральную пропускную способность ближайшего аналога.
Техническим результатом, достигаемым при построении и использовании заявленного мобильного комплекса приема сигналов спутниковой связи, является повышение его интегральной пропускной способности за счет расширения доступа к каналам связи группировки ИСЗ, обеспечения приема сигналов с отличающимися видами поляризации и в более широком диапазоне частот. Кроме того, заявленный объект расширяет арсенал средств данного назначения.
Сформулированный технический результат достигается тем, что в известном мобильном комплексе приема сигналов спутниковой связи (МКП ССС), содержащем первый антенный модуль (AM), выход которого подключен к тракту селекции и обработки сигналов, дополнительно введен второй AM.
Первый и второй AM содержат соответственно N≥1 и М≥1 антенн для приема сигналов от бортовых спутниковых ретрансляторов. Тракт селекции и обработки сигналов выполнен в виде модуля приема, селекции и обработки сигналов (МПСОС) и модуля информационной обработки сигналов (МИОС). Информационные выходы первого и второго AM подключены к информационному входу МПСОС. Первый и второй управляющие выходы МПСОС подключены к управляющим входам соответственно первого и второго AM. Информационный выход МПСОС подключен к информационному входу МИОС. Питающие входы первого и второго AM, МПСОС и МИОС подключены к соответствующим выходам модуля автономного электропитания.
МПСОС состоит из высокочастотного коммутатора (ВЧК), m-разрядные, где m≥2, вход и выход которого являются соответственно информационными входом и выходом МПСОС, блока из m конверторов (БК), коммутатора по промежуточной частоте (ПЧК), блока из m демодуляторов (БДМ), выходного коммутатора (ВК), блока обработки сообщений (БОС), блока приема мультиплексированных сигналов (БПМПС), анализатора спектра (АС) и блока автоматизированного рабочего места обнаружения, анализа и управления (АРМ ОАУ). В ВЧК i-й выход, где i=1, 2, ..., m, подключен к
i-му входу БК, i-й выход которого подключен к i-му входу ПЧК, i-й выход которого подключен к i-му входу БД, i-й выход которого подключен к i-му входу ВК, n≥1 информационных выходов которого подключены к соответствующим n информационным входам БОС. Первый и второй управляющие выходы ВК подключены к первому и второму входам соответственно БОС и блока АРМ ОАУ. Первый вход блока АРМ ОАУ подключен к первому информационному выходу ПЧК. Второй информационный выход ПЧК подключен к входу АС. Сигнальный выход ВЧК подключен к сигнальному входу БОС. Первый и второй, третий и четвертый, пятый и шестой выходы БОС подключены соответственно к первому и второму, третьему и четвертому входам БПМПС и третьему и четвертому входам блока АРМ ОАУ.
Управляющие выходы блока АРМ ОАУ и БОС являются соответственно первым и вторым управляющими входами МПСОС.
БОС состоит из первого и второго анализаторов протоколов (АП), первого и второго сетевых коммутаторов (СК), первого и второго радиоприемников (РПМ), первой и второй ЭВМ. Входы первого и второго РПМ объединены и являются сигнальным входом БОС. Первые входы первого и второго АП подключены к первым выходам соответственно первого и второго СК. Вторые входы СК подключены к управляющим выходам соответственно первой и второй ЭВМ. Вторые выходы первого и второго АП и первые выходы первой и второй ЭВМ являются соответственно первым, третьим, вторым и четвертым выходами БОС. Первый и второй управляющие выходы первого СК являются соответственно пятым и шестым выходами БОС. Третий выход первого СК подключен к третьему входу второго СК. Сигнальный выход первой ЭВМ является первым входом БОС. У первого АП его n информационных входов являются n информационными входами БОС. Управляющий выход первого СК является вторым управляющим входом БОС.
БПМПС состоит из первого и второго коммутаторов консоли (КК), первого и второго мониторов, каждый из которых снабжен клавиатурой. Выходы первого и второго КК подключены к входам соответственно первого и
второго мониторов. Первый и второй входы первого КК и первый и второй входы второго КК являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами БПМПС.
Блок АРМ ОАУ состоит из ЭВМ обнаружения (ЭВМ-O), ЭВМ анализа (ЭВМ-А), первого и второго мониторов, каждый из которых снабжен клавиатурой. Выходы ЭВМ-O и ЭВМ-А подключены к входам соответственно первого и второго мониторов. Первый и второй входы ЭВМ-O, первый и второй входы ЭВМ-А являются, соответственно третьим и четвертым, первым и вторым входами блока АРМ ОАУ. Управляющий выход ЭВМ-O является управляющим выходом блока АРМ ОАУ.
МИОС состоит из блока предварительной информационной обработки сигнала (ПИОС) и блока из k≥2 автоматизированных рабочих мест (АРМ), в которому j-е; где j=1, 2, ..., k, сигнальные вход и выход подключены j-му выходу и входу блока ПИОС. Информационный вход блока ПИОС является информационным входом МИОС.
Блок ПИОС состоит из сервера баз данных (СБД), каскада из t≥2 ЭВМ, сетевого коммутатора (СК) и коммутатора консоли (KK), j-e вход и выход которого являются j-ми соответственно входом и выходом блока ПИОС. Выход СК подключен к t входам каскада ЭВМ и СБД. Выход СБД и t входов каскада ЭВМ подключены к входам КК. Вход СК является информационным входом блока ПИОС.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков благодаря возможности более широкого доступа к группировке ИСЗ, возможности обнаружения, выделения и анализа потоков сигналов с отличающимися параметрами (поляризацией, частотой и т.п.) обусловливает возможность увеличения интегральной пропускной способности комплекса, т.е. реализацию сформулированного технического результата.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - общая структурная схема мобильного комплекса приема сигналов спутниковой связи (МКП ССС);
на фиг.2 - структурная схема модуля приема, селекции и обработки сигналов (МПСОС);
на фиг.3 - структурная схема блока обработки сообщений (БОС);
на фиг.4 - структурная схема блока приема мультиплексированных сигналов (БПМПС);
на фиг.5 - структурная схема блока автоматизированного рабочего места обнаружения, анализа и управления (блок АРМ ОАУ);
на фиг.6 - структурная схема модуля информационной обработки сигналов (МИОС);
на фиг.7 - структурная схема блока предварительной информационной обработки сигнала (блок ПИОС);
на фиг.8 - структурная схема автоматизированного рабочего места (АРМ) начальника комплекса.
Мобильный комплекс приема сигналов спутниковой связи, структурная схема которого показана на фиг.1, состоит из первого 1 и второго 2 AM. Первый AM 1 содержит N антенн 5, второй AM 2 содержит М антенн 5. Числа N и М антенн 5, которыми комплектуют первый 1 и второй 2 AM, определяется требованиями по доступности к заданному числу бортовых спутниковых ретрансляторов, находящихся в составе имеющейся группировки ИСЗ. На фиг.1 в качестве примера показано, что N=2, М=3. МКП ССС также включает МПСОС 3, МИОС 4. Кроме того МКП ССС может быть дополнительно укомплектован блоком радио Ethernet 8, снабженным дополнительной антенной 10 и взаимодействующим через тракт свободно распространяющихся радиоволн с центральным вышестоящим пунктом управления 9. Также в состав МКП ССС входит модуль автономного электропитания 7 и вспомогательный модуль такелажного оборудования 6. Информационные выходы первого 1 и второго 2 AM подключены к информационному входу МПСОС, выход которого подключен к информационному входу МИОС 4.
n
Первый и второй управляющие выходы МПСОС 3 подключены к управляющим входам соответственно первого 1 и второго 2 AM. Питающие входы (U) первого 1 и второго 2 AM, МПСОС 3, МИОС 4, вспомогательного модуля такелажного оборудования 6 подключены к соответствующим выходам модуля автономного электропитания 7. Для подключения входа и выхода блока радио Ethernet 8 к МИОС 4, последний снабжен дополнительными выходом и входом.
Модульный принцип построения МКП ССС дает возможность с минимальными экономическими затратами формировать его оптимальную конфигурацию, учитывающую выдвигаемые требования к электрическим и эксплуатационным характеристикам комплекса. Оптимальность схемы достигается путем изменения (доработки) любого из составляющих комплекс модулей.
Каждый из модулей комплекса для заданных требований к электрическим и эксплуатационным параметрам может быть реализован различным образом. В качестве вариантов ниже приведены структурные схемы МПСОС 3 и МИОС 4.
1
m
1
m
МПСОС 3 предназначен для приема, селекции, обработки ССС и выделения их них сообщений. Структурная схема МПСОС, приведенная на фиг.2, состоит из: ВЧК 3.1, БК 3.2, включающего m конверторов 3.2.1-3.2.1, ПЧК 3.3, БД 3.4, включающего m демодуляторов 3.4.1-3.4.1, ВК 3.5, БОС 3.6, БПМПС 3.7, блока АРМ ОАУ 3.8 и АС 3.9.
1
m
1
m
ВЧК 3.1. снабжен m-разрядными информационными входом и выходом, являющимися m-разрядными информационными соответственно входом и выходом МПСОС 3. Входы и выходы m конвекторов 3.2.1-3.2.1 являются соответствующими m входами и m выходами БК 3.2 и подключены соответственно к m выходам ВЧК 3.1 и m входам ПЧК 3.3. Входы и выходы m демодуляторов 3.4.1-3.4.1 являются соответствующими m входами и m выходами БД 3.4 и подключены соответственно к m выходам ПЧК 3.3. и m входам ВК 3.5. Информационные n выходов ВК 3.5 подключены к соответствующим n информационным входам БОС 3.6. Первый и второй управляющие
выходы ВК 3.5 подключены соответственно к первому входу БОС 3.6 и второму входу блока АРМ ОАУ 3.8, первый вход которого подключен к первому информационному выходу ПЧК 3.3. Второй информационный выход ПЧК 3.3. подключен к входу АС 3.9. Сигнальный выход ВЧК 3.1, подключен к сигнальному входу БОС 3.6. Первый и второй, третий и четвертый, пятый и шестой выходы БОС 3.6 подключены соответственно к первому и второму, третьему и четвертому входам БПМПС 3.7 и третьему и четвертому входам блока АРМ ОАУ 3.8. Управляющие выходы блока АРМ ОАУ 3.8 и БОС 3.6 являются соответственно первым и вторым управляющими входами МПСОС 3.
БОС 3.6, входящий в состав МПСОС 3, предназначен для выделения, регистрации сигналов с последующим анализом структуры сигналов, протоколов и особенностей их построения.
Вариант построения структурной схемы БОС 3.6, показанный на фиг.3, состоит из первого 3.6.1 и второго 3.6.2 АП, первой 3.6.5 и второй 3.6.6 ЭВМ, первого 3.6.7 и второго 3.6.8 РПМ, первого 3.6.3 и второго 3.6.4 СК. Входы первого 3.6.7 и второго 3.6.8 РПМ объединены и являются сигнальным входом БОС 3.6, а выходы первого 3.6.7 и второго 3.6.8 РПМ подключены соответственно к первому и второму входам второй ЭВМ 3.6.6. Первые входы первого 3.6.1 и второго 3.6.2 АП подключены к первым входам соответственно первого 3.8.3 и второго 3.6.4 СК, вторые входы которых подключены к управляющим входам соответственно первой 3.6.5 и второй 3.6.6 ЭВМ. Вторые выходы первого 3.6.1 и второго 3.6.2 АП и первые выходы первой 3.6.5 и второй 3.6.6 ЭВМ являются соответственно первым, третьим, вторым и четвертым выходами БОС 3.6. Первый и второй управляющие выходы первого СК 3.6.3 являются соответственно пятым и шестым выходами БОС 3.6. Третий выход первого СК 3.6.3 подключен к третьему входу второго СК 3.6.4. Сигнальный вход первой ЭВМ 3.6.5 является первым входом БОС 3.6.
У первого АП 3.6.1 его n информационных входов являются n информационными входами БОС 3.6. Управляющий выход первого СК 3.6.3 является вторым управляющим входом БОС 3.6.
БПМПС 3.7, входящий в состав МПСОС 3, предназначен для приема и обработки двух или четырех цифровых сигналов, отбора, обработки и преобразования сообщений в унифицированные форматы.
Вариант структурной схемы БПМПС 3.7, показанный на фиг.4, состоит из первого 3.7.1 и второго 3.7.2 КК, первого 3.7.3 и второго 3.7.4 мониторов и первой 3.7.5 и второй 3.7.6 клавиатур, подключенных к входам соответственного первого 3.7.3 и второго 3.7.4 мониторов, входы которых подключены к выходам соответственно первого 3.7.1 и второго 3.7.2 КК. Первый и второй входы первого 3.7.1 и первый и второй входы второго 3.7.2 КК являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами БПМПС 3.7.
Блок АРМ ОАУ, входящий в состав МПСОС 3, предназначен для визуального просмотра в реальном времени временной структуры цифровых потоков и их файловой записи. Вариант структурной схемы блока АРМ OAУ 3.8, показанный на фиг.5, состоит из ЭВМ-O 3.8.1, ЭВМ-А 3.8.2, первого 3.8.3 и второго 3.8.5 мониторов, к входам которых подключены соответственно первая 3.8.4 и вторая 3.8.6 клавиатуры. Первый и второй входы ЭВМ-O 3.8.1, первый и второй входы ЭВМ-А 3.8.2 являются соответственно третьим, четвертым, первым и вторым входами блока АРМ ОАУ 3.8. Управляющий выход ЭВМ-O 3.8.1 является управляющим выходом блока АРМ ОАУ 3.8.
МИОС 4 предназначен для обработки информационных сообщений, выделенных в МПСОС 3, их систематизации, накопления и передачи на центральный пункт управления 9 (см. фиг.1).
Структурная схема МИОС 4, показанная на фиг.6, состоит из блока ПИОС 4.1 и блока АРМ 4.2, включающего k≥2 АРМ. На фиг.6 показаны пять АРМ:
АРМ начальника комплекса 4.2.1;
первый АРМ оператора 4.2.2;
второй АРМ оператора 4.2.3;
АРМ оператора связи 4.2.4;
АРМ оператора связи 4.2.4;
АРМ оператора приема ТВ передач 4.2.5.
Входы и выходы, всех АРМ 4.2.1-4.2.5 являются входами и выходами блока АРМ 4.2, и подключены к соответствующим входам блока ПИОС 4.1. Информационный вход блока ПИОС 4.1 является информационным входом МИОС 4.
Блок ПИОС 4.1 предназначен для ведения базы знаний, ее динамической коррекции и введения новых задач в процессе эксплуатации комплекса.
1
5
Структурная схема ПИОС 4.1.1, показанная на фиг.7, состоит из СБД 4.1.1, каскада 4.1.2, состоящего из t≥2 ЭВМ (на фиг.7 пять ЭВМ) 4.1.2-4.1.2, СК 4.1.3 и КК 4.1.4, j-е вход и выход которого являются j-ми соответственно входом и выходом блока ПИОС 4.1. Выход СК 4.1.3 подключен к t входам каскада ЭВМ 4.1.2 и СБД 4.1.1. Выход СБД 4.1.1 и t выходов каскада ЭВМ 4.1.2 подключены к входам КК 4.1.4. Выход СК 4.1.3 является информационным входом блока ПИОС 4.1.
Структуры каждого из АРМ 4.2.1-4.2.5 идентичны и в общем виде состоят (фиг.8) из ЭВМ, снабженной монитором и клавиатурой.
Первый 1 и второй 2 AM предназначены для преобразования энергии электромагнитных волн в энергию высокочастотных токов, усиления и преобразования частот принятых сигналов на частоты L-диапазона.
Первый AM 1 состоит из двух антенн (например, параболических), установленных на опорно-поворотном устройстве, волноводного тракта, сменных МШУ, конверторов и системы электроприводов антенны в угломестной и азимутальной плоскостях.
Отличие второго AM 2 заключается в том, что он включает три антенны.
Модуль автономного электропитания представляет собой дизельную электростанцию, обеспечивающую электропитание комплекса. Например, типа ЭСД-30-ВС/400 м с выходной мощность 10 кВт.
Модуль такелажного оборудования 6 предназначен для размещения и перевозки антенного и другого вспомогательного оборудования.
Элементы, входящие в состав МПСОС 3, МИОС 4 и AM 1, 2 известны и выпускаются промышленностью.
ВЧК 3.1 предназначен для коммутации сигналов, поступающих от AM 1 и AM 2 на любой из входов БК 3.2.
ВЧК 3.1 выполнен в виде штыревого коммутатора, работа которого осуществляется вручную оператором.
БК 3.2 предназначен для преобразовании сигналов с L-диапазона (0,95-2,05 ГГц) в промежуточную частоту 70 МГц. В качестве БК 3.2 может использовать с любой выпускаемый промышленностью конвертор, обеспечивающий указанное преобразование частот сигналов.
ПЧК 3.3 предназначен для коммутации сигналов с выходов БК 3.2 на соответствующие входы демодуляторов. ПЧК 3.3 может быть выполнен в виде штыревого коммутатора, перекоммутацию которого выполняют вручную операторы.
БД 3.4 предназначен для демодуляции сигналов промежуточной частоты и выделения их информационной компоненты.
В качестве БД 3.4 могут использоваться выпускаемые промышленностью демодуляторы, например, типа DMD 20 фирмы Radyne Comstream.
ВК 3.5 предназначен для коммутации информационных сигналов на информационные входы БОС 3.6.
АС 3.9 предназначен для на панорамного обзора полосы частот для облегчения наведения антенн на ИСЗ. В качестве АС 3.9 может использоваться выпускаемый промышленностью анализатор типа AS Hewlet Packard.
АП 3.6.1 и 3.6.2 предназначены для предварительного анализа протоколов принятых сигналов и представляет собой ЭВМ с соответствующим программным обеспечением.
СК 3.6.3 и 3.6.4 предназначен для коммутации выделенных сообщений на соответствующие АРМ с подключением соответствующих аппаратно-программных средств локальной сети.
В качестве СК может использоваться выпускаемый промышленностью сетевой коммутатор, например, типа «D-Link».
1
5
КК 3.7.1, 3.7.2 и 4.1.4 предназначены для подключения консоли оператора (консоль - это совокупность монитора, клавиатуры и мышки) к любому из системных блоков ЭВМ 4.1.2-4.1.2, входящих в состав БПИ ОС 4.1. В качестве КК может быть использован выпускаемый промышленностью коммутатор типа «Signamax».
И
А
Заявленный МКП ССС работает следующим образом. Высокочастотные сигналы от спутников ретрансляторов, находящихся на геостационарной орбите принимают на частотах С/Х/К/К диапазонов антеннами, затем с помощью МШУ сигналы усиливают и одновременно преобразуют частоты принятых сигналов на частоты L-диапазона (0,95-1,45 ГГц). Причем прием сигналов может осуществляться одновременно на все пять антенн. Усиленные и преобразованные сигналы через ВЧК 3.1 поступают на БК 3.2, где выполняется преобразование частоты сигнала из L-диапазона на промежуточную частоту 70 МГц. С выхода БК 3.2 через ПЧК 3.3 сигналы поступают на БД 3.4, где происходит демодуляция сигналов, принятых в рабочей полосе частот 0,95-2,05 ГГц и преобразованных до 70 МГц сигналов. Преобразованные сигналы через ВК 3.5 поступают в БОС 3.6, а затем в БПМПС 3.7 и блок АРМ ОАУ 3.8, где с помощью соответствующего программного обеспечения происходит их автоматическая обработка. Выделенные в МПСОС 3 информационные сигналы поступают затем в МИОС 4, где выполняют их автоматическую классификацию и распределение в СБД 4.1.1. Начальник комплекса с помощью АРМ 4.2.1 принимает решение о дальнейшем приеме тех или
иных сигналов и обработке выделенных сообщений. По результатам решения начальник комплекса формирует задания операторам блока АРМ ОАУ 3.8 приема и обработки сигналов, а также операторам АРМ информационной обработки 4.2.1-4.2.5. На основании команд начальника комплекса операторы формируют команды на наблюдение за конкретными спутниковыми ретрансляторами, находящимися в группировке ИСЗ. Операторы АРМ информационной обработки формируют запросы в СБД 4.1.1 и выполняют анализ информационных сообщений. Результаты информационного анализа по средствам связи, например, с помощью радиоканала Ethernet передают на центральный пункт управления для дальнейшей оценки и углубленной обработки.
Благодаря описанным структурам схем МПСОС 3 и МИОС 4 обеспечивается с помощью коммутаторов 3.1, 3.3, 3.5 равнодоступность к любому из ИСЗ с помощью выбранной соответствующей антенны из AM 1 и 2, а также возможность с помощью управляющих сигналов выполнять автоматическую переориентацию антенн в нужном направлении и в автоматическом режиме выполнять обработку, выделение и анализ сигналов, принимаемых задействованными антеннами при решении данной задачи, чем повышается интегральная пропускная способность заявленного МКП ССС, т.е. достигается сформулированный технический результат.