МОБИЛЬНАЯ СТАНЦИЯ НАЗЕМНОЙ ПОДВИЖНОЙ СЛУЖБЫ
MOBILE SYSTEM OF OVERLAND MOBILE

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано для обеспечения связи в условиях отсутствия телекоммуникационной инфраструктуры и чрезвычайных ситуаций и обеспечения сопряжения с действующими системами связи различных министерств и ведомств.
Известны системы и комплексы спутниковой связи, включающие в себя абонентские и наземные станции спутниковой связи, содержащие антенную систему, устройство разделения трактов приема и передачи, приемопередатчик в составе малошумящего усилителя, преобразователя частоты приема, демодулятора, мультиплексора, модулятора, преобразователя частоты передачи, усилителя мощности, блока управления и системы наведения [1].
Известны также абонентские стационарные и носимые станции подвижной связи, которые содержат антенные системы, приемопередатчики в составе приемников, передатчиков, блоков модуляторов-демодуляторов и оконечное оборудование для образования каналов и ведения по ним дуплексной телефонной связи, передачи данных и различных сообщений [2, 3].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, в котором решены вопросы совместного использования средств спутниковой связи и средств подвижной связи для обеспечения различных видов связи, является мобильный узел подвижной связи, описанный в [4].
Этот мобильный узел подвижной связи содержит станцию спутниковой связи в составе антенной системы, устройства разделения трактов приема и передачи, приемопередатчика, аппаратуры каналообразования, блока управления и системы наведения, блок коммутации, маршрутизатор, портативный компьютер, малогабаритный принтер, факсимильный аппарат, станцию навигации в составе приемопередатчика, антенны и мобильного терминала данных, автоматический коммутатор каналов, базовую станцию транкинговой радиосвязи с антенной, возимую станцию подвижной радиосвязи с антенной, абонентскую линию телефонной связи, n портативных станций подвижной радиосвязи, телефонный аппарат системы АТС, проводные линии связи и блок рабочего места оператора.
Известный мобильный узел подвижной связи обеспечивает двухсторонний речевой и документальный обмен информацией с рабочего места оператора на стоянке и в движении по каналу станции спутниковой связи со скоростью группового потока до 64 кбит/с, двухсторонний обмен данными путем передачи и приема электронной почты и факсимильных сообщений на стоянке и в движении по каналам станции спутниковой связи и станции навигации со скоростью группового потока до 600 бит/с, обмен информацией на стоянке по проводным линиям связи через станции сети местной связи и телефонной сети дальней связи, а также выход в телефонную сеть общего пользования и ультракоротковолновую (УКВ) радиосвязь с подвижными абонентами в транкинговом режиме в зоне обслуживания сети.
Основными недостатками известного мобильного узла подвижной связи являются недостаточная устойчивость работы направлений спутниковой связи и вызванное этим низкое качество обеспечиваемых связей при нахождении или перемещении его по территории со значительными неровностями земной поверхности, в лесистой местности в условиях ограниченной видимости и при воздействия внешних помех.
Устранение указанных причин в предлагаемой мобильной станции наземной подвижной службы достигается за счет введения системы гироскопической ориентации в пространстве антенных устройств и возможности изменения высоты подъема антенн, автоматического определения координат местоположения мобильной станции, что способствовало повышению точности настройки антенной системы, сокращению времени поиска корреспондента и существенному улучшению качества обеспечиваемых связей.
Целью изобретения является повышение качества связи и устойчивости работы направлений связи, организуемых в условиях нахождения подвижного объекта на территории с ограниченной видимостью и при воздействии значительных внешних помех.
Поставленная цель достигается тем, что в мобильную станцию наземной подвижной службы, содержащую станцию спутниковой связи, состоящую из антенной системы, устройства разделения трактов приема и передачи, многоканального приемопередатчика, аппаратуры каналообразования, блока управления и системы наведения, блок коммутации, автоматизированное рабочее место оператора (АРМО), состоящее из портативного компьютера, малогабаритного принтера и факсимильного аппарата, станцию спутниковой навигации, состоящую из приемопередатчика, антенны и мобильного терминала данных, телефонный аппарат системы МБ, коротковолновый (KB) радиоприемник и ультракоротковолновую (УКВ) радиостанцию, при этом вход-выход антенной системы станции спутниковой связи соединен со входом-выходом устройства разделения трактов приема и передачи, выход которого соединен со входом высокочастотной части многоканального приемопередатчика, выход высокочастотной части которого соединен со входом устройства разделения трактов приема и передачи, управляющий вход-выход аппаратуры каналообразования соединен с первым управляющим входом-выходом блока управления, второй управляющий вход-выход которого соединен с первым входом-выходом системы наведения, второй вход-выход которой подключен к управляющему входу-выходу антенной системы, первый канальный вход-выход аппаратуры каналообразования станции спутниковой связи по телефонному стыку соединен с первым канальным входом-выходом блока коммутации, второй и третий канальные входы-выходы которого по стыкам ISDN и RS-232 подключены соответственно ко второму и третьему канальным входам-выходам аппаратуры каналообразования, четвертый канальный вход-выход блока коммутации по стыку RS-232 соединен с первым входом-выходом приемопередатчика станции спутниковой навигации, высокочастотная часть которого соединена с антенной, а ко второму входу-выходу приемопередатчика станции навигации подключен вход-выход мобильного терминала данных, первый линейный вход-выход блока коммутации по стыку RS-232 соединен с первым входом-выходом портативного компьютера АРМО, второй и третий входы-выходы портативного компьютера по стыкам RS-232 подключены к входам-выходам соответственно малогабаритного принтера и факсимильного аппарата, линейный вход-выход телефонного аппарата системы МБ соединен с пятым канальным входом-выходом блока коммутации, шестой вход-выход которого соединен с выходом KB радиоприемника, седьмой вход-выход блока коммутации соединен с канальным входом-выходом УКВ радиостанции, в состав станции спутниковой связи введен блок формирования помехоустойчивых сигналов, при этом выход тракта приема промежуточной частоты многоканального приемопередатчика соединен со входом тракта приема промежуточной частоты блока формирования помехоустойчивых сигналов, выход которого соединен с линейным входом аппаратуры каналообразования, линейный выход которой соединен со входом тракта передачи промежуточной частоты блока формирования помехоустойчивых сигналов, выход которого соединен со входом тракта передачи промежуточной частоты многоканального приемопередатчика, в состав АРМО введен расширитель интерфейсов, вход-выход которого по стыку RS-485 соединен с четвертым входом-выходом портативного компьютера, а в состав мобильной станции дополнительно введены опорно-мачтовое устройство (ОМУ) со складывающейся конструкцией, блок управления развертыванием ОМУ, первый и второй корректируемые гироскопы, вычислительный блок, первый и второй корректируемые магнитные компасы, блок определения курса и местонахождения транспортного средства, измеритель пройденного пути транспортным средством, устройство измерения направления движения транспортного средства, опорно-поворотное устройство (ОПУ) транспортного средства, блок управления ОПУ транспортного средства, аппаратура проводной связи, блок кабельного ввода, линия дальней связи и соединительные линии (СЛ) для выдачи каналов связи потребителям, при этом входы-выходы ОМУ со складывающейся конструкцией соединены со входами-выходами блока управления развертыванием ОМУ, входы-выходы первого и второго корректируемых магнитных компасов подключены соответственно к первым и вторым входам-выходам вычислительного блока, входы-выходы ОПУ транспортного средства соединены с входами-выходами блока управления ОПУ транспортного средства, восьмой канальный вход-выход блока коммутации соединен с канальным входом-выходом аппаратуры проводной связи, линейный вход-выход которой соединен с первым станционным входом-выходом блока коммутации, вторые станционные входы-выходы которого соединены со станционными входами-выходами блока кабельного ввода, к первым и вторым линейным входам-выходам которого подключены соответственно линия дальней связи и СЛ для выдачи каналов связи потребителям, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой входы-выходы расширителя интерфейсов АРМО подключены соответственно к дополнительному входу-выходу блока управления станции спутниковой связи, к управляющим входам-выходам блока управления ОМУ, первого и второго корректируемых гироскопов, вычислительного блока, блока определения курса и местонахождения транспортного средства и блока управления ОПУ транспортного средства.
Задачей изобретения является создание мобильной станции наземной подвижной службы с улучшенными характеристиками по устойчивости работы и качеству обеспечиваемых связей между абонентами различных сетей.
При изучении известных технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающих заявляемый объект, не была выявлена. Предлагаемое изобретение существенно отличается от известных на данный момент времени технических решений за счет введения системы гироскопической ориентации в пространстве, определения курса и местонахождения транспортного средства, обеспечивающей точную настройку антенн и повышение уровня передаваемых и принимаемых сигналов, а также способствующей сокращению потерь времени на поиск корреспондентов в сети.
Заявляемое решение явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень.
Заявляемая мобильная станция наземной подвижной службы может быть реализована с использованием существующих средств связи и аппаратуры и является промышленно применимой.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая мобильная станция наземной подвижной службы отличается наличием новых блоков: блока формирования помехоустойчивых сигналов, введенного в состав станции спутниковой связи, расширителя интерфейсов, введенного в состав АРМО, дополнительно введенных в состав мобильной станции ОМУ со складывающейся конструкцией, блока управления развертыванием ОМУ, первого и второго корректируемых гироскопов, вычислительного блока, первого и второго корректируемых магнитных компасов, блока определения курса и местонахождения транспортного средства, измерителя пройденного пути транспортным средством, устройства измерения направления движения транспортного средства, ОПУ транспортного средства, блока управления ОПУ транспортного средства, аппаратуры проводной связи, блока кабельного ввода, линии дальней связи и СЛ для выдачи каналов связи потребителям, предназначенных для обеспечения телефонной связи по проводным линиям, а также изменением связей между известными элементами схемы.
Таким образом, заявляемая мобильная станция наземной подвижной службы соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные в предлагаемую мобильную станцию блоки реализуемы, хорошо известны специалистам в данной области техники и дополнительного творчества, учитывая приведенные ниже пояснения, для их воспроизведения не требуется.
Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемую мобильную станцию наземной подвижной службы вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, заключающиеся в повышении устойчивости работы информационных направлений связи и улучшении качества связи, обеспечиваемой по каналам станции спутниковой связи и УКВ радиостанции.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема мобильной станции наземной подвижной службы, на фиг.2 приведена структурная электрическая схема портативного компьютера и на фиг.3 приведен возможный вариант общего вида ОМУ.
Мобильная станция наземной подвижной службы (фиг.1) содержит станцию 1 спутниковой связи в составе антенной системы 2, устройства 3 разделения трактов приема и передачи, многоканального приемопередатчика 4, блока 5 формирования помехоустойчивых сигналов, аппаратуры 6 каналообразования, блока 7 управления и системы наведения 8, блок 9 коммутации, автоматизированное рабочее место оператора (АРМО) 10 в составе портативного компьютера 11, малогабаритного принтера 12, факсимильного аппарата 13 и расширителя 14 интерфейсов, станцию 15 спутниковой навигации в составе приемопередатчика 16, антенны 17 и мобильного терминала 18 данных, ОМУ 19 со складывающейся конструкцией, блок управления 20 развертыванием ОМУ, первый 21 и второй 22 корректируемые гироскопы, вычислительный блок 23, первый 24 и второй 25 корректируемые магнитные компасы, блок 26 определения курса и местонахождения транспортного средства, блок 27 измерения (спидометр) пройденного пути транспортным средством объекта, устройство 28 измерения направления движения транспортного средства, ОПУ 29 транспортного средства, блок 30 управления ОПУ, аппаратуру 31 проводной связи, телефонный аппарат 32 системы МБ, KB радиоприемник 33, УКВ радиостанцию 34, блок 35 кабельного ввода, линию 36 дальней связи и СЛ 37 для выдачи каналов потребителям.
Портативный компьютер 11 АРМО 10 содержит (фиг.2) системный блок 38, состоящий из материнской платы 39, на которой размещены микропроцессор 40, системная магистраль 41, оперативное запоминающее устройство 42, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство 43 и контроллер 44 клавиатуры, адаптера монитора 45, адаптера портов 46, контроллера дисков 47, контроллера 48 дополнительных устройств, модема 49, жесткого магнитного диска 50, дисковода 51 для подключения гибкого магнитного диска, системного программного обеспечения 52 и специального программного обеспечения 53, поставляемых на накопителе на жестком магнитном диске 50, а также содержит дисплей 54 с плазменным экраном и стандартную клавиатуру 55.
На фиг.3 представлен общий вид ОМУ 19, где показано оборудование, размещенное на ОМУ 19, в том числе приемопередатчик 4 и антенная система 2 станции 1 спутниковой связи, антенна 17 станции 15 спутниковой навигации, блок управления 20 развертыванием ОМУ 19, первый корректируемый гироскоп 21 и первый корректируемый магнитный компас 24.
Вход-выход антенной системы 2 (см. фиг.1) соединен с входом-выходом устройства 3 разделения трактов приема и передачи, выход которого соединен со входом высокочастотной части многоканального приемопередатчика 4, выход которого соединен со входом тракта передачи промежуточной частоты блока 5 формирования помехоустойчивых сигналов, выход тракта передачи промежуточной частоты которого соединен с линейным входом аппаратуры 6 каналообразования, линейный выход которой соединен со входом тракта приема промежуточной частоты блока 5 формирования помехоустойчивых сигналов, выход тракта приема промежуточной частоты которого соединен со входом многоканального приемопередатчика 4, выход высокочастотной части которого соединен со входом устройства 3 разделения трактов приема и передачи, управляющий вход-выход аппаратуры 6 каналообразования соединен с первым управляющим входом-выходом блока управления 7, второй управляющий вход-выход которого соединен с первым входом-выходом системы наведения 8, второй вход-выход которой подключен к управляющему входу-выходу антенной системы 2.
Первый канальный вход-выход аппаратуры 6 каналообразования станции 1 спутниковой связи по телефонному стыку соединен с первым канальным входом-выходом блока коммутации 9, второй и третий канальные входы-выходы которого по стыкам ISDN и RS-232 подключены соответственно ко второму и третьему канальным входам-выходам аппаратуры 6 каналообразования, четвертый канальный вход-выход блока коммутации 9 по стыку RS-232 соединен с первым входом-выходом приемопередатчика 16 станции спутниковой навигации 15, высокочастотная часть которого соединена с антенной 17, а ко второму входу-выходу приемопередатчика 16 станции навигации 15 подключен вход-выход мобильного терминала 18 данных.
Первый линейный вход-выход блока коммутации 9 по стыку RS-232 соединен с первым входом-выходом портативного компьютера 11 АРМО 10, второй и третий входы-выходы портативного компьютера 11 по стыкам RS-232 подключены к входам-выходам соответственно малогабаритного принтера 12 и факсимильного аппарата 13, а четвертый вход-выход портативного компьютера 11 соединен по стыку RS-485 со входом-выходом расширителя 14 интерфейсов.
Линейный вход-выход телефонного аппарата 32 системы МБ соединен с пятым канальным входом-выходом блока 9 коммутации, шестой вход-выход которого соединен с выходом KB радиоприемника 33, седьмой вход-выход блока 9 коммутации соединен с канальным входом-выходом УКВ радиостанции 34.
Восьмой канальный вход-выход блока коммутации 9 соединен с канальным входом-выходом аппаратуры 31 проводной связи, линейный вход-выход которой соединен с первым станционным входом-выходом блока 9 коммутации, вторые станционные входы-выходы которого соединены со станционными входами-выходами блока 35 кабельного ввода, к первым и вторым линейным входам-выходам которого подключены соответственно линия 36 дальней связи и СЛ 37 для выдачи каналов связи потребителям (через узел связи).
Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой управляющие входы-выходы портативного компьютера 11 АРМО 10 подключены соответственно к дополнительному входу-выходу блока управления 7 станции 1 спутниковой связи, к управляющим входам-выходам блока управления 20 развертыванием ОМУ, первого 21 и второго 22 корректируемых гироскопов, вычислительного блока 23, блока 26 определения курса и местонахождения транспортного средства и блока 30 управления ОПУ транспортного средства, второй управляющий вход-выход которого соединен с входом-выходом ОПУ 29 транспортного средства. Второй вход-выход блока управления 20 развертыванием ОМУ соединен с входом-выходом ОМУ 19, выходы блока 24 измерения пройденного пути транспортным средством и устройства 25 измерения направления движения транспортного средства подключены соответственно к первому и второму входам блока 23 определения курса и местонахождения транспортного средства.
Входы-выходы микропроцессора 40, находящегося на материнской плате 39 системного блока 38 портативного компьютера 11 АРМО 10, через системную магистраль 41 соединены с входами-выходами оперативного запоминающего устройства 42, перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 43, контроллера клавиатуры 44, адаптера монитора 45, адаптера портов 46, контроллера дисков 47 и контроллера 48 дополнительных устройств, вторые входы-выходы адаптера монитора 45 соединены с входами-выходами дисплея 54 с плазменным экраном, вторые и третьи входы-выходы контроллера 47 дисков подключены соответственно к входам-выходам жесткого магнитного диска 50 и дисковода 51 для подключения гибкого магнитного диска, вторые входы-выходы контроллера 44 клавиатуры соединены с входами-выходами клавиатуры 55, вторые входы-выходы контроллера 48 дополнительных устройств соединены с первыми входами-выходами модема 49, при этом первыми, вторыми, третьими и четвертыми входами-выходами портативного компьютера 11 являются соответственно третьи входы-выходы контроллера 48 дополнительных устройств, вторые входы-выходы адаптера портов 46, модема 49 и четвертые входы-выходы контроллера 48 дополнительных устройств, к которым подключены соответственно входы-выходы блока коммутации 9, малогабаритного принтера 12, факсимильного аппарата 13 и расширителя 14 интерфейсов. На накопителе на жестком магнитном диске установлены системное программное обеспечение 52 и специальное прикладное программное обеспечение 53.
В состав антенной системы 2 станции 1 спутниковой связи входит апертура (рефлектор) с облучающей системой, антенно-волноводный тракт (АВТ), опорно-поворотное устройство с электросиловым приводом и аппаратура (система) наведения. Антенная система 2 станции 1 спутниковой связи соединена с высокочастотными цепями устройства 3 разделения трактов приема и передачи станции 1 спутниковой связи. Она предназначена для приема из эфира и передачи в эфир высокочастотных сигналов, образованных приемопередатчиком 4 и блоком 5 формирования помехоустойчивых сигналов станции 1 спутниковой связи.
В качестве антенной системы 2 может быть использована многолучевая антенна типа линзы Люнеберга с системой независимых облучателей или антенные решетки [5 - стр.371, рис.14.11, с.406-407]. Так называемая многолучевая антенная система типа линзы Люнеберга способна обслуживать одновременно и независимо несколько передатчиков или приемников.
Устройство 3 разделения трактов приема и передачи предназначено для разделения поступающих из антенной системы 2 высокочастотных радиосигналов и передачи их на вход высокочастотной части приемопередатчика 4, а также для приема с выхода высокочастотной части приемопередатчика 4 высокочастотных сигналов и передачи их на вход антенной системы 2 для излучения в эфир.
Возможны различные варианты выполнения приемопередатчика 4. Один из вариантов приемопередатчика 4 содержит в приемной части малошумящий усилитель, преобразователь частоты приема и демодулятор, а передающая часть приемопередатчика 4 включает в себя модулятор, преобразователь частоты передачи и усилитель мощности [3].
Приемная часть приемопередатчика 4 станции 1 спутниковой связи осуществляет предварительное усиление принятого сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала, преобразование его в промежуточную частоту (обычно 70 МГц) для последующей обработки в демодуляторе, а передающая часть предназначена для формирования СВЧ сигнала с заданными параметрами и его усиления до требуемого уровня. При этом в модуляторе формируется сигнал промежуточной частоты (обычно 70 МГц), модулированный по частоте сигналами изображения и звукового сопровождения. Для подавления нежелательных комбинированных составляющих в приемопередатчике предусмотрено двойное преобразование частоты и оперативная перестройка в полосе частот.
Блок 5 предназначен для формирования помехоустойчивых сигналов одного или нескольких информационных направлений на передачу и обеспечение демодуляции, декодирования и разделения нескольких информационных направлений на прием.
В качестве такого блока может быть использована аппаратура сигнальной помехозащиты, реализующая метод расширения спектра с помощью фазоманипулированных сигналов типа «Кулон-ШМ3» или аппаратура типа «Пегас» с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.
Аппаратура 6 каналообразования станции 1 спутниковой связи содержит блок группового оборудования в составе передатчика и приемника, блок уплотнения, включающий в себя преобразователь передачи и преобразователь приема, оконечное канальное оборудование в составе блока ключей, блока каналов тональной частоты, блока каналов автоматической телефонной связи, блока цифровых каналов и блока интерфейса по стыку RS-232.
Аппаратура 6 каналообразования с учетом вышеперечисленного оборудования обеспечивает уплотнение и разуплотнение высокочастотного тракта, образованного трактом промежуточной частоты блоком 5 формирования помехоустойчивых сигналов станции 1 спутниковой связи, формирование каналов и образование стандартных интерфейсов по телефонному и факсимильному стыкам, по стыкам ISDN и RS-232 с последующей передачей их на соответствующие канальные входы-выходы блока 9 коммутации.
Блок 7 управления станции 1 спутниковой связи предназначен для обеспечения взаимоувязанной работы элементов станции, установления режимов работы, скорости передачи информации и проверки ее работоспособности.
Система наведения 8 предназначена для управления антенной системой 2 станции 1 спутниковой связи по сигналам, поступающим от станции 15 спутниковой навигации, корректировки угла наклона антенны в зависимости от местоположения мобильной станции наземной подвижной службы на местности. В качестве такой системы наведения может быть использовано устройство автоматического наведения на геостационарный искусственный спутник Земли DirecStar 980.
Для обеспечения возможности работы станции 1 спутниковой связи в движении используется специальная антенна, позволяющая отслеживать ориентацию станции на спутник при ее нахождении в движении.
Блок 9 коммутации предназначен для приема, распределения и оперативной коммутации, контроля и оперативной проверки включаемых в него каналов и линий связи.
Схемно-конструктивная реализация такого блока может быть выполнена по техническим решениям на блок коммутации, структурная схема и технические возможности которого описаны в [6].
В качестве такого блока может быть использован также оперативный коммутатор каналов связи, построенный на основе полноразмерной коммутирующей матрицы 64×64 входа и выхода. Каждый из 64-х входов и каждый из 64-х выходов снабжен сменным интерфейсным модулем с гальванической развязкой. Схемотехническое и конструктивное исполнение коммутатора позволяет организовать одно или несколько коммутационных полей произвольной конфигурации с количеством входов и выходов, кратным 64. В пределах одного коммутационного поля обеспечивается коммутация любого входа на любые один или несколько выходов.
В качестве портативного компьютера 11 АРМО 10 может быть использован портативный компьютер типа ноутбук фирмы «Toshiba». Такой компьютер содержит системный блок, состоящий из центрального процессора типа «Intel», системной шины, электронных модулей оперативного запоминающего устройства и перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства, стандартной клавиатуры, дисплея с плазменным экраном, системного программного обеспечения и специального прикладного программного обеспечения (СПО), поставляемого на накопителе на жестком магнитном диске. Одной из функций СПО является формирование файлов для встроенного в системный блок модема. В состав СПО входит также SNMP-менеджер, по протоколу которого осуществляется управление оборудованием и его диагностика. При этом программное обеспечение рассчитано на операционную систему Windows NT и включает в себя утилиту формирования конфигурационных файлов для модема.
Указанный компьютер предназначен для передачи (приема) данных системы навигации и речевой информации по каналам связи с использованием стандартных протоколов обмена данными и речевой информацией TAPI.
Малогабаритный принтер 12 предназначен для печатания принятых по каналу связи сообщений. В качестве такого принтера может быть использован принтер фирмы «Toshiba».
Факсимильный аппарат 13 предназначен для передачи и приема факсимильных сообщений по каналам станции 1 спутниковой связи.
В качестве факсимильного аппарата 13 может быть использован аппарат фирмы «Panasonic» типа Panasonic KX-FP 88.
В качестве станции 15 спутниковой навигации может быть использована станция спутниковой подвижной связи "Инмарсат-С", включающая в свой состав приемопередатчик 16 типа ТТ-3022С или TT-3026L, мобильный терминал данных 18 типа Logiq MDA фирмы "Simaq" или ТТ-3606С.
Компактный приемопередатчик 16 типа ТТ-3022С LandMobile Capsat Transceiver станции 15 спутниковой навигации позволяет быстро и с высокой степенью надежности отправлять и получать факсы, данные как абонентам сетей общего пользования, так и на другие станции системы Capsat. Приемопередатчик соответствует спецификациям INMARSAT (CN114) и IEC 1097-4/IEC 945.
Антенна 17 станции 15 спутниковой навигации представляет собой ненаправленную антенну стандарта Inmarsat-C/GPS.
Станция 15 спутниковой навигации указанного состава позволяет организовать обмен данными, а также отправлять и получать факсимильные сообщения. Ее характеризуют высокая надежность, компактность и быстрая передача информации между абонентами, определение координат местонахождения объектов. Она обеспечивает возможность отправки через определенные временные интервалы данных или координат местоположения подвижных объектов, контролируемых с центров управления или офисов.
ОМУ 19 содержит складывающуюся мачту, состоящую из двух и более (в зависимости от места ее использования она может включать до четырех секций) одинаковых или различных по размеру, сочлененных между собой и складывающихся друг с другом секций. ОМУ 19 содержит также механизм автоматического подъема мачты, управление которым осуществляется от внешнего устройства - блока управления 20 развертыванием ОМУ. Каждая секция выполнена в виде стойки, по форме напоминающей параллелепипед, с использованием четырех скрепленных между собой вертикально расположенных металлических труб различной длины и диаметра. Сочленение секций между собой производится с помощью шарнирных устройств.
Нижняя часть мачты установлена и закреплена на станине, на которой размещен и механизм развертывания мачты.
На верхней части мачты (на последней секции) закреплена гиростабилизированная поворотная платформа, на которой размещены антенная система 2 и многоканальный приемопередатчик 4 станции 1 спутниковой связи, антенна 17 станции 15 спутниковой навигации, первый 21 корректируемый гироскоп и первый корректируемый магнитный компас 24. Все оборудование, размещенное на гиростабилизированной платформе, закрыто колпаком из радиопрозрачного материала для защиты от механического воздействия, ветра, солнца и дождя.
При складывании мачты вместе с ней складывается и гиростабилизированная платформа со всем размещенным на ней оборудованием, при этом платформа находится все время строго в горизонтальной плоскости.
Оборудование мачты может размещаться на кузовах-фургонах, установленных на шасси автомобилей, а также на другой транспортной базе, включая колесную и гусеничную базу.
В транспортном положении ОМУ размещается на транспортной базе горизонтально. При этом антенные системы находятся в постоянной функциональной готовности и обеспечивают связь как на стоянке, так и в движении.
В систему наземной навигации мобильной станции наземной подвижной службы входят первый 21 и второй 22 корректируемые гироскопы, вычислительный блок 23, первый 24 и второй 25 корректируемые магнитные компасы, блок 26 определения курса и местонахождения транспортного средства, измеритель 27 (спидометр) пройденного пути транспортного средства, устройство 28 измерения направления движения транспортного средства, ОПУ 29 транспортного средства и блок 30 управления ОПУ транспортного средства.
При помощи навигационной аппаратуры указанной выше системы навигации обеспечивается определение в любой точке маршрута движения собственных географических (или плоских геодезических) координат с дискретностью 1 м и среднеквадратичной ошибкой 30 м, а при работе в автономном режиме (при отсутствии сигналов станции радионавигационной системы) с ошибкой 1,5% от пройденного пути, пройденного пути в диапазоне от 0 до 500 км с дискретностью 1 м, скорости движения в диапазоне от 0 до 120 км/ч с дискретностью 1 км/ч, дирекционного угла направления движения в диапазоне от 0 до 360 градусов с дискретностью 0,1 градуса и среднеквадратичной ошибкой определения дирекционного угла продольной оси изделия (на стоянке) 0,8 градуса.
Принцип работы заключается в следующем. Принцип действия основан на комплексной обработке информации, поступающей от автономной навигационной системы геомагнитного типа и приемника спутниковой навигационной системы (GPS), входящих в состав аппаратуры навигации.
Работа автономной навигационной системы основана на измерении пути движения транспортного средства и дирекционного (азимутального) угла направления движения для определения координат местоположения объекта на местности. Измерительная часть автономной аппаратуры включает курсовую систему магнитного типа и путевую систему одометрического типа для выработки информации о приращениях пройденного пути.
Наземная навигационная аппаратура предназначена для непрерывной автоматической регистрации местоположения движущейся машины, направления ее движения.
Исходными данными для начального ориентирования машины служат полные прямоугольные координаты исходного пункта, его географическая широта, исходный дирекционный угол и корректура пути.
Начальное ориентирование транспортного средства подвижного объекта (мобильной станции) включает определение непосредственно на исходном пункте маршрута дирекционного угла продольной оси машины (курсового угла) и установку на соответствующих шкалах аппаратуры исходных данных.
Дирекционный угол продольной оси машины может быть определен с помощью гирокомпаса, состоящего из гироскопа, корректирующих устройств и арретира.
Начальное ориентирование машины на исходном пункте маршрута заключается в определении магнитного азимута направления продольной оси машины и установке этого угла на курсовой шкале гирокомпаса (гироскопа). Оно выполняется с помощью магнитного компаса, по линейному ориентиру или по Полярной звезде.
Основой гирокомпаса служит маятниковый гироскоп, у которого центр тяжести совмещен с вертикальной осью Z (осью прецессии) и расположен ниже точки подвеса. Смещением центра тяжести относительно точки подвеса гироскоп превращается в датчик направления астрономического меридиана. Под действием силы тяжести главная ось гироскопа всегда стремится занять горизонтальное положение.
Принцип работы гироскопа заключается в том, что его главная ось заранее установлена в определенное положение и сохраняет это направление постоянно. При изменении направления движения вместе с машиной повернется на тот же угол и корпус гирокомпаса. Главная же ось гироскопа сохранит свое первоначальное положение. Вместе с ней сохранит свое первоначальное положение и курсовая шкала, а указатель отсчета переместится вдоль курсовой шкалы на значение угла поворота машины.
Однако вследствие вращения Земли и трения в подшипниках главная ось отклоняется (прецессирует) от своего первоначального положения как по азимуту, так и в плоскости горизонта. Чтобы исключить такой уход главной оси, в навигационных приборах имеются специальные корректирующие устройства.
При работе с навигационной аппаратурой важное значение имеет точное определение дирекционных углов продольной оси машины на исходном и промежуточных пунктах маршрута.
Дирекционные углы определяют различными способами. Одним из наиболее точных является гироскопический способ. Поэтому в навигационной аппаратуре имеются гирокомпасы, используемые в качестве вспомогательных приборов для определения на местности дирекционных углов ориентирных направлений.
Преимущества гироскопического способа по сравнению с астрономическим и геодезическим способами определения азимутов заключается в автономном и сравнительно быстром определении азимутов направлений независимо от условий погоды, времени года и суток и в возможности работать непосредственно в машине.
Аппаратура обеспечивает в любой точке маршрута движения определение следующих основных параметров:
плоских прямоугольных координат (географических координат) местоположения подвижного наземного объекта (ПНО);
дирекционного угла (магнитного азимута) продольной оси ПНО;
углов наклона ПНО в продольной и поперечной плоскостях;
скорости движения и пройденного пути;
запоминание и хранение координат контрольных точек маршрута движения.
ОПУ 29 транспортного средства содержит датчик поворота колеса, обеспечивающий выдачу информации об отклонении курса транспортного средства от заданного направления (направления на север). Данные об отклонении от курса выдаются на блок 30 управления, в котором полученные данные обрабатываются и поступают в базу данных портативного компьютера 11 АРМО 10 для хранения и последующего использования при корректировке настройки антенной системы 2 станции 1 спутниковой связи на корреспондента.
В целом навигационная система мобильной станции работает по принципу постоянного автоматического учета данных и корректировки всех изменений на рабочем месте оператора станции. При этом в процессе настройки антенной системы и установлении связи по каналам станции 1 спутниковой связи на портативный компьютер 11 АРМО поступают данные от блока 20 управления развертыванием ОМУ 19, от первого 21 и второго 22 корректируемых гироскопов, от вычислительного блока 23, выдающего обработанные данные от первого 24 и второго 25 магнитных компасов, а также от блока 26 определения курса и местоположения транспортного средства и блока 30 управления ОПУ.
При этом, если транспортное средство мобильной станции установлено на неровной поверхности, то данные о местоположении станции и отклонения от горизонтальной поверхности поступают от блоков 26 и 30 в портативный компьютер 11, который, получив эти данные, выдает команду во второй корректируемый гироскоп 22, осуществляющий подстройку параметров гироскопа.
Корректировку данных о неровности гиростабилизированной поворотной платформы, вызванной тем, что транспортное средство находится на неровной поверхности Земли, осуществляет первый корректируемый гироскоп 21, установленный на поворотной платформе, размещенной на ОМУ 19.
Аналогично корректировка магнитного азимута поворотной платформы осуществляется с помощью первого 24 корректируемого магнитного компаса, установленного на ней, а учет отклонения магнитного азимута транспортного средства производится посредством второго 25 магнитного компаса, данные от которых после обработки их вычислительным блоком 23 поступают на портативный компьютер 11 АРМО 10.
Таким образом, наличие двух корректируемых гироскопов и двух корректируемых магнитных компасов, размещенных по одному на гиростабилизированной платформе и на транспортном средстве, позволило производить независимую корректировку данных курса и местоположения мобильной станции наземной подвижной службы и улучшить точность настройки антенной системы станции спутниковой связи в направлении на корреспондента.
Аппаратура 31 проводной связи предназначена для образования каналов связи на линии привязки мобильной станции наземной подвижной службы к расположенному вблизи нее узлу связи путем уплотнения линии 36 дальней связи.
В качестве такой аппаратуры может быть использована аппаратура импульсного каналообразования типа «Импульс-1», которая в зависимости от комплектации и применяемого кабеля дальней связи может обеспечить образование каналов тональной частоты, цифровых среднескоростных каналов (от 1200 до 9600 бит/с) или высокоскоростных каналов (от 48 до 480 кбит/с).
В качестве телефонного аппарата 32 системы может быть использован телефонный аппарат типа ТА-88, обеспечивающий посылку по линии связи индукторного вызова и ведение телефонных переговоров с помощью имеющейся в его составе телефонной трубки.
KB радиоприемник 33 предназначен для приема дифференциальных поправок, поступающих от общегосударственной станции спутниковой навигации типа ГЛОНАСС.
УКВ радиостанция 34 предназначена для ведения симплексной или дуплексной радиосвязи в телефонном режиме, осуществления обмена данными и выхода в сеть связи с подвижными объектами.
В качестве такой радиостанции может быть использована УКВ радиостанция из комплекса технических средств подвижной радиосвязи Р-169 типа Р-169 ВМ [2].
Блок 35 кабельного ввода содержит присоединительные разъемы и коммутационные элементы. Он предназначен для подключения линии 36 дальней связи и СЛ 37 для выдачи каналов связи потребителям непосредственно или через вблизи расположенный узел связи.
Линия 36 дальней связи может быть выполнена из легкого полевого кабеля типа П-274М или тяжелого полевого кабеля типа П-296.
В качестве СЛ 37 может быть использован полевой распределительный кабель типа П-269. При этом в одном кабеле может передаваться несколько четырехпроводных каналов тональной частоты или цифровых каналов, по которым обеспечивается возможность организации обмена речевыми сообщениями и данными с абонентами местной сети телефонной связи.
Мобильная станция наземной подвижной службы обеспечивает работу как на стоянке, так и в движении с возможностью организации различных видов связи для местных и удаленных абонентов.
Принципы обеспечения режимов работы мобильной станции наземной подвижной службы и схемы организации трактов передачи информации определяются в зависимости от места ее использования в системе связи (сети действующей связи и районы с неразвитой телекоммуникационной инфраструктурой) и выполняемой роли предлагаемой мобильной станции наземной подвижной службы. При этом она может выполнять одновременно роль абонентской станции сети спутниковой связи, абонентской станции сотовой радиосвязи и наземной станции сопряжения с телефонной сетью общего пользования и местными телефонными сетями.
При этом для каждого из перечисленных режимов работы возможна организация нескольких вариантов схем установления соединения и передачи информации.
В варианте обеспечения связи между абонентом, находящимся на центральном пункте или в офисе, и удаленными абонентами, подключенными к предлагаемой мобильной станции наземной подвижной службы, предусматривается организация тракта передачи информации по следующей схеме.
Для абонента центрального пункта, являющегося абонентом сети спутниковой связи, тракт с его рабочего места до удаленного абонента проходит через наземную (центральную) станцию спутниковой связи на спутниковый ретранслятор и далее по радиоинтерфейсу передается на станцию 1 спутниковой связи, размещенную в мобильном узле спутниковой связи. При этом по каналу станции спутниковой связи между абонентом центрального пункта и абонентом мобильного узла может быть организован обмен речевой и документальной информацией, передача данных и электронной корреспонденции.
Двухсторонний речевой и документальный обмен информацией на стоянке по каналу станции 1 спутниковой связи осуществляется с портативного компьютера 11 АРМО 10. При этом в групповом потоке могут одновременно передаваться речевые и факсимильные сообщения, компьютерные данные и данные о координатах подвижных объектов.
Обмен речевой информацией по каналу станции 1 спутниковой связи осуществляется по тракту, включающему входы-выходы портативного компьютера 11, блока 9 коммутации и аппаратуры 6 каналообразования станции 1 спутниковой связи. При этом оператор с помощью портативного компьютера 11 подключается к каналу и осуществляет двухсторонний обмен речевыми сообщениями по каналу станции 1 спутниковой связи. Аналоговый сигнал от оператора поступает на вход портативного компьютера 11, в котором происходит преобразование речевого сообщения в пакетированные данные и передача их через блок 9 коммутации на вход телефонного канала аппаратуры 6 каналообразования станции 1 спутниковой связи. С выхода аппаратуры 6 каналообразования пакетированные данные через блок 5 формирования помехоустойчивых сигналов поступают на вход приемопередатчика 4. В приемопередатчике 4 модулятор совместно с преобразователем частоты передачи осуществляют преобразование пакетированных данных в высокочастотные радиосигналы, которые усиливаются усилителем мощности до необходимого уровня и через устройство 3 разделения трактов приема и передачи поступают на вход антенной системы 2, которая излучает их в эфир.
В рассматриваемой сети связи каждая абонентская станция, в том числе и станция 1 спутниковой связи, осуществляет постоянный прием общего канала сигнализации (ОКС) на частоте, жестко закрепленной за данной спутниковой сетью. При приеме сигнального сообщения, относящегося к данной абонентской станции и определяемого по идентификационному номеру (закрепляемому индивидуально за каждой станцией), блок управления 7 станции 1 спутниковой связи производит расшифровку сообщения и вырабатывает команды в соответствии с алгоритмом работы системы.
Сигнал вызова или информационный сигнал от станции 1 спутниковой связи через спутник-ретранслятор на противоположной стороне поступает на станцию 1 спутниковой связи той зоны, в которой находится вызываемый абонент. Поскольку в банке данных станции спутниковой связи хранится информация о зоне, в которой расположена вызываемая абонентская станция, то станция спутниковой связи на противоположной стороне организует прохождение вызывного или информационного сигнала к соответствующему абоненту напрямую или по наземным каналам связи через соответствующие автоматические телефонные станции.
При этом в станции 1 производятся традиционные для спутниковой связи функции: преобразование сообщений с целью помехоустойчивого кодирования-декодирования, модуляция-демодуляция, формирование и обработка, уплотнение и разделение передаваемых радиосигналов, перестройка рабочих частот, переключение режимов прием-передача и номиналов скоростей передачи сигналов, а также осуществляются, в частности, процедуры, связанные с обеспечением доступа к каналам и ресурсам станции спутниковой связи, организация передачи битового потока, объединяемого в кадры, блоки, байты и пакеты, синхронизация и организация обмена данными с оконечным оборудованием пользователя, преобразование кодов (последовательных в параллельные и наоборот), контроль за состоянием канала и другие операции. Каждый пакет содержит код выбора маршрута. Узел, принимающий пакет данных, проверяет код выбора маршрута с целью определения возможности использования указанного узла в качестве терминального узла для этого пакета [3].
Принятая информация поступает на аппаратуру 6 каналообразования станции 1 спутниковой связи, где происходит синхронизация потоков информации, преобразование протоколов сигнализации, формирование общего канала сигнализации, определение сдвига фазы сигнала, объединение потоков и общего канала сигнализации в единый поток скоростью 64 кбит/с.В системном интерфейсе станции 1 осуществляется преобразование цифрового потока информации, поступающего с аппаратуры 6 каналообразования, в ГОСТируемый стык G703.
Передача документальной информации по каналу станции 1 спутниковой связи осуществляется также с помощью портативного компьютера 11 АРМО 10 и малогабаритного принтера 12.
При подключении портативного компьютера 11 к каналу станции 1 спутниковой связи и передачи по нему информации может быть получена скорость обмена файлами практически в реальном масштабе времени. При этом обеспечивается передача за одну секунду примерно половины страницы текста. При использовании электронной почты в станции обеспечивается также режим с запоминанием, суть которого заключается в том, что поступившая информация запоминается портативным компьютером 11 и доставляется корреспонденту в заранее определенное время суток.
Двухсторонний обмен данными путем передачи и приема электронной почты и факсимильных сообщений на стоянке и в движении по каналу станции 15 спутниковой навигации со скоростью группового потока до 600 бит/с осуществляется с использованием мобильного терминала данных 18. При этом оператор станции на мобильном терминале 18 набирает сообщение, которое, после установления связи с помощью станции 15 спутниковой навигации по известному принципу, передается на вход канала приемопередатчика 16. В приемопередатчике набранное сообщение преобразуется в радиосигналы и через антенну 17 излучается в эфир.
Ультракоротковолновая радиосвязь с подвижными абонентами в транкинговом режиме в зоне обслуживания сети организуется с помощью УКВ радиостанции 34 с антенной путем выхода ее в сеть подвижной радиосвязи по известным принципам и алгоритмам.
С помощью указанной радиостанции обеспечивается также связь в движении при перемещении мобильной станции наземной подвижной службы. При этом осуществляется выход в сеть подвижной радиосвязи и ведение связи с адресным вызовом корреспондентов в сети.
Ведение телефонной связи по составному тракту от абонента местной сети к абоненту, находящемуся на центральном пункте или в офисе, осуществляется следующим образом. Абонент местной сети подвижной радиосвязи через свою станцию путем набора номера вызываемого абонента выходит по эфиру на УКВ радиостанцию 34, которая принимает вызов и транслирует его на станцию 1 спутниковой связи. При этом вызывной сигнал с выхода канала УКВ радиостанции 34 через блок 9 коммутации, аппаратуру 6 каналообразования и блок 5 формирования помехоустойчивых сигналов поступает в тракт промежуточной частоты приемопередатчика 4, где происходит преобразование поступившего сигнала в высокочастотный сигнал, который, после усиления усилителем мощности приемопередатчика 4 станции 1 спутниковой связи, передается через устройство 3 разделения трактов приема и передачи на антенную 2 систему и излучается ею в эфир. По эфиру вызывной сигнал поступает на спутник-ретранслятор, который по номеру абонента определяет вызываемую наземную станцию спутниковой связи и транслирует ей принятый сигнал вызова абоненту.
На противоположной стороне принятый наземной станцией спутниковой связи сигнал вызова передается по наземной сети связи вызываемому абоненту. Далее связь осуществляется по обычному для сети телефонной связи алгоритму.
Управление техническими средствами мобильной станции наземной подвижной службы и контроль за их состоянием, а также за состоянием организуемых направлений связи осуществляется оператором с помощью портативного компьютера 11 АРМО 10. При этом информация о состоянии станции 1 спутниковой связи, станции 15 спутниковой навигации, аппаратуры 31 проводной связи, УКВ радиостанции 34 через блок 8 коммутации постоянно подается (на схеме не показано) на вход портативного компьютера 11, в котором принятая информация после обработки запоминается и периодически высвечивается на дисплее компьютера 11. В случае поступления на компьютер 11 данных об аварийном состоянии любого из контролируемых средств мобильной станции автоматически включается аварийная сигнализация для привлечения внимания оператора.
Техническая эффективность предлагаемой мобильной станции наземной подвижной службы заключается в повышении устойчивости работы информационных направлений спутниковой связи и качества обеспечиваемых связей, улучшении ЭМС системы и помехоустойчивости радиолинии, а также в обеспечении наглядности представления информации на АРМО и совместной работы между собой абонентов различных сетей подвижной связи, создаваемых разнородными средствами связи.
Повышение качества обеспечиваемых связей достигается путем улучшения настройки антенной системы станции спутниковой связи на основе получения достоверных данных о курсе и местонахождении мобильной станции и обеспечения возможности автоматической корректировки данных в реальном масштабе времени.
Предлагаемая мобильная станция наземной подвижной службы прошла опытную проверку и показала высокое качество работы во всех ее режимах. При этом получены технические характеристики по устойчивости работы направлений спутниковой связи и качеству обеспечиваемых связей, превышающие аналогичные показатели прототипа.
Источники информации
1. Патент RU №2133555, кл. Н04В 7/185, 1999.
2. Комплекс технических средств подвижной радиосвязи Р-169. ОАО «Рязанский радиозавод».
3. Спутниковая связь и вещание: Справочник. - 3-е изд. перераб. и доп. / В.А.Бартенев, Г.В.Болотов, В.Л.Быков и др.; Под ред. Л.Я.Кантора. - М.: Радио и связь, 1997.
4. Патент RU РФ №2293442, кл. Н04В 7/26, 2007 (прототип).
5. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1988, с.405-411.
6. Военные системы коммутации и телефония. Б.А.Гордиенко, В.Н.Филиппов, Л.П.Щербина. / Под ред. Б.А.Гордиенко. - Л.: ВАС, 1984.
7. Псарев А.А., Коваленко А.Н. Топографическая подготовка командира. - М.: Воениздат, 1989.