СИСТЕМА И СПОСОБ АВИАЦИОННОЙ РАДИОСВЯЗИ
SYSTEM AND METHOD FOR AIRCRAFT RADIO COMMUNICATION

Изобретение относится к области радиосвязи между летательными аппаратами, выполняющими единую для всех тактическую задачу, и наземным командным пунктом. Система предназначена для передачи с высокой скоростью информации между летательными аппаратами (ЛА) и между ЛА и наземным командным пунктом (НКП).
В настоящее время известны различные системы радиосвязи между ЛА и НКП, используемых для решения различных тактических задач. Широко распространенными являются системы двухсторонней радиосвязи как между отдельными ЛА, так и между ЛА и НКП, предназначенные для передачи низкоскоростных сигналов и команд управления как в военной, так и в гражданской авиации. Большинство таких радиостанций работает в диапазоне частот 220-400 МГц со скоростью передачи до 32 Кбит/, используя при этом слабонаправленные бортовые и наземные антенны.
Известна узкоспециализированная навигационная радиосистема типа «ДЖИТИДС» (Журнал «Зарубежная радиоэлектроника», 1988, №5, 1991, №5), основанная на применении специального протокола обмена информацией, которая обеспечивает работу с несколькими подвижными объектами. В данной системе подвижные объекты являются пользователями навигационной информации, получаемой с командного пункта. Все пользователи навигационной информации подразделяются на основных и второстепенных, при этом основные пользователи осуществляют временную синхронизацию в активном режиме, в то время как второстепенные - в пассивном режиме. Независимо от своего статуса пользователи определяют свое местоположение в координатной сетке: геодезические координаты и относительный азимут. Скорость передачи сообщений в этой системе может быть переменной и определяется системой приоритетов. Принципы сигналообразования, заложенные в системе «ДЖИТИДС», рассчитаны на наихудшие условия постановки помех, что приводит к снижению скорости передачи информации примерно до 16 Кбит/с. Связь между отдельными ЛА отсутствует и осуществляется только через НКП.
Наиболее близким техническим решением является система радиосвязи с подвижными объектами по заявке РФ № RU 2005130586, Н04В (прототип), состоящая из наземного комплекса (НК), включающего наземную антенну, радиостанцию, подключенную двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к соответствующему первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ), первый вход которого подключен к приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ, формирователь типа ретранслируемых сообщений, соединенный с соответствующим входом вычислителя АРМ, N подвижных воздушных объектов (ВО), в состав каждого из которых входят бортовые датчики, бортовые приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, выход которого подключен к входу блока регистрации данных, а вход/выход - к двунаправленной шине системы управления подвижным воздушным объектом, бортовой вычислитель через последовательно соединенные бортовые аппаратуру передачи данных и радиостанцию подключен к бортовой антенне, причем передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого подвижного воздушного объекта, второго ВО и далее до N-го ВО, а передача данных с N-го ВО на НК осуществляется в обратном порядке, последнее и является недостатком данной системы. Нарушение или выход из строя одного из звеньев (летательного аппарата) выводит из строя всю систему в целом, для исключения этого в системе радиосвязи по заявке № RU 2005130586 требуется отслеживание горизонтальной направленности антенн каждого летательного аппарата и для чего дополнительно введены специальные блоки радиоаппратуры.
Целью заявленного изобретения является обеспечение скрытного и помехозащищенного обмена цифровой информацией мониторинга (изображениями земной поверхности в видимом и радиолокационном диапазонах длин волн, данными радио и радиотехнической разведки) с мегабитными скоростями передачи информации вплоть до n×16 Мбит/с, где n=0.5, 1, 2,…16, а также низкоскоростными сигналами координат ЛА и команд управления в сети связи между отдельными ЛА в группе и обмен информацией мониторинга между ЛА и НКП и управление отдельными ЛА с НКП. Заложенные принципы формирования радиосети позволяют осуществить совместную обработку информации мониторинга от всех ЛА группы в НКП и оптимизацию действий отдельных ЛА в группе, что повышает эффективность управления групп ЛА с НКП на основании полученной информации мониторинга и координат ЛА.
На чертеже изображена блок-схема системы радиосвязи согласно настоящему изобретению.
Заявляемая радиосистема состоит из бортовой и наземной аппаратуры. Бортовая аппаратура включает источник информации мониторинга (1), приемник сигналов навигационной спутниковой системы (2), выходы которых через коммутатор (3) подключаются при передаче к блоку цифрового модема (4), включающему алгоритмы модуляции и демодуляции псевдошумового сигнала (ПШС), один выход/вход которого двухсторонними связями подключен к блоку записи и хранения информации (5), второй выход - к монитору (6), третий выход - к блоку пеленгации (7), а четвертый выход/вход подключается через антенный коммутатор (8) либо к слабонаправленной приемно-передающей антенне (9), либо к направленной передающей (10), либо к направленной приемной антенне (11), диаграммы направленности которых направляются в сторону НКП или другого ЛА блоком цифрового управления (12).
В наземной аппаратуре, состоящей из передающей направленной антенны (13) и направленной в сторону ЛА приемной антенны (14), блоков управления (15) и пеленгации (16), выходы всех антенн, включая слабонаправленную приемно-передающую (17), подключены через антенный коммутатор (18) к блоку цифрового модема (19), связанному двухсторонними связями с компьютером рабочего места оператора (20), с блоком записи и хранения (21) и монитором (22). При передаче информации от одного ЛА к другому в приемной части используется аппаратура ЛА, рассмотренная выше.
Радиосистема работает в одном из двух режимов. Один режим - пассивный мониторинг. В этом случае первоначально сигнал с выхода источника информации мониторинга (1) через интерфейс блока цифрового модема (4) поступает в блок записи и хранения (5) и одновременно просматривается оператором на мониторе (6). В случае обнаружения важной для получателя информации радиолиния переключается в режим организации связи.
В другом режиме ЛА - инициатор связи в закрепленном за ним радиоканале передает со скоростью до 16 Кбит/с цифровой сигнал вызова, включающий адрес вызываемого абонента и сигнал собственных координат, формируемый в приемнике сигналов GPS-Глонасс (2) и подаваемый через коммутатор (3) в блок цифрового модема (4), программное обеспечение которого реализует необходимые алгоритмы кодирования, формирование псевдошумового сигнала (ПШС) с большой базой для обеспечения помехозащиты и скрытности работы радиолиний, формирование синхросигналов, фазовую модуляцию колебания промежуточной частоты. Антенный коммутатор (8) подключает слабонаправленную передающую антенну, включающую преобразователь частоты сигнала в сантиметровый диапазон волн и излучатель, обеспечивающий всенаправленное излучение в азимутальной плоскости и направленное излучение в угломестной плоскости с учетом угловых эволюций ЛА. Аналогичная аппаратура используется на всех ЛА.
Режим организации связи является низкоскоростным режимом управления сетью связи и обмена координатной информацией ЛА, при котором слабонаправленные приемные антенны всех ЛА (9) и НКП (17) подключены посредством соответствующих бортовых и наземных антенных коммутаторов к цифровым модемам. При организации связи с НКП сигнал с выхода антенны (17) на промежуточной частоте поступает в блок цифрового модема (19), осуществляющего демодуляцию и декодирование принятого сигнала. После выделения сигнала адреса в блоке (19) формируется сигнал квитанции, подтверждающий (или запрещающий) вызов и содержащий адрес ЛА - инициатора связи.
При организации связи в радиолинии "ЛА-ЛА" сигнал обрабатывается аналогичным образом. После выделения адреса в блоке цифрового модема (4) вызываемого ЛА формируется сигнал квитанции, содержащий, помимо адреса ЛА - инициатора связи, координаты вызываемого ЛА.
Координаты неподвижного НКП известны всем ЛА заранее и не передаются. Одновременно на основании сигналов координат ЛА - инициатора связи, выделенных при демодуляции сигнала вызова, блок управления диаграммой направленности антенной наводит направленную приемную антенну (14) НКП или (11) ЛА в направлении на ЛА - инициатор связи.
Сформированный сигнал квитанции с координатами ЛА передается в закрепленном радиоканале и выделяется получающим его ЛА - инициатором связи в соответствии с сигналом адреса.
В радиолинии используется поочередная во времени передача и прием сообщений слабонаправленными антеннами ЛА. Сигнал квитанции с выхода слабонаправленной приемной антенны ЛА - инициатора связи через антенный коммутатор поступает со скоростью до 16 Кбит/с в блок цифрового модема. На основании выделенного в блоке (4) сигнала координат ЛА блок цифрового управления (12) направляет направленную передающую антенну (10) в направлении на ЛА или НКП, приемные антенны которых наведены на ЛА - инициатор связи. После организации радиолинии по команде из процессора блока (4) осуществляется включение второго режима.
В режиме передачи высокоскоростной информации мониторинга сигнал соответствующего источника (1) в цифровой форме через коммутатор (3) поступает в блок (4) или может подаваться из блока записи и хранения (5).
В блоке модема (4) высокоскоростной сигнал кодируется каскадным кодом, объединяется со специальными синхросигналами и модулирует по фазе (ОФМ-2 или ОФМ-4) колебание промежуточной частоты. В бортовой (или наземной) приемной аппаратуре сигнал с выхода направленной приемной антенны через антенный коммутатор поступает в блок цифрового модема, осуществляющего демодуляцию и декодирование принятого сигнала, который отображается в дальнейшем на экране монитора рабочего места оператора РМО (22) и записывается в блоке записи (21) наземной аппаратуры или в блоке записи бортовой аппаратуры (5).
При передаче сигналов направленной передающей бортовой антенной приемная направленная антенна ЛА (11) работает одновременно в режиме пеленгации низкоскоростного сигнала. Последовательное переключение блоком управления (12) диаграммы направленности приемной антенны ЛА в каждое из 4-х направлений по азимуту и углу места позволяет определить в блоке пеленгации (7) взаимное смещение ЛА и блок управления (12) наводит передающую антенну на сместившийся ЛА-получатель. Аналогичные задачи решают блок пеленгации низкоскоростного сигнала и блок управления в приемной части ЛА - получателя информации мониторинга в результате обработки информационного сигнала, наводя приемную направленную антенну на ЛА-излучатель.
В радиолинии "ЛА-НКП" пеленгатор, используемый в НКП, измеряет смещение ЛА в результате обработки информационного сигнала мониторинга, передаваемого ЛА, и блок управления на основании результатов измерений наводит направленную приемную антенну НП на ЛА-излучатель.
Направленные приемопередающие антенны ЛА и НКП обеспечивают передачу высокоскоростной информации мониторинга со скоростями до n×16 Мбит/с на расстоянии прямой геометрической видимости 250-300 км в радиолинии ЛА-НКП и на расстоянии 50-100 км между ЛА.
Применение широкополосных ПШС с большой базой позволяет обеспечить скрытность работы радиолиний и помехозащиту при передаче слабонаправленными антеннами низкоскоростных сигналов вызова. При передаче высокоскоростных сообщений помехозащита и скрытность работы радиолиний обеспечивается за счет пространственной селекции, реализуемой высоконаправленными антеннами, и адаптивного уменьшения скорости передачи информации при увеличении мощности помех.