СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОРОТКОВОЛНОВОЙ СВЯЗЬЮ
SHORTWAVE COMMUNICATION AUTOMATIC CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области дальней коротковолновой радиосвязи, использующей радиоволны, отраженные от ионосферы. Оно может быть использовано для создания высоконадежной автоматической системы связи непрерывного действия.
2
2
МПЧ
2
МПЧ
1
МПЧ
Коротковолновая радиосвязь использует верхние ионизированные слои атмосферы, которые под действием излучения Солнца систематически изменяют свое состояние. Для обеспечения устойчивой радиосвязи необходимо знать предельно высокую частоту, называемую максимально применимой (МПЧ), при которой обеспечивается работа радиолинии. Поскольку слой F, от которого в основном происходит отражение радиоволн, наиболее часто подвержен ионосферным возмущениям, при сеансе радиосвязи могут изменяться значения МПЧ. Если значение рабочей частоты радиолинии было достаточно близко к МПЧ, то снижение электронной плотности слоя F может привести к прекращению связи. Для возобновления связи необходимо перейти к более низкой рабочей частоте. Статистическая обработка результатов наблюдений показала, что при спокойном состоянии ионосферы связь в течение 90% времени можно обеспечить на частотах f≤0,85f  для слоя F и f≤0,95f  для слоя F. Эту частоту, при которой обеспечивается связь по условиям отражения в течение 90% времени за месяц, называют оптимальной рабочей частотой (ОРЧ). Ее точное определение для разных географических широт и часов суток ведется по данным о флуктуациях f  при активном зондировании ионосферы или специальным номограммам месячного прогноза распространения радиоволн (Головин О.В., Простов С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. С. 10). Таким образом, радиолинии могут работать на любой частоте, меньшей или равной ОРЧ. При этом практически все радиостанции определенной географический широты стремятся работать на частотах, близких к определяемой ОРЧ, что существенным образом ухудшает электромагнитную совместимость КВ радиосредств. Применение режимов активного зондирования для определения оптимальной рабочей частоты радиосредств также ухудшает их электромагнитную совместимость. С понижением частоты при неизменной мощности излучения мощность сигнала на входе приемника уменьшается из-за увеличения поглощения (в освещенное время суток), возрастает уровень атмосферных помех и увеличивается число лучей в точке приема. Следовательно, для повышения устойчивости ионосферной КВ радиосвязи необходимо с большей точностью в реальном масштабе времени определять значение ОРЧ (ближе к МПЧ). Предлагаемая система автоматического управления коротковолновой связью позволяет повысить погрешность в определении значения МПЧ с 15% до 5% в пассивном режиме работы в реальном масштабе времени, что обеспечит большую надежность КВ радиосвязи.
Проблема автоматизации управления КВ радиосвязью, автоматического выбора частот, пригодных для связи в данном диапазоне, известна (например, патенты США №4555806 U.S.C1, 455/62 от 11/85 г. и РФ №2154910 R.U.C2., кл. Н04В 17/00 от 01/2000 г.). Существуют публикации в отечественной и зарубежной литературе, где данная проблема раскрыта достаточно квалифицированно, например: О.В. Головин, С.П. Простов, Системы и устройства коротковолновой радиосвязи. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. С. 7-27 и 192-199; реклама фирмы BARRY RESEARCH, февраль 1973 г., выпуск 2, автор Роберт Фенвик «Зонды для наклонного частотно-модулированного зондирования, испытательная аппаратура KB связи», и несколько патентов по зондированию ионосферы. В указанных источниках проблема повышения надежности канала КВ связи решается за счет повышения помехоустойчивости различными методами или с использованием собственного или дополнительного ресурса по активному зондированию ионосферы для учета динамики ее состояния. Первое направление является односторонним, а второе способствует ухудшению и без того сложной электромагнитной обстановки для работы радиосредств КВ диапазона. В предлагаемой заявке эта проблема решается учетом динамики состояния ионосферы с использованием пассивных методов анализа при возможности реализации различных методов повышения помехоустойчивости радиолинии КВ связи.
Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой системе является система автоматического управления коротковолновой связью (Патент RU №2564993 С1., кл. Н04В 17/00, 01/2015). Она содержит программно-управляемые передатчики и приемники канальных радиостанций по числу каналов на станции, а каждая система управления - ЭВМ с программой управления, измеритель амплитуды тестирующих сигналов, связанный двухсторонними связями с программно-управляемым приемником и с ЭВМ с программой управления, устройство адаптации канальных радиостанций, устройство прогнозирования отказов радиоканалов, связанное с ЭВМ с программой управления и с устройством формирования и передачи команды корреспонденту на упреждающую смену частоты, которое в свою очередь имеет соединение с программно-управляемым передатчиком, а также содержит устройство приема и декодирования команды на упреждающую смену частоты, соединенное с ЭВМ с программой управления, программно-управляемый приемник, соединенный с измерителем уровня помех и подключенный к ЭВМ и устройству прогнозирования отказов радиоканала, терминал, связанный двухсторонними связями с ЭВМ, устройство расчета характеристик распространения радиоволн, связанное двухсторонними связями с ЭВМ с программой управления, генератор тактовых импульсов, синхровход которого подключен к выходу приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной, а первый выход соединен с ЭВМ с программой управления, второй выход - с соответствующим входом устройства формирования и передачи команды корреспонденту на упреждающую смену рабочей частоты, синтезатор, соединенный с программно-управляемым передатчиком и двухсторонними связями с ЭВМ, при этом системы управления, подключенные к ведущим канальным станциям, соединены между собой каналами наземной сети передачи данных.
К недостаткам системы-прототипа следует отнести:
- плохая электромагнитная совместимость средств КВ радиосвязи из-за наличия режима синхронного сканирования программно-управляемых передатчиков и приемников канальных радиостанций в достаточно широком диапазоне в 25% относительно определяемого значения вероятностно-оптимальной рабочей частоты (ВОЧ) с излучением тестирующих сигналов для определения среднего уровня помех на каждой из сканируемых частот, что приводит к увеличению уровня межстанционных помех;
- низкая точность определения МПЧ и ОРЧ, так как устройство расчетов и адаптации канальных радиостанций к динамике ионосферы и к радиопомехам не является действительно адаптивным к реальному состоянию ионосферы, вследствие того, что состояние ионосферы оценивается с учетом статичного значения коэффициента солнечной активности (число Вольфа), вводимого в ЭВМ; его коррекция возможна только при использовании каналов наземной сети передачи данных о его реальном значении от станций частотно-диспетчерской службы;
- в системе приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем имеет ограниченное функциональное назначение только в качестве источника московского декретного времени для организации синхронной перестройки программно-управляемых передатчиков и приемников канальных радиостанций и не имеет резервирования.
Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей системы связи за счет отсутствия постоянно действующих каналов адаптации и управления с выделенными для них радиостанциями (каналов активного зондирования предполагаемых рабочих частот возле определяемой вероятностно-оптимальной частоты с использованием тестирующих сигналов), расширение частотного диапазона определяемых рабочих частот для средств КВ радиосвязи за счет учета в реальном масштабе времени динамики состояния ионосферы при применении двухчастотного приема сигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS для определения значения максимально применимой частоты (МПЧ) с высокой точностью в пассивном режиме, повышение надежности функционирования системы за счет применения модуля реального времени в качестве резерва на случай отказа системы ГЛОНАСС/GPS.
Указанный технический результат достигается тем, что система автоматического управления коротковолновой радиосвязью, содержащая программно-управляемые передатчики и программно-управляемые приемники канальных радиостанций, измеритель амплитуды тестирующих сигналов, связанный двухсторонними связями с программно-управляемым приемником и с устройством определения вероятностно-оптимальной частоты (ВОЧ), измерителем помех, соединенным с устройством определения ВОЧ, устройство прогнозирования отказов радиоканалов, связанное двухсторонней связью с устройством определения ВОЧ, с измерителем помех и с устройством формирования команды корреспонденту на упреждающую смену частоты, которое, в свою очередь, имеет соединение через устройство адаптации с модемом с программно-управляемым передатчиком, устройство приема и декодирования команды на упреждающую смену частоты, связанное с программно-управляемым приемником и с устройством определения ВОЧ, терминал, соединенный двухсторонней связью с устройством расчета МПЧ (ОРЧ) и с устройством определения ВОЧ, первый приемник радиосигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS, соединенный с устройством расчета МПЧ (ОРЧ) и с устройством определения ВОЧ, согласно изобретению содержит второй приемник радиосигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS, блок обработки двухчастотного сигнала приемников радиосигналов ГЛОНАСС/GPS, выход которого соединен с входом устройства расчета МПЧ (ОРЧ), при этом выход с первого приемника радиосигналов соединен с первым входом, а выход второго приемника радиосигналов ГЛОНАСС/GPS с вторым входом, модуль реального времени, выход которого соединен с входом устройства расчета МПЧ (ОРЧ) и с устройством определения ВОЧ.
Сущность изобретения заключается в том, что повышение устойчивости КВ радиосвязи достигается определением параметров ионосферы в реальном масштабе времени в пассивном режиме с применением двухчастотного приема радиосигналов глобальных спутниковых навигационных систем, а также в обеспечении устойчивости функционирования системы управления КВ связью и при отсутствии радиосигналов глобальных спутниковых навигационных систем.
Обеспечение электромагнитной совместимости средств КВ радиосвязи и средств ионосферного обеспечения и снижение уровня станционных помех достигается за счет отказа от активного зондирования ионосферы (как отдельно выделенными канальными радиостанциями, так и станциями частотно-диспетчерской службы) и переход к пассивному режиму определения параметров ионосферы в реальном времени с применением двухчастотногприема радиосигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS с блоком обработки. Тестовые сигналы применяются только на назначаемой рабочей частоте (ВОЧ) для организации радиоканала в режиме автоматического установления двухсторонней связи с адаптацией к динамике ионосферы.
Повышение устойчивости КВ радиосвязи достигается реализацией в режиме адаптации к помеховой обстановке прогнозированием времени наступления постепенного отказа связи и заблаговременно, еще до возникновения отказа, с привязкой к точному всемирному времени перестройки средств связи обоих корреспондентов на новые оптимальные рабочие частоты. Увеличение времени работы на выбранной ВОЧ до возникновения отказа обеспечивается повышением точности определения МПЧ до (5-10)% в реальном масштабе времени, что, в свою очередь, снижает на входе приемника в канале связи уровень атмосферных помех и уровень замираний входного сигнала, обусловленных многолучевостью распространения радиоволн. Наличие модуля реального времени обеспечит работоспособность системы автоматического управления КВ связью и при отсутствии сигналов от спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS.
Повышение мобильности средств радиосвязи КВ диапазона с предлагаемой системой автоматического управления достигается отказом от привязки к сетям передачи данных и заменой применяемой ЭВМ микроконтроллерами.
Достигаемый технический результат поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема взаимодействия объектов системы управления и ее связь с канальной аппаратурой нескольких корреспондентов, где обозначено: 1 - ведущие (или которые могут быть назначены ведущими) канальные станции в количестве k штук, 2 - ведомые канальные станции в количестве В штук, 3 - система управления при ведущих канальных станциях, 4 - система управления при ведомых канальных станциях, 5 - каналы сети передачи данных, 6 - каналы двухсторонней связи, построенные, например, по принципу «каждый с каждым» (при наличии между ними каналов с соответствующими характеристиками).
На фиг. 2 представлена схема ведущей (или ведомой, так как по структуре они одинаковые и отличаются наличием команды управления на роль «ведущей» в процессе автоматического установления двухсторонней связи) канальной станции с соответствующей системой автоматического управления КВ связью, в состав которых входят программно-управляемые передатчики 8 и программно-управляемые приемники 9 канальных радиостанций по числу каналов на станции. В состав каждой системы управления входят устройство расчета МПЧ (ОРЧ) 18 и устройство определения ВОЧ 10, измеритель амплитуды тестирующих сигналов 11, устройством адаптации 12 канальных радиостанций, устройство прогнозирования отказов радиоканалов 13, устройство 14 формирования команды корреспонденту на упреждающую смену частоты, устройство приема и декодирования команды на упреждающую смену частоты 15, измеритель уровня помех 16, терминал 17, два разночастотных приемника сигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS 20 и 21 с блоком обработки 19, связанные с устройством расчета МПЧ (ОРЧ) 18 и устройством определения ВОЧ 10, модуль реального времени 22, связанный с устройством расчета МПЧ (ОРЧ) 18 и устройством определения ВОЧ 10. Антенны радиостанций 7 и приемников 16, 20, 21 на фиг. 2 не указаны.
В схеме вновь введены: приемник сигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS 21, блок обработки разночастотных сигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS 19, модуль реального времени 22.
и1
и2
и3
На фиг. 3 в координатах времени и частоты (t, f) представлена временная диаграмма работы радиоканала (фиг. 3, б) с прогнозом времени возникновения постепенных отказов и упреждающей сменой рабочей частоты в моменты времени, жестко привязанные к меткам точного всемирного времени (фиг. 3, а), структура кадра передаваемой информации в режиме вхождения в связь. Временные интервалы Т, Т, Т - временя работы управляемой станции КВ связи на определяемой частоте.
Работа системы автоматического управления КВ связью заключается в следующем. В системе с помощью соответствующих устройств решаются задача организации КВ радиоканала при определении в реальном масштабе времени значения МПЧ из расчета характеристик распространения радиоволн в зависимости от координат точек передачи и приема, где находятся ведущая и ведомая канальные радиостанции, московского декретного времени, месяца года и основных ионосферных параметров (полного электронного содержания, высотного профиля электронной концентрации, критической частоты и высоты ионосферного слоя F2) по результатам двухчастотного приема и обработки радиосигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS и задача ведения KB радиосвязи с учетом прогнозирования времени возникновения «постепенного» отказа радиоканала (отказа, возникающего из-за постепенного (в течение нескольких минут) изменения состояния ионосферы). После расчета и оценки всех указанных характеристик будет возможно заблаговременно, еще до возникновения отказа, в пока еще действующем канале связи передать в служебной адресной части (САЧ) (фиг. 3, в) команду управления с жесткой привязкой к единому точному системному времени, известному всем абонентам системы и формируемому у каждого абонента с помощью двух приемников радиосигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS, о времени упреждающей смены частот, например, привязанного к метке всемирного точного времени (фиг. 3, а), а по наступлении этого срока, синхронно, по команде устройства определения ВОЧ с помощью соответствующей программы управления обоим абонентам одновременно перейти на новую частоту.
Система имеет два режима: режим автоматического установления двухсторонней связи с адаптацией к динамике ионосферы и режим адаптации к помеховой обстановке.
МПЧ
2
Перед началом работы в устройство расчета МПЧ 18 с приемника 20 глобальных навигационных спутниковых систем вводятся: метки точного системного времени, координаты точек передачи (ведущей канальной радиостанции), московское декретное время, месяц года; в устройство 18 с терминала 17 заносят координаты точек приема, где находится ведомая канальная радиостанция. Значения коэффициента солнечной активности заранее вносят в устройство расчета МПЧ 18 в виде массива данных. На основе введенных данных устройство расчета МПЧ 18 определяет значение МПЧ и назначает значение оптимальной рабочей частоты (ОРЧ) f≤0,85f  для слоя F. Значение МПЧ, определяемое блоком обработки 19 на основе двухчастотного приема с использованием приемников глобальных навигационных спутниковых систем 20 и 21 с периодичностью один раз за 1 минуту, является корректирующим для расчетного значения МПЧ (и соответственно ОРЧ) в устройстве 18 с учетом реального состояния ионосферы. Уточненное значение ОРЧ позволяет назначить номинальные значения вероятностно-оптимальных частот (ВОЧ) конкретной системы связи устройством определения ВОЧ 10, на которых программно-управляемый приемник 9 осуществляет сбор информации об уровнях помех путем непрерывного сканирования по этим частотам.
При отсутствии сигналов с приемников 20 и 21 глобальных навигационных спутниковых систем метки точного системного времени и московское декретное время вводятся в устройство расчета МПЧ 18 с модуля реального времени 22, координаты точек передачи (ведущей канальной радиостанции) и месяц года в устройство 18 вводятся с терминала 17.
1
2
К
1
2
К
Режим автоматического установления двухсторонней связи с адаптацией к динамике ионосферы в системе (фиг. 1 и фиг. 2) реализуется следующим образом. В системе управления 3 (или 3-3) при ведущей канальной станции 1 (или 1-1) непрерывно в каждом сообщении передатчик 8 по программе, известной всем абонентам системы, в выделенном отрезке времени (фиг. 3, в) передает пакет тестирующих сигналов (сигналов вызова) на одной из частот, выделенных конкретной системе связи. На приемной стороне программно-управляемый приемник 9 перестраивается по программе с устройства определения ВОЧ 10 для приема тестирующих сигналов с САЧ от ведущей системы управления в точно заданном интервале времени. В процессе приема результаты анализа амплитуды сигналов, его величину, номинальное значение тестирующей частоты с привязкой к точному системному времени записывают в память устройства определения ВОЧ 10 и рассчитывают на текущее время отношение сигнал/помеха. Аналогично анализируются параметры обратного канала - с ведомой на ведущую канальную станции. Устройство определения ВОЧ 10 ведомой системы управления, используя данные анализа тестирующих и информационных сигналов от ведущей системы управления, занесенные в ее память, в устройстве 14 формирует ответный тестирующий сигнал для ведущей системы управления, содержащий, кроме стандартных данных, и сведения о значении приемной ВОЧ канальной радиостанции ведомой системы управления. Затем передатчики 8 ведомой системы управления передают этот сигнал на той же тестирующей частоте и настраивает канальный приемник 9 на эту ВОЧ, сигнализируя на терминал 17 о готовности к приему. Приемник 9 ведущей системы управления, синхронно принимая радиосигналы тестирующей частоты от ведомой системы управления, устройством 15 декодирует сообщение, из которого в устройстве определения ВОЧ 10 определяется значение ВОЧ, переданное от ведомой системы управления, а измерительным устройством 11 уровень принятого тестирующего сигнала направляется в устройство определения ВОЧ 10, где выполняются расчеты dF=Д-А и выбирается приемная ВОЧ для каждой канальной радиостанции ведущей системы управления методом, изложенным выше. Выполнив указанные действия, ведущая система управления сигнализирует о готовности к двухсторонней связи на терминале 17 и при начале сеанса радиосвязи включает канальную радиостанцию на излучение.
В устройстве 10, используя данные об амплитудах тестирующих и информационных сигналов, характеристики распространения радиоволн в направлении удаленного абонента, рассчитанные с учетом коррекции значения МПЧ в реальном масштабе времени от двухчастотного приема сигналов глобальных навигационных спутниковых систем в 20 и 21, рассчитывают полосу рабочих частот для конкретной радиотрассы, пригодных для связи по условиям распространения радиоволн на время до следующего цикла тестирования всех частот, выделенных для связи. Эту полосу частот dF рассчитывают из выражения:
dF = Д - А,
где Д - верхняя граница полосы (фактическая, определяемая по расчетам граница максимально применимой частоты (МПЧ) на конкретное время тестирования или блоком обработки 19 на выходе приемника 20 глобальных навигационных спутниковых систем);
А - нижняя граница полосы (фактическая, определенная расчетами граница наименьшей применимой частоты (НПЧ) на конкретное время тестирования).
При этом с учетом коррекции значения МПЧ в реальном масштабе времени от двухчастотного приема сигналов глобальных навигационных спутниковых систем в 20 и 21 должны выполняться соотношения:
ВОЧ
ВОЧ
Д = 1,2f ; А = 0,87f .
При отсутствии коррекции значения МПЧ в реальном масштабе времени от двухчастотного приема сигналов глобальных навигационных спутниковых систем в 20 и 21 должны выполняться соотношения (патент РФ №2154910 R.U.C2., кл. Н04В 17/00 от 01/2000 г.):
ВОЧ
ВОЧ
Д = 1,12f ; А = 0,87f ,
ВОЧ
где f  - частота, одна из группы тестируемых частот устройствами 11 и 16, максимально близкая к определяемому значению ОРЧ, принятая в последний цикл тестирования, на которой по результатам измерения величины амплитуды тестирующих и информационных сигналов выполняются заданные требования по достоверности и один из приоритетов:
приоритет 1 - значение амплитуды тестирующих и информационных сигналов максимально, а в их тенденции наблюдается увеличение;
ВОЧ
приоритет 2 - если в последнем цикле тестирования в значении величины амплитуды тестирующих и информационных сигналов наметилась тенденция к уменьшению в качестве частоты ориентира f  выбирают на следующий период времени ту из тестирующих частот, на которой устройством 16 определяется наименьший уровень шума.
Если не на одной из заданных частот не выполняются эти требования, то устройством 10 выбирается частота с наименьшим уровнем шума и эти сведения с данными о новой уменьшенной скорости передачи информации передаются на приемную сторону в сообщении САЧ (фиг. 3, в). Эта процедура характеризует процесс адаптации по скорости.
По условиям отражения радиоволн от ионосферы при организации радиосвязи можно работать на любой частоте, меньшей или равной ОРЧ. Однако с понижением частоты при неизменной мощности излучения мощность сигнала на входе приемника уменьшается из-за увеличения поглощения (в освещенное время суток), возрастает уровень атмосферных помех и увеличивается число лучей в точке приема (Головин О.В., Простое С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. С. 11). Следовательно, для повышения устойчивости ионосферной КВ радиосвязи необходимо с большей точностью в реальном масштабе времени определять значение ОРЧ (ближе к МПЧ).
В силу значительной изменчивости ионосферы во времени и по пространству долгосрочное прогнозирование МПЧ, основанное на использовании глобальных моделей ионосферы, имеет достаточно низкую достоверность. Единственным путем точного определения МПЧ является оперативный (в реальном масштабе времени) контроль ионосферы.
Оперативный контроль ионосферы может осуществляться различными методами и соответствующим этим методам техническими средствами: с помощью вертикального, возвратно-наклонного и трассового зондирования, с помощью передачи контрольно-маркерных сигналов и т.д. Необходимо отметить, все существующие в настоящее время наземные технические средства ионосферного контроля являются активными (т.е. излучающими радиосигналы) средствами, как следствие, возникает задача обеспечения электромагнитной совместимости средств КВ радиосвязи и средств ионосферного обеспечения. Кроме того, данные средства ионосферного обеспечения имеют ограниченные по пространству зоны контроля ионосферы и обладают значительными массо-габаритными характеристиками, прежде всего антенно-фидерных устройств.
Применение в предлагаемой системе управления КВ связью для коррекции значения МПЧ в реальном масштабе времени двухчастотного приема сигналов глобальных навигационных спутниковых систем приемниками 20 и 21 с малогабаритной антенной и блоком обработки 19 позволяет перейти к пассивному режиму контроля состояния ионосферы в различных азимутальных направлениях на удалении до 1000 км от места установки. При этом погрешность определения МПЧ для односкачковых радиолиний составляет (5-10)% (В.М. Смирнов, С.И. Тынянкин, Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления. Патент RU №2421753, 01/2014).
Определив полосу частот, оптимальных для связи по условиям распространения радиоволн в направлении абонента с учетом данных об уровне радиопомех на частотах, выделенных системе связи, и динамики состояния ионосферы, система управления переходит к назначению конкретных рабочих частот, квазиоптимальных по условиям распространения радиоволн и оптимальных по критерию сигнал/помеха или минимального уровня шума (помехи). В устройстве 10 в пределах полосы dF = Д - А из перечня разрешенных для данной системы связи частот назначают конкретную для данного времени ВОЧ и записывают ее в память устройства 10 системы управления со значением величины уровня амплитуды тестирующих и информационных сигналов, принятого и измеренного устройством 11. Используя величину амплитуды тестирующих и информационных сигналов на ВОЧ, записанную в ПЗУ в последний цикл адаптации, рассчитывают в устройстве 10 отношение сигнал/помеха. Если оно соответствует необходимому значению для заданного качества связи при данном виде модуляции, ВОЧ назначают для связи в конкретный радиоканал. Если эти условия не выполняются, в памяти устройства 10 находят другую частоту (другой массив) с необходимым отношением сигнал/помеха.
Установив двухстороннюю связь с одним из абонентов (фиг. 1), система управления может аналогичным образом установить связь и с другими.
1
М
иi
Далее система автоматического управления коротковолновой связью переключается в режим адаптации к помеховой обстановке. Данный режим работы соответствует функционированию системы-прототипа автоматического управления коротковолновой связью в режиме прогнозирования времени наступления постепенного отказа связи по критерию сигнал/помеха (фиг. 3, б) (Патент RU №2564993 С1, кл. Н04В 17/00, 01/2015). В этом режиме при двухсторонней связи в канальной аппаратуре 7-7, где М - число соответствующей канальной радиостанции, приемник 9 осуществляет измерения амплитуды тестирующих (информационных) сигналов на ВОЧ абонента с целью прогнозирования времени наступления отказа в канале и циклично, с заданным периодом, например, в 5 минут, выполняет подряд, например, 8-10 замеров. С целью повышения точности измерения уровня принимаемого сигнала, в условиях быстрых замираний, эти замеры усредняют в устройстве 10 и заносят в его память. На усредненный момент цикла замеров величина амплитуды тестового и информационного сигнала в устройстве 13 сравнивается с величиной уровня помех на этот же момент, занесенный в память устройства 10 за анализируемый период, и выполняется расчет отношения сигнал/помеха. Если это соотношение больше заданного для данного вида модуляции, то устройство 13 с помощью устройства 10 выполняет экстраполяцию усредненной величины амплитуды тестового и информационного сигнала на период, например, 5 минут, и на каждый период вновь выполняет аналогичное сравнение. Если отношение сигнал/помеха на момент измерения будет меньше или равна заданному, то из памяти устройства 10 назначается новая ВОЧ с дальнейшим прогнозированием работы системы на ней. Момент выполнения прогнозируемого отношения сигнал/помеха, равного заданному порогу, считают моментом возникновения отказа в радиоканале. Устройство 14 с помощью устройства 10 рассчитывает время упреждающей смены частоты (интервал времени работы на данной частоте) T (фиг. 3, б) в радиоканале, формирует сигнал (посредством аппаратуры адаптации 12) о смене частоты с привязкой к метке точного системного времени и по действующему каналу связи (до возникновения прогнозируемого отказа в нем) передает абоненту сигнал, состоящий из сведений о номинале новой ВОЧ и точном времени ее смены. С наступлением заданного момента абоненты одновременно меняют частоты. Прогнозирование отказов в каждом из радиоканалов с канальными радиостанциями может выполняться также циклично с разнесением по времени циклов контроля амплитуды тестирующих и информационных сигнала от каждой из этих канальных станций.
Устройство определения ВОЧ 10 со своим вычислительным ресурсом в системе выполняет функции:
- формирование единой (системной) временной шкалы;
- проведение расчетов по данным устройств 11, 13, 14, 16, 18, 19, 22;
- управление режимами работы 8, 9, 16;
- прием вводимых с терминала 17 необходимых исходных данных и выдачу на терминал 17 информации для отображения;
- формирование структуры передаваемого сообщения (фиг. 3, в) совместно с устройством 12 с привязкой к точной единой системной шкале времени тестирующего сигнала сканируемой частоты, САЧ, информационного сообщения;
- адаптация по скорости (ее уменьшение) при величине отношения сигнал/помеха, равной заданной, и наметившейся тенденции к ее снижению, формирование соответствующей команды на приемную сторону, а также трансформация скоростей подачи в требуемый ряд, например, 75, 150, 300, 1200, 2400, 4800, 9600 бит/с.
Использование в системе цифровых программно-управляемых передатчиков 8 и программно-управляемых приемников 9 канальных радиостанций 7 позволяет проводить наращивание числа радиосредств, их модернизацию и введение новых режимов работы программными методами.
Узлы системы могут быть реализованы следующим образом. Узлы 1-17 общие с прототипом. Программно-управляемые передатчики 8 и программно-управляемые приемники 9 канальных радиостанций 7 могут быть выполнены по технологии SDR «программно-управляемое радио» (Головин О.В., Простов С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. С. 52-54). В узлах 8, 9, 16 все функции обработки сигнала, включая прием и формирование радиосигнала, помехоустойчивое кодирование и декодирование, построение фильтров основной селекции, управление выбором рабочих частот, скоростью передачи информационных сообщений выполняются программным путем. Это обеспечивает формирование любого канала связи в КВ диапазоне программным способом. В таком варианте построения узлов 8 и 9 приемные тракты и тракты формирования сигнала являются цифровыми и выполнены, например, на блоке цифровой обработки сигналов и цифровых приемовозбудителей Б-70, широко используемого в современных комплексах связи. Устройство определения ВОЧ 10 и устройство расчета МПЧ (ОРЧ) могут быть реализованы, например, на 32-хразрядных микроконтроллерах STM32F373VCT6 каждый со своим ПЗУ.
Приемники 20 и 21 радиосигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS, функционирующие на разной частоте, с блоком обработки 19 могут быть реализованы в виде единого двухчастотного приемника радиосигналов спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС/GPS с блоком обработки, который разработан и апробирован как аппаратно-программный комплекс мониторинга состояния ионосферы в режиме реального времени (В.М. Смирнов, Е.В. Смирнова, С.И. Тынянкин, В.Н. Скобелкин, А.П. Мальковский. Аппаратно-программный комплекс для мониторинга состояния ионосферы в режиме реального времени // Технологии и результаты зондирования ионосферы и распространения радиоволн. Гелиогеофизические исследования. 2013. Выпуск 4. С. 32-38.).
Модуль реального времени 22 может быть выполнен на микроконтроллере с автономным источником питания и программно.
Изобретение может быть использовано для создания автоматизированной системы дальней связи KB диапазона со стационарными и подвижными абонентами с использованием радиоканалов высокой надежности, автоматически адаптирующихся как к сложной помеховой обстановке, так и к сложнейшим динамическим процессам в ионосфере Земли в режиме реального времени.