CN101051850A - 空中不同频率半双工电台的频率耦合方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有的语音通信系统在对空指挥过程中不能自动产生PTT来控制半双工电台的收发而使用不便的问题，公开了一种空中频率耦合方法及系统，该系统包括数字程控交换主机(1)、通信单元(2)、A/B系统切换控制器(3)、内部专线电话单元(4)、短波/超短波电台通信模块(5)、外线电话单元(6)，其特征是所述的数字程控交换主机(1)中的频率耦合装置(7)，所述的频率耦合装置(7)的输入/输出通过数字程控交换主机中的电台接入模块(RIF)与短波/超短波电台通信模块(5)的输出/输入相连；解决了频率耦合的难题。

Description

空中不同频率半双工电台的频率耦合方法及系统

技术领域

本发明涉及通信控制系统，尤其是一种集成了各种有线、无线、全双式和半双工电台通讯模式的通信控制系统，具体地说是一种具有频率耦合和地空耦合功能的多功能语音通信控制系统。

背景技术

随着通信技术的发展，单一的通信手段已远远不能满足用户需求，为实现特定的战术目标，用户希望同时采用多种通信手段，进行更广泛的通信活动，这样，在同一个指挥控制中心集中了有线通信、无线通信、光纤通信、卫星通信等多种通信手段。

目前，在对空指挥过程中，国内外普遍使用的VHF/UHF等电台几乎都是半双工的指挥模式，且对空指挥时的PTT信号都是取决于指挥员的人为意识和动作；而在实际指挥过程中，某些特殊情况下，需要将空中两个或多个处于不同频率的飞行目标彼此之间构成通话(频率耦合)，或将地面电话与空中飞行目标之间构成双向通话(地空耦合)时，均由于半双工电台的PTT信号无法自动产生而难以实现。

在实际的对空指挥过程中，经常会遇到以下两种情况，由于缺乏系统的频率耦合功能而无法完成指挥任务：

1、空中两组不同兵种的飞行物(民航飞机和军用飞机)在同一飞行区域内飞行需要相互协调时；

2、空中两组不同频率(也可同一)的飞行物，分别处于指挥中心两个不同的指挥方向，它们彼此无法呼通，但因特殊情况需要双方通话时。

目前国内同类产品系统中，通常只是具有连接标准电话交换系统或其他地面交换网络能力，没有连接VHF/UHF半双工对空电台的能力，即便有少量产品具有连接半双工VHF/UHF电台的能力，但都因存在无法自动产生半双工电台的PTT而难以实现将空中不同频率的两架飞行物通过该系统构成不同频率之间的耦合通话。

因此，在对空指挥过程中如何自动产生PTT来控制半双工电台的收发成为解决上述问题的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有的语音通信系统在对空指挥过程中不能自动产生PTT来控制半双工电台的收发而使用不便的问题，提供一种空中不同频率半双工电台的频率耦合方法及系统。

本发明的技术方案是：

一种空中不同频率半双工电台的频率耦合方法，其特征是它包括以下步骤：

首先在地面设置与空中飞行物所携带半双工电台相匹配的半双工电台，使需要通话的空中飞行物通过其携带的电能与地面相匹配的电台实现通话；

其次，将地面所设置的电台的话音发送口和话音接收口交互连通，即一个电台的话音发送口与另一个电台的话音接收口连通，一个电台的话音接收口与另一个电台的话音发送口相连通，并在每个地面电台的话音接收口处设置信号检测电路，将该信号检测电路的输出端与一PTT信号发生电路相连，并使该PTT信号发生电路输出的控制信号与话音耦合电路相连。

一种空中不同频率半双工电台的频率耦合用系统，包括数字程控交换主机1、通信单元2、A/B系统切换控制器3、内部专线电话单元4、短波/超短波电台通信模块5、外部电话单元6，其中涉及到程控交换主机中电台接入模块RIF等。通信单元2直接与数字程控交换主机1相连并实现信息交换，A/B系统切换控制器3与数字程控交换主机1相连并实现信息交换，内部专线电话单元4、短波/超短波电台通信模块5和外部电话单元6均通过A/B系统切换控制器3与数字程控交换主机1相连并实现信息交换，其特征是所述的数字程控交换主机1中的频率耦合装置7，所述的频率耦合装置7的输入/输出通过数字程控交换主机中的电台接入模块RIF与短波/超短波电台通信模块5的输出/输入相连。

所述的频率耦合装置7由频谱分析电路701、能量比较电路702、数据融合电路703(可由DSP芯片加软件构成)、PTT产生电路704和开关电路705组成，频谱分析电路701和能量比较电路702的输入接语音信号源，它们的输出均与数据融合电路703的输入相连，数据融合电路703的输出与PTT产生电路704的输入相连，PTT产生电路704的输出与开关电路705的输入相连，开关电路705将PTT产生电路704送来的PTT信号送入短波/超短波电台通信模块5的信号输入端。

本发明具有以下优点：

本发明的频率耦合首次解决了空中不同频点的两架飞机之间特殊情况下的通话难题，以及紧急情况下远端(没有地面电台的地方)地面指挥人员或维护人员对空中多架飞机的指挥通话难题，同时解决了多指挥中心系统之间VHF/UHF电台组网的难题。

附图说明

图1是本发明多功能语音通信控制系统的组成结构示意图。

图2是本发明的PTT信号发生电路原理框图。

图3是本发明的两个空中飞行物频率耦合原理示意图。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种空中不同频率半双工电台的频率耦合方法，它包括以下步骤：

首先在地面设置与空中飞行物所携带半双工电台相匹配的半双工电台，使需要通话的空中飞行物通过其携带的电能与地面相匹配的电台实现通话；

其次，将地面所设置的电台的话音发送口和话音接收口交互连通，即通过数字程控交换主机中的电台接入模块(RIF)将一个电台的话音发送口与另一个电台的话音接收口连通，一个电台的话音接收口与另一个电台的话音发送口相连通，并在电台接入模块(RIF)对应的话音接收口处设置信号检测电路，将该信号检测电路的输出端与一PTT信号发生电路相连，并使该PTT信号发生电路输出的控制信号与话音耦合电路相连。

下面举例说明如下：

如图3所示。

1、将地面的两部不同频率的半双工电台分别连接到数字程控交换主机中的电台接入模块(RIF)的两个端口上。

2、指挥员可以通过通信单元选择这两部电台中的任意一部，并利用手持送受话器的手动PTT开关进行对空指挥(PTT的产生由人为决定)，这种情况下，这两部电台彼此独立，互不沟通。

3、在频率耦合功能下，至少需要提供4部半双工电台，假设现有4部电台，编号分别为1、2、3、4，其中电台1和电台2为地面电台，电台3和电台4分别为空中不同飞行物使用的电台，且电台1和电台3工作在同一频点f1上，电台2和电台4工作在另一频点f2上。

需要时，可利用会议桥(可由FPGA芯片加软件构成)，通过电台接入模块(RIF)将电台1的话音接收接口和电台2的话音发送接口互连，将电台1的话音发送接口和电台2的话音接收接口互连，实现两部电台的语音信号的交互；同时系统设计有信号检测电路(可由DSP芯片加软件构成)，监测每个电台的话音接收端口有无话音信号；

当空中飞行物利用电台3呼叫时，处于同一频点(f1)的电台1就接收到空中有效呼叫信号，其检测电路自动产生PTT，并在有效信号期间，该信号不释放，直接打开电台2的发射机(频点f2)，同时将电台1的接收话音耦合发射出去，空中另一飞行物的电台4(f2)就能监听到电台3(f1)的呼叫，完成电台3(f1)到电台4(f2)的频率耦合；同理，也能实现空中飞行物的电台3(f1)监听到电台4(f2)的呼叫，完成电台4(f2)到电台3(f1)的频率耦合。

图1是与本发明相关的一个较为完整的能实现空中频率耦合的多功能的语音通信控制系统，包括数字程控交换主机1、通信单元2、A/B系统切换控制器3、内部专线电话单元4、短波/超短波电台通信模块5、外部电话单元6，其中涉及到程控交换主机中电台接入模块RIF等。通信单元2直接与数字程控交换主机1相连并实现信息交换，A/B系统切换控制器3与数字程控交换主机1相连并实现信息交换，内部专线电话单元4、短波/超短波电台通信模块5和外部电话单元6均通过A/B系统切换控制器3与数字程控交换主机1相连并实现信息交换，其特征是所述的数字程控交换主机1中的频率耦合装置7，所述的频率耦合装置7的输入/输出通过数字程控交换主机中的电台接入模块RIF与短波/超短波电台通信模块5的输出/输入相连。其核心部分为专用数字程控交换主机1，通信单元2(包括一套语音配套设备)安装在指挥员席位上(智能触摸屏面板分机)，系统还包括电源系统、系统管理终端、外部设备等构成，系统组成和逻辑连接如图1所示。

频率耦合装置7由频谱分析电路701、能量比较电路702、数据融合电路703、PTT产生电路704和开关电路705组成，频谱分析电路701和能量比较电路702的输入接语音信号源，它们的输出均与数据融合电路703的输入相连，数据融合电路703的输出与PTT产生电路704的输入相连，PTT产生电路704的输出与开关电路705的输入相连，开关电路705将PTT产生电路704送来的PTT信号送入短波/超短波电台通信模块5的信号输入端。如图2所示。

本发明可连接管制中心的各类短波、超短波电台以及共电、自动电话，磁石单机，小型调度机和专线载波机等。具有模拟环路中继、数字中继、六线E/M中继等接口，具有极强的组网能力，可并入当地总机和市话网，也可自身组网。

各种电台、内部专线电话和外线电话通过A/B系统切换控制器与数字程控交换主机连接；安装在各作战席位上的通信单元直接与数字程控交换主机连接；在数字程控交换主机内完成控制信号和语音信息的交换，保证各终端用户之间清晰的无阻塞的通信。

数字程控交换主机具有与语音记录设备的连接接口，可实时输出每路的通话信息，用于话音记录，同时还可以接收记录仪输出的信息，进行记录重放。

通过A/B系统切换控制器，可与用户原有的或用户备用的语音通信控制系统连接，完成系统级主备系统切换，确保通信不中断。

系统各模块和接口采用独立的CPU处理单元，个别单元的故障不会造成整个系统的崩溃，而且单板智能化，减轻了系统程控主处理器的处理负担，确保了主处理器的有足够的处理容量和空闲容量，保证在任何时候都不会出现阻塞现象，也提高了系统的扩充能力。

本发明利用内码映射技术进行双2B+D传输，同时支持四路话音通道和两路数据通道。便于实现通信单元双手机工作模式，并能实现有线通道和无线通道多路信号同时指挥。

本发明还采用了交换总线的方式传输PTT控制信号，PTT信号的时延为6.125ms，提高了PTT信号的实时性。

利用DSP和FPGA等技术和自主开发的应用软件，实现基于FSK方式下的各种编码控制，提高了语音通信控制系统与各种电台的接口能力，便于实现地空话音通信网。

采用话音频谱分析和能量(幅值门限)比较相结合的方法生成PTT信号，PTT最大延时不超过20ms。采用DSP技术及回声抵消技术对用户线侧音进行处理，模拟产生PTT信号稳定可靠。

本发明的PTT自动产生的原理为：

话音信号自动产生PTT需要经过频谱分析(有效话音和噪声信号的相关、甄别)、信号能量门限比较(利用积分电路采集有效电平)、数据融合等三个主要步骤，经过这三个步骤产生的PTT控制信号不仅精度较高，且实时性强，其中信号能量门限比较电平(可以设定)决定PTT信号的启动时间，最大延时不超过20ms。如图2所示，其中的相关电路可采用现有的DSP、FPGA芯片加软件加以实现。

本发明的数字程控交换主机1(涉及到程控交换主机中电台接入模块(RIF))、通信单元2、A/B系统切换控制器3、内部专线电话单元4、短波/超短波电台通信模块5、外线电话单元6、频率耦合装置7和地空耦合装置8均可采用市售成熟产品或采用现有技术加以实现，各相关的模块、电路可采用高校教科书中相关内容实现。

具体实施时，本发明的多功能语音通信控制系统还可扩展为带有地空耦合装置的更为完整的空中语音交换平台。

Claims (3)

1、一种空中不同频率半双工电台的频率耦合方法，其特征是它包括以下步骤：

首先在地面设置与空中飞行物所携带半双工电台相匹配的半双工电台，使需要通话的空中飞行物通过其携带的电能与地面相匹配的电台实现通话；

其次，将地面所设置的电台的话音发送口和话音接收口交互连通，即通过数字程控交换主机中的电台接入模块(RIF)将一个电台的话音发送口与另一个电台的话音接收口连通，一个电台的话音接收口与另一个电台的话音发送口相连通，并在电台接入模块(RIF)对应的话音接收口处设置信号检测电路，将该信号检测电路的输出端与一PTT信号发生电路相连，并使该PTT信号发生电路输出的控制信号与话音耦合电路相连。

2、一种实现权利要求1方法的多功能语音通信控制系统，包括数字程控交换主机(1)、通信单元(2)、A/B系统切换控制器(3)、内部专线电话单元(4)、短波/超短波电台通信模块(5)、外部电话单元(6)，其中涉及到程控交换主机中电台接入模块(RIF)等。通信单元(2)直接与数字程控交换主机(1)相连并实现信息交换，A/B系统切换控制器(3)与数字程控交换主机(1)相连并实现信息交换，内部专线电话单元(4)、短波/超短波电台通信模块(5)和外部电话单元(6)均通过A/B系统切换控制器(3)与数字程控交换主机(1)相连并实现信息交换，其特征是所述的数字程控交换主机(1)中的频率耦合装置(7)，所述的频率耦合装置(7)的输入/输出通过数字程控交换主机中的电台接入模块(RIF)与短波/超短波电台通信模块(5)的输出/输入相连。

3、根据权利要求2所述的空中不同频率半双工电台的频率耦合用系统，其特征是所述的频率耦合装置(7)由频谱分析电路(701)、能量比较电路(702)、数据融合电路(703)、PTT产生电路(704)和开关电路(705)组成，频谱分析电路(701)和能量比较电路(702)的输入接语音信号源，它们的输出均与数据融合电路(703)的输入相连，数据融合电路(703)的输出与PTT产生电路(704)的输入相连，PTT产生电路(704)的输出与开关电路(705)的输入相连，开关电路(705)将PTT产生电路(704)送来的PTT信号送入短波/超短波电台通信模块(5)的信号输入端。

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