RU2791262C1

RU2791262C1 - Radio communication system with moving objects

Info

Publication number: RU2791262C1
Application number: RU2022115507A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Кейстович; Наталья Анатольевна Фукина
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет"
Filing date: 2022-06-06
Publication date: 2023-03-07

Abstract

FIELD: data exchange systems.

SUBSTANCE: effect is achieved by introducing the onboard and ground modules for assessing the energy potential and line of sight and the extrapolation module for calculating the location of the serviced software at the time of the communication session into the radio communication system.

EFFECT: expansion of the stable communication zone, including beyond the radio horizon, by increasing the energy potential of data transmission lines, increasing the height of the antennas, using extrapolation procedures when preparing a communication session, continuous exchange of information about the location of software and ground complexes interacting with them, as well as complexing and selecting a more powerful radio signal from a satellite communication channel and a data transmission line in the HF range when the software is outside the radio horizon.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам обмена данными и может быть использовано для реализации информационного обмена между подвижными объектами (ПО) и наземными комплексами (НК).The invention relates to data exchange systems and can be used to implement information exchange between mobile objects (PO) and ground complexes (NC).

В настоящее время применяется система обмена сообщениями между бортовым радиоэлектронным оборудованием воздушных судов (ВС) и наземными службами ACARS, которая описана в документах ARINC-724. Она обеспечивает вызов на речевую связь и передачу данных. Бортовой комплекс связи для работы в системе ACARS, используемый на отечественных летательных аппаратах [1], решает следующие функциональные задачи:Currently, a messaging system is used between aircraft avionics (ACE) and ACARS ground services, which is described in ARINC-724 documents. It provides voice and data calls. The onboard communication complex for operation in the ACARS system, used on domestic aircraft [1], solves the following functional tasks:

- обмен сообщениями с наземным комплексом по MB (метровому) каналу в режимах свободного доступа и адресного опроса;- exchange of messages with the ground complex via MB (meter) channel in free access and address polling modes;

- обмен сообщениями с наземным комплексом по КВ (коротковолновому) каналу в режиме свободного доступа;- exchange of messages with the ground complex via HF (shortwave) channel in free access mode;

- обработку сообщений с целью передачи принятой информации экипажу;- message processing in order to transfer the received information to the crew;

- обработку принятых от бортовых систем и экипажа сообщений и передачу этой информации наземной службе;- processing of messages received from on-board systems and crew and transmission of this information to the ground service;

- автоматизированное управление частотой радиостанции MB (метрового) диапазона по команде наземного комплекса и экипажа;- automated control of the frequency of the radio station MB (meter) range at the command of the ground complex and the crew;

- автоматизированное управление режимами работы «прием-передача» радиостанции MB и ДКМВ диапазонов.- automated control of the operation modes "reception-transmission" of the radio station MB and UCMV bands.

Бортовая система ACARS сопрягается с каналообразующей аппаратурой - радиостанциями MB и КВ диапазона и бортовыми системами в соответствии с ARINC-429.The on-board ACARS system interfaces with channel-forming equipment - MB and HF radio stations and on-board systems in accordance with ARINC-429.

Бортовой блок управления и связи представляет собой специализированный процессор. Основным каналом обмена текущей информации является MB канал. При полетах на трассах, не оборудованных MB связью (труднодоступные районы, тундра, горные массивы, океан), связь с воздушными судами осуществляется по КВ каналу.The onboard control and communication unit is a specialized processor. The main channel for the exchange of current information is the MB channel. When flying on routes not equipped with MB communication (hard-to-reach areas, tundra, mountain ranges, ocean), communication with aircraft is carried out via a HF channel.

Организацию обмена информацией между наземными службами и бортовыми системами осуществляет наземный комплекс, он опрашивает воздушные объекты (ВО), находящиеся в зоне его обслуживания, и собирает с них необходимую информацию. Бортовая система работает в этом случае в режиме адресного опроса. Для того чтобы бортовая система могла работать в режиме адресного опроса, ей необходимо встать на обслуживание в наземной системе. Для этого в бортовой системе предусмотрен режим прямого доступа. Кроме этих двух режимов, предусмотрена возможность работы в режиме телефонной связи по каналу передачи данных [2, 3].The organization of the exchange of information between ground services and onboard systems is carried out by the ground complex, it interrogates air objects (VO) located in its service area and collects the necessary information from them. The on-board system works in this case in the address polling mode. In order for the airborne system to operate in the address polling mode, it needs to be serviced in the ground system. To do this, the on-board system provides a direct access mode. In addition to these two modes, it is possible to work in the telephone communication mode via a data transmission channel [2, 3].

К недостаткам представленной системы обмена сообщениями между бортовым радиоэлектронным оборудованием ПО и наземными службами, следует отнести невозможность управления ПО, находящимися за пределами радиогоризонта НК, который определяется границами оптической видимости. КВ каналы редко используются для управления полетом ПО из-за плохого качества принимаемых сообщений и наличия «мертвой» зоны для обеспечения связи, простирающейся до 500 км.The disadvantages of the presented system of messaging between the on-board radio-electronic equipment of the software and ground services include the impossibility of controlling software located outside the radio horizon of the NC, which is determined by the boundaries of optical visibility. HF channels are rarely used for software flight control due to the poor quality of received messages and the presence of a "dead" zone for communication, extending up to 500 km.

Известна система радиосвязи с подвижными объектами [4], состоящая из наземной и бортовой приемопередающих радиостанций, между которыми осуществляется обмен данными в соответствии с заложенными алгоритмами.A known radio communication system with mobile objects [4], consisting of ground and airborne transceiver radio stations, between which data is exchanged in accordance with the underlying algorithms.

При обмене сообщениями между наземной приемопередающей станцией и воздушными объектами загрузка канала меняется в зависимости от этапа полета и информационной активности абонентов цифровой радиосвязи. Реализованный с помощью специализированного вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера управления воздушным движением (УВД) счетчик числа воздушных объектов контролирует количество объектов и выдает это число на счетчик загрузки системы. В зависимости от числа объектов и числа переспросов сообщений в системе используются динамические алгоритмы организации обмена сообщениями и управления каналами радиосвязи. Для избежания столкновений при одновременной передаче несколькими объектами сообщений осуществляется контроль несущей во время воздействия на бортовой приемник. Определяется состояние, когда радиоканал свободен. Для разнесения во времени моментов выхода на связь нескольких воздушных объектов в бортовое устройство введен специализированный вычислитель, реализующий функции анализатора несущей частоты и генератора псевдослучайной задержки, которые обеспечивают соответствующую задержку на передачу сообщений от воздушных объектов. Информация о взаимном местоположении аэропорта и воздушного объекта для принятия оптимального решения на борту и в службах УВД снимается с бортовых и наземных датчиков - приемников данных глобальной навигационной системы.When exchanging messages between a ground transceiver station and airborne objects, the channel load varies depending on the flight stage and the information activity of digital radio subscribers. The counter of the number of air objects implemented with the help of a specialized computer of the automated workstation (AWS) of the air traffic controller (ATC) controls the number of objects and outputs this number to the system load counter. Depending on the number of objects and the number of message retransmissions, the system uses dynamic algorithms for organizing message exchange and controlling radio communication channels. To avoid collisions during simultaneous transmission of messages by several objects, the carrier is monitored during the impact on the onboard receiver. The state when the radio channel is free is determined. To separate in time the moments of communication of several air objects, a specialized calculator was introduced into the on-board device, which implements the functions of a carrier frequency analyzer and a pseudo-random delay generator, which provide an appropriate delay for the transmission of messages from air objects. Information about the relative position of the airport and the air object for making the optimal decision on board and in the ATC services is taken from the onboard and ground sensors - data receivers of the global navigation system.

Для качественного управления в системе предусмотрено использование режима ретрансляции с помощью одного или нескольких ПО, находящихся друг от друга в пределах прямой видимости, что увеличивает дальность связи НК с ПО, находящимися как в воздухе, так и на земле. Вместе с тем высокая динамика изменения воздушной обстановки накладывает дополнительные требования по управлению сетью воздушной связи, поскольку имеет место постоянное изменение дальности между взаимодействующими ПО. Поэтому возникает необходимость решения задачи учета быстроменяющегося пространственного положения взаимодействующих и часто уходящих за пределы радиогоризонта объектов. Эта задача не решается в аналоге, рассчитанном только на планомерное движение воздушных судов по известным трассам, и на стационарные наземные станции с каналами связи MB диапазона.For high-quality control, the system provides for the use of a relay mode with the help of one or more software located from each other within line of sight, which increases the communication range of the NC with the software both in the air and on the ground. At the same time, the high dynamics of changes in the air situation imposes additional requirements on the management of the air communication network, since there is a constant change in the range between interacting software. Therefore, there is a need to solve the problem of taking into account the rapidly changing spatial position of interacting objects that often go beyond the radio horizon. This problem is not solved in the analog, designed only for the planned movement of aircraft along known routes, and for stationary ground stations with MB communication channels.

Наиболее близким по назначению и большинству существенных признаков является система радиосвязи с подвижными объектами [5], которая принята за прототип. Она состоит из наземного комплекса, содержащего наземное антенно-фидерное устройство с радиостанцией МВ-ДМВ диапазона, подключенной через аппаратуру передачи данных к специализированному вычислителю АРМ, второй вход которого подключен к приемнику спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS, третий вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ. В состав каждого из N воздушных объектов входят бортовые датчики, блок регистрации данных и приемник спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS, соединенные с бортовым специализированным вычислителем соответственно, который через аппаратуру передачи данных, радиостанцию МВ-ДМВ диапазона подключен к антенне. Каждый из N воздушных объектов содержит анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, соединенные с двумя входами специализированного вычислителя, вход-выход которого подключен к двунаправленной шине системы управления воздушным объектом, а так же формирователь типа ретранслируемых сообщений, соединенный со специализированным вычислителем АРМ на базе ПЭВМ. Передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого ВО, второго ВО и далее до N-го ВО, а передача данных с N-го ВО на НК осуществляется в обратном порядке.The closest in purpose and most of the essential features is a radio communication system with moving objects [5], which is taken as a prototype. It consists of a ground-based complex containing a ground-based antenna-feeder device with a MV-UHF radio station connected via data transmission equipment to a specialized computer workstation, the second input of which is connected to the receiver of satellite radio navigation systems GLONASS / GPS, the third input - to the control panel of the workstation, and the output - to the AWP monitor. Each of the N airborne objects includes onboard sensors, a data recording unit and a receiver of GLONASS/GPS satellite radio navigation systems, connected to an onboard specialized computer, respectively, which is connected to the antenna through data transmission equipment, a MV-UHF radio station. Each of the N airborne objects contains an analyzer of the type of received messages and an onboard generator of the type of relayed messages connected to two inputs of a specialized computer, the input-output of which is connected to the bidirectional bus of the air object control system, as well as a generator of the type of relayed messages connected to a specialized computer AWP based on PC. The data transfer from the NC is provided through a chain of the first VO, the second VO, and further to the Nth VO connected in series, and the data transmission from the Nth VO to the NK is carried out in the reverse order.

К недостаткам прототипа следует отнести невозможность обмена данными с ВО при отсутствии или при недостаточном их количестве ВО-ретрансляторов или при нахождении ВО в «мертвой» зоне линии передачи данных КВ диапазона.The disadvantages of the prototype include the impossibility of exchanging data with the VO in the absence or insufficient number of VO repeaters or when the VO is in the "dead" zone of the HF data line.

Основной технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является расширение зоны устойчивой связи, в том числе и за пределами радиогоризонта, за счет повышения энергетического потенциала линий передачи данных, увеличения высоты подъема антенн, использования процедур экстраполяции при подготовке сеанса связи, непрерывного обмена информацией о местоположении ПО и взаимодействующих с ними наземных комплексов, а также комплексирования и выбора более мощного из радиосигналов со спутникового канала связи и линии передачи данных ВЧ диапазона при нахождении ПО за пределами радиогоризонта. Зона устойчивой связи характеризуется областью, в которой обеспечивается прием радиосигналов с величиной отношения сигнал/шум больше требуемой или с менее требуемой вероятности ошибочного приема.The main technical problem to be solved by the invention is the expansion of the stable communication zone, including beyond the radio horizon, by increasing the energy potential of data transmission lines, increasing the height of the antennas, using extrapolation procedures when preparing a communication session, continuous exchange of information about the location of the software and the ground complexes interacting with them, as well as the integration and selection of a more powerful radio signal from a satellite communication channel and a high-frequency data transmission line when the software is outside the radio horizon. The stable communication zone is characterized by the area in which the reception of radio signals with a signal-to-noise ratio greater than the required one or with a lower than the required probability of erroneous reception is provided.

Указанный технический результат достигается тем, что в систему радиосвязи с подвижными объектами, обеспечивающую передачу данных в КВ диапазоне и состоящую из наземного комплекса, содержащего наземный специализированный вычислитель автоматизированного рабочего места, соответствующие входы которого подключены к наземному приемнику глобальных навигационных спутниковых систем и пульту управления АРМ, выход - к монитору АРМ, а соответствующие входы/выходы наземного специализированного вычислителя подключены к наземному формирователю типа ретранслируемых сообщений и первой наземной аппаратуре передачи данных (АПД), которая через наземную радиостанцию МВ-ДМВ диапазона, подключена к наземной антенне МВ-ДМВ диапазона, и N подвижных объектов, в состав каждого из которых входят бортовой специализированный вычислитель, соответствующие входы которого подключены к бортовым датчикам, бортовому приемнику глобальных навигационных спутниковых систем и бортовому формирователю типа ретранслируемых сообщений, выход - к блоку регистрации данных, а соответствующие входы/выходы бортового специализированного вычислителя подключены к анализатору типа принимаемых сообщений, двунаправленной шине системы управления подвижным объектом, к первой бортовой АПД, которая через бортовую радиостанцию МВ-ДМВ диапазона, подключена к соответствующей бортовой антенне, 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, дополнительно введены на подвижном объекте подключенные двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного специализированного вычислителя наземный модуль оценки энергетического потенциала и прямой видимости, наземный модуль экстраполяции (расчета) местонахождения обслуживаемого ПО на момент сеанса связи, вторая наземная АПД, которая через наземную радиостанцию КВ диапазона подключена к наземной антенне КВ диапазона, третья наземная АПД, которая через наземную спутниковую радиостанцию подключена к наземной спутниковой антенне, а на каждом ПО дополнительно введены подключенные двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового специализированного вычислителя бортовой модуль оценки энергетического потенциала и прямой видимости, бортовой модуль экстраполяции (расчета) местонахождения обслуживаемого ПО на момент сеанса связи, вторая бортовая АПД, которая через бортовую радиостанцию КВ диапазона подключена к бортовой антенне КВ диапазона, третья бортовая АПД, которая через бортовую спутниковую радиостанцию подключена к бортовой спутниковой антенне, при этом система радиосвязи дополнительно обеспечивает передачу данных в диапазоне МВ-ДМВ и в спутниковом канале.The specified technical result is achieved by the fact that in a radio communication system with mobile objects that provides data transmission in the HF range and consists of a ground complex containing a ground specialized computer of an automated workplace, the corresponding inputs of which are connected to a ground receiver of global navigation satellite systems and an automated workplace control panel, the output - to the AWS monitor, and the corresponding inputs / outputs of the ground-based specialized computer are connected to the ground-based shaper of the type of relayed messages and the first ground-based data transmission equipment (ADD), which is connected to the ground-based antenna of the MW-DMV band through the ground radio station of the MV-UHF band, and N mobile objects, each of which includes an onboard specialized computer, the corresponding inputs of which are connected to onboard sensors, an onboard receiver of global navigation satellite systems and an onboard shaper of the type of relayed messages the output - to the data recording unit, and the corresponding inputs / outputs of the on-board specialized computer are connected to the analyzer of the type of received messages, the bidirectional bus of the mobile object control system, to the first on-board ADF, which is connected to the corresponding on-board antenna through the on-board MV-UHF radio station , moreover, data transmission from the NC is provided through a chain of serially connected first software, second software and further up to the Nth software, and data transmission from the Nth software to the NC is carried out in the reverse order, additionally introduced on the mobile object are connected by two-way connections to the corresponding inputs /outputs of a ground-based specialized computer ground-based module for assessing the energy potential and line-of-sight, a ground-based extrapolation (calculation) module for the location of the serviced software at the time of the communication session, a second ground-based ADF, which is connected to a ground-based HF antenna through a ground-based HF radio station, a third ground-based ADF , which is connected to a ground satellite antenna through a ground satellite radio station, and on each software, an onboard module for assessing the energy potential and line of sight, an onboard module for extrapolating (calculating) the location of the served software at the time of the session communication, the second onboard ADF, which is connected to the onboard HF band antenna through the onboard HF radio station, the third onboard ADF, which is connected to the onboard satellite antenna through the onboard satellite radio station, while the radio communication system additionally provides data transmission in the MV-UHF band and in satellite channel.

На фигуре представлена структурная схема системы радиосвязи с подвижными объектами, где обозначено:The figure shows a block diagram of a radio communication system with mobile objects, where it is indicated:

1 - наземный комплекс;1 - ground complex;

2 - подвижный объект, например, воздушный;2 - moving object, for example, air;

3 - бортовой специализированный вычислитель;3 - onboard specialized calculator;

4 - бортовые датчики;4 - onboard sensors;

5 - бортовой приемник глобальных навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS;5 - onboard receiver of global navigation satellite systems, for example, GLONASS/GPS;

6 - блок регистрации данных;6 - block of data registration;

7 - первая бортовая аппаратура передачи данных;7 - the first onboard data transmission equipment;

8 - бортовая радиостанция МВ-ДМВ диапазона;8 - airborne radio station MV-UHF range;

9 - бортовая антенна МВ-ДМВ диапазона;9 - onboard antenna MV-UHF range;

10 - наземная антенна МВ-ДМВ диапазона;10 - ground antenna MV-UHF range;

11 - наземная радиостанция МВ-ДМВ диапазона;11 - ground radio station MV-UHF range;

12 - первая наземная аппаратура передачи данных;12 - the first ground data transmission equipment;

13 - специализированный вычислитель автоматизированного рабочего места, например, на базе ПЭВМ;13 - specialized computer workstation, for example, based on a PC;

14 - наземный приемник глобальных навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS;14 - ground receiver of global navigation satellite systems, for example, GLONASS/GPS;

15 - монитор АРМ;15 - AWP monitor;

16 - пульт управления АРМ;16 - AWP control panel;

17 - анализатор типа принимаемых сообщений;17 - type analyzer of received messages;

18 - двунаправленная шина системы управления подвижным объектом;18 - bidirectional bus control system of a moving object;

19 - бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений;19 - onboard shaper type of relayed messages;

20 - наземный формирователь типа ретранслируемых сообщений;20 - ground shaper type relayed messages;

21 - бортовой модуль оценки энергетического потенциала и прямой видимости;21 - onboard module for assessing the energy potential and line of sight;

22 - бортовой модуль экстраполяции (расчета) местонахождения обслуживаемого ПО на момент сеанса связи;22 - on-board module for extrapolation (calculation) of the location of the serviced software at the time of the communication session;

23 - вторая бортовая аппаратура передачи данных;23 - second onboard data transmission equipment;

24 - бортовая радиостанция КВ диапазона;24 - airborne radio station HF band;

25 - бортовая антенна КВ диапазона;25 - onboard HF antenna;

26 - третья бортовая аппаратура передачи данных;26 - third onboard data transmission equipment;

27 - бортовая спутниковая радиостанция;27 - onboard satellite radio station;

28 - бортовая спутниковая антенна;28 - onboard satellite dish;

29 - ионосферный отражательный слой;29 - ionospheric reflective layer;

30 - спутник связи;30 - communications satellite;

31 - вторая наземная аппаратура передачи данных;31 - second ground data transmission equipment;

32 - наземная радиостанция КВ диапазона;32 - ground radio station HF band;

33 - наземная антенна КВ диапазона33 - terrestrial HF antenna

34 - третья наземная аппаратура передачи данных;34 - third ground data transmission equipment;

35 - наземная спутниковая радиостанция;35 - ground satellite radio station;

36 - наземная спутниковая антенна;36 - ground satellite dish;

37 - наземный модуль оценки энергетического потенциала и прямой видимости;37 - ground module for assessing the energy potential and line of sight;

38 - наземный модуль экстраполяции (расчета) местонахождения обслуживаемого ПО на момент сеанса связи.38 - ground module for extrapolation (calculation) of the location of the serviced software at the time of the communication session.

Сущность работы системы заключается в обеспечении ее адаптации к постоянно изменяющейся обстановке, взаимного положения НК и подвижных объектов относительно друг друга. Эта задача решается путем осуществления процедур обмена данными между объектами системы, способных обеспечить устойчивую связь (с требуемой вероятностью ошибочного приема) в зоне прямой видимости и за ее пределами, сопровождения подвижного объекта методом экстраполяции при выходе ПО из зоны прямой видимости в условиях постоянно изменяющейся дальности между взаимодействующими объектами, оценки величины отношения сигнал/шум в каналах, в которых предусматривается сеанс связи.The essence of the system is to ensure its adaptation to a constantly changing environment, the mutual position of the NC and moving objects relative to each other. This problem is solved by implementing data exchange procedures between system objects that can provide stable communication (with the required probability of erroneous reception) in the line-of-sight zone and beyond it, tracking a moving object by extrapolation when the software leaves the line-of-sight zone under conditions of constantly changing range between interacting objects, estimating the value of the signal-to-noise ratio in the channels in which the communication session is provided.

Система радиосвязи с подвижными объектами работает следующим образом. Во время движения подвижные объекты, находящиеся в пределах радиогоризонта и, если позволяет энергетический потенциал [3], обмениваются данными с наземным комплексом 1 в МВ-ДМВ диапазоне (узлы 2-13). Энергетический потенциал каждого канала системы, характеризуемый отношением сигнал/шум, зависит от мощности передатчика бортового комплекса связи и коэффициента усиления бортовой передающей антенны радиостанции соответственно, эффективной площади приемной антенны на НК, длины волны, коэффициента усиления приемной антенны выбранного для связи ПО, если бы она использовалась и в качестве передающей, дальности связи, шумовых характеристик и эффективной полосы пропускания приемной части, коэффициента, характеризующего потери полезного сигнала в антенно-фидерных трактах ПО от выхода передатчика до входа приемника, а также от параметров устройств помехоустойчивого кодирования, перемежения, формирования и взаимокорреляционной обработки ортогональных кодов [6].The radio communication system with moving objects works as follows. During the movement, moving objects located within the radio horizon and, if the energy potential allows [3], exchange data with the ground complex 1 in the MW-UHF range (nodes 2-13). The energy potential of each channel of the system, characterized by the signal-to-noise ratio, depends on the transmitter power of the onboard communication complex and the gain of the onboard transmitting antenna of the radio station, respectively, the effective area of the receiving antenna on the NC, the wavelength, the gain of the receiving antenna of the software selected for communication, if it was also used as a transmitting, communication range, noise characteristics and effective bandwidth of the receiving part, a coefficient characterizing the loss of the useful signal in the antenna-feeder paths of the software from the transmitter output to the receiver input, as well as the parameters of devices for noise-correcting coding, interleaving, shaping and cross-correlation processing of orthogonal codes [6].

Принимаемые наземной радиостанцией 11 МВ-ДМВ диапазона из канала "воздух-земля" сообщения через первую аппаратуру передачи данных 12 поступают в наземный специализированный вычислитель 13 АРМ, где в соответствии с принятым в системе протоколом обмена производится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами подвижных объектов, хранящимися в памяти наземного специализированного вычислителя 13 АРМ. При совпадении адреса подвижного объекта с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ПО 2_i и состоянии его датчиков выводится на экран монитора 15 АРМ. В наземном специализированном вычислителе 13 АРМ решается задача обеспечения постоянной устойчивой радиосвязи со всеми N ПО 2. При выходе за пределы радиогоризонта хотя бы одного из ПО 2 или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, определяется программно один из ПО, который назначается ретранслятором сообщений, условно обозначенный на фигуре цифрой 2₁. При постоянном изменении дальности между взаимодействующими ПО 2 в качестве ретранслятора может быть определен любой из N ПО, местоположение которого оптимально по отношению к НК 1 и всем ПО 2, составляющих цепочку ретрансляторов для доставки информации до выбранного ПО.The messages received by the ground radio station 11 of the MV-UHF range from the air-to-ground channel through the first data transmission equipment 12 enter the ground specialized computer 13 AWS, where, in accordance with the exchange protocol adopted in the system, the address received in the message is identified with the addresses of mobile objects, stored in the memory of the ground specialized computer 13 workstations. If the address of the movable object matches the address stored in the list, information about the location, movement parameters of the software 2 _i and the state of its sensors is displayed on the screen of the monitor 15 AWS. In the ground specialized computer 13 AWS, the problem of ensuring constant stable radio communication with all N SW 2 is solved. When at least one of SW 2 goes beyond the radio horizon or approaches the boundary of the stable radio zone, one of the software is determined programmatically, which is assigned as a message repeater, conventionally designated on the figure number 2 ₁ . With a constant change in the range between interacting software 2, any of N software can be defined as a repeater, the location of which is optimal with respect to NC 1 and all software 2 that make up the chain of repeaters for delivering information to the selected software.

В этом случае автоматически или оператором АРМ назначается ПО 2₁, который будет использоваться в качестве ретранслятора, и по анализу местоположения, энергетического потенциала канала связи определяемого параметрами узлов: 3, 7-13 или 3, 7-9 следующего ПО 2 при ретрансляции и параметров движения остальных ПО 2 определяются оптимальные пути доставки сообщений удаленному от НК 1 за радиогоризонт подвижному, например, воздушному объекту. Сообщение от НК 1 через последовательную цепочку, состоящую из (N-1) ПО 2, может быть доставлено N-му ПО 2_N. Для этого на НК 1 в формирователе 20 типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды (заголовок) передаваемой кодограммы закладываются номер ПО 2₁, назначенного ретранслятором и адреса подвижных объектов 2_i, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые в МВ-ДМВ диапазоне сообщения на ПО 2 в блоке 17 анализа типа принимаемых сообщений анализируются. Если сообщение предназначено для данного ПО 2, то после анализа решается вопрос о направлении данных по двунаправленной шине 18 на систему управления или в режиме ретрансляции - передаче их на соседний ПО 2_i. Для исключения коллизий минимизируется число разрядов в передаваемом сообщении, и ретрансляция данных осуществляется последовательно во времени. Если после приема сообщения на него требуется ответ, то в бортовом формирователе 19 формируется ответное слово, которое транслируется на НК 1 по той же последовательной цепочке через ПО 2_i, но только в обратном порядке. При передаче с НК 1 приоритетных сообщений в соответствии с принятыми в системе радиосвязи с подвижными объектами категориями срочности для ПО 2 в наземном формирователе 20 типа ретранслируемых сообщений в заголовке сообщения формируется код запрета передачи других сообщений на время, отводимое для трансляции данных с НК 1 на выбранный ПО 2_i с учетом времени время задержки в средствах обработки сигналов подвижного объекта на принятое сообщение. Принимаемая на ПО 2_i, информация отображается на блоке 6 регистрации данных в виде буквенно-цифровых символов или в виде точек и векторов на фоне электронной карты местности, характеризующих поставленную задачу. В беспилотных ПО блок 6 регистрации данных может отсутствовать. В таких случаях данные по двунаправленной шине 18 поступают непосредственно на систему управления ПО, не показанную на фигуре.In this case, automatically or by the operator of the workstation, software 2 ₁ is assigned, which will be used as a repeater, and by analyzing the location, the energy potential of the communication channel determined by the parameters of the nodes: 3, 7-13 or 3, 7-9 of the next software 2 during relaying and parameters the movements of the remaining software 2 determine the optimal ways of delivering messages to a mobile, for example, an air object, remote from the NC 1 beyond the radio horizon. A message from NC 1 through a serial chain consisting of (N-1) PO 2 can be delivered to the N-th PO 2 _N . To do this, on NC 1 in the shaper 20 of the type of relayed messages, the number of software 2 ₁ assigned by the relay and the addresses of mobile objects 2 _i providing the specified traffic of the message are stored in predetermined bits (header) of the transmitted codegram. Received in the MW-UHF band messages on 2 in block 17 analysis of the type of received messages are analyzed. If the message is intended for this software 2, then after analysis, the issue of sending data via a bidirectional bus 18 to the control system or in relay mode - transferring them to neighboring software 2 _i is decided. To avoid collisions, the number of bits in the transmitted message is minimized, and data is relayed sequentially in time. If, after receiving the message, a response is required, then a response word is formed in the on-board shaper 19, which is broadcast to the NC 1 along the same serial chain through the software 2 _i , but only in the reverse order. When transmitting priority messages from NC 1 in accordance with the categories of urgency adopted in the radio communication system with mobile objects for software 2, in the ground generator 20 of the type of relayed messages, a code for prohibiting the transmission of other messages is generated in the message header for the time allotted for broadcasting data from NC 1 to the selected Software 2 _i , taking into account the time, the delay time in the means of processing the signals of the moving object for the received message. Received on the software 2 _i , the information is displayed on the block 6 data recording in the form of alphanumeric characters or in the form of points and vectors against the background of an electronic map of the area, characterizing the task. In unmanned software block 6 data registration may be absent. In such cases, the data on the bi-directional bus 18 goes directly to the software control system, not shown in the figure.

Остальные менее приоритетные сообщения в соответствии с протоколом обмена находятся в очереди соответствующей категории срочности. В специализированных вычислителях 3 и 13 определяется время "старения" информации и, если сообщение в течение определенного промежутка времени не было передано в канал связи, то оно "стирается" и посылается запрос на повторную передачу сообщения.The remaining less priority messages, in accordance with the exchange protocol, are in the queue of the corresponding category of urgency. In specialized calculators 3 and 13, the information "aging" time is determined and, if the message has not been transmitted to the communication channel for a certain period of time, then it is "erased" and a request is sent to retransmit the message.

В обычном режиме с НК 1, когда не требуется ретрансляция сигналов, в МВ-ДМВ диапазоне осуществляется адресный опрос ПО 2 путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. Набираемое оператором (диспетчером) на наземном формирователе 20 сообщение отображается на мониторе 15 АРМ. На ПО 2 после прохождения радиосигнала через антенну 9, радиостанцию 8, аппаратуру передачи данных 7 он поступает в бортовой специализированный вычислитель 3, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с адресом подвижного объекта, хранящимся в дешифраторе адреса. Далее сообщение передается в анализатор 17 типа ретранслируемого сообщения, где происходит дешифрация полученного заголовка (служебной части) сообщения, и определяется в каком режиме должна работать аппаратура ПО 2. Информационная часть сообщения записывается в память бортового специализированного вычислителя 3 и при необходимости выводится на экран блока 6 регистрации данных, который может быть выполнен в виде монитора или другого устройства отображения.In the normal mode with NK 1, when no relaying of signals is required, in the MV-UHF range, address polling of software 2 is carried out by generating a message for transmission to the radio channel in accordance with the exchange protocol. Typed by the operator (dispatcher) on the ground shaper 20 message is displayed on the monitor 15 workstation. On SW 2, after passing the radio signal through antenna 9, radio station 8, data transmission equipment 7, it enters the onboard specialized computer 3, where the address received in the message is identified with the address of the mobile object stored in the address decoder. Next, the message is transmitted to the analyzer 17 of the type of relayed message, where the received header (service part) of the message is decrypted, and it is determined in which mode the software 2 equipment should operate. data logging, which may be in the form of a monitor or other display device.

В зависимости от числа подвижных объектов и числа переспросов сообщений в канале радиосвязи в системе используются динамические алгоритмы организации обмена сообщениями и управления каналами радиосвязи ПО 2. При использовании определенного формата заголовка сообщения с выхода бортовых формирователей 19 типа ретранслируемых сообщений может быть использован режим свободного доступа со стороны подвижных объектов 2 или режим с выделением временного интервала при организации системы обмена данными с наземного комплекса 1.Depending on the number of moving objects and the number of retransmissions of messages in the radio channel, the system uses dynamic algorithms for organizing the exchange of messages and managing the radio channels of software 2. When using a certain format of the message header from the output of onboard generators 19 of the type of retransmitted messages, the free access mode can be used from the side moving objects 2 or a mode with the allocation of a time interval when organizing a data exchange system from a ground complex 1.

В результате анализа состояния и загрузки каналов радиосвязи в системе с подвижными объектами в НК 1 определяется число столкновений сообщений в канале радиосвязи, и когда это число превышает предельно допустимое, система переходит в режим адресного опроса для упорядочения работы канала передачи данных "воздух-земля". Для того, чтобы избежать столкновений при одновременной передаче несколькими объектами сообщений, в специализированных вычислителях 3 и 13 осуществляется контроль несущей за время воздействия на бортовую радиостанцию заголовка (служебной части сообщений), и подготовленное сообщение передается только в том случае, когда радиоканал свободен. Для того, чтобы разнести по времени моменты выхода на связь подвижных объектов в то время, когда они обнаружили, что радиоканал свободен, в специализированных вычислителях 3 и 13 анализируется несущая частота и формируется псевдослучайная задержка передачи сообщений от подвижных объектов.As a result of the analysis of the state and load of radio communication channels in a system with mobile objects in NC 1, the number of collisions of messages in the radio communication channel is determined, and when this number exceeds the maximum allowable, the system switches to the address polling mode to streamline the operation of the air-to-ground data transmission channel. In order to avoid collisions during the simultaneous transmission of messages by several objects, in specialized calculators 3 and 13, the carrier is monitored during the impact on the onboard radio station of the header (service part of the messages), and the prepared message is transmitted only when the radio channel is free. In order to time-space the moments of communication of mobile objects at the time when they found that the radio channel is free, the carrier frequency is analyzed in specialized calculators 3 and 13 and a pseudo-random delay in the transmission of messages from mobile objects is formed.

В режиме адресного опроса инициатором связи может быть только НК 1. Предусмотрена возможность оперативной передачи по цифровому каналу радиосвязи аварийных (экстренных) сообщений от подвижных объектов 2. Если ПО 2 сформировали для передачи сообщения и обнаружили, что радиоканал свободен, то они информируют остальные ПО 2 о начале цикла передачи данных, в том числе о своем местоположении, и случайным образом в выделенных им временных слотах распределяют передаваемые сообщения. Каждый из ПО 2, используя сигнал несущей в радиоканале и импульсы синхронизации, подсчитывает в специализированном вычислителе 3 сумму периодов передачи и свободных периодов очередности (равным одному временному окну (слоту)). При совпадении этой суммы со значением установленной очередности ПО 2 начинает передачу собственного пакета в выделенном интервале времени.In the address polling mode, only NC 1 can be the initiator of communication. It is possible to promptly transmit emergency (emergency) messages from mobile objects 2 via a digital radio communication channel. about the beginning of the data transmission cycle, including about its location, and randomly distribute the transmitted messages in the time slots allocated to them. Each of software 2, using the carrier signal in the radio channel and synchronization pulses, calculates in a specialized calculator 3 the sum of transmission periods and free queue periods (equal to one time window (slot)). If this sum coincides with the value of the established order, UE 2 starts transmitting its own packet in the allocated time interval.

Введенные в НК 1 и ПО 2 соответственно формирователи 20 и 19 типа ретранслируемых сообщений позволяют обеспечить обмен цифровыми (формализованными) данными по каналу "оператор-пилот" взамен существующей речевой информации. Они предназначены для выбора элементов сообщений разрешения/информации/запроса, которые соответствуют принятой речевой фразеологии, и набора произвольного текста. Отображение набираемых и принятых сообщений осуществляется на блоке 3 регистрации данных ПО 2 и мониторе 15 АРМ НК 1 соответственно.The shapers 20 and 19 of the type of retransmitted messages introduced in NK 1 and 2, respectively, make it possible to exchange digital (formalized) data via the operator-pilot channel instead of the existing voice information. They are intended to select the elements of the permission/information/request messages that correspond to the accepted speech phraseology and to set free text. The display of dialed and received messages is carried out on block 3 of data recording software 2 and monitor 15 AWP NC 1, respectively.

Сообщения с выходов приемников 5 и 14 глобальных навигационных спутниковых систем ежесекундно записываются в память специализированных вычислителей 3 и 13 с привязкой к глобальному времени и синхронизируются. В специализированных вычислителях 3 и 13 эти данные используются для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ПО. В зависимости от выбранного интервала времени выдачи на НК 1 сообщений о местоположении ПО 2 в специализированном вычислителе 3 в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат ПО 2. Принятые на НК 1 навигационные сообщения от всех ПО 2 системы обрабатываются в специализированном вычислителе 13 и на фоне электронной карты местности выводятся на экран монитора 15 АРМ. ПО 2, находящиеся вблизи зон устойчивой радиосвязи выделяются от остальных, например, цветом на экране монитора 15 АРМ, и для них в специализированных вычислителях 3 и 13 начинается решение задачи выбора оптимального пути трансляции управляющих сообщений от НК 1, так как постоянно в специализированном вычислителе 13 оцениваются зоны устойчивой радиосвязи для НК 1 и всех ПО 2. Наличие приемника 14 глобальных навигационных спутниковых систем позволяет проводить управление ПО 2 с мобильного НК 1. В аппаратуре передачи данных 7 и 12 осуществляются операции: модуляции и демодуляции, кодирования и декодирования и другие.Messages from the outputs of the receivers 5 and 14 of the global navigation satellite systems are recorded every second in the memory of specialized calculators 3 and 13 with reference to global time and are synchronized. In specialized calculators 3 and 13, these data are used to calculate the navigation characteristics and motion parameters of each software. Depending on the selected time interval for issuing location messages to NC 1, software 2 in a specialized computer 3, at a given time, an appropriate message is generated with reference to the global time of measuring the coordinates of software 2. Navigation messages received at NC 1 from all software 2 of the system are processed in a specialized calculator 13 and against the background of an electronic map of the area are displayed on the monitor screen 15 workstation. Software 2, located near the areas of stable radio communication, are distinguished from the rest, for example, by color on the monitor screen 15 AWS, and for them in specialized calculators 3 and 13 the solution of the problem of choosing the optimal path for broadcasting control messages from NK 1 begins, since it is constantly in a specialized calculator 13 the zones of stable radio communication for NK 1 and all software 2 are estimated. The presence of a receiver 14 of global navigation satellite systems makes it possible to control software 2 from mobile NK 1. Operations are performed in data transmission equipment 7 and 12: modulation and demodulation, coding and decoding, and others.

При выходе ПО 2 из зоны устойчивой связи или за пределы прямой видимости, а также при отсутствии ПО-ретрансляторов или их недостаточном количестве, в узлах 21 и 37 формируется команда вычислителям 3 и 13 о переходе на работу по спутниковому каналу связи (узлы 3, 26, 27, 28, спутник 30, узлы 36, 35, 34, 13). На основании известных данных местонахождения и параметров движения в узлах 21 и 37 формируется команда соответствующим модулям 22 и 38 о начале формирования стробов сопровождения (процедуры экстраполяции [7]) выбранным для связи ПО 2. После того, как дальность связи между объектами, выбранными для связи, будет более 500 км, т.е. объект вышел из «мертвой» зоны КВ диапазона, то узлами 21, 22, 23, 24, 25, через ионосферный отражающий слой 29 и узлы 33, 32, 31, 37, 38 совместно с вычислителями 3 и 13 осуществляется переход на более дешевый канал КВ диапазона.When software 2 leaves the stable communication zone or beyond the line of sight, as well as in the absence of software repeaters or their insufficient number, nodes 21 and 37 form a command to computers 3 and 13 to switch to work via a satellite communication channel (nodes 3, 26 , 27, 28, satellite 30, nodes 36, 35, 34, 13). Based on the known location data and motion parameters in nodes 21 and 37, a command is generated to the corresponding modules 22 and 38 to start the formation of tracking gates (extrapolation procedure [7]) selected for communication by software 2. After the communication distance between the objects selected for communication , will be more than 500 km, i.e. the object left the “dead” zone of the HF band, then nodes 21, 22, 23, 24, 25, through the ionospheric reflective layer 29 and nodes 33, 32, 31, 37, 38, together with calculators 3 and 13, switch to a cheaper channel HF range.

В процессе движения ПО 2 радиостанциями 8, 11, 24, 27, 32 и 35 постоянно осуществляется мониторинг радиочастотного спектра на наличие радиосигналов от объектов системы на заранее известных частотах с помощью команд с вычислителей 3 и 13. Приоритет отдается обмену данными в МВ-ДМВ диапазоне, затем следует канал КВ диапазона и далее спутниковый канал. В малонаселенных районах, где радиосеть МВ-ДМВ диапазона слабо развита, в основном, используется канал КВ диапазона и в некоторых случаях, например, когда область отражения радиоволн КВ диапазона находится в зоне главного ионосферного провала, переходят на спутниковый канал.During the movement of software 2 by radio stations 8, 11, 24, 27, 32 and 35, the radio frequency spectrum is constantly monitored for the presence of radio signals from system objects at previously known frequencies using commands from calculators 3 and 13. Priority is given to data exchange in the MW-UHF range , then follows the HF channel and then the satellite channel. In sparsely populated areas where the MW-UHF radio network is poorly developed, the HF channel is mainly used and in some cases, for example, when the HF radio wave reflection area is in the zone of the main ionospheric trough, they switch to a satellite channel.

Повышение энергетического потенциала линий передачи данных может быть осуществлено за счет улучшения характеристик передатчиков и приемников радиостанций 8, 24, 27, 11, 32, 35, направленности антенн 9, 25, 28, 10, 33, 36, введения в АПД 7, 34, 12, 31, 34 процедур помехоустойчивого кодирования и перемежения и других [3].Increasing the energy potential of data transmission lines can be carried out by improving the characteristics of transmitters and receivers of radio stations 8, 24, 27, 11, 32, 35, the directivity of antennas 9, 25, 28, 10, 33, 36, introduction to ADF 7, 34, 12, 31, 34 procedures of error-correcting coding and interleaving and others [3].

Расширение зоны устойчивой связи (дальности прямой видимости) в МВ-ДМВ диапазоне может быть осуществлено за счет увеличения высоты подъема антенны 9 ПО и наземной антенны 10, а также использования процедур экстраполяции при подготовке сеанса связи, комплексирования и выбора более мощного из радиосигналов с спутникового канала связи и линии передачи данных КВ диапазона при нахождении ПО за пределами радиогоризонта [3].The expansion of the stable communication zone (line-of-sight range) in the MV-UHF range can be carried out by increasing the height of the antenna 9 PO and the ground antenna 10, as well as the use of extrapolation procedures in preparing the communication session, integrating and selecting the more powerful of the radio signals from the satellite channel communication and data transmission lines of the HF band when the software is outside the radio horizon [3].

Использование заявляемой системы радиосвязи позволяет расширить зону устойчивой связи по сравнению с аналогами и прототипом за счет:The use of the proposed radio communication system allows you to expand the zone of stable communication in comparison with analogues and the prototype due to:

- обмена точными данными о местоположении НК и ПО, находящихся даже за пределами радиогоризонта, что позволяет с помощью метода экстраполяции оптимально спланировать маршрут движения и соответствующий план связи, сократить потери топлива, избежать аварийной ситуации и выполнить поставленную задачу;- exchanging accurate data on the location of the NS and the software, even beyond the radio horizon, which allows, using the extrapolation method, to optimally plan the route of movement and the corresponding communication plan, reduce fuel losses, avoid an emergency and complete the task;

- непрерывного мониторинга наличия радиосигналов трех диапазонов и сравнения в них величины отношения сигнал/шум с требуемой, что позволяет обеспечить беспровальное сопровождение ПО по трассе;- continuous monitoring of the presence of radio signals of three ranges and comparison of the signal-to-noise ratio in them with the required one, which makes it possible to ensure trouble-free tracking of software along the route;

- использования радиосигналов трех диапазонов, что позволяет повысить помехоустойчивость системы.- the use of radio signals of three ranges, which allows to increase the noise immunity of the system.

Литература:Literature:

1. Автоматизированное управление движением авиационного транспорта / В.В. Бочкарев, Г.А. Крыжановский, Н.Н. Сухих; Под ред. Г.А. Крыжановского. - М.: Трансп., 1999. - 319 с.1. Automated traffic control of aviation transport / V.V. Bochkarev, G.A. Kryzhanovsky, N.N. dry; Ed. G.A. Kryzhanovsky. - M.: Transp., 1999. - 319 p.

2. АС №1401626, дата публикации 07.06.1988.2. AS No. 1401626, publication date 06/07/1988.

3. Системы и техника радиосвязи в авиации: учеб. пособие /А.В. Кейстович, А.В. Комяков - Нижний Новгород: НГТУ, 2012. - 226 с.3. Radio communication systems and technology in aviation: textbook. allowance /A.V. Keistovich, A.V. Komyakov - Nizhny Novgorod: NGTU, 2012. - 226 p.

4. Патент РФ на полезную модель №2195774, дата публикации 27.12.2002 Бюл. №36.4. RF patent for utility model No. 2195774, publication date 12/27/2002 Bull. No. 36.

5. Патент РФ на полезную модель №44907, дата публикации 27.03.2005 Бюл. №9 (прототип).5. RF patent for utility model No. 44907, publication date 03/27/2005 Bull. No. 9 (prototype).

6. Патент РФ на изобретение №2720215, дата публикации 28.04.2020 Бюл. №13.6. RF patent for invention No. 2720215, publication date 04/28/2020 Bull. No. 13.

7. Автоматизация обработки, передачи и отображения радиолокационной информации. / Под общ. ред. В.Г. Корякова. - Москва: Сов. радио, 1975. - 303 с.7. Automation of processing, transmission and display of radar information. / Under the total. ed. V.G. Koryakova. - Moscow: Sov. radio, 1975. - 303 p.

Claims

A radio communication system with mobile objects that provides data transmission in the HF band, consisting of a ground complex (NC) containing a ground computer of an automated workplace (AWP), the corresponding inputs of which are connected to a ground receiver of global navigation satellite systems and an AWP control panel, the output is to the AWS monitor, and the corresponding inputs / outputs of the ground computer are connected to the ground-based shaper of the type of relayed messages and the first ground data transmission equipment (ADD), which is connected to the ground antenna of the VHF-VHF band through the ground radio station of the VHF-VHF band, and N mobile objects (software), each of which includes an onboard computer, the corresponding inputs of which are connected to the onboard sensors, the onboard receiver of global navigation satellite systems and the onboard shaper of the type of relayed messages, the output - to the data recording unit, and the corresponding inputs/outputs of the onboard computer are connected are connected to the type analyzer of received messages, the bidirectional bus of the mobile object control system, to the first onboard ADF, which is connected through the onboard radio station of the MV-UHF band to the corresponding onboard antenna, and data transmission from the NC is provided through a chain of serially connected first software, second software and further to the Nth software, and the data transfer from the Nth software to the NC is carried out in the reverse order, characterized in that the system additionally includes a ground module for assessing the energy potential and line-of-sight, a ground-based extrapolation module for the location of the software being served at the time of the communication session, a second ground-based ADF, which is connected to a ground-based HF-band antenna through a ground-based radio station in the HF band, a third ground-based ADF, which is connected to a ground-based satellite antenna through a ground-based satellite radio station, and on each software Additionally, an on-board module for assessing the energy potential and line of sight, an on-board module for extrapolating the location of the serviced software at the time of the communication session, and a second on-board ADF, which is connected to the on-board KB-band radio station through the on-board KB-band radio station, are additionally introduced. , the third onboard ADF, which is connected to the onboard satellite antenna through the onboard satellite radio station, while the radio communication system additionally provides data transmission in the MV-UHF range and in the satellite channel.