СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Полезная модель относится к системам обмена данными и может быть использована для реализации информационного обмена между подвижными объектами (ПО) и источниками (получателями) информации системы через наземные комплексы (НК).
Построение систем радиосвязи с подвижными объектами рассмотрены в работе [1]. Одним из аналогов является система радиосвязи с подвижными объектами [2], которая состоит из М наземных комплексов (НК). Каждый из НК содержит наземную антенну, радиостанцию, подключенную двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ). Первый вход вычислителя подключен к приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ. Формирователь типа ретранслируемых сообщений соединен с соответствующим входом вычислителя АРМ. В состав каждого из N подвижных объектов входят бортовые датчики, приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений. Каждый из них соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, вход/выход которого подключен к двунаправленной шине системы управления подвижным объектом. Бортовой вычислитель соединен с входом блока регистрации данных и через последовательно соединенные бортовую аппаратуру передачи данных, бортовую радиостанцию подключен к бортовой антенне. Передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого ПО, второго ПО и далее до N-го ПО, а передача данных с N-го ПО на НК осуществляется в обратном порядке. Наземная сеть передачи данных с входом/выходом системы для обмена данными со смежными системами подключена двухсторонними связями к каждому из М НК, в том числе к каждому из (М-1)-го разнесенных территориально НК. Наземная сеть передачи данных по информационному взаимодействию объединяет между собой все НК. На каждом ПО установлена бортовая радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и бортовой аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к бортовой антенне ДКМВ диапазона. В НК установлена наземная радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя и наземной аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к наземной антенне ДКМВ диапазона.
Однако системе присущи следующие недостатки:
- не в полном объеме выводится информация на экран монитора воздушного судна и АРМ системы, что затрудняет действия экипажа и оператора в конфликтных ситуациях;
- не определяется наиболее достоверная информация, принимаемая на подвижном объекте по разным (MB и ДКМВ) радиоканалам.
Наиболее близкой по назначению и большинству существенных признаков является система радиосвязи с подвижными объектами [3], которая и принята за прототип. Система радиосвязи с подвижными объектами состоит из М наземных комплексов (НК). Каждый из НК содержит наземную антенну, радиостанцию, подключенную двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ). Первый вход вычислителя подключен к приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ. Формирователь типа ретранслируемых сообщений соединен с соответствующим входом вычислителя АРМ. В состав каждого из N подвижных объектов входят бортовые датчики, приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений. Каждый из них соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, вход/выход которого подключен к двунаправленной шине системы управления подвижным объектом. Бортовой вычислитель соединен с входом блока регистрации данных и через последовательно соединенные бортовую аппаратуру передачи данных, бортовую радиостанцию подключен к бортовой антенне. Передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого ПО, второго ПО и далее до N-го ПО, а передача данных с N-го ПО на НК осуществляется в обратном порядке. Наземная сеть передачи данных с входом/выходом системы для обмена данными со смежными системами подключена двухсторонними связями к каждому из М НК, в том числе к каждому из (М-1)-го разнесенных территориально НК. Наземная сеть передачи данных по информационному взаимодействию объединяет между собой все НК. На каждом ПО установлена бортовая радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и бортовой аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к бортовой антенне ДКМВ диапазона. В НК установлена наземная радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя и наземной аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к наземной антенне ДКМВ диапазона. В запоминающее устройство НК через специальный вход/выход вводятся, например, со стандартной съемной флэш-памяти, данные классификатора ICAO о авиакомпаниях мира и бортовых номерах принадлежащих им воздушных судов, прогнозные и текущие планы полетов, сведения о рабочих частотах радиостанций в наземных комплексах по трассе полета (запасного аэродрома) и их режимах работы, другая необходимая информация. Системную таблицу ДКМВ связи, содержащую список М наземных комплексов НК с их координатами, адресами и таблицами их частотно-временного расписания, частоты и режимы работы радиоканалов связи MB диапазона вводят в загрузчик данных с соответствующим входом/выходом каждого ПО во время предполетной подготовки.
Однако системе присущи следующие недостатки:
- сведения о наиболее качественном радиоканале «Земля-Воздух» в текущий момент времени не передаются на обслуживающий наземный комплекс и другие НК;
- не определяется наиболее достоверная информация, принимаемая на подвижном объекте по разным (MB и ДКМВ) некоррелированным радиоканалам.
Таким образом, основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение достоверности принимаемой на подвижном объекте информации и передача этих сведений через обслуживающий наземный комплекс на другие НК.
Указанный технический результат достигается тем, что в систему радиосвязи с подвижными объектами, состоящую из М наземных комплексов, каждый из которых содержит наземные антенны MB и ДКМВ диапазонов, связанные соответственно с наземными радиостанциями MB и ДКМВ диапазонов, которые подключены двухсторонними связями через наземную аппаратуру передачи данных (АПД) к первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места, первый вход которого подключен к наземному приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ, формирователь типа ретранслируемых сообщений, соединенный двухсторонними связями со вторым входом/выходом вычислителя АРМ, а третий вход/выход - с соответствующим входом/выходом наземной сети передачи данных, N подвижных объектов, в состав каждого из которых входят бортовые антенны MB и ДКМВ диапазонов, связанные соответственно с бортовыми радиостанциями MB и ДКМВ диапазонов, бортовая аппаратура передачи данных подключена к первому входу/выходу бортового вычислителя, бортовой анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений - ко второму и третьему входам/выходам бортового вычислителя соответственно, бортовые датчики и бортовой приемник сигналов навигационных спутниковых систем подключены к первому и второму входам бортового вычислителя соответственно, выход бортового вычислителя подключен к входу монитора, четвертый вход/выход бортового вычислителя подключен к двунаправленной шине системы управления подвижным объектом, причем передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого ПО, второго ПО и далее до N-го ПО, а передача данных с N-го ПО на НК осуществляется в обратном порядке, наземная сеть передачи данных с входом/выходом системы подключена двухсторонними связями к каждому из М НК, (в том числе к каждому из (М-1)-го разнесенных территориально НК), на каждом наземном комплексе запоминающее устройство с входом/выходом для оперативной смены массива данных, подключено к четвертому входу/выходу вычислителя АРМ, пятый вход/выход которого подключен к управляющему входу/выходу наземной радиостанции ДКМВ диапазона, а на каждом подвижном объекте - загрузчик данных с входом/выходом для ввода данных, соединенный двухсторонними связями с пятым входом/выходом бортового вычислителя, шестой вход/выход которого подключен к управляющему входу/выходу бортовой радиостанции ДКМВ диапазона, введена дополнительно на ПО решающая схема, первый вход/выход которой подключен к бортовой аппаратуре передачи данных, а второй и третий входы/выходы - к соответствующим входам/выходам бортовых радиостанций MB и ДКМВ диапазонов, седьмой вход/выход бортового вычислителя подключен к управляющему входу/выходу бортовой радиостанции MB диапазона, а восьмой вход/выход - к управляющему входу/выходу решающей схемы.
На фиг.1 представлена структурная схема системы радиосвязи с подвижными объектами, где обозначено:
1 - наземный комплекс;
2 - подвижный объект;
3 - вход/выход наземного комплекса 1 для наземной сети передачи данных;
4 - вход/выход наземной сети передачи данных, которая условно показана на фигуре 1 в виде линии.
Система радиосвязи с ПО содержит М территориально разнесенных наземных комплексов связи 1, структурная схема которых приведена на фигуре 3, и N подвижных объектов 2, структурная схема которых представлена на фигуре 2, связанных между собой каналами 31 связи «Воздух-Воздух» («Вода-Вода») MB диапазона, а с помощью каналов 32 радиосвязи «Воздух-Земля» («Вода-Земля») MB и 33 ДКМВ диапазонов с М наземными комплексами 1, которые объединены между собой и с наземными пользователями, которые не указаны на фигуре 1, с помощью своих входов/выходов 3 и входа/выхода 4 наземной сети передачи данных.
Структурная схема подвижного объекта 2 представлена на фиг.2, где обозначено:
5 - бортовой вычислитель;
6 - бортовые датчики;
7 - бортовой приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной;
8 - блок регистрации данных;
9 - бортовой анализатор типа принимаемых сообщений;
10 - бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений;
11 - бортовая аппаратура передачи данных;
12 - бортовая радиостанция ДКМВ диапазона;
13 - бортовая радиостанция MB диапазона;
14 - бортовая антенна ДКМВ диапазона;
15 - бортовая антенна MB диапазона;
16 - загрузчик данных с входом/выходом 17 для ввода данных;
18 - двунаправленный бортовой интерфейс с системой управления ПО;
34 - решающая схема.
Структурная схема наземного комплекса 1 связи представлена на фиг.3, где обозначено:
3 - вход/выход наземного комплекса 1 для наземной сети передачи данных;
19 - наземная антенна MB диапазона;
20 - наземная радиостанция MB диапазона;
21 - наземная антенна ДКМВ диапазона;
22 - наземная радиостанция ДКМВ диапазона;
23 - наземная аппаратура передачи данных;
24 - вычислитель автоматизированного рабочего места;
25 - наземный приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной;
26 - формирователь типа ретранслируемых сообщений;
27 - монитор АРМ;
28 - пульт управления АРМ,
29 - запоминающее устройство с входом/выходом 30 для оперативной смены массива данных.
В состав НК 1 входят наземные антенны 19 MB и 21 ДКМВ диапазонов, связанные соответственно с радиостанциями 20 MB и 22 ДКМВ диапазонов, подключенные двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных 23 к первому входу/выходу вычислителя 24 автоматизированного рабочего места. Второй вход/выход вычислителя 24 подключен к управляющему входу радиостанции 22 ДКМВ диапазона, третий вход/выход - к входу/выходу 4 наземной сети передачи данных. К четвертому входу/выходу вычислителя 24 подключено запоминающее устройство 29. Первый вход вычислителя 24 подключен к выходу приемника 25 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (например, ГЛО-HACC/GPS), второй вход - к пульту управления 28 АРМ, третий вход - к формирователю 26 типа ретранслируемых сообщений, а выход - к монитору 27 АРМ. В запоминающее устройство 29 через вход/выход 30 вводятся, например, со стандартной съемной флеш-памяти, данные классификатора ICAO (IMO) об авиакомпаниях (судоходных компаниях) мира и бортовых номерах принадлежащих им судов, прогнозные и текущие планы полетов, сведения о рабочих частотах радиостанций в НК 1 по трассе полета (плавания) и их режимах работы, другая необходимая информация. Кроме того, в запоминающее устройство 29 через вход/выход 3 наземной сети передачи данных и вычислитель 24 могут быть введены дополнительные данные, например, о наиболее качественном на данный момент времени радиоканале MB диапазона или частоте и наземном комплексе (в случае передачи информации по ДКМВ радиоканалу). При модернизации НК 1 через вход/выход 30 может быть осуществлена оперативная смена массива данных.
Система радиосвязи с подвижными объектами работает следующим образом. Воздушное (водное) пространство разбивают на информационные районы полета (плавания). В каждом районе располагают, хотя бы один НК, ответственный за информационное обеспечение полетом (плаванием). Осуществляют связь каждого ПО 2 с НК 1, находящегося в зоне ответственности данного НК 1, или в MB диапазоне или в ДКМВ диапазоне в зависимости от удаления от НК 1. В зоне прямой радиовидимости обеспечивают связь в MB диапазоне, за пределами прямой видимости, если не удается увеличить радиус зоны управления с помощью ретрансляции по каналам «Воздух-Воздух» («Вода-Вода») MB диапазона, связь организуют в ДКМВ диапазоне.
Обмен данными по каналу «Воздух-Земля» («Вода-Земля») в MB диапазоне между ПО 2 и НК 1 осуществляют на рабочих частотах, назначаемых для каждого НК 1 и заложенных в загрузчик 16 данных с входом/выходом 17 для ввода данных вместе с планом полета (плавания) ПО 2 по маршруту. Список частотной поддержки MB связи, содержащий перечень М наземных комплексов НК 1 с их адресами, координатами, назначенными им частотами, а также частотой связи «Воздух-Воздух» («Вода-Вода»), доводят по наземной сети передачи данных до каждого НК 1 оперативно через вход/выход 30 и запоминающее устройство 29, а также во время предполетной подготовки до каждого ПО 2 через вход/выход 17 в загрузчик 16 данных. В каждом сообщении с ПО 2 независимо от его назначения и режима работы линии передачи данных, например, ACARS, VDL-2, VDL-3, VDL-4, HFDL присутствуют сведения об авиакомпании (судоходной компании), выполняемом рейсе и бортовых номерах принадлежащих ей воздушных (надводных) судов. Принятое через узлы 19, 20, 23 на НК 1 сообщение анализируется в наземном вычислителе 24. По классификатору Международной организации гражданской авиации (ICAO) (или Международной морской организации - IMO), заложенному в запоминающем устройстве 29, определяется страна, к которой принадлежит ПО 2, его тип и маршрут полета (плавания). По условному обозначению авиакомпании (судоходной компании), например, LH - Lufthansa, определяют государственную принадлежность ПО 2 - Германия. При определении государственной принадлежности, отклонении ПО 2 от маршрута, аварии на борту, нападении на экипаж и других чрезвычайных ситуациях вблизи точки на экране монитора 27 АРМ, характеризующей текущее местоположение ПО 2, с помощью наземного вычислителя 24 формируется символ или другая отметка, которая должна привлечь внимание оператора (диспетчера), например, визуально мерцанием или цветом. Аналогично отображаются дополнительные данные, полученные с ПО 2, например, о наиболее качественном на данный момент времени радиоканале MB диапазона, его режиме работы, например, ACARS, VDL-2, VDL-3, VDL-4, или частоте и наземном комплексе (в случае передачи информации по ДКМВ радиоканалу), через который после передачи по наземной сети передачи данных можно организовать обмен данными с обслуживаемыми ПО 2. Через вход/выход 3 наземного вычислителя 24 эта информация передается соответствующим пользователям: соседние НК 1 и другие объекты, которые обеспечивают сопровождение обслуживаемого ПО 2. При необходимости пользователями на подвижный объект 2 могут быть переданы команды, позволяющие уменьшить риск конфликтной ситуации в текущей обстановке.
Передачу данных в ДКМВ диапазоне между ПО 2 и НК 1 осуществляют на рабочих частотах, назначаемых для каждого НК 1 по результатам долгосрочного прогноза. По долгосрочному прогнозу разрабатывают таблицу частотно-временного расписания ДКМВ связи для каждого НК 1 на сутки и доводят до НК 1 по наземной сети передачи данных. Системную таблицу ДКМВ связи, содержащую список М наземных комплексов НК 1 с их координатами, адресами и таблицами их частотно-временного расписания, доводят до каждого ПО 2 во время предполетной подготовки через загрузчик 16 данных с входом/выходом 17. В каждом сообщении в ДКМВ диапазоне с ПО 2, например, в режиме работы адаптивной линии передачи данных, всегда присутствуют сведения об авиакомпании (судоходной компании) и бортовом номере, принадлежащего ей воздушного (надводного) судна, наиболее качественном канале на данный момент времени и наземном комплексе, с которого организована эта связь. Поэтому принятое в ДКМВ диапазоне сообщение проходит все стадии обработки, характерные для MB диапазона. Особенностью этого режима является то, что определение государственной принадлежности, наиболее качественного радиоканала связи осуществляется за пределами прямой видимости ПО 2 на расстояниях (600-5000) км.
Для обеспечения ДКМВ связи время использования каждого ДКМВ частотного канала разбивают, например, на временные кадры длительностью 32 с, а каждый кадр разбивают на 13 временных слотов длительностью 2,46 с для реализации протокола множественного доступа к каналу с временным разделением [6]. В первом слоте каждого кадра излучают сигнал маркера, содержащий квитанции на все сообщения, принятые НК 1 от разных ПО 2 в предыдущих двух кадрах, номиналы активных частот двух соседних НК 1, версию базы данных (системной таблицы), а также назначения использования слотов с 4-го по 13-й текущего кадра и слотов 2-го и 3-го следующего кадра. В конце каждого кадра для каждого слота следующего кадра осуществляют назначение использования этого слота для передачи с земли (НК 1) или для передачи с конкретного борта (ПО 2) по его предварительному запросу слота доступа, или для передачи с любого борта ПО 2 в режиме случайного доступа. Это назначение передается в маркере (сквиттере). Затем производят обмен пакетными данными «Воздух-Земля» («Вода-Земля») на каждом активном ДКМВ канале с множественным доступом, например, до 26-и подвижным объектам (при интенсивности потока 11 сообщений с борта и 6 сообщений с земли в час). При меньшей интенсивности потока сообщений возможно обслуживание большего количества ПО 2 на одном частотном ДКМВ канале. В ДКМВ диапазоне инициируют регистрацию на выбранной частоте связи (на соответствующем НК 1), осуществляют обмен пакетными данными в режиме с временным разделением каналов через ДКМВ радиоканал «Воздух-Земля» («Вода-Земля») с НК 1, на котором ПО 2 зарегистрирован, до тех пор, пока качество ДКМВ радиоканала «Воздух-Земля» («Вода-Земля»), оцениваемое решающей схемой 34, превышает допустимый, задаваемый с бортового вычислителя 5 уровень. При ухудшении качества ДКМВ радиоканала ниже допустимого уровня выбирают новый ДКМВ радиоканал и соответствующий ему НК 1 и затем ПО 2 регистрируется на новом ДКМВ радиоканале и новом НК 1.
Для обеспечения MB связи на каждом НК 1 на каждой разрешенной MB частоте производят излучение сигналов маркеров, которые являются сигналами связи/управления/синхронизации, с периодом, например, 2 минуты. Сигналы маркеров разнесены во времени, чтобы ПО 2 могли оценить качество сигналов разных режимов и различных НК 1 и выбрать НК 1 для связи. Затем осуществляют обмен пакетными данными «Воздух-Земля» («Вода-Земля»), например, на активном MB канале, например, для VDL-2 в режиме множественного доступа к каналу с прослушиванием несущей или на активном канале для VDL-4 в режиме множественного доступа к каналу с временным разделением и с самоорганизацией. Активная частота MB связи и режим (например, VDL-2 или VDL-4) задаются вычислителем 24 в соответствии с данными о местоположении обслуживаемого ПО 2, полученными по сигналам бортового приемника 7 сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, предполетным записям в загрузчик 16 данных с входом/выходом 17 для ввода данных. Учитывая то, что информация на ПО 2 передается одновременно по двум некоррелированным радиоканалам разных диапазонов, на каждом ПО 2 по результатам оценки качества принятых сигналов маркеров разных НК 1 для каждого диапазона волн (ДКМВ и MB) с помощью решающей схемы 34 выбирают лучшую частоту связи и извещают об этом обслуживающий НК 1. Сигналы, принятые на этой частоте, транслируются в бортовую АПД 11 для дальнейшей обработки.
В MB диапазоне на каждом подвижном объекте 2, если он находится в обслуживаемой НК 1 зоне, по команде с бортового вычислителя 5 инициируют процедуру поиска частоты при включении оборудования или после разъединения линии, если ПО 2 не может больше обнаружить радиосигналы от наземного комплекса 1 связи на текущей частоте. На ПО 2 пытаются идентифицировать известную частоту, например, с помощью настройки радиостанции на общий канал сигнализации или по команде с бортового вычислителя 5 путем сканирования других частот. На ПО 2 сканируют частоты до тех пор, пока не обнаружат правильное сообщение с приемлемым адресом источника, или пока не истечет время таймера сканирования в бортовом вычислителе 5. В таком случае на ПО 2 с помощью бортового вычислителя 5 настраивают радиостанцию на другую частоту и продолжают сканирование. На ПО 2 инициируют процедуру восстановления частоты, если ему невозможно установить линию на текущей частоте или, если подуровень управления протоколом доступа к каналу индицирует, что текущая частота перегружена. При этом настраивают по команде с бортового вычислителя 5 радиостанцию на альтернативные частоты, используя данные из списка частотной поддержки, предварительно принятого по текущей линии связи. Оборудование ПО 2 начинает анализировать с помощью решающей схемы 34 сигналы маркеров MB и ДКМВ диапазонов, находясь на стоянке в зоне аэропорта после включения питания и проведения автоматического встроенного контроля технической исправности. Независимо от функционирования канала связи MB диапазона ПО 2 постоянно поддерживает канал связи ДКМВ диапазона с тем НК 1, качество радиоканала с которым является наилучшим или приемлемым. Оценка качества каналов связи MB и ДКМВ диапазонов осуществляется с помощью решающей схемы 34 по принимаемым сигналам с выходов бортовых радиостанций 12 и 13, например, по отношению сигнал/шум при аналоговом выходе радиостанции или составу сообщения, служебная часть которого заранее известна. Установка порога в решающей схеме 34 обеспечивается с бортового вычислителя 5. Наилучшее качество принимаемого сигнала определяет оптимальный на данный момент времени канал связи, информация с которого поступает в бортовую АПД для дальнейшей обработки. Во время полета (плавания) каждым ПО 2 обеспечиваются автоматический выбор оптимальной рабочей частоты из списка разрешенных частот, случайный и резервированный доступ к качественному каналу связи в режиме множественного доступа с временным разделением, обмен данными с территориально разнесенными наземными комплексами 1, объединенными с помощью наземной сети передачи данных в единую систему.
Во время движения подвижные объекты 2, находящиеся в пределах радиогоризонта НК 1, обмениваются навигационными и другими данными, в том числе содержащими сведения о принадлежности к авиакомпании (судоходной компании) и номере рейса, качестве каналов связи, по радиолинии связи MB диапазона с наземным комплексом 1. Принимаемые наземной радиостанцией 20 из канала «Воздух-Земля» («Вода-Земля») сообщения через аппаратуру 23 передачи данных поступают в наземный вычислитель 24 АРМ, который может быть выполнен на базе серийной ПЭВМ. В нем в соответствии с принятым в системе протоколом обмена проводится идентификация принятого в сообщении адреса ПО 2 с адресами подвижных объектов, хранящимися в памяти вычислителя 24 АРМ и запоминающего устройства 29. При совпадении адреса подвижного объекта 2 с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ПО 2, бортовом номере, принадлежности к авиакомпании, номере рейса и состоянии его датчиков запоминается в вычислителе 24 АРМ. В наземном вычислителе 24 АРМ решаются задачи обеспечения постоянной устойчивой радиосвязи со всеми N ПО 2, определения государственной принадлежности по индексу, например, авиакомпании или судоходной компании, и идентификации типа воздушного судна (или морского судна) по известному классификатору Международной организации гражданской авиации (или Международной морской организации). Информация об указанных индексах и типах ПО хранится в запоминающем устройстве 29 с входом/выходом 30 для оперативной смены массива данных наземного комплекса 1. При необходимости коррекции массива данных или ввода дополнительных данных используется вход/выход 3 наземного комплекса 1 для наземной сети передачи данных, подключенный к соответствующему входу/выходу наземного вычислителя 24 АРМ. На основе информации о государственной принадлежности, типах ПО 2, точном местонахождении всех ПО 2 и параметрах их движения, оптимальных на данный момент времени каналов связи, осуществляются в автоматическом режиме операции запоминания этих сообщений в наземном вычислителе 24 АРМ и вывод необходимых данных на экран монитора 27 АРМ НК 1 в виде, удобном для восприятия оператором (диспетчером), трансляции соответствующих сообщений на другие НК 1.
При выходе за пределы радиогоризонта НК 1 хотя бы одного из ПО 2 или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, наземным комплексом 1 определяется программно один из ПО 2, который назначается первым ретранслятором сообщений. При постоянном изменении дальности между ПО 2 и НК 1 в качестве ретранслятора в течение определенного времени может быть назначен любой из N ПО 2, местоположение которого известно и оптимально по отношению к НК 1 и всем остальным ПО 2. По анализу местоположения и параметров движения остальных ПО 2 определяются оптимальные пути доставки сообщений к удаленному от НК 1 за радиогоризонт подвижному объекту 2 - получателю сообщения. Сообщение от НК 1 через последовательную цепочку, состоящую, при необходимости, из нескольких (от 1 до (N-1)-го) ПО 2, может быть доставлено к требуемому ПО 2 - получателю. Для этого на НК 1 в формирователе 26 типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды передаваемой кодограммы закладываются адрес ПО 2, назначенного первым ретранслятором, при необходимости адреса других подвижных объектов 2 - ретрансляторов, и адрес ПО 2 - получателя, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые и обработанные на ПО 2 в устройствах 15, 14, 13, 12, 34, 11 и 5 сообщения поступают в блок 9 анализа типа сообщений. Если сообщение предназначено для данного ПО 2, то после анализа решается вопрос о направлении данных по двунаправленной шине 18 на систему управления ПО 2, или о передаче сообщения в режиме ретрансляции к соседнему ПО 2. Для исключения коллизий минимизируется число разрядов в передаваемом сообщении и осуществляется ретрансляция данных последовательно во времени. При обмене данными, особенно при наличии потенциально конфликтной ситуации, экипаж должен полностью выполнять команды оператора НК 1, имеющего больший объем информации о ситуации воздушного (надводного) движения в своей зоне ответственности. Для этого с НК 1 оператором посылается на ПО 2 соответствующее сообщение, которое отображается на экране бортового блока 8 регистрации данных в виде согласованной отметки и формуляров, в которых могут быть отображены, например, требования о необходимости выполнения экипажем определенных действий. На основании принятых с НК 1 данных в бортовом вычислителе 5 ПО 2 совместно с наземным вычислителем 24 решается задача наличия опасных сближений с соседними ПО 2 с учетом их прогнозируемых положений и возможных маневров, определяется время следующих сеансов связи с получателями информации, подключенными к входу/выходу 4 наземной сети передачи данных. По информации, отображаемой на экране бортового блока 8 регистрации данных, экипажем ПО 2 по согласованию с оператором НК 1 при необходимости определяется радиоканал для обмена информацией в следующем сеансе связи, направление дальнейшего движения и выполняемые маневры.
Для каждого ПО 2 тенденции движения соседних ПО 2 и их государственная принадлежность при необходимости могут быть отображены на экране собственного бортового блока 8 регистрации данных, а на экране монитора 27 АРМ - всех ПО 2 в районе действия НК 1 с помощью характеризующих предыдущее местоположение ПО 2 отметок, формируемых вычислителями 5 и 24. По мере движения ПО 2 устаревшие отметки стираются.
НК 1 гарантирует для каждого зарегистрированного на нем ПО 2 требуемые системные характеристики, а именно вероятность своевременной доставки сообщения с информацией: об оптимальных радиоканалах, государственной принадлежности, типах и местоположении ПО 2 с заданной достоверностью и интенсивностью потока сообщений. Зная точные количественные зависимости указанных параметров для разных режимов обмена данными, НК 1 прогнозирует системные характеристики в зависимости от количества зарегистрированных на одном частотном канале ПО 2 и прекращает регистрацию новых ПО 2 (выставляет флаг «занятости» канала связи в маркерах), если прогнозируемые системные характеристики деградируют ниже заданного уровня, уменьшая тем самым вероятность коллизий случайного доступа и, следовательно, задержку передачи сообщения.
Сообщения об оптимальных радиоканалах, государственной принадлежности, типе, местоположении ПО 2 и параметрах его движения с привязкой к всемирному времени, получаемому с выходов приемников 7 и 25 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS, записываются в память вычислителей 5 и 24 [1, 5]. Точная синхронизация слотов, используемых для обмена данными между абонентами системы, и их запланированное использование для передачи известно каждому пользователю по отношению к окружающим пользователям с известными координатами. Распределение слотов по объектам (ПО 2) осуществляется в вычислителях 5 и 24 с использованием координат объектов. Чем дальше находится ПО 2 от аэродрома или от зоны интенсивного движения ПО 2, тем меньше ему отводится слотов для передачи данных. Такая информация позволяет каждому НК 1 организовать высокоэффективное использование канала связи.
В зависимости от выбранного интервала времени выдачи на НК 1 сообщений о местоположении ПО 2 в вычислителе 5 в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат ПО 2. Это время используется в вычислителе 24 НК 1 для известной операции построения экстраполяционных отметок от ПО 2 и определения других характеристик ПО 2 [4]. В аппаратуре передачи данных 23 НК 1 и АПД 11 ПО 2 осуществляются известные операции: модуляции и демодуляции, кодирования и декодирования.
Благодаря наземной сети передачи данных для каждого ПО 2, оборудованного радиостанцией 14 ДКМВ диапазона, осуществляется передача пакетов данных одновременно на несколько НК 1 и прием маркеров с нескольких НК 1. В этом случае на ПО 2 определяется НК 1, параметры радиосигналов которого принимаются наиболее устойчиво, и через него начинается обмен данными. В бортовом и наземном вычислителях 5 и 24 хранятся предварительно заложенные таблицы со списками наземных комплексов 1 и наборами назначенных им частот. В бортовом вычислителе 5 заложены также координаты всех НК 1. Каждый НК 1 в ДКМВ диапазоне периодически излучает сигналы маркеров (управления/синхронизации/связи) на всех назначенных ему частотах. Для установления линии связи с НК 1 принимаемые сигналы маркеров от всех наземных комплексов 1 на всех частотах автоматически анализируются в решающей схеме 34, а затем выбираются лучшие частоты (например, по отношению сигнал/помеха или величине мощности принимаемого сигнала) и наземные комплексы 1 для реализации известного принципа адаптации по частоте и пространству [7]. Для повышения достоверности приема информации может быть использован помехоустойчивый код для прямой коррекции ошибок, например, сверточный или Рида-Соломона, и код, обнаруживающий не исправленные в модеме при прямой коррекции ошибки - избыточный циклический CRC [7]. Таким образом, каждый из ПО 2 может выходить на связь на нескольких рабочих частотах, известных всем участникам движения. Списки выделенных частот меняются в зависимости от времени суток и года, с учетом сезонных ионосферных изменений. При движении ПО 2 выходит на связь, выбирая для связи тот НК 1, условия распространения радиоволн для связи с которым в данный момент времени являются оптимальными.
Составленный таким образом канал связи между ПО 2 и получателем (источником) информации, как правило, будет включать качественную радиолинию MB диапазона или радиолинию ДКМВ диапазона и наземную сеть передачи данных.
Синхронизация работы абонентов наземной сети передачи данных осуществляется на основе использования всеми абонентами участниками движения единого глобального всемирного координированного времени (UTC), получаемого от существующих объектов глобальной навигационной спутниковой системы.
Для взаимодействия наземных комплексов 1, оконечных пользователей и ПО 2 используется наземная сеть передачи данных. Она может быть реализована различными известными способами, например, при межсетевой работе НК 1 через центры коммутации пакетов, например, в соответствии с протоколом Х.25 [7]. Соединения между НК 1 и абонентами наземной сети передачи данных могут обеспечить трансляцию сообщения, адресованного пользователем определенному ПО 2 на тот наземный комплекс 1, на котором данный ПО 2 «зарегистрирован», и где в данный момент времени обеспечиваются оптимальные условия приема. Система радиосвязи с ПО 2 работает в автоматическом режиме без вмешательства оператора на выбранных частотах из списка частот, назначенных при планировании связи.
На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и соответствующее программное обеспечение заявляемой системы радиосвязи. Узлы 5-16, 18-29 одинаковые с прототипом.
Вводимый узел 34 может быть выполнен, например, на серийном аналогово-цифровом преобразователе с использованием ресурсов бортового вычислителя.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Б.И.Кузьмин «Сети и системы цифровой электросвязи», часть 1 «Концепция» ИКАО CNS/ATM. Москва Санкт-Петербург: ОАО «НИИЭР», 1999, 206 с.
2. Патент РФ (полезная модель) №52290 U1, М. Кл. Н04В 7/26.
3. Патент РФ (полезная модель) №68212 U1, М. Кл. Н04В 7/26. (прототип).
4. Д.С.Конторов, Ю.С.Голубев-Новожилов. Введение в радиолокационную системотехнику. - М.; Сов. Радио, 1971, 367 с.
5. GPS - глобальная система позиционирования. - М.: ПРИН, 1994, 76 с.
6. Руководство по ВЧ-линии передачи данных (Doc9741 - AN/962). Издание первое. - ICAO, 2000, 148 с.
7. Автоматизированные системы управления воздушным движением: Новые информационные технологии в авиации: Учеб. Пособие / P.M.Ахмедов, А.А.Бибутов, А.В.Васильев и др.; под ред. С.Г.Пятко и А.И.Красова. - СПб.: Политехника, 2004.