ЦЕНТРАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
RADIO COMMUNICATION SYSTEM CENTRAL STATION WITH MOBILE OBJECTS

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для организации цифровой связи в системах автоматизированного обмена данными в каналах «воздух-земля» и «земля-земля».
Известна система радиосвязи с подвижными объектами, содержащая в наземной приемопередающей станции приемник, демодулятор, дешифратор сообщений, буферный регистр адресов подвижных объектов, первый элемент И, дешифратор приоритетов сообщений, блок таймеров приоритетных сообщений, блок регистров приоритетных сообщений, коммутатор-распределитель сообщений, счетчик числа подвижных объектов, счетчик загрузки системы, генератор тактовых импульсов свободного доступа, формирователь временного окна, генератор тактовых импульсов адресного опроса, линию задержки, второй элемент И, ключ свободного доступа, блок выдачи данных как источник информации, ключ адресного опроса, буферный запоминающий блок, счетчик числа переспросов, генератор импульсов сброса, блок регистрации данных, модулятор и передатчик, модем наземной связи, датчик местоположения, преобразователь формата данных, пульт управления наземной приемопередающей станции [1].
К недостаткам данной системы следует отнести отсутствие возможности выполнения функций центральной станции радиосвязи с подвижными объектами (ПО), находящимися за горизонтом, и работы с ПО, снабженными разнообразной бортовой аппаратурой передачи данных (АПД).
Известна центральная станция (ЦС) системы радиосвязи с подвижными объектами - воздушными судами (ВС), содержащая последовательно соединенные приемник линии передачи данных по каналу «воздух-земля» (ЛПД), демодулятор и блок дешифраторов адреса. В этих узлах осуществляется прием и предварительная обработка сигналов с ВС. При дальнейшей обработке используются генератор импульсов, n таймеров, счетчик загрузки системы, блок задания приоритетов, счетчик числа приоритетных сообщений, последовательно соединенные блок хранения сигнала передачи, блок регистрации данных, блок выдачи данных, n элементов И, n счетчиков импульсов, n ключей, блок управления, n первых, n вторых формирователей импульсов, третий, четвертый формирователи импульсов, первый, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, где n - число обрабатываемых сообщений с подвижных объектов. Сигнальный выход блока дешифраторов адреса соединен с входами ключей, выходы которых через четвертый элемент ИЛИ соединены с сигнальным входом блока управления, входы сравнения блока дешифратора адреса соединены с входом задания приоритетов, входами счетчиков импульсов и входами «Сброс». Выходы n линий задержки через соответствующие таймеры соединены с первыми входами соответствующих элементов И, выходы которых соединены с входами задержки соответствующих счетчиков импульсов. Выходы счетчиков импульсов через соответствующие вторые формирователи импульсов соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом «Сброс» счетчика подвижных объектов. Вход записи счетчика подвижных объектов соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого через соответствующий первый формирователь импульсов соединены с выходом сравнения блока дешифраторов адреса. Выход генератора импульсов соединен со вторыми входами n элементов И. Выход счетчика подвижных объектов соединен через третий элемент ИЛИ с входом счетчика загрузки системы, выход которого соединен с управляющим входом блока задания приоритетов и вторым входом блока управления. Первый выход блока управления через третий формирователь импульсов соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом четвертого формирователя импульсов. Вход четвертого формирователя импульсов соединен с выходом блока включения передатчика на передачу. Выходы блока задания приоритетов соединены с входами управления первых ключей. Блок обработки сообщений (БОС) соединен с группой из m модемов. Вход блока блокировки приема является высокочастотным входом станции, а выход подключен к входу приемника. Управляющий вход блока блокировки приема подключен к выходу блока формирования сигнала «Включение передачи». Первый вход/выход БОС через последовательно соединенные (m+2)-й и (m+1)-й модемы и блок адресной коммутации соединен с выходом блока управления. Выход блока адресной коммутации подключен к входу блока хранения сигналов передачи, m выходов БОС через m соответствующих модемов являются низкочастотными выходами станции. Начальная установка блоков задания приоритетов и управления, генератора тактовых импульсов БОС, счетчика загрузки системы осуществляется путем подачи на соответствующие входы сигнала «Сброс». В БОС блок преобразования форматов соединен двухсторонними связями с (m+2)-м модемом, маршрутизатором, блоком хранения адресной базы, блоком тарификации, блоком хранения сообщений, блоком отображения, пультом управления. Генератор тактовых импульсов подключен к синхровходам блока преобразования форматов, маршрутизатора, блока хранения адресной базы, блока тарификации, блока хранения сообщений, блока отображения, пульта управления. Блок хранения адресной базы соединен двухсторонними связями с маршрутизатором и блоком тарификации. Причем m входов/выходов маршрутизатора соединены с соответствующими m модемами [2]. В передатчике формируются радиосигналы на ВС с помощью данных формирователя сигнала включения передачи. Проводимые операции по демодуляции, дешифрации адреса, заданию приоритетов, задержке сигналов, счету, формированию, логической обработке, коммутации и генерации импульсов, счету числа подвижных объектов, приоритетных сообщений и загрузке системы, адресной коммутации, хранению сигнала передачи и адресов представляют собой функции, выполняемые известным блоком обработки канальных сигналов (БОКС) - (наземным процессором).
К недостаткам аналога следует отнести то, что он рассчитан на работу только в зоне прямой видимости, что сужает его зону обслуживания воздушных судов.
Наиболее близкой к заявляемому объекту является центральная станция (ЦС) системы радиосвязи с подвижными объектами - воздушными судами (ВС) [3], содержащая М канальных блоков. Сформированные на ВС сообщения последовательно во времени через последовательно соединенные антенну, высокочастотную развязку, блок блокировки приема поступают на приемник, затем преобразуются в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) в дискретные сигналы, фильтруются в первом цифровом фильтре для подавления паразитных составляющих в спектре принятого сигнала и в виде последовательности импульсов подаются в блок обработки канальных сигналов (БОКС) для обработки. При управлении с вычислителя по шине управления включается блокировка приемника, например при симплексном обмене данными в канале, или отключается, если приемник используется в режиме оценки целостности передаваемого сообщения (режимы VDB, VDL-4). Приемник наземной станции обеспечивает прием сигнала в линиях передачи данных «воздух-земля». Демодуляция, декодирование, оценка качества сигнала и передача полученных сообщений в блоке обработки сообщений (БОС) осуществляются с помощью узлов: АЦП, первого цифрового фильтра, БОКС, управляемого вычислителем. Такие процедуры осуществляются непрерывно при наличии радиосигнала в канале. Для повышения качества оценки типа сообщения число дискретных отсчетов устанавливают, например, порядка 8 в течение длительности самого короткого символа из всех каналов. В АЦП во время этих отсчетов измеряется амплитуда сигнала. Результат измерения отправляется по шине управления в вычислитель для анализа. С помощью узлов: АЦП, первого цифрового фильтра, БОКС, управляемого вычислителем, в соответствии с необходимыми для данной ЛПД процедурами сигнал с выхода приемника преобразуется в цифровой вид, который необходим для дальнейшей обработки в БОКС и затем в вычислителе. Все логические операции выполняются программно в вычислителе. Затем цифровая последовательность обрабатывается в БОКС с использованием управляющих сигналов с вычислителя. По характерным признакам, например по частоте следования импульсов в принятом сообщении, определяется тип бортового оборудования ЛПД ВС и выдается команда на подготовку к приему соответствующих данных. Далее в БОКС формируется строб, в течение которого начинают поступать счетные импульсы для обработки принятых сообщений. При совпадении поступающего в сообщении с ВС адреса и адреса, хранящегося во втором блоке хранения сообщений, увеличивается число подвижных объектов, записанных ранее, на единицу. Далее в БОКС формируется строб, в течение которого должны обрабатываться принятые сообщения. При наличии радиосигнала в канале определяется приоритет сообщения, необходимый, например, для изменения режимов функционирования БОКС и вычислителя.
В вычислителе постоянно определяется степень загрузки системы путем оценки числа обработанных сообщений за заданный интервал времени. Если загрузка отсутствует, то формируется команда о переходе приемника на сканирующий по частоте режим работы. Данные о числе принятых сообщений отображаются на экране блока отображения данных и при необходимости могут быть выведены на экран первого блока отображения данных в блоке обработки сообщений. Для координации работы всех узлов наземной станции используется шина управления вычислителя, которая подключена двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам приемника, передатчика, блока блокировки приема, первого и второго цифровых фильтров, аналогово-цифрового преобразователя, цифроаналогового преобразователя. Все операции выполняются с помощью вычислителя, реализованного, например, на ПЭВМ. Команда «Сброс» в наземной станции подается программно на БОКС с вычислителя, а в БОС - на генератор тактовых импульсов и блок преобразования форматов только в начале работы для установки в «Нуль» соответствующих блоков.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- прототип рассчитан на работу только в ОВЧ диапазоне (в зоне прямой (оптической) видимости), что сужает его зону обслуживания до (350-400) км при высоте полета ВС 10 км;
- отсутствует передача данных о параметрах обслуживаемого ВС следующего по маршруту движения центральной станции;
- при отсутствии перекрытия зон связи соседних центральных станций на определенных высотах (эшелонах) воздушные суда остаются определенное время без управления со стороны центральных станций.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение зоны обслуживания воздушных судов за границами прямой видимости за счет введения радиостанции дальней (загоризонтной) связи ВЧ диапазона, использования процедур передачи обслуживания с радиосредств ОВЧ диапазона на средства дальней связи ВЧ диапазона и в обратном порядке, обмена данными между соседними центральными станциями и главным центром обработки информации.
Указанный технический результат достигается тем, что в центральную станцию системы радиосвязи с подвижными объектами, содержащую блок обработки сообщений (БОС), группу из 2m модемов, основную и резервную наземные станции, каждая из которых содержит приемник, передатчик, (2m+1)-й модем, блок обработки канальных сигналов (БОКС), причем основная и резервная наземные станции подключены двухсторонними связями к БОС через (2m+2)-й и (2m+3)-й модемы соответственно, блок блокировки приема, выход которого подключен к входу приемника, первый вход/выход БОС последовательно соединен через (2m+2)-й с (2m+1)-м модемом, вычислители основной и резервной наземных станций соединены двухсторонними связями с соответствующими входами/выходами БОКС, входы/выходы вычислителей наземных станций через соответствующие модемы соединены с входами/выходами маршрутизатора, (2m+1)-го модема, второго пульта управления, второго блока отображения, второго блока хранения сообщений, аналогичного вычислителя, расположенного в резервной наземной станции, шина управления вычислителя двухсторонними связями подключена к соответствующим входам/выходам приемника, передатчика, блока блокировки приема, первого и второго цифровых фильтров, аналогово-цифрового преобразователя, цифроаналогового преобразователя, выход БОКС через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, второй цифровой фильтр, передатчик, высокочастотную развязку подключен к антенне, которая в свою очередь через последовательно соединенные высокочастотную развязку, блок блокировки приема, приемник, аналогово-цифровой преобразователь, первый цифровой фильтр подключена к входу БОКС, вход/выход блока преобразования форматов является входом/выходом станции для потребителей информации, 2m входов/выходов БОС через 2m соответствующих модемов являются низкочастотными входами/выходами станций, начальная установка генератора тактовых импульсов и блока преобразования форматов в БОС осуществляется путем подачи на соответствующие входы сигнала «Сброс», m - суммарное число сопрягаемых наземных станций в зоне, в БОС блок преобразования форматов соединен двухсторонними связями с маршрутизатором, блоком хранения адресной базы, блоком тарификации, первым блоком хранения сообщений, первым блоком отображения, первым пультом управления, генератор тактовых импульсов подключен к синхровходам блока преобразования форматов, маршрутизатора, блока хранения адресной базы, блока тарификации, первого блока хранения сообщений, первого блока отображения, первого пульта управления, блок хранения адресной базы соединен двухсторонними связями с маршрутизатором и блоком тарификации, 2m входов/выходов маршрутизатора соединены с соответствующими входами/выходами 2m модемов, введены второй вычислитель, подключенный двухсторонними связями к блоку преобразования форматов, радиостанции ВЧ диапазона, подключенные через (2m+4)-ю группу модемов к соответствующим входам/выходам маршрутизатора блока обработки сообщений, а вход/выход станции для потребителей информации через наземную сеть передачи данных с выходом на главный центр обработки информации подключен к соответствующим входам/выходам блоков обработки сообщений других центральных станций.
На чертеже приведена структурная схема центральной станции системы радиосвязи с подвижными объектами и введены обозначения:
1 - приемник;
2 - блок обработки сообщений (БОС);
3 - передатчик;
4 - группа из 2m модемов;
5 - (2m+1)-й модем;
6 - (2m+2)-й модем;
7 - блок блокировки приема;
8 - вход/выход на m наземных станций;
9 - блок обработки канальных сигналов;
10 - блок преобразования форматов;
11 - маршрутизатор;
12 - блок хранения адресной базы;
13 - блок тарификации;
14 - первый блок хранения сообщений;
15 - первый блок отображения;
16 - первый пульт управления;
17 - генератор тактовых импульсов;
18 - основная наземная станция;
19 - резервная наземная станция;
20 - (2m+3)-й модем;
21 - вычислитель;
22 - M канальных блоков;
23 - 2-й пульт управления;
24 - 2-й блок отображения;
25 - 2-й блок хранения сообщений;
26 - шина управления вычислителя;
27 - 1-й цифровой фильтр;
28 - 2-й цифровой фильтр;
29 - аналого-цифровой преобразователь;
30 - цифроаналоговый преобразователь;
31 - высокочастотная развязка;
32 - антенна;
33 - входы/выходы станции для потребителей информации;
34 - N радиостанций ВЧ диапазона с антеннами;
35 - (2m+4)-я группа из N модемов;
36 - наземная сеть передачи данных с выходом 37 на главный центр обработки информации;
38 - второй вычислитель.
Центральная станция системы радиосвязи с подвижными объектами, к которым относятся и воздушные суда, работает в двух режимах: ближней и дальней связи. Для обслуживания ПО в ближней зоне (в пределах прямой видимости) используется оборудование ОВЧ диапазона, а в дальней зоне - N радиостанций ВЧ диапазона с антеннами. Число N определяется количеством обслуживаемых ПО, заданных секторов связи и требуемой надежностью связи.
Работа предлагаемой центральной станции в ближней зоне не отличается от работы прототипа. В каждой наземной станции 18 (19) имеется M канальных блоков 22. Число каналов M в наземных станциях 18 и 19 определяется необходимостью одновременной работы с ВС в разных режимах и заданной интенсивностью движения в данной зоне обслуживания. Сформированные на ВС сообщения последовательно во времени через последовательно соединенные антенну 32, высокочастотную развязку 31, блок 7 блокировки приема поступают на приемник 1, затем преобразуются в АЦП 29 в дискретные сигналы, фильтруются в первом цифровом фильтре 27 для подавления паразитных составляющих в спектре принятого сигнала и в виде последовательности импульсов подаются в БОКС 9 для обработки. При управлении с вычислителя 21 по шине 26 управления блокировка приемника 1 может быть включена, например при симплексном обмене данными в канале, или отключена, если приемник используется в режиме оценки целостности передаваемого сообщения (режимы VDB, VDL-4). Приемник 1 наземной станции 18 (19) обеспечивает прием сигнала в линиях передачи данных «воздух-земля». Демодуляция, декодирование, оценка качества сигнала и передача полученных сообщений в БОС 2 осуществляются с помощью узлов: АЦП 29, первого цифрового 27 фильтра, БОКС 9, управляемого вычислителем 21. Такие процедуры осуществляются непрерывно при наличии радиосигнала в канале. Для повышения качества оценки типа сообщения число дискретных отсчетов устанавливают, например, порядка 8 в течение длительности самого короткого символа из всех каналов. В АЦП 29 во время этих отсчетов измеряется амплитуда принятого сигнала. Результат измерения отправляется по шине 26 управления в вычислитель 21 для анализа. С помощью узлов: АЦП 29, первого цифрового 27 фильтра, БОКС 9, управляемого вычислителем 21, в соответствии с необходимыми для данной ЛПД процедурами сигнал с выхода приемника 1 преобразуется в цифровой вид, который необходим для дальнейшей обработки в БОКС 9 и затем в вычислителе 21. Все логические операции выполняются программно в вычислителе 21. Затем цифровая последовательность обрабатывается в БОКС 9 с использованием управляющих сигналов с вычислителя 21. По характерным признакам, например по частоте следования импульсов в принятом сообщении, определяется тип бортового оборудования линии передачи данных (ЛПД) воздушного судна и выдается команда на подготовку к приему соответствующих данных. Далее в БОКС 9 формируется строб, в течение которого начинают поступать счетные импульсы для обработки принятых сообщений. При совпадении поступающего в сообщении с ВС адреса и адреса, хранящегося во втором блоке 25 хранения сообщений, увеличивается число подвижных объектов, записанных ранее, на единицу. Далее в БОКС 9 формируется строб, в течение которого должны обрабатываться принятые сообщения. При наличии радиосигнала в канале определяется приоритет сообщения, необходимый, например, для изменения режимов функционирования БОКС 9 и вычислителя 21. Если за время τ (для каждого типа ЛПД свое) сообщение не принято или принято с ошибкой, т.е. подвижный объект не вышел на связь или вышел из зоны устойчивой радиосвязи, то полученное ранее число подвижных объектов уменьшается на единицу. Если за время τ вновь в канале обнаружится радиосигнал, то указанная выше процедура повторяется. При несовпадении адресов с заданными диспетчерами с пультов 16 и 23, заложенными в блоках 14 и 25 хранения сообщений, или при наложении сообщений от нескольких ВС дальнейшая обработка сигналов в БОКС 9 не производится. В вычислителе 21 постоянно определяется степень загрузки радиоканалов путем оценки числа обработанных сообщений за заданный интервал времени. Если загрузка отсутствует, то формируется команда о переходе приемника 1 на сканирующий по частоте режим работы. Данные о числе принятых сообщений отображаются на экране блока 24 отображения данных и при необходимости могут быть выведены на экран первого блока 15 отображения данных в блоке 2 обработки сообщений. Для координации работы всех узлов наземной станции 18 (19) используется шина 26 управления вычислителя 21, которая подключена двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам приемника 1, передатчика 3, блока 7 блокировки приема, первого и второго цифровых фильтров 27 и 28, аналогово-цифрового преобразователя 29, цифроаналогового преобразователя 30. Все операции выполняются с помощью вычислителя 21, реализованного, например, на ПЭВМ. Часть операций дублируется в вычислителе 38. Команда «Сброс» в наземной станции 18 (19) подается программно на БОКС 9 с вычислителя 21, а в БОС 2 - на генератор 17 тактовых импульсов и блок 10 преобразования форматов с вычислителя 38 только в начале работы для установки в «Нуль» соответствующих блоков.
Операции модуляции и демодуляции выполняются в блоке обработки канальных сигналов 9 с использованием управляющих сигналов с вычислителя 21. После обработки в БОКС 9 в вычислителе 21 анализируется тип сообщений с ВС. Тип сообщения несет в себе информацию о его назначении, например, для воздушных судов: аварийные сигналы, сообщения автоматического зависимого наблюдения, данные обмена «пилот-диспетчер». В общем случае может быть несколько типов сообщений, которые разделяются по приоритетам.
В наземной станции 18 (19) формирование радиосигналов для передачи сообщений по каналу «воздух-земля» осуществляется в следующем порядке:
прием стандартного сообщения с вычислителя 21;
форматирование, кодирование, преобразование (скремблирование) битов сообщения в БОКС 9;
модуляция и фильтрация сигналов, передача их на вход передатчика 3.
После идентификации принятых сообщений в блоке канальной обработки сигналов 9, управляемом вычислителем 21, вырабатываются команды включения требуемой частоты передатчика 3 и сообщения, которые являются необходимыми для обозначения типа (номера) центральной станции системы радиосвязи с подвижными объектами, например скваттерные посылки для воздушных судов гражданской авиации. При поступлении сообщения высшего приоритета с БОС 2 через модемы 6 и 5 в вычислитель 21 оно устанавливается первым в очередь на передачу на воздушное судно. До тех пор, пока не переданы приоритетные сообщения, запрещается прохождение менее приоритетных сообщений. Менее срочные сообщения передаются на воздушное судно последовательно во времени в порядке приоритета.
В память второго блока 25 хранения сообщений с помощью второго пульта 23 управления и вычислителей 21 или 38 заранее вводятся номиналы частот, виды модуляции, скорости передачи и другие параметры, характерные для каждого из радиоканалов, в том числе каналов ВЧ диапазона, региона размещения наземных станций 18 и 19, блока 2 обработки сообщений центральной станции. Базы данных о ВС, параметрах сигналов в радиоканалах и другие данные хранятся в первом и втором блоках 14 и 25 хранения сообщений, в которые может быть введена дополнительная информация с помощью пультов 16, 23 управления и вычислителей 21 и 38. Обновление информации осуществляется за счет непрерывного обмена сообщениями между вычислителями 21, 38 и первым блоком 14 хранения сообщений через модемы 5, 6, 20 и маршрутизатор 11, а также с главного центра обработки информации, не указанного на чертеже, через наземную сеть 36 передачи данных с выходом 37 на главный центр обработки информации, входы/выходы 33 станции для потребителей информации, блок 10 преобразования форматов на второй вычислитель 38, а затем через маршрутизатор 11, группу из N модемов 35 - на соответствующие из N радиостанций 34 ВЧ диапазона с антеннами и через модемы 6, 5, первый вычислитель 21 - на соответствующие канальные блоки 22. Второй вычислитель 38 обеспечивает через блок 10 преобразования форматов взаимодействие всех узлов БОС 2, а также обмен данными с внешними абонентами через соответствующие модемы 4 или наземную сеть 36 передачи данных. Структурная схема, принципы формирования и обработки сигналов в ВЧ диапазоне аналогичны рассмотренным для ОВЧ диапазона.
В режиме ближней связи сообщения с выхода вычислителя 21 через (2m+1)-й и (2m+2)-й модемы 5 и 6 поступают в БОС 2 через маршрутизатор 11 на блок 10 преобразования форматов. Если расстояние между вычислителем 21 и БОС 2 не превышает величин, заданных в требованиях на используемый интерфейс, то модемы 5 и 6 могут отсутствовать. В блоке 10 преобразования форматов, управляемом с помощью второго вычислителя 38, принятые сообщения преобразуются к формату, необходимому для работы всех узлов БОС 2, наземных станций 18 и 19, группы из N радиостанций 34 ВЧ диапазона через соответствующие модемы 6, 20 и 35. Одновременно адреса сообщений сравниваются с данными блока 12 хранения адресной базы. По результатам сравнения выносится решение о трафике сообщения, задаваемом маршрутизатором 11 с помощью второго вычислителя 38, величине оплаты услуг в блоке 13 тарификации, записываются сообщения в первый блок 14 хранения сообщений, индицируются (при необходимости) на первом блоке 15 отображения и через наземную сеть 36 передачи данных транслируются на главный центр обработки информации. Таким образом, обеспечивается автоматический поиск воздушного судна для доставки ему сообщений и получения квитанций об их доставке. В первом блоке 14 хранения сообщений обеспечивается ведение архивов сообщений с учетом категории срочности. Для этого используется оперативная (на время «старения» информации) и долговременная память, например, на 30 суток. Данные оперативной памяти постоянно обновляются. Данные долговременной памяти необходимы для анализа конфликтных ситуаций и оценки правильности расчетов с получателями информации. Учет трафиков сообщений и соединений абонентов, расчет суммы за оплату услуг осуществляются в блоке 13 тарификации в зависимости от адреса абонента и объема сообщения. Счет получателю информации выставляется за переданный объем сообщений в заданный интервал времени, например сутки, по трафику, определяемому блоком 12 хранения адресной базы и маршрутизатором 11. В блоке 12 хранения адресной базы заложены адреса и типы всех сообщений, обрабатываемых в центральной станции, а также адреса обслуживаемых ВС, сопрягаемых периферийных (соседних) станций системы радиосвязи с подвижными объектами и получателей информации. Маршрутизатор 11 обеспечивает распределение сообщений по воздушным и наземным сетям связи, а именно подключение к центральной станции через соответствующие модемы 4 по шинам 8 наземных станций 18 (19) и абонентов наземной сети 36 передачи данных, например, для гражданской авиации (ГА): главный центр обработки информации, службы авиакомпаний и управления воздушным движением. Синхронизация всех процессов обработки сообщений во времени в БОС 2 осуществляется с помощью генератора тактовых импульсов 17, который может быть выполнен с помощью меток точного времени с выхода приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Начальная установка генератора тактовых импульсов и блока преобразования форматов в БОС осуществляется путем подачи на соответствующие входы сигнала «Сброс», не показанные на чертеже. Запрос данных с воздушного судна осуществляется автоматически (программно) со второго вычислителя 38, с помощью первого пульта 16 управления БОС 2 или со второго пульта 23 управления наземной станции 18 (19). Запрос данных с ВС потребителем информации осуществляется с помощью сообщения одного из стандартных форматов, например, в соответствии с протоколом X.25, переданного через вход/выход 37 наземной сети 36 передачи данных, вход/выход 33, блок 10 преобразования форматов, маршрутизатор 11 (или через соответствующий модем 4, маршрутизатор 11) на последовательно соединенные (2m+2)-й и (2m+1)-й модемы 6 и 5 на наземную станцию 18 (19) или через группу из N модемов - на N соответствующих радиостанций 34. На наземной станции 18 (19) с помощью узлов: БОКС 9, управляемого вычислителем 21, цифроаналогового преобразователя 30, второго цифрового фильтра 28 в соответствии с необходимыми для данной ЛПД процедурами формируется сигнал для передатчика 3 с малым уровнем боковых лепестков спектра. Усиленный радиосигнал с выхода передатчика 3 через высокочастотную развязку 31, обеспечивающую защиту входных цепей приемника 1 от мощных радиосигналов передатчика 3, подается в антенну 32 и по эфиру поступает на ВС. Последняя операция осуществляется, например, при запросе данных с воздушных судов по признаку «последней связи». Второй пульт 23 управления выполняет функции формирования сообщений, передаваемых на ВС. Аналогичные сообщения по формату поступают с главного центра обработки информации, потребителей информации на соответствующие наземные станции 18 (19), N радиостанций 34 и на соседние наземные станции. При автоматическом использовании наземной станции 18 (19) без обслуживающего персонала блоки 23, 24, 25 могут отсутствовать.
В первом вычислителе 21, как и во втором вычислителе 38, осуществляется формирование, адресная коммутация и распределение сообщений по оборудованию ближней или дальней связи, циркулирующих между узлами наземной станции 18 (19) или между БОС 2 и N радиостанциями 34 по адресу (типу) сообщения. Сообщения с воздушных судов и квитанции об их правильном приеме поступают на первый и второй блоки 14 и 25 хранения сообщений, а сообщения для ВС - на блок 9 обработки канальных сигналов. Аналогичные указанным выше операции могут быть осуществлены в m других наземных станциях и в N радиостанциях 34 ВЧ диапазона. Наблюдение за текущим состоянием сети связи осуществляется в блоке 10 преобразования форматов по квитанциям, поступающим с соответствующих модемов 4, 6, 20, 35 и наземной сети 36 передачи данных (через вход/выход 33) в форме подтверждения на полученный со второго вычислителя 38 запрос. Структура полученной квитанции сравнивается с одной из заложенных в блоке 12 хранения адресной базы и после анализа соответствия выносится решение о работоспособности удаленного объекта. Центральная станция системы радиосвязи с подвижными объектами объединяет удаленные сопрягаемые наземные станции системы радиосвязи с подвижными объектами, главный центр обработки информации и получателей информации в единую сеть и обеспечивает доставку сообщений от ВС к адресатам, среди которых, например, для гражданской авиации могут быть службы ГА, автоматизированные рабочие места диспетчеров УВД и компьютеры авиакомпаний. Поступающие данные с воздушного судна через один из М канальных блоков 22 наземной станции 18 (19), вычислитель 21, модемы 5 и 6, БОС 2 автоматически передаются адресатам, в качестве которых могут выступать, например, центры УВД, авиакомпании, различные службы ГА и другие объекты. Трафик данных, взаимодействующие с БОС 2 воздушные суда, состояние удаленных наземных станций, радиостанций 34 ВЧ диапазона и модемов (каналов связи) отображаются на первом блоке 15 в режиме реального времени. Графический интерфейс предоставляет детальную информацию, а также дает оператору возможность запустить тестирование удаленного получателя информации, провести необходимые операции по установлению или отключению модема с каналом связи, вывести на экран статистические данные. Первый блок 14 хранения сообщений имеет накопители для хранения данных с возможностью резервирования, а также обеспечивает распечатку данных на внешнем принтере, не указанном на чертеже. Блок 10 преобразования форматов выполняет роль устройства информационно-логического сопряжения выходов второго вычислителя 38 с входами/выходами 33 станции для подключения через наземную сеть 36 передачи данных потребителей информации. Протокол логического уровня для каждого интерфейса - входа/выхода 33 станции для потребителей информации разрабатывается в соответствии со структурой передаваемой информации по наземной сети 36 передачи данных и требований к ней. В каждом пакете этих протоколов присутствует контрольная сумма, при несовпадении которой пакет игнорируется.
При интенсивном движении в зоне обслуживания ВС с разнообразной бортовой аппаратурой при полном использовании оборудования основного канала, при необходимости, для работы на частоте приема, не используемой в основной наземной станции 18, можно использовать канал из резервной наземной станции 19. При выходе из зоны обслуживания наземных станций ОВЧ диапазона сопровождение ВС осуществляется автоматически с помощью следящего за воздушной обстановкой второго вычислителя 38, «подключение» к соответствующему ВС радиостанций 34 ВЧ диапазона с антеннами, например, в соответствии с процедурой «хэндофф» [4, 5, 6]. Потребитель информации не замечает переход с одного диапазона частот на другой, только незначительно увеличивается время задержки ответного сообщения. Аналогичная процедура осуществляется при передаче обслуживания ВС с дальней зоны в зону обслуживания с помощью ОВЧ каналов радиосвязи.
При отсутствии в канале радиосигналов на основной и резервной частотах вычислитель 21 с помощью шины управления 26 осуществляет сканирование по частоте приемника 1 по другим известным фиксированным рабочим частотам каналов передачи данных «воздух-земля» для определения наличия в них информации. При необходимости сканирование по известным частотам осуществляется и в радиостанциях 34 ВЧ диапазона с антеннами. Подключение каждого из каналов обмена осуществляется на время, необходимое для анализа в нем сообщения. В наземной станции 18 (19) и в радиостанциях 34 ВЧ диапазона с антеннами осуществляется сканирование каналов, на которых воздушные суда ведут передачу сообщений в эфир. В приемнике 1 и в радиостанциях 34 ВЧ диапазона с антеннами используется алгоритм поиска излучения, как один из способов определения состояния канала (свободен или занят). Для обнаружения радиосигнала приемник осуществляет оценку нижнего порога шума, основываясь на измерении мощности сигнала в канале независимо от обнаружения нужной обучающей последовательности. Наличие сигнала в канале характеризуется значением мощности, зафиксированной в канале, превышающим оценку нижнего порога шума. Для обнаружения на физическом уровне занятых каналов могут быть использованы, например, следующие процедуры:
- обнаружение обучающей последовательности: канал считается занятым, если обнаруживается обучающая последовательность, за которой следует флажок - метка кадра данных;
- измерение мощности на канале: независимо от способности наземной станции 18 (19) или радиостанций 34 ВЧ диапазона с антеннами обнаружить значимую обучающую последовательность, канал считается занятым после возрастания мощности на канале до четырехкратного значения нижнего порога шума в течение половины интервала времени, выделенного для оценки канала.
Частоты M приемников при сканировании изменяются синхронно по заранее известным для данного региона рабочим точкам, например, со сдвигом (B-M) позиций, где B - число возможных (в зоне обслуживания) режимов ЛПД. При обнаружении радиосигнала сканирование прекращается и начинается прием и обработка сообщения. В некоторых случаях канальный блок 22 может быть постоянно закреплен за определенной ЛПД, в которой осуществляется непрерывный обмен данными между абонентами центральной станции. В зоне обслуживания с высокой интенсивностью полетов ВС за каждой ЛПД может быть постоянно закреплен определенный канальный блок 22.
С помощью узлов наземной станции 18 (19) или радиостанций 34 ВЧ диапазона с антеннами в симплексном режиме обеспечиваются следующие функции физического уровня:
- управление рабочей частотой передатчика и приемника;
- прием данных приемником;
- передача данных передатчиком;
- услуги уведомления, включая измерение времени приема;
- прослушивание канала.
Повышение достоверности передачи информации обеспечивается следующим образом. Если вычислитель 21 получает от БОКС 9 уведомление, что в данный момент времени на ВС было отправлено сообщение, а с воздушного судна соответствующая квитанция не была принята, и эта ситуация продолжается достаточно долго, то во втором вычислителе 38 принимается решение о выходе из строя соответствующего элемента и с помощью двусторонних связей через узлы 10, 11, 6 (или 4, 20, 35), 5, 21 на вычислитель 21 наземных станций 18 или 19 передается соответствующее сообщение и инициируется переход на резервную наземную станцию 19 с выдачей информации о неисправности. Для обеспечения бесперебойной работы наземные станции 18 и 19 резервируются по принципу горячего резерва. Выход из строя одного элемента станции не нарушает ее работоспособности. За счет некоррелированности радиосигналов ВЧ и ОВЧ диапазонов повышается надежность связи, в том числе и за пределами радиогоризонта.
Блоки и входы/выходы 1-33 по назначению и структуре одинаковые с прототипом. Они могут быть реализованы на известных серийных элементах и узлах. Введенные блоки 34, 35, 38 могут быть реализованы на известных серийных устройствах: радиостанции Ягут-К-ДКМВ с антенной АШ-4, модеме УПС-420, ПЭВМ «Багет-01» соответственно. Наземная сеть 36 передачи данных может быть выполнена, например, в соответствии с требованиями протокола X.25. Построение гибкоперестриваемых и широкодиапазонных приемников и передатчиков известно, например радиостанция M3TR (М3-multiband, multimode, multifunction) компании Rohde & Schwarz со сменой режима работы за счет загрузки соответствующего программного обеспечения [6, 8, 7].
К преимуществам заявляемого устройства следует отнести:
- увеличение зоны обслуживания воздушных судов;
- использование процедур сканирования в приемниках ОВЧ и ВЧ диапазонов для поиска радиосигнала на соответствующих рабочих частотах;
- повышение надежности связи;
- использование процедуры «хэндофф» при выходе ВС из зоны устойчивой связи ОВЧ диапазона и входе ВС в зону ближней связи.
На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и соответствующие фрагменты программного обеспечения заявляемой центральной станции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ №2195774, М. кл. H04B 7/26, 2002.
2. Патент РФ №2245001, М. кл. H04B 7/26, 2005.
3. Патент РФ №2308175, М. кл. H04B 7/30, 2007 (прототип).
4. Б.И. Кузьмин. «Сети и системы цифровой электросвязи», часть 1 «Концепция ИКАО CNS/ATM. Москва - Санкт-Петербург: - ОАО «НИИЭР», 1999. - 206 с.
5. В.В. Бочкарев, Г.А. Крыжановский, Н.Н. Сухих. Автоматизированное управление движением авиационного транспорта. М.: - Транспорт, 1999. 319 с.
6. А.В. Кейстович, Л.М. Вдовин. Требования к характеристикам многорежимной наземной станции для организации ОВЧ линий передачи данных «воздух-земля». / Сборник статей V Международной научно-технической конференции «Кибернетика и технологии XXI века». Воронеж. 2004. С.495-500/.
7. Программа SPEAKeasy. Международный симпозиум по современным технологиям радиосвязи. Научно-исследовательская лаборатория ROME ВВС США. //Internet/ - 2002 г.
8. Тактическое оборудование связи JTR предусматривает обеспечение нужд войск спец. назначения. // Internet, file://B:\Speak\Jtrs.htm 26.02.2002.