СПОСОБ И СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
METHOD AND SYSTEM OF RADIO COMMUNICATION WITH MOVING OBJECTS

Изобретение относится к автоматической радиосвязи в высокочастотном (ВЧ) диапазоне (3-30) МГц.
-6
Известен способ ВЧ радиосвязи с использованием технологии HFDL (High Frequency Data Link), построенной на основе спецификации ARINC 635 [1], характеристики ARINC 753 [2], руководства ARINC 634 [3], стандартов RTCA DO-265, DO-277 [1-5] (ARINC 635) оптимизирует в смысле надежности связи, спектральной и экономической эффективности систему пакетной связи «Воздух-Земля», в которой большое количество самолетов (до 2500) обслуживается малым количеством частотных каналов (до 48-60) и наземных станций (до 16) в режиме множественного доступа с временным и частотным разделением. Способ обмена данными в системе HFDL подробно описан в [1, 6, 7, 8]. HFDL определяет как процедуры составления канала с автовыбором рабочей частоты, так и все остальные процедуры автоматического ведения связи на всех уровнях (физическом, канальном и подсети) с многопараметрической адаптацией радиолинии по частоте, скорости передачи, видам модуляции и кодирования, а также по пространственному разнесению наземных станций, гарантирующие достоверность (остаточную вероятность ошибки) не хуже 10. В системе HFDL используется один и тот же набор частот для составления канала и ведения связи. Высокая спектральная эффективность системы достигается благодаря использованию комбинированного протокола множественного доступа к каналу с частотным (FDMA) и временным (TDMA) разделением. Протокол частотного разделения обеспечивается тем, что разные частотные каналы (от двух до шести) назначаются разным ВЧ наземным станциям (ВЧ НС). TDMA протокол обеспечивается тем, что время использования каждого частотного канала разбивается на 32-х секундные кадры, а каждый кадр разбивается на 13 временных слотов доступа длительностью 2,461538 с, равной времени передачи одного пакета данных 2,343888 с плюс 117,65 мс на неопределенность времени задержки распространения и рассинхронизм в радиолинии. На всех частотах ВЧ наземные станции периодически (в первом слоте каждого кадра) излучают сигналы маркеров, качество которых оценивают самолеты при выборе частоты связи. Самолет выбирает для связи любой канал, качество сигнала маркера которого является приемлемым или наилучшим, регистрируется на этом канале на наземной станции и ведет на нем связь до тех пор, пока качество канала отвечает требуемому уровню. Один канал связи могут выбрать несколько самолетов и зарегистрироваться на нем. Каждый ВЧ канал HFDL системы используется всеми зарегистрированными на нем самолетами в режиме множественного доступа с временным разделением. Управление протоколом TDMA обеспечивает ВЧ наземная станция, передавая в сигналах маркеров назначения слотов, резервируемых по запросам от бортов, слотов случайного доступа и слотов для передач с «земли». ВЧ наземная станция прогнозирует системные характеристики (задержку передачи пакета) на каждом своем частотном канале и выставляет флаг занятости канала в маркере, когда критическое число самолетов зарегистрировалось на канале, чтобы прекратить доступ к нему новых корреспондентов и гарантировать заданные системные характеристики (задержку передачи пакета не более допустимой). Простота прогнозирования системных характеристик в системе HFDL во многом определяется тем, что все сообщения в системе (вызывные и связные) имеют одинаковую стандартную длительность, равную слоту и передаются по единому протоколу TDMA на общем наборе частот. В зависимости от качества канала и объема передаваемых данных в сообщении выбирается оптимальный вид многопозиционной фазовой манипуляции и кодирования. При этом меняется скорость передачи данных пользователя, но длительность сообщения и символьная скорость 1800 Бод, обеспечиваемая однотоновым модемом, не меняются.
Для обеспечения заданного уровня надежности связи в зоне ответственности каждой ВЧ наземной станции из общего списка ВЧ частот (48-60 ОБП каналов), выделяемых для системы HFDL, в пункте управления ВЧ системой обмена данными назначают для каждой ВЧ наземной станции на каждый временной интервал суток длительностью (1-2) часа набор из (2-6) активных частот, оптимальный по условиям распространения радиоволн и электромагнитной совместимости, доводят назначенный набор частот вместе с интервалом времени его активизации до каждой ВЧ наземной станции через подсистему наземной связи, реализуя, таким образом, протокол множественного доступа с частотным разделением, разбивают время использования каждого частотного канала на временные кадры длительностью 32 с, а каждый кадр разбивают на 13 временных слотов длительностью 2,461538 с для реализации протокола множественного доступа к каналу с временным разделением (TDMA).
В конце каждого кадра на каждой ВЧ наземной станции для каждого слота следующего кадра производят назначение использования этого слота для передачи с земли или для передачи с конкретного борта по его предварительному запросу слота доступа, или для передач с любого борта в режиме случайного доступа.
С каждой ВЧ наземной станции на всех активных частотах в первом слоте каждого кадра излучают сигналы маркеров, которые содержат назначения использования каждого слота текущего кадра, а также квитанции на сообщения, принятые с ВЧ бортовой станции (ВЧ БС) в предыдущих двух кадрах.
На каждой ВЧ бортовой станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров выбирают лучшую частоту связи (ВЧ радиоканал «Воздух-Земля»).
Каждую ВЧ бортовую станцию регистрируют на выбранном ею ВЧ канале на соответствующей этому каналу ВЧ наземной станции, производят обмен пакетными данными в режиме TDMA через ВЧ радиоканал «Воздух-Земля» между ВЧ наземной станцией и ВЧ бортовой станцией, которая на ней зарегистрирована, до тех пор, пока качество ВЧ радиоканала «Воздух-Земля» превышает допустимый уровень. При ухудшении качества ВЧ радиоканала ниже допустимого уровня выбирают новый ВЧ радиоканал для бортовой станции и регистрируют ее на новом выбранном ВЧ радиоканале. Производят обмен пакетными данными через наземную сеть связи между ВЧ наземными станциями и пунктом управления ВЧ системой связи, а также пользователями системы связи - диспетчерскими пунктами управления воздушным движением (УВД).
В процессе обмена пакетными данными пакетное сообщение для диспетчера УВД, содержащее адрес получателя - диспетчерского пункта УВД, а также адрес отправителя (ИКАО адрес борта), формируют в бортовом блоке управления связью (бортовом маршрутизаторе), передают в ВЧ бортовую станцию, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, затем передают по ВЧ радиоканалу на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме наземной связи, и передают через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда через интерфейс передают к диспетчерскому пункту УВД.
Пакетное сообщение для центра управления (ЦУ), содержащее адрес получателя - ЦУ, а также адрес отправителя (ИКАО адрес борта), формируют в ВЧ бортовой станции, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, передают по ВЧ радиоканалу на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция, где упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме наземной связи, передают через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда передают через интерфейс к ЦУ.
В обратном направлении пакетное сообщение, содержащее адрес получателя - (ИКАО адрес борта), а также адрес отправителя - диспетчерского пункта УВД, формируют на диспетчерском пункте УВД, передают его через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда пакет транслируют через интерфейс на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, и затем передают по ВЧ радиоканалу к ВЧ бортовой станции - адресату.
Пакетное сообщение от ЦУ для борта, содержащее адрес получателя - (ИКАО адрес борта), а также адрес отправителя - ЦУ, формируют в ЦУ, передают его через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда его транслируют через интерфейс на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована бортовая станция - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по ВЧ радиоканалу, и передают по ВЧ радиоканалу к борту - адресату.
Недостаток аналога состоит в следующем: затруднена работа в помехах.
Известен аналог по способу применения [9]. Этот способ радиосвязи заключается в том, что с каждой ВЧ наземной станции излучают сигналы маркеров в первом слоте каждого кадра TDMA протокола доступа к каналу на всех частотах, которые периодически назначают и активизируют в пункте управления ВЧ системой обмена данными. Для реализации FDMA протокола доступа к каналам связи, согласно которому разные ВЧ наземные станции имеют разные наборы активных рабочих частот, на соответствующей ВЧ наземной станции регистрируют каждую ВЧ бортовую станцию на лучшей ВЧ частоте связи, выбираемой ВЧ бортовой станцией по результатам оценки ею качества приема сигналов маркеров. Затем между ВЧ наземной станцией и зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станцией производят обмен пакетными данными до тех пор, пока позволяет качество ВЧ канала «Воздух-Земля». При ухудшении качества ВЧ канала «Воздух-Земля» ниже допустимого уровня на ВЧ бортовой станции выбирают новый канал и регистрируются на этом канале на новой или на старой ВЧ наземной станции. Через подсистему наземной связи производят обмен пакетными данными между каждой ВЧ наземной станцией и диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями, а также пунктом управления ВЧ системой связи. На каждой ВЧ наземной станции выбирают лучшую частоту приема сообщений от каждой другой ВЧ наземной станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров с помощью дополнительных ВЧ приемников «Земля-Земля» и демодуляторов «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. Таблицу слышимости формируют по результатам выбора лучших частот приема, в ней указывают признак доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи, идентификаторы наземных станций и соответствующие им номера лучших частот приема с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных. На каждом частотном канале отводят один слот кадра доступа к каналу для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля». Таблицу слышимости передают одновременно с помощью N ВЧ передатчиков в слотах, которые отводят для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля». Затем принимают таблицы слышимости от других ВЧ наземных станций на предварительно выбранных лучших частотах приема с помощью дополнительных ВЧ приемников и демодуляторов «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. Таблицу связности сети «Земля-Земля» формируют на основе принятых таблиц слышимости, в которой указывают идентификаторы наземных станций с признаками их доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи и соответствующие им номера лучших частот приема и передачи с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных. Таблицу связности сети «Земля-Земля» используют для выбора частот связи (приема и передачи) с другими ВЧ НС. Пакет данных, принятый на недоступной ВЧ наземной станции от зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станции, передают одновременно с таблицей слышимости по ВЧ радиоканалу в слоте «Земля-Земля» на другую доступную ВЧ НС, с которой его транслируют к диспетчерскому пункту УВД или к пункту управления через подсистему наземной связи. Пакет данных от диспетчерского пункта управления УВД или управления авиалиниями (УАЛ) или от пункта управления системой, предназначенный для ВЧ бортовой станции, которая зарегистрирована на недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ НС, с которой затем его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции, и с которой далее его передают по ВЧ радиоканалу «Воздух-Земля» к ВЧ бортовой станции. Пакет данных от пункта управления ВЧ системой обмена данными, адресованный для недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ наземной станции, откуда его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции.
Недостаток аналога состоит в следующем: не предусмотрен режим перестройки частоты для повышения помехозащищенности передачи данных при полете воздушных судов
Известно антенное согласующее устройство (АСУ) передающего антенно-фидерного тракта с антенной ВЧ диапазона по патенту РФ №2698507 [10]. Оно выполнено на основе первого согласующего контура, в котором индуктивности соединены последовательно, а между ними параллельно включено по три емкости C1(i)=C1(min), C2(i)=С(0), C3(i)=C(max) с возможностью их подключения с помощью устройства управления на основе сравнения по заданному алгоритму напряжений на соседних плечах каждого звена согласующего контура, которое осуществляется во входных элементах устройства управления, имеющих отрицательный порог срабатывания для подключения емкостей C1(i) и C2(i) и положительный порог срабатывания для подключения емкости C3(i), к выходу последнего звена подключен широкополосный согласующий контур (ШСК). АСУ содержит приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с антенной и блок записи программ с внешним входом подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам устройства управления. Генератор рабочей частоты, выход которого соединен с входом третьего высокочастотного коммутационного узла, а управляющий вход третьего высокочастотного коммутационного узла - к первому управляющему выходу устройства управления. Первый выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключен к первому выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу первого согласующего контура, а второй выход - к второму выходу первого высокочастотного коммутационного узла и к входу второго согласующего контура. В том случае, когда по команде с устройства управления передающий радиочастотный кабель через выход первого высокочастотного коммутационного узла подключается к первому согласующему контуру, второй выход третьего высокочастотного коммутационного узла подключается к второму согласующему контуру, а в том случае, когда передающий радиочастотный кабель по команде с устройства управления через первый высокочастотный коммутационный узел подключается к второму согласующему контуру, генератор рабочей частоты через третий высокочастотный коммутационный узел подключается к первому согласующему контуру. Так же АСУ содержит пульт управления, выход которого подключен к входу блока записи программ. Второй согласующий контур аналогичный первому, при этом оба контура подключены к устройству управления аналогичными шинами управления высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго узлов подключения емкостей и контроля напряжений на границах L, С первого и второго согласующих контуров соответственно. Шины подключены к соответствующим входам/выходам устройства управления. Входы двух согласующих контуров подключаются к передающему радиочастотному кабелю посредством первого высокочастотного коммутационного узла по команде с второго управляющего выхода устройства управления. Второй согласующий контур через второй широкополосный согласующий контур подключен к второму входу второго высокочастотного коммутационного узла, выход которого, соединен через антенный радиочастотный кабель с антенной. Третий и четвертый входы/выходы устройства управления соединены двухсторонними связями по шинам управления высокочастотными коммутационными узлами и контроля напряжения на соседних звеньях первого и второго согласующих контуров с соответствующими входами/выходами первого и второго широкополосных согласующих контуров, выход второго широкополосного согласующего контура соединен с вторым входом второго высокочастотного коммутационного узла. Третий управляющий выход устройства управления подключен к входу управления второго высокочастотного коммутационного узла. Вход устройства управления служит для выбора типа подключаемых антенн, а внешний вход блока записи программ является входом устройства.
Однако с помощью одного антенного согласующего устройства передающего антенно-фидерного тракта с антенной ВЧ диапазона невозможно организовать передачу радиосигналов в системе радиосвязи.
Известен аналог по способу радиосвязи, который принят за прототип [11]. Способ радиосвязи заключается в том, что воздушное пространство разделяют на зоны обслуживания, в каждой зоне назначают ведущую ВЧ наземную станцию, через подсистему наземной связи на ней получают от ЦУ и хранят информацию о процессах планирования связи и динамического управления ресурсами связи ВЧ наземных станций, находящихся в соответствующей зоне, и при выходе из строя пункта управления ВЧ системой обмена данными управляют их режимами работы. С каждой ВЧ наземной станции излучают сигналы маркеров в первом слоте каждого кадра TDMA протокола доступа к каналу на всех частотах, которые периодически назначают и активизируют в пункте управления ВЧ системой обмена данными для реализации FDMA протокола доступа к каналам связи, согласно которому разные ВЧ наземные станции имеют разные наборы активных рабочих частот. На соответствующей ВЧ наземной станции регистрируют каждую ВЧ бортовую станцию на лучшей ВЧ частоте связи, выбираемой ВЧ бортовой станцией по результатам оценки ею качества приема сигналов маркеров. Между ВЧ наземной станцией и зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станцией производят обмен пакетными данными до тех пор, пока позволяет качество ВЧ канала «Воздух-Земля». При ухудшении качества ВЧ канала «Воздух-Земля» ниже допустимого уровня на ВЧ бортовой станции выбирают новый канал и регистрируются на этом канале на новой или на старой ВЧ наземной станции. Через подсистему наземной связи производят обмен пакетными данными между каждой ВЧ наземной станцией и диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями, а также пунктом управления ВЧ системой обмена пакетными данными. На каждой ВЧ наземной станции выбирают лучшую частоту приема сообщений от каждой другой ВЧ наземной станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров с помощью ВЧ приемников «Земля-Земля» и демодуляторов «Земля-Земля» радиосигнала. Формируют таблицу слышимости по результатам выбора лучших частот приема, в которой указывают признак доступности (недоступности) ВЧ наземной станции для подсистемы наземной связи, идентификаторы наземных станций и соответствующие им номера лучших частот приема с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных. На каждом частотном канале отводят один слот кадра доступа к каналу для передачи данных в направлении «Земля-Земля». Передают таблицу слышимости одновременно с помощью N ВЧ передатчиков в слотах, которые отводят для передачи данных в направлении «Земля-Земля». Принимают таблицы слышимости от других ВЧ наземных станций на предварительно выбранных лучших частотах приема с помощью ВЧ приемников и демодуляторов «Земля-Земля» радиосигнала, формируют таблицу связности сети «Земля-Земля» на основе принятых таблиц слышимости, в которой указывают идентификаторы наземных станций с признаками их доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи и соответствующие им номера лучших частот приема и передачи с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных. Таблицу связности сети «Земля-Земля» используют для выбора частот связи (приема и передачи) с другими ВЧ НС. Пакет данных, принятый на недоступной ВЧ наземной станции от зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станции, передают одновременно с таблицей слышимости по ВЧ радиоканалу в слоте «Земля-Земля» на другую доступную ВЧ НС, с которой его транслируют к диспетчерскому пункту УВД или УАЛ или к пункту управления ВЧ системы обмена пакетными данными через подсистему наземной связи. Пакет данных от диспетчерского пункта управления УВД или УАЛ или от пункта управления ВЧ системы обмена пакетными данными, предназначенный для ВЧ бортовой станции, которая зарегистрирована на недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ НС, с которой затем его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции, и с которой далее его передают по ВЧ радиоканалу «Воздух-Земля» к ВЧ бортовой станции. Пакет данных от пункта управления ВЧ системой обмена данными, адресованный для недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ наземной станции, откуда его транслируют по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» к недоступной ВЧ наземной станции. Срочную информацию транслируют по ВЧ радиоканалам «Земля-Воздух» со всех доступных для выбранной ВЧ бортовой станции ВЧ наземных станций, причем для ретрансляции срочной информации используют соответствующие ВЧ наземные станции и радиоканалы «Земля-Земля», а также доступные ВЧ бортовые станции. При выходе из строя сегмента подсистемы наземной связи обеспечивают его обход с помощью трансляции соответствующей информации по ВЧ радиоканалу «Земля-Земля» от ближайшей к обрыву подсистемы наземной связи доступной ВЧ наземной станции по ВЧ радиоканалам «Земля-Земля» к другой/другим доступной/доступным ВЧ наземной станции/станциям, находящейся/находящимися на другой стороне обрыва. На основе анализа состояния и параметров ВЧ радиоканала передают на противоположную сторону сведения о новых рекомендуемых видах модуляции, кодов, перемежения, скремблирования, скорости передачи и затем с использованием меток времени глобальных навигационных спутниковых систем одновременно на сторонах передачи и приема программно формируют новые рекомендуемые виды модуляции, кодов, перемежения, скремблирования и организуют процесс обмена данными.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности быстро изменять режим рабочей частоты из-за отсутствия процедуры компенсации реактивной составляющей антенны на каждой рабочей частоте ВЧ диапазона, в результате чего происходит потеря мощности излучаемого радиосигнала.
Технический результат изобретения - повышение помехозащищенности.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ радиосвязи с подвижными объектами, включающий процессы, при которых разделяют воздушное пространство на зоны обслуживания, в каждой зоне устанавливают наземный комплекс (НК) с наземной станцией высокочастотного диапазона, одну из которых назначают ведущей ВЧ НС, от нее через наземную сеть передачи данных все ВЧ НС, находящиеся в соответствующей зоне обслуживания, получают информацию о процессах планирования связи и динамического управления ресурсами связи, хранят ее, с каждой ВЧ НС излучают радиосигналы на всех частотах, которые периодически назначают и активизируют в ведущей ВЧ НС, разные ВЧ НС имеют разные наборы активных рабочих частот, между ВЧ НС и ВЧ бортовой станцией, расположенной на ПО, проводят обмен данными, через наземную сеть передачи данных осуществляют обмен пакетными данными между источниками сообщений (ИС) и каждой ВЧ НС, включая ведущую ВЧ НС, сообщение, принятое ВЧ НС с ВЧ БС, транслируют к источнику сообщения, выдавшему соответствующую команду управления через наземную сеть передачи данных, пакет данных от ИС или от ведущей ВЧ НС, предназначенный для определенной ВЧ БС, передают через наземную сеть передачи данных к ВЧ НС, с которой далее его передают по ВЧ радиоканалу «Земля-Воздух» к ВЧ БС, пакет данных от ведущей ВЧ НС, адресованный для определенной ВЧ НС, передают через наземную сеть передачи данных к ВЧ НС, срочную информацию транслируют по ВЧ радиоканалам «Земля-Воздух» со всех ВЧ НС для выбранной ВЧ БС, на основе анализа состояния и параметров ВЧ радиоканала с ВЧ БС передают на противоположную сторону сведения и затем, с использованием меток времени глобальных навигационных спутниковых систем, на сторонах передачи и приема программно организуют процесс обмена данными, ВЧ НС располагают по территории так, чтобы их зоны обслуживания, ограниченные секторами ответственности односкачковых трасс ВЧ диапазона, являющиеся наиболее надежными по связи, перекрывали все маршруты подвижных объектов с ВЧ БС, перемещающихся в пространстве, осуществляют единое планирование связи всех ВЧ НС с ведущей ВЧ НС, для обеспечения единой временной синхронизации всех ВЧ НС и ВЧ БС используют метки времени глобальных навигационных спутниковых систем, во всех ВЧ НС хранят информацию о командах управления от ИС до момента получения с выбранной ВЧ БС донесения о достоверном приеме соответствующей команды управления, расчетно-экспериментальным методом на ведущей ВЧ НС создают списки неповторяемых частот связи для всех ВЧ НС на определенный отрезок времени, например, на сутки, и временной интервал излучения радиосигналов на нем, вводят эти данные и время переключения частот по наземной сети передачи данных во все ВЧ НС, а в ВЧ БС - при предполетной подготовке, периодически с интервалом, меньшим интервала стационарности квазирегулярных параметров ионосферы (менее 5 минут) с ВЧ НС излучают сигналы на назначенном наборе из двух частот, известных всем абонентам, на ВЧ БС оценивают параметры радиосигналов всех ВЧ НС, охватывающих местоположение ВЧ БС зонами обслуживания, ограниченными секторами ответственности односкачковых трасс ВЧ диапазона, в том числе величину отношения сигнал/шум, а, следовательно, достоверность приема, все изменения номиналов частот на ВЧ НС, передаваемые с ведущей ВЧ НС, фиксируют на соответствующей ВЧ НС, при наличии информации для ВЧ БС, находящейся на маршруте, на ведущей ВЧ НС определяют ВЧ НС, в зонах обслуживания которых находится требуемая ВЧ БС, передают им команды управления, которые хранят на выбранных ВЧ НС до получения донесения о параметрах каналов связи и других данных с ВЧ БС, после чего передают команды управления, полученные на ВЧ НС от источника сообщений, на ВЧ БС, при этом частоту приемника ВЧ БС не переключают даже в том случае, если появится радиоканал на другой частоте с лучшими параметрами, в ВЧ БС оценивают качество всех принятых сигналов от ВЧ НС, в зонах обслуживания которых находится выбранная ВЧ БС, запоминают параметры и, если при анализе адресной части принятого сообщения адрес совпадает с собственным, то на известной частоте передают на соответствующую ВЧ НС данные о времени измерений параметров радиоканала, местоположении и параметрах движения ПО с ВЧ БС, данные о помехах и ожидают приема команды управления, в ВЧ НС принимают сообщение, оценивают его достоверность, при отсутствии ошибок считают, что канал составлен, подготавливают передатчик ВЧ НС к формированию и передаче сообщения в виде радиосигнала с известной частотой с информационной частью в виде команды управления, предназначенной для выбранной ВЧ БС, в ВЧ БС принимают команду управления, оценивают ее достоверность, адрес, при отсутствии ошибок и совпадении адреса с собственным передают ее бортовым потребителям информации, затем подготавливают передатчик ВЧ БС к формированию и передаче ответного сообщения о правильном приеме переданной информации в виде радиосигнала с известной частотой и информационной частью, предназначенной источнику сообщения, от которого поступила команда управления в виде формализованного сообщения, на время работы передатчика ВЧ БС ее приемники блокируют, после достоверного приема на ВЧ БС команды управления и отправки на соответствующую ВЧ НС донесения о правильном ее приеме на ВЧ БС процесс приема и оценки параметров сигналов продолжается, в ВЧ НС принимают ответное сообщение с ВЧ БС, оценивают его достоверность, при отсутствии ошибок формируют данные и по наземной сети передачи данных передают источнику сообщения, информация которого была передана на ВЧ БС, после обмена данными процедуры формирования сигналов в ВЧ НС и оценки их параметров в ВЧ БС продолжаются, местоположение ВЧ БС определяют по навигационным данным с выходов приемников глобальных навигационных спутниковых систем и передают его в ответных сообщениях на ВЧ НС, где с использованием метода экстраполяции определяют местоположение ВЧ БС на следующий сеанс связи, оценивая вероятность попадания ее в зоны обслуживания ВЧ НС, ограниченные секторами ответственности односкачковых трасс ВЧ диапазона, разрабатывают несколько версий планов связи, при чем каждая версия имеет соответствующий код плана связи и код начала работы по новому плану связи, привязанный к единому времени, разработанные версии планов связи передают всем абонентам системы радиосвязи, которые будут для них общими на заданный промежуток времени, затем в заданное время при наличии информации начинается передача или прием на противоположной стороне сообщений от каждого абонента по двум радиоканалам на разных рабочих частотах, разнесенных по ВЧ диапазону, при этом две рабочие частоты назначают с помощью группового метода использования частот на ВЧ БС и ВЧ НС, причем выбирают две рабочие частоты расположенные в частотном диапазоне таким образом, чтобы обеспечивалась некоррелированность радиосигналов и независимость уровней помех на этих частотах, рабочие частоты выделенные для ВЧ НС в одном и том же интервале времени не повторяются, перед окончанием сеанса связи по текущему плану связи всем абонентам передают код следующего плана связи и код начала работы по нему, после чего процессы передачи и приема сообщений продолжаются.
Повышение помехозащищенности обеспечивается за счет формирования и передачи одновременно на всех ВЧ НС и ВЧ БС радиосигналов на двух рабочих частотах, расположенных в высокочастотном диапазоне таким образом, чтобы обеспечивалась некоррелированность радиосигналов и независимость уровней помех на этих частотах, величина которых изменяется в разных сеансах связи по закону и во временных интервалах, известных всем абонентам.
1
1
Сущность способа заключается в следующем. Наземные станции высокочастотного диапазона располагают по территории так, чтобы их зоны обслуживания, ограниченные секторами ответственности односкачковых трасс ВЧ диапазона, наиболее надежных по связи, перекрывали бы все маршруты движения подвижных объектов с бортовыми станциями высокочастотного диапазона, перемещающихся в пространстве. Односкачковая трасса ВЧ диапазона выглядит условно в виде "баранки", внутренний радиус r которой составляет 500 км, а внешний - приблизительно (2500-3000) км (без учета границ сектора ответственности ВЧ НС). Для абонентов, расположенных внутри зоны радиусом r, связь осуществляется с удаленных ВЧ НС, обслуживающих другие зоны ответственности, и расположенных на расстоянии ≈ (1000-2500) км от этой ВЧ НС. Перед началом работы на ведущей ВЧ НС разрабатывают несколько версий планов связи, причем каждая версия имеет соответствующий код и код начала работы по новому плану связи, привязанному к единому времени. Коды передают всем абонентам системы радиосвязи и они будут для них общими на заданный промежуток времени. Затем в заданное время при наличии информации начинается передача или прием на противоположной стороне сообщений с каждого абонента по двум радиоканалам на разных, разнесенных по ВЧ диапазону рабочих частотах. Рабочие частоты, выделенные для наземных комплексов в одном и том же интервале времени не повторяются. Перед окончанием сеанса связи по первому плану связи, передают всем абонентам коды следующего плана связи и начала работы по нему и так далее. Для обеспечения заданного уровня помехозащищенности и надежности связи в зоне ответственности каждой ВЧ НС назначаются две активные частоты ВЧ диапазона из общего списка активных частот, коды которых назначены в ведущей ВЧ НС на определенный временной интервал текущих суток, например, длительностью (1-2) часа, оптимальный (с точки зрения набранной статистики) по условиям распространения радиоволн, электромагнитной совместимости и низкому уровню помех. Затем доводят код назначенного набора частот вместе с интервалом времени его активизации до каждой ВЧ НС через наземную сеть передачи данных, реализуя таким образом протокол множественного доступа с частотным разделением (FDMA).
В процессе подготовки к обмену данными все ВЧ БС и ВЧ НС осуществляют мониторинг (без выхода в эфир, так как подвижные объекты с ВЧ БС могут перемещаться в пространстве в режиме радиомолчания) радиочастотного спектра, определяют уровни помех на выделенных ведущей ВЧ НС известных рабочих частотах и при наличии помех срочно сообщают о них в известных интервалах времени на выбранной частоте на соответствующую ВЧ НС или с ВЧ НС на ведущую ВЧ НС для проведения коррекции плана, о чем извещаются все абоненты. ВЧ НС располагают по территории так, чтобы их зоны обслуживания, ограниченные секторами ответственности односкачковых трасс ВЧ диапазона, наиболее надежные по связи, многократно (более 3 раз) перекрывали все маршруты перемещения подвижных объектов с ВЧ БС. На каждой ВЧ НС с помощью группового метода использования частот с ведущей ВЧ НС назначают две частоты, расположенные в частотном диапазоне таким образом, чтобы обеспечивалась некоррелированность радиосигналов и независимость уровней помех на этих частотах. Расчетно-экспериментальным методом на ведущей ВЧ НС создают списки неповторяемых частот связи для всех ВЧ НС на определенный отрезок времени, например, на сутки, время переключения частот, временной интервал их излучения, известный всем абонентам системы, и вводят эти данные с ведущей ВЧ НС по наземной сети передачи данных в ВЧ НС, а в ВЧ БС - при предполетной подготовке.
Периодически с интервалом, меньшим интервала стационарности квазирегулярных параметров ионосферы (менее 5 минут), с каждой ВЧ НС при наличии информации с ведущей ВЧ НС и источника информации излучают радиосигналы на назначенном наборе из двух частот, известных всем абонентам системы. В этом случае ответная с ВЧ БС информация содержит, например, преамбулу для вывода автоматической регулировки наземного преемника ВЧ НС в установившийся режим, адрес отправителя информации на ВЧ БС - источника сообщения, донесение о качестве приема команды управления, рекомендуемую скорость в канале, время измерения параметров канала, местоположение ВЧ БС, данные о наличии помех и их уровне и другую информацию.
Пространственное, частотное разнесение, как и временное (за счет кодирования и перемежения), позволяет повысить величину отношения сигнал/шум, а, следовательно, помехозащищенность приема информации и уменьшить время доставки информации, так как в этом случае требуется осуществлять меньше запросов для повторения недостоверно принятой информации.
С каждой ВЧ НС на двух активных частотах излучают радиосигналы, которые содержат преамбулу для вывода автоматической регулировки усиления преемника в установившийся режим, адреса отправителя информации - источника сообщения и ВЧ БС или широковещательный режим, например, когда все биты в выделенном временном отрезке - единицы.
Особенность назначения адресной части радиосигнала, например, следующая: если в ней отсутствует информация, то она на ВЧ БС используется только для анализа параметров канала связи, а если имеется адрес ВЧ БС, зарегистрированной в системе, то это является признаком наличия информации на ВЧ НС для соответствующей ВЧ БС, особый признак, например, все единицы - широковещательный режим, который показывает, что ВЧ БС, начиная со следующего сеанса связи, должны быть готовы к приему с ВЧ НС команд управления.
Единое планирование связи всех ВЧ НС осуществляют с ведущей ВЧ НС с учетом замены вышедших из строя из-за неисправностей приемо-передающих узлов, сведения о которых с ВЧ НС на ведущую ВЧ НС поступают по наземной сети передачи данных. В ВЧ НС, в зоне зоны обслуживания которой находится выбранная ВЧ БС, хранят информацию (команды управления от ИС). Все изменения номиналов частот на ВЧ НС, передаваемые с ведущей ВЧ НС, например, при наличии помех, фиксируют в вычислителе АРМ и передают на ВЧ НС, через которые извещаются все ВЧ БС. Эта процедура, используемая в динамическом режиме, повышает помехозащищенность.
Для обеспечения электромагнитной совместимости ВЧ НС, что повышает помехозащищенность системы, расчетно-экспериментальным методом на ведущей ВЧ НС создают списки неповторяемых частот связи для всех ВЧ НС на определенный интервал времени, например, на сутки, временной интервал излучения радиосигналов на них, вводят эти данные и время переключения частот по наземной сети передачи данных во все ВЧ НС. Все изменения номиналов частот на ВЧ НС, передаваемые с ведущей ВЧ НС, фиксируют в на соответствующей ВЧ НС, которую можно использовать при вводе данных в ВЧ БС при предполетной подготовке.
По известному местоположению ВЧ БС, определенному по ответным сигналам с применением метода экстраполяции [12], на ведущей ВЧ НС определяют ту ВЧ НС, в зоне ответственности которой, находится требуемая ВЧ БС.
Для обеспечения единой временной синхронизации всех ВЧ НС и ВЧ БС используют метки точного времени с выходов приемников глобальных навигационных спутниковых систем. Поэтому временное положение слотов, времени переключении частот, заданного с ведущей ВЧ НС, у всех абонентов синхронизировано (по наземной сети передачи данных).
Операция автоматического составления канала по организации связи между ВЧ НС и ВЧ БС является сокращенной (по сравнению с аналогами) по времени и выполняется следующим образом (фиг. 2):
- при наличии информации с ИС для ВЧ БС, находящейся на маршруте, на ведущей ВЧ НС определяют те ВЧ НС, в зоне обслуживания которых, находится требуемая ВЧ БС, и передают на них адрес ВЧ БС и команды управления с источников информации, которые хранят на ВЧ НС до момента приема с вызываемой ВЧ БС ответного сообщения - донесения о правильном приеме переданной команды управления;
- вызывающие ВЧ НС обращаются к вызываемой ВЧ БС и передают в радиосигналах соответствующий адрес;
- в вызываемой ВЧ БС оценивают качество всех принятых радиосигналов ВЧ НС, выбирают на текущий момент времени лучший из них, наиболее подходящий по условиям распространения радиоволн и помеховой обстановке на данной частоте, например, по отношению сигнал/шум, анализируют адрес вызываемой ВЧ БС. Если при анализе адресной части принятого радиосигнала адрес совпадает с собственным, то в следующем сообщении на известной частоте передают данные о рекомендуемой скорости передачи, отношении сигнал/шум в канале, времени измерений, местоположении абонента и параметрах движения ПО с ВЧ БС, адрес соответствующей ВЧ НС с лучшим каналом связи, запоминают эти параметры, в следующем сеансе связи передают их и, начиная с последующего радиосигнала ожидают приема команды управления;
- на вызывающих ВЧ НС с разной степенью достоверности принимают информацию с вызываемой ВЧ БС, при этом только на одной ВЧ НС будут наиболее достоверные данные. Затем анализируют адрес ВЧ НС, если адрес совпадает с собственным, то считают, что канал составлен, и, начиная со следующего слота по времени, на известной частоте с заданной скоростью, указанными в сообщении с вызываемой ВЧ БС, передают команды управления для этой ВЧ БС. Во время передачи команд управления на двух частотах ВЧ НС частоты приемников радиостанций ВЧ диапазона ВЧ БС не переключают даже в том случае, если появится частота с большим отношением сигнал/шум;
- в вызываемой ВЧ БС оценивают качество приема команды управления от выбранной ВЧ НС, подготавливают и передают на ВЧ НС донесения о правильном или не правильном приеме для получения повторного сообщения;
- после достоверного приема донесения о правильном приеме на ВЧ БС команды управления процесс приема и оценки параметров радиосигналов на ВЧ БС продолжается;
- в случае недостоверного приема команды управления в ответном сообщении с ВЧ БС посылается запрос на повторную передачу команды управления и процедуры обработки информации повторяются.
В ВЧ БС осуществляют мониторинг радиочастотного спектра, определяют уровни помех на известных рабочих точках системы и при наличии помех срочно сообщают о них в первом же ответном радиосигнале вместе с данными о помехах на соответствующую ВЧ НС. На ВЧ НС также производят аналогичные процедуры и затем с ВЧ НС на ведущую ВЧ НС транслируют эти сообщения и извещения об этом всех абонентов.
В случае, когда ВЧ БС работают в группе и только ВЧ БС ведомого правильно приняла сообщение, то она по радиолинии прямой видимости транслирует на ВЧ БС ведущего принятые без ошибок данные и ожидает от нее подтверждения, которое затем передают на соответствующую ВЧ НС. Эта процедура также повышает помехозащищенность системы.
Зная время выдачи в эфир радиосигналов i-й ВЧ НС и ее частоты переключая на это время приемники радиостанции ВЧ диапазона, можно оценить параметры радиосигналов всех ВЧ НС, охватывающих вызываемую ВЧ БС односкачковой трассой ВЧ диапазона с учетом секторов ответственности ВЧ НС.
Местоположение ВЧ БС определяют по привязке их к навигационным данным приемников глобальных навигационных спутниковых систем и передают его в ответных сообщениях на соответствующую ВЧ НС, где с использованием метода экстраполяции определяют местоположение ВЧ БС на следующий сеанс связи рассчитывая вероятность попадания его в зоны обслуживания, ограниченные секторами ответственности односкачковых трасс ВЧ НС.
Величина рабочих частот двух радиосигналов и положение временного интервала их излучения известны всем абонентам системы и являются идентификаторами ВЧ наземных станций.
Повышение помехозащищенности обеспечивается за счет:
- введения режима перестройки рабочей частоты в ВЧ диапазоне, при котором затруднена постановка прицельной помехи;
- формирования и передачи в эфир одновременно двух радиосигналов, частоты которых разнесены по ВЧ диапазону так, чтобы учитывалось время суток в точках передачи и приема сообщений;
- уменьшения величины коэффициента стоячей волны - повышения излучаемой мощности в ВЧ диапазоне при введении процедуры согласования выходного сопротивления передатчика радиостанции ВЧ диапазона с входным сопротивлением антенны на всех рабочих точках;
- транслирования срочной информации для выбранной ВЧ БС по ВЧ радиоканалам «Земля-Воздух» со всех ВЧ наземных станций;
- использования меток времени с выхода приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем для формирования единой временной шкалы для всех абонентов системы, что позволяет точно определить время смены частот.
Разработанные процедуры позволяют не только повысить помехозащищенность передачи данных, но и уменьшить время доставки сообщения.
Технический результат по предлагаемому способу радиосвязи достигается тем, что в систему радиосвязи с подвижными объектами, состоящую из М наземных комплексов (НК), соединенных радиоканалами связи с N подвижными объектами (ПО), как непосредственно, так и через соответствующие спутники связи из созвездия спутников, а между собой наземные комплексы соединены с помощью наземной сети передачи данных с входом/выходом системы, при чем наземный комплекс содержит наземную станцию спутниковой связи с наземной антенной наземной станции спутниковой связи, наземную радиостанцию MB диапазона с наземной антенной MB диапазона, модуль сопряжения, подключенный двухсторонними связями к наземной сети передачи данных с входом/выходом системы и к соответствующему входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ), первый вход которого подключен к приемнику сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ, в состав каждого из подвижных объектов входят бортовые датчики, бортовой приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем и анализатор типа принимаемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, первый вход/выход которого подключен к двунаправленной шине системы управления подвижным объектом, второй вход/выход - через бортовую станцию спутниковой связи к бортовой антенне бортовой станции спутниковой связи для связи со спутником связи из созвездия спутников, третий вход/выход подключен к блоку управления бортовой антенной бортовой станции спутниковой связи, выход которого соединен с входом управления бортовой антенны бортовой станции спутниковой связи, четвертый вход/выход через последовательно соединенные двухсторонними связями бортовую аппаратуру передачи данных, бортовую радиостанцию MB диапазона подключен к бортовой антенне MB диапазона, выход бортового вычислителя соединен с входом блока регистрации данных, первая бортовая антенна ВЧ диапазона, первая бортовая радиостанция ВЧ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и бортовой аппаратуры передачи данных соответственно, дополнительно введены на ПО первое бортовое антенное согласующее устройство, первый и второй входы/выходы которого подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и первой бортовой радиостанции ВЧ диапазона соответственно, а третий вход/выход - к первой бортовой антенне ВЧ диапазона, вторая бортовая радиостанция ВЧ 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 через второе бортовое антенное согласующее устройство подключен к второй бортовой антенне ВЧ диапазона, третий вход/выход второго бортового антенного согласующего устройства соединен двухсторонним связями с соответствующим входом/выходом бортового вычислителя, бортовой блок хранения команд управления, вход/выход которого соединен двухсторонними связями с соответствующим входом/выходом бортового вычислителя, а на НК введены наземная аппаратура передачи данных, первый и второй входы/выходы которой подключены к входам/выходам наземной станции спутниковой связи и наземной радиостанции MB диапазона соответственно, а третий - к соответствующему входу/выходу вычислителя АРМ, наземный блок управления наземной антенной наземной станции спутниковой связи, вход/выход которого подключен к соответствующему входу/выходу вычислителя АРМ, а выход соединен с входом управления наземной антенной наземной станции спутниковой связи, первая наземная радиостанция ВЧ диапазона, первая наземная антенна ВЧ диапазона, вторая наземная радиостанция ВЧ диапазона, вторая наземная антенна ВЧ диапазона, при этом первый и второй входы/выходы первой наземной радиостанции ВЧ диапазона подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя АРМ и наземной аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход через первое наземное антенное согласующее устройство подключен к первой наземной антенне ВЧ диапазона, третий вход/выход первого наземного антенного согласующего устройства соединен двухсторонним связями с соответствующим входом/выходом наземного вычислителя АРМ, первый и второй входы/выходы второй наземной радиостанции ВЧ диапазона подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя АРМ и наземной аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход через второе наземное антенное согласующее устройство подключен к второй наземной антенне ВЧ диапазона, третий вход/выход второго наземного антенного согласующего устройства соединен двухсторонним связями с соответствующим входом/выходом наземного вычислителя АРМ, наземный блок хранения команд управления, вход/выход которого соединен двухсторонними связями с соответствующим входом/выходом вычислителя АРМ, при этом первая и вторая бортовые радиостанции ВЧ диапазона, первое и второе бортовое антенное согласующее устройство, первая и вторая бортовые антенны ВЧ диапазона совместно с бортовым вычислителем и бортовой аппаратурой передачи данных и их взаимными связями составляют бортовую станцию ВЧ диапазона, первая и вторая наземные радиостанции ВЧ диапазона, первое и второе наземные антенное согласующее устройство, первая и вторая наземные антенны ВЧ диапазона совместно с вычислителем АРМ и наземной аппаратурой передачи данных и их взаимными связями составляют наземную станцию ВЧ диапазона.
Предлагаемые способ и система радиосвязи с ПО для его реализации, поясняются фигурами. На фиг. 1 представлена структурная схема системы радиосвязи с подвижными объектами, на фиг. 2 и 3 представлены структурные схемы подвижного объекта 2 и наземного комплекса 1 соответственно, где обозначено:
1 - наземный комплекс, имеющий в своем составе ВЧ НС;
2 - подвижный объект, имеющий в своем составе ВЧ БС;
3 - наземная сеть передачи данных с входом/выходом 4 системы;
5 - бортовой вычислитель;
6 - бортовые датчики;
7 - бортовой приемник сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS;
8 - блок регистрации данных;
9 - бортовая аппаратура передачи данных (АПД);
10 - бортовая радиостанция MB диапазона;
11 - бортовая антенна MB диапазона;
12 - наземная антенна MB диапазона;
13 - наземная радиостанция MB диапазона;
14 - наземная аппаратура передачи данных;
15 - вычислитель АРМ;
16 - наземный приемник сигналов навигационных спутниковых систем;
17 - монитор АРМ;
18 - пульт управления АРМ;
19 - анализатор типа принимаемых сообщений;
20 - двунаправленная шина системы управления подвижным объектом;
21 - бортовой блок хранения команд управления;
22 - наземный блок хранения команд управления;
23 - первая бортовая радиостанция ВЧ диапазона;
24 - первая бортовая антенна ВЧ диапазона;
25 - бортовая станция спутниковой связи;
26 - бортовая антенна бортовой станции спутниковой связи;
27 - модуль сопряжения;
28 - наземная антенна станции спутниковой связи;
29 - наземная станция спутниковой связи;
30 - спутник связи из созвездия спутников;
31 - наземный блок управления наземной антенной наземной станции спутниковой связи;
32 - бортовой блок управления бортовой антенной бортовой станции спутниковой связи;
33 - первое бортовое антенное согласующее устройство;
34 - вторая бортовая радиостанция ВЧ диапазона;
35 - второе бортовое антенное согласующее устройство;
36 - вторая бортовая антенна ВЧ диапазона;
37 - первое наземное антенное согласующее устройство;
38 - вторая наземная радиостанция ВЧ диапазона;
39 - второе наземное антенное согласующее устройство;
40 - вторая наземная антенна ВЧ диапазона;
41 - первая наземная радиостанция ВЧ диапазона;
42 - первая наземная антенна ВЧ диапазона.
Алгоритм работы системы радиосвязи с ПО, построенной по рассмотренному выше способу, заключается в проведении непрерывного анализа в НК 1 и ПО 2 параметров каналов связи и передаваемых команд управления, используемых для обмена данными между объектами системы на их правильность и логическую обоснованность.
Система радиосвязи с подвижными объектами по указанному выше способу работает следующим образом. Перед началом работ на ведущей ВЧ НС в соответствующем НК 1 разрабатывают несколько версий планов связи, причем каждая версия имеет соответствующий код плана связи. Коды плана связи и начала работы по новому плану связи, привязанные к единому времени, передают в блоки 21 и 22 хранения команд управления всем абонентам системы, и они будут для них общими на заданный промежуток времени.
Затем в заданное время при наличии информации от ведущей ВЧ НС или ИС начинается передача или прием на противоположной стороне сообщений с каждого абонента по двум радиоканалам на разных, разнесенных по ВЧ диапазону рабочих частотах. Рабочие частоты, выделенные для наземных комплексов в одном и том же интервале времени не повторяются, перед окончанием сеанса связи по первому плану связи, передают всем абонентам следующие код работы по новому плану связи и код начала работы по новому плану связи и так далее. С помощью группового метода использования частот на ВЧ БС и ВЧ НС назначают две частоты, расположенные в частотном диапазоне таким образом, чтобы обеспечивалась некоррелированность радиосигналов и независимость уровней помех на этих частотах.
Перед началом работы после установки антенн 24, 42, 36 и 40 на объекты системы осуществляются процедуры согласования выходного сопротивления передатчика радиостанций 23 и 34 (на ПО), 41 и 38 (на НК 1) ВЧ диапазона с входным сопротивлением антенн 24 и 36, 42 и 40 соответственно на всех рабочих точках диапазона.
Согласование осуществляют путем компенсации реактивности (индуктивного или емкостного характера) подключаемой антенны с помощью антенных согласующих устройств 33 и 35, 37 и 39, управляемых узлами 5 и 15. Все полученные и необходимые для настройки данные о состоянии коммутационных узлов на всех рабочих точках последовательно записываются в память узлов 5 и 15 для последующей установки рабочих частот в соответствующих антенных согласующих устройствах 33 и 35, 37 и 39.
Автоматическую настройку в начале работы начинают с выбора двух первых по списку рабочих частот приемников и передатчиков радиостанций 41 и 38, 23 и 34, антенных согласующих устройств 33 и 35, 37 и 39 по команде управления из блоков 21 и 22 хранения команд управления. Команды соответствуют одному из кодов, записанных ранее и обрабатываемых в вычислители 5 и 15. Затем последовательно во времени через известный всем абонентам системы временной интервал формируется вторя пара рабочих частот, известных всем абонентам системы, потом третья пара и так далее до конца действия текущего плана связи. Затем вводится новый план связи и работа системы возобновляется.
Для настройки антенных согласующих устройств 33 и 35, 37 и 39 на требуемую следующую по плану связи рабочую частоту используются средства генерации, управления, коммутации [13]. Коэффициенты деления при генерации рабочей частоты выбираются таким образом, чтобы его рабочие точки перекрывали бы всю совокупность частот, номиналы и последовательность установки во времени которых введены по входу управления от вычислителей 5 и 15 в зависимости от введенного плана связи. Итак продолжается до конца работы по текущему плану связи.
По исходным данным, введенным заранее вместе с планом связи в узлы 21 и 22, с помощью узлов 5 и 15, настраивается следующая по времени известная всем абонентам системы пара рабочих частот, которая должна присутствовать в эфире в течение заданного интервала времени, синхронизированного метками точного времени с приемников 7 и 16 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. После программного переключения контуров в узлах 33 и 35, 37 и 39 в следующем сеансе связи в зависимости от команд с узлов 5 и 15 подключают оборудование, которое в текущий момент времени уже настроено на рабочую частоту, заданную программно по плану связи, а другое оборудование по исходным данным, введенным заранее по плану связи начинает настраиваться на следующую по времени рабочую частоту, известную всем абонентам системы, и так далее [14-17].
i
В начальный момент времени в системе с помощью вычислителя 15 АРМ и соответствующего оператора анализируются все принимаемые от ПО 2 напрямую по радиолиниям связи или через спутник 30 из созвездия спутников радиосигналы и определяются подвижные объекты, на которые необходимо передать соответствующие команды управления [10]. Для этого из меню на экране монитора 17 АРМ, сформированного на основе заложенных данных в наземный блок 22 хранения команд управления, выбирается соответствующая команда, контролируется в вычислителе 15 АРМ на логичность выполнения этой команды для конкретного подвижного объекта 2 и состояния его оборудования. После проверки сообщение параллельно через оборудование НК 1: узлы 14, 13, 12 - для канала MB диапазона при прямой видимости между объектами и при загоризонтной связи через узлы ВЧ НС 14, 41, 37, 42 и 14, 38, 39, 40 - для каналов ВЧ диапазона, узлы 14, 29, 28 совместно с 30 - для спутникового канала передается на соответствующий ПО 2. Принятые на ПО 2, пройдя через узлы 11, 10, 9 - для канала MB диапазона при прямой видимости между объектами, при загоризонтной связи через узлы 25, 26 совместно с 32 - для спутникового канала, через узлы ВЧ БС 24, 33, 23, 9 и 36, 35, 34, 9 - для ВЧ канала, обрабатываются в бортовом вычислителе 5. В процессе обработки из двух каналов выбирается наиболее достоверная информация, например, по отношению сигнал/шум. В наземном блоке 22 хранения команд управления заложены данные о всех действующих в системе командах управления подвижными объектами, а в блоке 21 - только команды управления, характерные для оборудования ПО 2. Затем принятые на ПО 2 сообщения обрабатываются в блоке 19 анализа типа сообщений. Если сообщение предназначено для данного ПО 2, то после анализа достоверности сообщений и логичности выполняемых на ПО 2 операций в соответствии с текущим состоянием оборудования подвижного объекта и визуального контроля штурманом принятой команды управления по экрану бортового блока 8 регистрации данных (при «подсказке» с бортового вычислителя 5) решается вопрос о трансляции данных по двунаправленной шине 20 на систему управления ПО 2, не указанную на фиг. 2. Загрузка в память бортового вычислителя 5 необходимых данных, в том числе состава команд управления и плана связи, осуществляется в виде системной таблицы при предполетной подготовке подвижного объекта 2 через вход/выход 4 наземной сети 3 передачи данных и оборудования радиоканала MB диапазона. Принимаемая на ПО 2 информация отображается на экране бортового блока 8 регистрации данных в виде буквенно-цифровых символов, точек и векторов или в другом виде. При выполнении команды управления на ПО 2 формируется донесение о ее выполнении и передается на НК 1. На наземном комплексе 1 по принятому донесению оператором дополнительно оценивается текущая ситуация на ПО 2 и воздушная обстановка вокруг него.
Сообщения о местоположении ПО 2 и параметрах его движения, например, с выходов приемников 7 и 16 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS, или с выходов инерциальных систем, записываются в память вычислителей 5 и 15.
В ситуации, когда одно или несколько ПО 2 вышли за пределы прямой видимости с НК 1 осуществляется переход по взаимно увязанным во времени командам с бортового и наземного вычислителей 5 и 15 на замену радиолинии связи MB диапазона на спутниковую радиолинию, состоящую из бортовой станции 25 спутниковой связи с антенной 26 и с соответствующим блоком 32 управления, а в наземном комплексе 1 - из наземной станции 29 спутниковой связи с соответствующей антенной 28 и с блоком 31 управления, а также на ВЧ БС ПО 2, состоящую из двух параллельных цепей: бортовых радиостанций 23 (34) ВЧ диапазона, бортовых антенных согласующих устройств 33 (35), бортовых антенн 24 (36) ВЧ диапазона и в ВЧ НС наземного комплекса 1 - наземных радиостанций 41 (38) ВЧ диапазона, наземных антенных согласующих устройств 37, (39), наземных антенн 42 (40) ВЧ диапазона. Привязка ко времени команд управления осуществляется с помощью меток глобального времени, поступающих в вычислители 5 и 15 с выходов приемников 7 и 16 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем.
Для увеличения помехозащищенности передачи данных на подвижные объекты в условиях помех, находящиеся за пределами прямой видимости с НК 1, при использовании двух параллельных радиолиний ВЧ диапазона и соответствующих двух каналов в вычислителях 5 и 15, бортовой и наземной аппаратурах передачи данных 9 и 14, и других узлах, используются известные технологии [10, 13, 18].
В бортовом и наземном вычислителях 5 и 15 хранятся на заданный интервал времени предварительно заложенные таблицы со списками наземных комплексов 1, подвижных объектов 2 и наборами назначенных в определенное время частот. В бортовом вычислителе 5 заложены также координаты всех НК 1 и их зон ответственности. Каждый НК 1 излучает пару радиосигналов, используемых на ПО 2 на всех частотах, назначенных ему в определенное время. На ПО 2 по принятым радиосигналам определяется НК 1, параметры двух радиосигналов которого принимаются наиболее устойчиво, и с ним начинается обмен данными. Принимаемые на ПО 2 радиосигналы используются для оценки параметров каналов связи в разных участках ВЧ диапазона. Для установления линии связи с НК 1 в бортовом вычислителе 5 ПО 2 автоматически анализируются принимаемые радиосигналы от наземных комплексов 1 и 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. По измеренному отношению сигнал/помеха, в бортовом вычислителе 5 ПО 2 выбирается тип загоризонтной радиолинии связи. Оценка отношения сигнал/помеха осуществляется всеми НК 1 и ПО 2 каждый раз при приеме информационного сообщения. В бортовой и наземной аппаратуре передачи данных 9 и 14 при работе в ВЧ диапазоне могут быть использованы известные алгоритмы, например, высокоскоростных адаптивных модемов, рассчитанных на работу в каналах с многолучевостью. Для повышения достоверности приема информации может быть использован помехоустойчивый код, например, циклический.
В вычислителе 15 АРМ выполняются операции переформатирования кодограммы из формата канала «Воздух-Земля» в формат наземной сети 3 передачи данных с запоминанием в базе данных и из формата наземной сети 3 передачи данных в формат канала «Воздух-Земля» с запоминанием в базе данных, обеспечивается взаимодействие с модулем 27 сопряжения по передаче/приему кодограмм в формате наземной сети 3 передачи данных и формируется управляющий сигнал завершения приема соответствующей команды управления с источника информации.
При одновременном обнаружении в НК 1 радиосигналов от разных ПО 2 в вычислителе 15 АРМ (по возможности) обрабатываются все сигналы. По принятым сообщениям вычислителем 15 АРМ формируется ответ в порядке поступления или в зависимости от приоритета сообщения. В вычислителе 15 АРМ всех НК 1 осуществляется непрерывный анализ передаваемых и принимаемых команд управления, совместная обработка их, выработка решения и выдача в следующих сообщениях (при необходимости) на подвижные объекты 2 рекомендаций по проведению последующих управляющих воздействий.
Ведущая ВЧ НС, кроме рассмотренных выше операций, выполняет функцию управления процессами, происходящими в системе и распределения планов связи на определенный момент времени всем абонентам системы. К функциям управления ведущей ВЧ НС добавляются операции подготовки планов связи, формирования таблиц состояния и регистрации ПО 2, управления конфигурацией системы, качеством передачи данных в условиях помех, обработкой сигналов дистанционной диагностики. С вычислителя 15 АРМ через модуль сопряжения 27, вход/выход 4 наземной сети 3 передачи данных обеспечивается интерфейс с расположенными на земле источниками (получателями) сообщений системы и программирование бортовых вычислителей 5 подвижных объектов 2 на аэродроме во время предполетной подготовки. Синхронизация работы наземной сети 3 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 3 передачи данных. Она может быть реализована различными известными способами, например, при межсетевой работе НК 1 через центры коммутации пакетов в соответствии с протоколом Х.25 [18]. Соединения между НК 1 и центрами коммутации пакетов Х.25 (маршрутизаторами) могут обеспечиваться через специально выделенные или арендуемые каналы связи. Они позволят транслировать сообщение, адресованное 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.
Предложенные способ и система радиосвязи позволяют повысить помехозащищенность передачи команд управления на ПО и могут быть использованы для организации отечественной сети связи ВЧ диапазона.
На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и соответствующее программное обеспечение. Узлы 1-11, 15-24, 27-32 одинаковые с прототипом. Вводимые узлы 12-14, 25-26, 33-42 могут быть выполнены на известных серийно изготовляемых изделиях [10, 13, 18].
Литература:
1. ARINC 635-3. Specification. HF Data Link Protocols. 12/2000.
2. ARINC Characteristics 753-3. HF Data Link System. 2001.
3. Приложение 10 к соглашениям ИКАО (Том 3, часть 1, глава 11). Женева. ИКАО. 2000.
4. GLOBALLink/HF. HF DATA LINK. Technical Experts Meeting. Moscow. 16-17 May. 1996.
5. Dr.D. Yaviz. Cost of Truly Mobile Beyond Line-Of-Sight Communications or «How Much Does it Cost to Get a Bit From A to B?». HARRIS, 1994.
6. ARINC 634. Specification. HF Data Link System Design Guidance Material. 8/96.
7. Руководство по ВЧ линии данных. Женева. ИКАО. 2001.
8. Report from the AD HOC Working Group on HF Data Link. Draft Version 1.0. 29 September 1995.
9. Патент РФ №2286030.
10. Патент РФ №2698507.
11. Патент РФ №2612276 (прототип).
12. Конторов, Д.С. Введение в радиолокационную системотехнику / Д.С. Конторов, Ю.С. Голубев-Новожилов. - М.: Советское радио, 1971. - 367 с.
13. Патент РФ (полезная модель) №106063.
14. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ: Учебное пособие для вузов / О.В. Алексеев, А.А. Головков, А.Я. Дмитриев и др.; Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.
15. Филиппович Г.А. Метод широкополосного согласования сопротивлений. «Радиотехника и электроника». Мн., Вып. 25, 2000 г., стр. 153-159.
16. Филиппович Г.А. Синтез передаточных функций для комплексных нагрузок. «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Том 6, №1, 2003 г., стр. 73-76.
17. Филиппович Г.А. Разрешимость системы ограничений в задачах широкополосного согласования. // Радиотехнические устройства и системы, 2003.
18. Б.И. Кузьмин Сети и системы цифровой электросвязи, часть 1 «Концепция» ИКАО CNS/ATM. Москва Санкт-Петербург: ОАО «НИИЭР», 1999, 206 с.