КОМПЛЕКС БОРТОВЫХ СРЕДСТВ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к бортовым комплексам радиосвязи и может быть использована для обмена данными и речевой информацией в каналах радиосвязи «воздух-воздух» между воздушными судами (ВС) в каналах радиосвязи «воздух-космос» между воздушными судами и спутниками связи и навигации и в каналах радиосвязи «воздух-земля» между воздушными судами и наземными комплексами (НК) в диапазоне от 2 МГц до 6 ГГц.
В настоящее время применяется комплекс бортовых средств цифровой связи (КБСЦС) для обмена сообщениями между бортовым радиоэлектронным оборудованием ВС и наземными службами [1]. Каналами обмена текущей информацией являются радиоканалы типа «воздух-земля» и «земля-воздух» MB и ДКМВ диапазонов. Организацию обмена информацией между наземными службами и бортовыми системами осуществляет только наземный комплекс. В системе обеспечивается вызов на речевую связь и передача данных между ВС и наземными службами. Наземный комплекс опрашивает ВС, находящиеся в зоне его обслуживания, и собирает с них необходимую для организации связи информацию. Загоризонтную связь осуществляют по ДКМВ каналам с обновлением управляющей информации один раз в 32 секунды согласно спецификации ARINC-635 [3]. Бортовой блок управления комплекса представляет собой вычислитель. Блок интерфейсов комплекса представляет отдельное устройство.
К недостаткам данного КБСЦС следует отнести разнесение функции маршрутизации и управления по различным устройствам (блок управления и блок интерфейсов), что приводит к усложнению алгоритмов управления. Отсутствует возможность уменьшения времени доставки сообщений (работа в фиксированном формате кадра для ДКМВ диапазона согласно спецификации ARINC-635, процедура вхождения в связь и квитирования обмена строго по протоколу TDMA/TDD) и повышения достоверности высокоприоритетной информации из-за отсутствия дублирования и взаимного дополнения по различным каналам. Наличие отдельного модема для MB диапазона (не интегрированного в соответствующий приемопередатчик) также усложняет управление бортовым комплексом. Отсутствие антенного согласующего устройства в ДКМВ диапазоне резко уменьшает величину мощности, отдаваемой усилителем мощности, и, следовательно, излучаемую в эфир, и тем самым уменьшает дальность связи.
Технические решения аналога не позволяют одновременно производить обмен информацией в сетях передачи данных, работающих с использованием разных протоколов обмена, в радиоканалах с различной степенью шумов и радиопомех естественного и искусственного происхождения.
Эта проблема отчасти решается в комплексе средств бортовой цифровой связи, выбранном в качестве прототипа [2]. Однако использование прототипа по-прежнему не позволяет осуществлять связь по каналам «воздух-космос» между воздушными судами и спутниками связи и навигации. Кроме того, предложенная структура широкополосного модуля связи не обеспечивает необходимый уровень надежности связи в силу применения общей шины управления для каналообразующей аппаратуры модуля.
Основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей комплекса, в том числе повышение эффективности используемых радиолиний различных радиодиапазонов, реализация навигационных определений на основе спутниковых методов определения координат, опознавания подвижных объектов на основе навигационно-связного принципа за счет применения модуля спутниковой связи, а также за счет модернизации широкополосного модуля связи, работающего под управлением модуля маршрутизации и управления.
Указанный технический результат достигается тем, что в комплекс бортовых средств цифровой связи, состоящий из трехканального широкодиапазонного модуля связи ДКМВ и МВ/ДМВ1 диапазонов, приемопередатчика ДМВ2 диапазона, приемопередатчика СМВ диапазона, модуля защиты информации, модуля управления и маршрутизации дополнительно введен модуль спутниковой связи, при этом модуль управления и маршрутизации подключен двухсторонними связями по шине командно-информационного обмена и по шине высокоскоростного информационного обмена к бортовому оборудованию и по шине командно-информационного обмена к соответствующим входам вышеупомянутых модулей, а также по шине высокоскоростного информационного обмена к приемопередатчику СМВ диапазона, а его аналоговые низкочастотные выходы соединены двухсторонними связями с бортовой аппаратурой и соответствующими входами вышеперечисленных приемопередатчиков.
Трехканальный широкодиапазонный модуль связи, содержит два усилителя мощности МВ/ДМВ1 диапазона, усилитель мощности ДКМВ диапазона, антенно-согласующее устройство и блок цифровой обработки сигналов, содержащий устройство управления, цифровой приемовозбудитель ДКМВ диапазона и два цифровых приемовозбудителя МВ/ДМВ1 диапазона, при этом высокочастотный выход цифрового приемовозбудителя ДКМВ диапазона соединен с входом усилителя мощности ДКМВ диапазона, выход которого соединен с антенно-согласующим устройством, выход которого в свою очередь соединен двухсторонней связью с приемопередающей антенной ДКМВ диапазона, высокочастотные выходы цифровых приемовозбудителей МВ/ДМВ1 диапазона соединены с входами усилителей мощности МВ/ДМВ1 диапазона, а соответствующие выходы устройства управления блока цифровой обработки сигналов соединены независимыми двусторонними шинами управления с соответствующими входами усилителей мощности МВ/ДМВ1 диапазона, входом усилителя мощности ДКМВ диапазона, входом антенно-согласующего устройства, входы/выходы устройства управления блока цифровой обработки сигналов соединены соответствующими двухсторонними связями с модулем управления и маршрутизации и каждым из цифровых приемовозбудителей.
Отличительными признаками полезной модели являются:
- независимое управление и передача данных в модуле ШМС посредством использования независимых шин управления блоками цифровой обработки сигнала (ЦОС) каналов ДКМВ и МВ/ДМВ1 и спутниковой связи, позволяющее оперативно дополнять и частично дублировать информацию, передаваемую в этих каналах в зависимости от помеховой обстановки в эфире;
- применение модуля спутниковой связи, который осуществляет обмен информацией и навигационными данными через сети спутниковой связи.
Состав и структура КБСЦС и его составных частей приведена на фиг.1-фиг.3, при этом источники питания и другие второстепенные элементы опущены.
На фиг.1 приведен состав и структура комплекса бортовых средств цифровой связи, состоящего из шести основных модулей:
1 - модуль управления и маршрутизации;
2 - широкодиапазонный модуль связи;
3 - модуль спутниковой связи;
4 - модуль СМВ диапазона;
5 - модуль ДМВ2 диапазона;
6 - модуль защиты информации.
На фиг.2 приведены основные компоненты структуры широкодиапазонного модуля связи 2:
7 - блок цифровой обработки сигналов;
8 - усилитель мощности ДКМВ диапазона;
9 - антенно-согласующее устройство ДКМВ диапазона;
10-1 - усилитель мощности МВ/ДМВ1 диапазона;
10-2 - усилитель мощности МВ/ДМВ1 диапазона.
На фиг.3 приведены основные компоненты блока цифровой обработки сигналов 7:
11 - управляющее устройство;
12 - цифровой приемовозбудитель ДКМВ диапазона;
13-1 - цифровой приемовозбудитель МВ/ДМВ1 диапазона;
13-2 - цифровой приемовозбудитель МВ/ДМВ1 диапазона.
КБСЦС представляет собой многоканальное устройство, которое предназначено для приема/передачи информации от бортового радиоэлектронного оборудования подвижного объекта к интегрированной антенной системе подвижного объекта в широком диапазоне радиоволн (2 МГц-6 ГГц).
КБСЦС состоит из шести основных модулей, а именно: модуля управления и маршрутизации (МУМ) 1, широкодиапазонного модуля связи (ШМС) 2, образующего канал ДКМВ диапазона и каналы МВ/ДМВ1 диапазона, модуля спутниковой связи 3, модуля связи СМВ диапазона 4, модуля связи ДМВ2 диапазона 5, модуля защиты информации 6. Обмен информацией между модулями и подачу команд управления осуществляет МУМ 1 по соответствующим шинам управления и специализированным шинам высокоскоростного обмена данными (фиг.1). Входы МУМ 1 по шине управления и линиям приема/передачи аналоговой речевой информации подключены к бортовой радиоэлектронной аппаратуре. ШМС 2 по первой шине управления и второй шине данных соединен с выходами МУМ 1, линии приема/передачи аналоговой речевой информации подключены к каналу ДКМВ диапазона и каналам МВ/ДМВ1 диапазона. Структура широкодиапазонного модуля связи 2 приведена на фиг.2.
ШМС 2 состоит из блока ЦОС 7, усилителя мощности ДКМВ диапазона 8, антенно-согласующего устройства ДКМВ диапазона 9, универсальных блоков МВ/ДМВ1 10-1 и 10-2, модуля спутниковой связи 11 и коммутационно-разделяющего устройства 12.
Первый и второй выходы МУМ 1 подключены двусторонней шиной управления и данных к устройству управления блока ЦОС 7. Передача информации по шине от МУМ 1 к ЦОС 7 и в обратном направлении осуществляется независимо. Третьей, четвертой и пятой аналоговыми низкочастотными линиями МУМ 1 соединен с соответствующими входами/выходами цифрового приемовозбудителя ДКМВ диапазона и входами/выходами двух цифровых приемовозбудителей МВ/ДМВ1 диапазона.
Шестой выход МУМ 1 подключен двусторонней шиной управления и данных к модулю спутниковой связи 3. Седьмой и восьмой выходы МУМ 1 подключены двусторонними шинами управления и данных к модулю СМВ 4. Девятый выход МУМ 1 подключен шиной высокоскоростного обмена данных к модулю СМВ диапазона 4. Десятый выход МУМ 1 подключен двухсторонней шиной управления и данных к модулю ДМВ2 диапазона 5. Одиннадцатый выход МУМ 1 подключен двухсторонней шиной управления и данных к модулю защиты информации 6.
Работа комплекса основывается на принципах, идентичных общим принципам работы прототипа.
Но при этом, модуль ШМС 2, в котором реализовано два МВ/ДМВ1 канала и один ДКМВ канал, работает следующим образом. После того как в устройство управления (УУ) 11 блока ЦОС 7 по шине управления поступила управляющая информация о соответствующей частоте, на которой должна быть передана/получена информация, в цифровом приемовозбудителе цифровыми методами происходит синтез несущей частоты (как для МВ/ДМВ1 канала, так и для ДКМВ канала), промодулированной в зависимости от режима работы (вида излучения), данные о котором заложены в управляющей информации от МУМ 1.
УУ 11 при работе в режиме передачи данных (телеграфном или телекодовом) по шине данных и управления передает в соответствующий приемовозбудитель смысловую информацию. В канале ДКМВ диапазона после цифрового приемовозбудителя ВЧ сигнал подается в блок усилителя мощности, а затем, через антенно-согласующее устройство на антенну ДКВМ диапазона. В каналах МВ/ДМВ1 диапазона после цифрового приемовозбудителя сигнал также подается в блок усилителя мощности МВ/ДМВ1 диапазона, а затем на соответствующую антенну МВ/ДМВ1 диапазона. При приеме сигнала из эфира происходит обратный процесс. Цифровые приемовозбудители осуществляют функцию модуляции/демодуляции сигнала, через УУ 11 осуществляют обмен данными с модулем МУМ 1 по соответствующей шине данных или обмен речевой информацией напрямую по аналоговым низкочастотным линиям (линиям телефонного режима).
Модуль спутниковой связи 3 осуществляет обмен данными и навигационной информацией в спутниковых сетях связи, производя обмен информацией с модулем МУМ 1 по соответствующей шине данных. Периодически модуль спутниковой связи 3 выдает МУМ 1 данные о контроле состояния составных частей.
Модуль СМВ диапазона 4 осуществляет высокоскоростной обмен аудио и видеоинформацией между подвижными объектами.
Периодически модуль выдает МУМ 1 данные о контроле состояния составных частей модуля СМВ диапазона 4. Взаимодействие между радиомодемным блоком модуля 4 и МУМ 1 осуществляется, в отличие от прототипа, по интерфейсу Ethernet.
Модуль ДМВ2 5 выполнен в виде многофункционального интегрированного терминала [4]. Он осуществляет посредством блока обработки сигнала и управления 16 взаимодействие по высокоскоростной шине с модулем МУМ 1 и предназначен для решения следующих функциональных задач:
- обеспечения помехоустойчивой защищенной телефонной связи и обмена данными с подвижными объектами и наземными пунктами управления по независимым 3-м каналам со специальными сетевыми протоколами обмена [4];
- реализации навигационных определений на основе дальномерных методов определения координат;
- опознавания абонентов различных виртуальных сетей, организованных на сеанс радиосвязи на основе навигационно-связного принципа.
Расширение функциональных возможностей комплекса в области связи состоит в следующем:
- повышение эффективности линий цифровой радиосвязи «воздух-земля», за счет повышения точности позиционирования объекта;
-повышение надежности связи за счет использования пяти диапазонов частот с некореллированными условиями распространения;
- увеличение объема принимаемых, обрабатываемых и передаваемых данных;
- взаимодействие различных протоколов линий передачи данных, особенно при наличии помех в эфире;
- повышение достоверности данных.
В области навигации улучшается обеспечение навигационного обслуживания с высокой целостностью и точностью, существенно повышается точность и надежность позиционирования объекта.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Патент РФ №2319304.
2. Патент РФ №85055 (прототип)/
3. Спецификация «Аринк-635».
4. Белоусов Е.Л., Корчагин В.М. Многофункциональная интегрированная система связи, навигации и опознавания // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания, №2-3, 2001, стр.27-29.