RU2742947C1 - Digital on-board communication means - Google Patents
Digital on-board communication means Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742947C1 RU2742947C1 RU2020114466A RU2020114466A RU2742947C1 RU 2742947 C1 RU2742947 C1 RU 2742947C1 RU 2020114466 A RU2020114466 A RU 2020114466A RU 2020114466 A RU2020114466 A RU 2020114466A RU 2742947 C1 RU2742947 C1 RU 2742947C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio
- input
- output
- optical
- control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
- H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к бортовым комплексам обмена данными и может быть использовано для информационного обмена, например, между воздушными судами (ВС) и наземными комплексами (НК) в каналах радиосвязи ВЧ, ОВЧ и УВЧ диапазонов.The invention relates to on-board data exchange systems and can be used for information exchange, for example, between aircraft (AC) and ground complexes (NK) in radio communication channels of HF, VHF and UHF ranges.
В настоящее время широко применяется комплекс бортовых средств цифровой связи (КБСЦС) для обмена сообщениями между бортовым радиоэлектронным оборудованием ВС (самолетов) и наземными службами (ACARS) [1]. В системе обеспечивается вызов на речевую связь и передача данных между ВС и наземными службами. Бортовой блок управления в этой системе представляет собой вычислитель. Каналами обмена текущей информацией являются каналы ОВЧ и ВЧ диапазонов. Организацию обмена информацией между наземными службами и бортовыми системами осуществляет наземный комплекс. Он опрашивает ВС, 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 в режиме прямого доступа [2].At present, a complex of onboard digital communications (KBSTsS) is widely used for the exchange of messages between the onboard electronic equipment of the aircraft (aircraft) and ground services (ACARS) [1]. The system provides a call for voice communication and data transmission between the aircraft and ground services. The on-board control unit in this system is a calculator. The channels for the exchange of current information are VHF and HF bands. The organization of information exchange between ground services and onboard systems is carried out by the ground complex. It interrogates the aircraft in its service area and collects the necessary information from them. In this case, the on-board system operates in the address polling mode. In order for the onboard system to operate in the address polling mode, it needs to be serviced in the ground system in the direct access mode [2].
К недостаткам аналога следует отнести искажение параметров и формы радиосигналов из-за характеристик радиочастотных кабелей в антенно-фидерном тракте (АФТ), что приводит к снижению достоверности передачи информации.The disadvantages of the analogue include distortion of the parameters and shape of radio signals due to the characteristics of radio frequency cables in the antenna-feeder path (AFT), which leads to a decrease in the reliability of information transmission.
Известен КБСЦС системы радиосвязи с подвижными объектами (ПО) [3]. Для предупреждения столкновений при одновременной передаче сообщений несколькими ВС осуществляется контроль несущей радиосигналов ВС во время воздействия ее на бортовые приемники. Определяется состояние, когда радиоканал свободен. Для разнесения во времени моментов выхода на связь нескольких ВС в КБСЦС введен вычислитель, реализующий функции анализатора несущей частоты и генератора псевдослучайной задержки, которые обеспечивают соответствующую задержку передачи сообщений от ВС. Для принятия оптимального решения наземными службами и на борту информация об относительном местоположении аэропорта и ВС снимается с одного из бортовых и наземных датчиков - приемников сигналов глобальной навигационной спутниковой системы. Информационный обмен НК с ВС осуществляется по каналам «воздух-земля» в ОВЧ диапазоне. Радиосигналы ОВЧ диапазона распространяются в пределах прямой видимости. Антенны на ВС и НК всенаправленные - для удобства обеспечения связи при движении ВС. В этой системе во время движения ВС, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются данными с наземным комплексом. Принимаемые наземной радиостанцией из канала «воздух-земля» сообщения через аппаратуру передачи данных поступают в вычислитель автоматизированного рабочего места (АРМ) на базе ПЭВМ, где в соответствии с принятым в системе протоколом обмена производится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами ВС, хранящимися в памяти их бортовых вычислителей. При совпадении адреса ВС с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ВС и состоянии его датчиков выводится на экран монитора наземного АРМ. В вычислителе АРМ на базе ПЭВМ решается задача обеспечения постоянной радиосвязи со всеми N ВС. При выходе за пределы радиогоризонта хотя бы одного из ВС или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи определяется программно одно из ВС, которое назначается ретранслятором сообщений. По результатам анализа местоположения и параметров движения остальных ВС определяются оптимальные пути доставки сообщений удаленному от НК за радиогоризонт выбранному ВС. Сообщение от НК через последовательную цепочку, состоящую из (N-1)-го воздушного судна, может быть доставлено N-му ВС. Для этого на НК в формирователе типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды (заголовок) передаваемой кодограммы закладываются номер ВС, назначенного ретранслятором, и адреса ВС, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые на ВС сообщения в блоке анализа типа сообщений анализируются. После анализа решается вопрос о направлении данных по двунаправленной шине на систему управления ВС или ретрансляции их на соседнее ВС. В обычном режиме, когда не требуется ретрансляция сигналов, с НК осуществляется адресный опрос ВС путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. Набираемое оператором (диспетчером) сообщение отображается на мониторе АРМ. На ВС после прохождения через бортовые антенну, радиостанцию, аппаратуру передачи данных сигнал поступает в бортовой вычислитель, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с собственным адресом ВС. Далее сообщение передается в блок анализа типа ретранслируемого сообщения, где происходит дешифрация полученного заголовка (служебной части) сообщения, и определяется в каком режиме должна работать аппаратура ВС. Информационная часть сообщения записывается в память бортового вычислителя и при необходимости выводится на экран блока регистрации данных. Сообщения с выходов приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем записываются в память наземного и бортового вычислителей с привязкой к глобальному времени и используются для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ВС. Принятые наземным комплексом навигационные сообщения от всех ВС обрабатываются в вычислителе и выводятся на экран монитора АРМ.Known KBSTsS radio communication system with mobile objects (PO) [3]. To prevent collisions with the simultaneous transmission of messages by several aircraft, the aircraft radio signal carrier is monitored during its exposure to on-board receivers. The state when the radio channel is free is determined. For the time spacing of the moments of communication of several aircraft, a calculator was introduced in the BSCCS, which implements the functions of a carrier frequency analyzer and a pseudo-random delay generator, which provide an appropriate delay in the transmission of messages from the aircraft. To make an optimal decision by ground services and on board, information about the relative location of the airport and the aircraft is taken from one of the onboard and ground sensors - receivers of signals from the global navigation satellite system. Information exchange between the NK and the aircraft is carried out via air-to-ground channels in the VHF range. VHF radio signals propagate within the line of sight. Antennas for aircraft and NK are omnidirectional - for the convenience of providing communication during aircraft movement. In this system, while in motion, aircraft located within the radio horizon exchange data with the ground complex. Messages received by a ground radio station from the air-to-ground channel through data transmission equipment are sent to a computer of an automated workstation (AWP) based on a PC, where, in accordance with the exchange protocol adopted in the system, the address received in the message is identified with the aircraft addresses stored in memory their onboard computers. If the aircraft address coincides with the address stored in the list, information about the location, aircraft movement parameters and the state of its sensors is displayed on the screen of the ground workstation monitor. The workstation computer based on the PC solves the problem of ensuring constant radio communication with all N aircraft. When at least one of the aircraft leaves the radio horizon or approaches the boundary of the zone of stable radio communication, one of the aircraft is programmatically determined, which is assigned as a message relay. Based on the results of the analysis of the location and parameters of the movement of the remaining aircraft, the optimal ways of delivering messages to the selected aircraft remote from the NC beyond the radio horizon are determined. A message from the NK can be delivered to the Nth aircraft through a serial chain consisting of the (N-1) th aircraft. To do this, on the NC in the generator of the type of relayed messages, the number of the aircraft assigned by the repeater and the addresses of the aircraft providing the specified traffic of the message are inserted into the predetermined bits (header) of the transmitted codogram. Messages received on the aircraft are analyzed in the message type analysis block. After the analysis, the question of whether to send data via a bidirectional bus to the aircraft control system or to relay them to a neighboring aircraft is decided. In the normal mode, when signal retransmission is not required, an address polling of the aircraft is carried out from the NC by generating a message for transmission to the radio communication channel in accordance with the exchange protocol. The message typed by the operator (dispatcher) is displayed on the AWP monitor. On the aircraft, after passing through the on-board antenna, radio station, data transmission equipment, the signal enters the on-board computer, where the address received in the message is identified with the aircraft's own address. Then the message is transmitted to the unit for analyzing the type of the relayed message, where the received header (service part) of the message is decrypted, and the mode in which the aircraft equipment should operate is determined. The information part of the message is written into the memory of the on-board computer and, if necessary, is displayed on the screen of the data logging unit. Messages from the outputs of receivers of signals of global navigation satellite systems are recorded in the memory of ground and onboard computers with reference to global time and are used to calculate the navigation characteristics and movement parameters of each aircraft. The navigation messages received by the ground complex from all aircraft are processed in the computer and displayed on the AWP monitor screen.
К недостаткам представленного КБСЦС следует отнести искажение параметров и формы радиосигналов из-за характеристик радиочастотных кабелей в антенно-фидерном тракте, что приводит к снижению достоверности передачи информации.The disadvantages of the presented KBSTsS include distortion of the parameters and shape of radio signals due to the characteristics of radio frequency cables in the antenna-feeder path, which leads to a decrease in the reliability of information transmission.
Известен КБСЦС [4, Рис. 5.10, с. 175], который работает следующим образом. Во время движения воздушные суда, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются данными о местоположении, параметрах движения ВС и состоянии его датчиков с наземным комплексом в ОВЧ диапазоне, а за его пределами - в ВЧ диапазоне. В блоке управления решаются задачи: приема-передачи и обработки сигналов с наземного комплекса. Каждый из ВС выходит на связь на нескольких рабочих частотах ВЧ и ОВЧ диапазонов, известных всем участникам движения. В этом случае в блоке управления осуществляются операции оценки достоверности данных, принимаемых на ВС по ВЧ и ОВЧ каналам. Управление приемопередатчиками ОВЧ диапазона осуществляется с блока управления, а приемопередатчиками ВЧ диапазона - с панели дистанционного управления.Known KBSTsS [4, Fig. 5.10, p. 175], which works as follows. While in motion, aircraft located within the radio horizon exchange data on the location, aircraft movement parameters and the state of its sensors with the ground complex in the VHF range, and beyond it - in the HF range. The control unit solves the following tasks: reception and transmission and processing of signals from the ground complex. Each of the aircraft communicates on several operating frequencies of the HF and VHF ranges, known to all road users. In this case, the control unit performs the operations of evaluating the reliability of the data received on the aircraft via the HF and VHF channels. The VHF transceivers are controlled from the control unit, and the HF transceivers - from the remote control panel.
Распределение сигналов между приемопередатчиками, работающими в режимах «Речь», «Данные», осуществляется в блоке переключения интерфейсов с помощью сигналов, передаваемых с блока управления по шине управления.Distribution of signals between transceivers operating in the "Speech", "Data" modes is carried out in the interface switching unit using signals transmitted from the control unit via the control bus.
Блок управления прототипа обеспечивает управление коммутацией сигналов через блок переключения интерфейсов и установкой рабочих режимов приемопередатчиков ОВЧ диапазона и обмен по каналу «борт-земля-борт» пилотажно-навигационной, эксплуатационно-технической, метео- и коммерческой информацией. Через блок управления осуществляется переключение режимов работы «Речь-Данные» и «Прием-Передача» соответствующего приемопередатчика ОВЧ диапазона. В ответ на достоверно принятое сообщение в блоке управления формируется соответствующий символ в позиции технического подтверждения/неподтверждения приема сообщения. В блоке управления для режима ACARS осуществляются операции: модуляции и демодуляции, кодирования и декодирования дискретных сообщений и другие.The prototype control unit provides control of signal switching through the interface switching unit and setting the operating modes of the VHF range transceivers and the exchange of flight-navigation, operational, technical, meteorological and commercial information via the board-ground-board channel. The control unit switches between the "Speech-Data" and "Receive-Transmit" operating modes of the corresponding VHF transceiver. In response to a reliably received message, the control unit generates a corresponding symbol in the position of technical confirmation / non-confirmation of message receipt. In the control unit for the ACARS mode, the following operations are performed: modulation and demodulation, encoding and decoding of discrete messages, and others.
В обычном режиме с беспомеховой обстановкой с НК осуществляется адресный опрос ВС путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. На ВС радиосигналы через антенны, приемопередатчики, блок переключения интерфейсов поступают в блок управления, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с собственным адресом ВС. Далее служебная часть сообщения дешифрируется для определения режима работы аппаратуры комплекса. Информационная часть сообщения после проверки ее достоверности используется в вычислительной системе самолетовождения (ВСС).In the normal mode with a noise-free environment, an address polling of the aircraft is carried out with the NC by generating a message for transmission to the radio communication channel in accordance with the exchange protocol. On the aircraft, radio signals through antennas, transceivers, and the interface switching unit are sent to the control unit, where the address received in the message is identified with the aircraft's own address. Further, the service part of the message is decrypted to determine the operating mode of the complex equipment. The informational part of the message, after checking its validity, is used in the air navigation computer system (VSS).
В зависимости от числа воздушных судов и числа переспросов сообщений в канале радиосвязи в комплексе используются динамические алгоритмы обмена сообщениями. Для того чтобы избежать столкновений в радиоканале связи при одновременной передаче несколькими ВС, в блоке управления осуществляется контроль несущей при воздействии на приемопередатчики преамбулы или заголовка (служебной части сообщений). Подготовленное сообщение с ВС передается только в том случае, когда радиоканал свободен. Для того чтобы разнести во времени моменты выхода на связь воздушных судов в то время, когда они обнаружили, что радиоканал занят, в блоке управления формируется псевдослучайная задержка передачи сообщений от воздушных судов - для каждого ВС своя.Depending on the number of aircraft and the number of message re-requests in the radio communication channel, the complex uses dynamic message exchange algorithms. In order to avoid collisions in the radio communication channel with simultaneous transmission by several aircraft, the control unit carries out carrier control when acting on the transceivers of the preamble or header (service part of messages). A prepared message from the aircraft is transmitted only when the radio channel is free. In order to separate in time the moments of aircraft communication at the time when they found that the radio channel is busy, a pseudo-random delay in the transmission of messages from aircraft is formed in the control unit - its own for each aircraft.
Если воздушные суда сформировали для передачи сообщения и обнаружили, что радиоканал свободен, то они информируют остальные ВС в ОВЧ диапазоне о начале цикла передачи данных и случайным образом распределяют передаваемые сообщения. В каждом блоке управления оценивают уровень принимаемого сигнала несущей частоты в радиоканале. Затем воздушное судно начинает передачу собственного пакета данных. В зависимости от выбранного интервала времени выдачи на НК сообщений о местоположении ВС в блоке управления в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат ВС.If the aircraft are formed to transmit a message and find that the radio channel is free, then they inform the other aircraft in the VHF band about the start of the data transmission cycle and randomly distribute the transmitted messages. In each control unit, the level of the received carrier frequency signal in the radio channel is estimated. The aircraft then begins transmitting its own data packet. Depending on the selected time interval for issuing messages on the aircraft position to the NDT, the control unit at a specified time generates a corresponding message with reference to the global time of the aircraft coordinates measurement.
Известен КБСЦС [5], который состоит из блока переключения интерфейсов, подключенного двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам блока управления, первого и второго приемопередатчиков ОВЧ диапазона, первого и второго приемопередатчиков ВЧ диапазона. Шина управления блока управления подключена к входу блока переключения интерфейсов. Модулятор-демодулятор (модем), соединен двухсторонними связями с соответствующими входами/выходами блока управления и блока переключения интерфейсов. Частотно-разделительное устройство ВЧ диапазона, подключено двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам первого и второго приемопередатчиков ВЧ диапазона и антенне ВЧ диапазона. Частотно-разделительное устройство ОВЧ диапазона, подключено двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам первого и второго приемопередатчиков ОВЧ диапазона и антенне ОВЧ диапазона. Первый выход управления блока переключения интерфейсов соединен с модемом. Второй выход управления блока переключения соединен с входом первого приемопередатчика ОВЧ диапазона, третий выход управления блока переключения - с входом частотно-разделительного устройства ОВЧ диапазона, четвертый выход управления блока переключения интерфейсов - с входом второго приемопередатчика ОВЧ диапазона, пятый выход управления блока переключения интерфейсов - с входом первого приемопередатчика ВЧ диапазона, шестой выход управления блока переключения интерфейсов - с входом частотно-разделительного устройства ВЧ диапазона, седьмой выход управления блока переключения - с входом второго приемопередатчика ВЧ диапазона. Вход/выход пульта управления и индикации связан с соответствующим входом/выходом блока управления. Низкочастотный вход/выход блока управления является первым входом/выходом комплекса. Низкочастотный вход/выход блока переключения интерфейсов является вторым входом/выходом комплекса.Known KBSTsS [5], which consists of an interface switching unit connected by two-way connections to the corresponding inputs / outputs of the control unit, the first and second VHF transceivers, the first and second HF transceivers. The control bus of the control unit is connected to the input of the interface switching unit. The modulator-demodulator (modem) is connected by two-way connections with the corresponding inputs / outputs of the control unit and the interface switching unit. The frequency separating device of the HF range is connected by two-way connections to the corresponding inputs / outputs of the first and second transceivers of the HF range and the antenna of the HF range. The VHF frequency separating device is connected by two-way connections to the corresponding inputs / outputs of the first and second VHF range transceivers and the VHF range antenna. The first control output of the interface switching unit is connected to the modem. The second control output of the switching unit is connected to the input of the first VHF range transceiver, the third control output of the switching unit is connected to the input of the VHF frequency separating device, the fourth control output of the interface switching unit is connected to the input of the second VHF range transceiver, the fifth control output of the interface switching unit is connected to the input of the first HF transceiver, the sixth control output of the interface switching unit - with the input of the HF frequency separating device, the seventh control output of the switching unit - with the input of the second HF transceiver. The input / output of the control and display panel is connected to the corresponding input / output of the control unit. The low-frequency input / output of the control unit is the first input / output of the complex. The low-frequency input / output of the interface switching unit is the second input / output of the complex.
Однако аналогу присущи недостатки: искажение параметров и формы радиосигналов из-за характеристик радиочастотных кабелей в антенно-фидерном тракте, что приводит к снижению достоверности передачи информации.However, the analogue has disadvantages: distortion of the parameters and shape of radio signals due to the characteristics of radio frequency cables in the antenna-feeder path, which leads to a decrease in the reliability of information transmission.
Наиболее близким по назначению и большинству существенных признаков является комплекс бортовых средств цифровой по патенту РФ №2635388 [6], который и принят за прототип. Комплекс бортовых средств цифровой связи содержит блок переключения интерфейсов, подключенный двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам блока управления, первый и второй приемопередатчики ВЧ диапазона, шину управления блока управления, подключенную к входу блока переключения интерфейсов, модулятор-демодулятор (модем), соединенный двухсторонними связями блока переключения интерфейсов, первую и вторую антенны ВЧ диапазона. Первый выход управления блока переключения интерфейсов соединен с модемом, второй выход управления блока переключения интерфейсов - с входом первого приемопередатчика ВЧ диапазона, третий выход управления блока переключения интерфейсов - с входом второго приемопередатчика ВЧ диапазона, вход/выход пульта управления и индикации связан с соответствующим входом/выходом блока управления, низкочастотный вход/выход блока управления является первым входом/выходом комплекса. Низкочастотный вход/выход блока переключения интерфейсов является вторым входом/выходом комплекса. Первая и вторая антенны ВЧ диапазона подключены к соответствующим высокочастотным входам/выходам первого и второго приемопередатчиков ВЧ диапазона соответственно. Вычислительное устройство ВЧ диапазона, подключено двухсторонними связями к соответствующему входу/выходу блока переключения интерфейсов, а вычислительное устройство ОВЧ диапазона - соответствующему входу/выходу блока переключения интерфейсов. При этом первая и вторая антенны ВЧ диапазона подключены к соответствующим высокочастотным входам/выходам первого и второго приемопередатчиков ВЧ диапазона соответственно, а первая и вторая антенны ОВЧ диапазона - к соответствующим высокочастотным входам/выходам первого и второго приемопередатчиков ОВЧ диапазона соответственно.The closest in purpose and most of the essential features is a complex of onboard digital means according to RF patent No. 2635388 [6], which is taken as a prototype. The complex of onboard digital communication facilities contains an interface switching unit connected by two-way connections to the corresponding inputs / outputs of the control unit, the first and second RF transceivers, a control unit control bus connected to the interface switching unit input, a modulator-demodulator (modem) connected by two-way connections interface switching unit, the first and second antennas of the HF range. The first control output of the interface switching unit is connected to the modem, the second control output of the interface switching unit is connected to the input of the first HF transceiver, the third control output of the interface switching unit is connected to the input of the second HF transceiver, the input / output of the control and display panel is connected to the corresponding input / the output of the control unit, the low-frequency input / output of the control unit is the first input / output of the complex. The low-frequency input / output of the interface switching unit is the second input / output of the complex. The first and second HF antennas are connected to the corresponding HF inputs / outputs of the first and second HF transceivers, respectively. The computing device of the HF range is connected by two-way connections to the corresponding input / output of the interface switching unit, and the computing device of the VHF range is connected to the corresponding input / output of the interface switching unit. In this case, the first and second antennas of the HF range are connected to the corresponding high-frequency inputs / outputs of the first and second transceivers of the HF range, respectively, and the first and second antennas of the VHF range are connected to the corresponding high-frequency inputs / outputs of the first and second transceivers of the VHF range, respectively.
Однако прототипу присущи следующие недостатки:However, the prototype has the following disadvantages:
- искажение параметров и формы радиосигналов из-за характеристик радиочастотных кабелей в антенно-фидерном тракте, что приводит к снижению достоверности передачи информации;- distortion of the parameters and shape of radio signals due to the characteristics of radio frequency cables in the antenna-feeder path, which leads to a decrease in the reliability of information transmission;
- низкая электромагнитная совместимость средств связи в комплексе из-за скопления в одном месте приемников, радиочастотных кабелей и мощных передатчиков ОВЧ диапазона;- low electromagnetic compatibility of communication facilities in the complex due to the accumulation in one place of receivers, radio frequency cables and powerful transmitters of the VHF range;
- наличие двух вычислительных устройств, выполняющих одинаковые функции избыточно для одного комплекса;- the presence of two computing devices performing the same functions is redundant for one complex;
- обеспечивается возможность передачи и приема сигналов ВЧ и ОВЧ диапазонов;- the possibility of transmission and reception of signals of HF and VHF ranges is provided;
- при выполнении самолетом маневров могут наблюдаться явления затенения направления связи, что приводит к потере передаваемых данных.- when the aircraft maneuvers, the phenomena of shading of the communication direction can be observed, which leads to the loss of transmitted data.
Таким образом, основной технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение достоверности передачи информации за счет исключения искажения параметров и формы радиосигналов из-за характеристик радиочастотных кабелей в антенно-фидерных трактах и улучшения электромагнитной совместимости средств связи комплекса, работа не только в ВЧ и ОВЧ, но и в УВЧ диапазоне.Thus, the main technical problem to be solved by the claimed invention is to increase the reliability of information transmission by eliminating the distortion of the parameters and shape of radio signals due to the characteristics of radio frequency cables in antenna-feeder paths and improving the electromagnetic compatibility of the communication facilities of the complex, work not only in HF and VHF, but also in the UHF range.
Указанный технический результат достигается тем, что в комплекс бортовых средств цифровой связи, содержащий блок управления и блок переключения интерфейсов, соединенные между собой двухсторонними связями, шину управления блока управления, подключенную к входу блока переключения интерфейсов, первый и второй приемопередатчики ВЧ диапазона, связанные с блоком переключения интерфейсов двухсторонними связями, первую и вторую антенны ВЧ диапазона, подключенные к соответствующим высокочастотным входам/выходам первого и второго приемопередатчиков ВЧ диапазона соответственно, модем, соединенный двухсторонней связью с блоком переключения интерфейсов, пульт управления и индикации, вход/выход которого связан с соответствующим входом/выходом блока управления, вычислительное устройство, подключенное двухсторонними связями к соответствующему входу/выходу блока переключения интерфейсов, первый выход управления блока переключения интерфейсов соединен с модемом, второй выход управления блока переключения интерфейсов - с входом первого приемопередатчика ВЧ диапазона, третий выход управления блока переключения интерфейсов - с входом второго приемопередатчика ВЧ диапазона, низкочастотный вход/выход блока управления является первым входом/выходом комплекса, низкочастотный вход/выход блока переключения интерфейсов является вторым входом/выходом комплекса, дополнительно введены первый лазер, первый оптический детектор, первый оптический модулятор, синтезатор частот и четыре радиофотонных приемопередающих модуля, при этом четыре выхода вычислительного устройства по шинам управления высокочастотными коммутаторами подключены к управляющим входам четырех радиофотонных приемопередающих модулей соответственной, модулируемый вход первого оптического модулятора соединен с выходом первого лазера, модулируемый вход модема через синтезатор частот подключен к управляющему выходу вычислительного устройства, выход модема через последовательно соединенные первый оптический модулятор, первый, второй оптические ответвители подключен к оптическому входу/выходу каждого из четырех радиофотонных приемопередающих модулей, вход модема через последовательно соединенные первый оптический детектор, первый и второй оптические ответвители подключены к оптическому выходу/выходу каждого из четырех радиофотонных приемопередающих модулей, при этом каждый радиофотонный приемопередающий модуль содержит n параллельных ветвей, где n не менее трех, а каждая из n параллельных ветвей состоит из последовательного соединенных второго оптического детектора, усилителя мощности, высокочастотного коммутатора, подключенного к антенному вибратору, малошумящего усилителя, второго оптического модулятора, второй вход которого подключен к второму лазеру, а второй вход высокочастотного коммутатора подключен к шине для управления высокочастотным коммутатором сигналами с выхода вычислительного устройства, при этом каждый из n вторых оптических детекторов и n вторых оптических модуляторов через последовательно соединенные третий и четвертый оптические ответвители подключены к оптическому входу/выходу радиофотонного приемопередающего модуля, в который они входят, а n антенных вибраторов составляют фазированную антенную решетку ОВЧ и УВЧ диапазонов радиофотонного приемопередающего модуля, в который они входят, причем диаграммы направленности четырех радиофотонных приемопередающих модулей смещены относительно друг друга на 90°.The specified technical result is achieved by the fact that in a complex of on-board digital communication facilities containing a control unit and an interface switching unit interconnected by two-way connections, a control unit control bus connected to the interface switching unit input, the first and second HF transceivers connected to the unit interface switching by two-way links, the first and second antennas of the HF range connected to the corresponding high-frequency inputs / outputs of the first and second transceivers of the HF range, respectively, a modem connected by two-way communication with the interface switching unit, a control and display panel whose input / output is connected to the corresponding input / output of the control unit, a computing device connected by two-way connections to the corresponding input / output of the interface switching unit, the first control output of the interface switching unit is connected to the modem, the second control output of the switching unit i interfaces - with the input of the first HF transceiver, the third control output of the interface switching unit - with the input of the second HF transceiver, the low-frequency input / output of the control unit is the first input / output of the complex, the low-frequency input / output of the interface switching unit is the second input / output of the complex , the first laser, the first optical detector, the first optical modulator, the frequency synthesizer and four radio-photonic transceiver modules are additionally introduced, while the four outputs of the computing device are connected via the control buses of high-frequency switches to the control inputs of four radio-photonic transceiver modules, respectively, the modulated input of the first optical modulator is connected to the output of the first laser, the modulated input of the modem through the frequency synthesizer is connected to the control output of the computing device, the output of the modem through the series-connected first optical modulator, the first, second optical taps are connected to the optical input / output of each of the four radio photonic transceiver modules, the modem input through the series-connected first optical detector, the first and second optical couplers are connected to the optical output / output of each of the four radio photonic transceiver modules, with each radio photonic transceiver module containing n parallel branches, where n is at least three, and each of the n parallel branches consists of a series-connected second optical detector, a power amplifier, a high-frequency switch connected to an antenna vibrator, a low-noise amplifier, a second optical modulator, the second input of which is connected to a second laser, and the second input of the high-frequency switch is connected to the bus for controlling the high-frequency switch with signals from the output of the computing device, with each of the n second optical detectors and n second optical modulators through series-connected t The third and the fourth optical couplers are connected to the optical input / output of the radio-photonic transceiver module, into which they enter, and n antenna vibrators make up a phased antenna array of VHF and UHF bands of the radio-photonic transceiver module, into which they enter, and the radiation patterns of the four radio-photonic transceiver modules are shifted relative to each other by 90 °.
На фигуре представлен комплекс бортовых средств цифровой связи (далее по тексту комплекс), где обозначено:The figure shows a complex of onboard digital communications (hereinafter referred to as the complex), where it is indicated:
1 - блок управления;1 - control unit;
2 - блок переключения интерфейсов;2 - interface switching unit;
3 и 4 - первый и второй приемопередатчики ВЧ диапазона;3 and 4 - the first and second HF transceivers;
5 - первый лазер;5 - the first laser;
6 - первый оптический модулятор;6 - the first optical modulator;
7 - шина управления блока управления;7 - control bus of the control unit;
8 - первая антенна ВЧ диапазона;8 - the first antenna of the HF range;
9 - вторая антенна ВЧ диапазона;9 - second antenna of the HF range;
10 - первый оптический детектор;10 - the first optical detector;
11 - синтезатор частот;11 - frequency synthesizer;
12 - модем (модулятор-демодулятор);12 - modem (modulator-demodulator);
13 - низкочастотный вход/выход блока управления;13 - low-frequency input / output of the control unit;
14 - низкочастотный вход/выход блока переключения интерфейсов;14 - low-frequency input / output of the interface switching unit;
15 - пульт управления и индикации (ПУИ);15 - control and display panel (PUI);
16 - радиофотонный приемопередающий модуль;16 - radio-photonic transceiver module;
17 - вычислительное устройство;17 - computing device;
18 - усилитель мощности;18 - power amplifier;
19 - высокочастотный коммутатор;19 - high-frequency switch;
20 - антенный вибратор;20 - antenna vibrator;
21 - второй оптический детектор;21 - second optical detector;
22 - второй лазер;22 - second laser;
23 - второй оптический модулятор;23 - the second optical modulator;
24 - малошумящий усилитель (МШУ);24 - low noise amplifier (LNA);
25 - шина управления высокочастотными коммутаторами;25 - high-frequency switches control bus;
26 - первый оптический ответвитель;26 - the first optical coupler;
27 - второй оптический ответвитель;27 - second optical coupler;
28 - третий оптический ответвитель;28 - the third optical coupler;
29 - четвертый оптический ответвитель;29 - fourth optical coupler;
30 - фазированная антенная решетка (ФАР) ОВЧ и УВЧ диапазонов.30 - phased array antenna (PAR) VHF and UHF ranges.
Вспомогательные элементы электропитания, контроля, записи и хранения информации и другие, не влияющие на выполнение цели изобретения, не включены в структурную схему комплекса.Auxiliary elements of power supply, control, recording and storage of information and others that do not affect the implementation of the purpose of the invention are not included in the block diagram of the complex.
Сущность изобретения заключается в том, что для исключения потенциально конфликтных ситуаций в полете и в аэродромной зоне необходимы высоко надежные радиоканалы ОВЧ и УВЧ диапазонов. Поэтому для повышение достоверности передачи информации искажающие параметры и форму радиосигналов радиочастотные кабели в антенно-фидерных трактах заменяются широкополосными неискажающими волоконно-оптическими системами, зона связи разделяется на четыре сектора, в которых имеются свои приемопередающие устройства и фазированная антенная решетка ОВЧ и УВЧ диапазонов, позволяющая за счет коэффициента усиления диаграммы направленности антенны повысить энергетический потенциал линии связи на 6 дБ. Удаление синтезатора от приемопередающих устройств ОВЧ и УВЧ диапазонов уменьшает наводимые на него напряжения и тем самым улучшает электромагнитную совместимость средств связи комплекса.The essence of the invention lies in the fact that highly reliable VHF and UHF radio channels are needed to avoid potential conflict situations in flight and in the airfield area. Therefore, to increase the reliability of information transmission, radio frequency cables distorting the parameters and shape of radio signals in antenna-feeder paths are replaced by broadband non-distorting fiber-optic systems, the communication zone is divided into four sectors, which have their own transceiver devices and a phased antenna array of VHF and UHF bands, allowing for increase the power potential of the communication line by 6 dB due to the antenna gain. Removing the synthesizer from the VHF and UHF transceivers reduces the voltages induced on it and thereby improves the electromagnetic compatibility of the complex's communication facilities.
Комплекс работает следующим образом. Во время движения подвижные объекты, на которые установлен комплекс, например воздушные суда, находящиеся в пределах радиогоризонта (оптической видимости), обмениваются данными о местоположении, параметрах движения и состоянии их датчиков между собой и с наземным комплексом в ОВЧ и УВЧ диапазонах. В блоке 1 управления совместно с вычислительным устройством 17, в котором выполняются процедуры формирования, приема и обработки радиосигналов ВЧ, ОВЧ и УВЧ диапазонов, блоком 2 переключения интерфейсов, модемом 12 решаются задачи приема-передачи и обработки сигналов с одного или нескольких абонентов. Принятые данные обрабатываются в модеме 12 по команде с вычислительного устройства 17. Если сообщение предназначено для данного комплекса подвижного объекта, то после анализа решается вопрос о направлении данных по двунаправленной шине 13 блока 1 управления, например, на вычислительную систему самолетовождения, не указанную на фигуре. При приеме известными способами [5, 7, 8] в устройствах 1 и 17 проверяют достоверность передачи информации. Полученную оценку передают в обратном направлении на вызывающего абонента. Эти данные с привязкой к единому времени и координатам (местоположению) комплекса запоминаются в блоке 1 управления для дальнейшего использования в процессе связи.The complex works as follows. During movement, mobile objects on which the complex is installed, for example, aircraft located within the radio horizon (optical visibility), exchange data on the location, movement parameters and the state of their sensors among themselves and with the ground complex in the VHF and UHF ranges. In the
При передаче с ПО приоритетных сообщений в соответствии с принятыми категориями срочности в блоке 1 управления в заголовке сообщения формируется код запрета передачи других сообщений на время, отводимое для трансляции данных на выбранный ПО с учетом времени его реакции на принятое сообщение и времени задержки в трактах обработки дискретных сигналов в вычислительном устройстве 17. Остальные, менее приоритетные сообщения, в соответствии с протоколом обмена находятся в очереди соответствующей категории срочности. В блоке 1 управления 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.When priority messages are transmitted from the software in accordance with the received urgency categories in the
В обычном режиме при беспомеховой обстановке в ВЧ диапазоне с НК осуществляется адресный опрос комплексов ПО путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. На ПО радиосигналы ВЧ диапазона через антенны 8 и 9, приемопередатчики 3 или 4, блок 2 переключения интерфейсов, модем 12 поступают вновь в устройство 17, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с собственным адресом КБСЦС ПО, анализируется отношение сигнал/шум в радиоканалах, выбирается лучший на данный момент времени (позволяющий обеспечить наивысшую скорость передачи информации), о чем сообщается вызывающему абоненту и со следующего сеанса связи обмен сообщениями осуществляется на оптимальной частоте. Далее служебная часть сообщения дешифрируется для определения режима работы аппаратуры комплекса и ПО. Информационная часть сообщения после проверки ее достоверности поступает на ПУИ 15 для отображения и по шине 13 на вычислительную систему подвижного объекта.In the normal mode, in a noise-free environment in the HF range, an address polling of the software complexes is carried out from the NK by generating a message for transmission to the radio communication channel in accordance with the exchange protocol. On the software, radio signals of the HF range through
Радиосигналы ОВЧ и УВЧ диапазонов проходя через параллельно соединенные n вибраторов 20 одной из четырех ФАР 30, n МШУ 24 преобразуются в оптические сигналы в n вторых оптических модуляторах 23, в качестве несущей частоты в которых используется излучение длиной волны λ1 с n вторых лазеров 22. Затем оптические сигналы, пройдя последовательно через n четвертых 29 и n третьих 28 оптических ответвителей, второй 27 и первый 26 оптические ответвители, в фотодетекторе 10 преобразуются в радиосигналы, демодулируются в модеме 12 и через блок 2 переключения интерфейсов поступают в вычислительное устройство 17, где осуществляются операции, аналогичные рассмотренным выше в канале обработки радиосигналов ВЧ диапазона. Число антенных вибраторов 20 и расстояние между ними в каждой из четырех ФАР 30 выбирается из условия обеспечения ширины диаграммы направленности антенны 90° и минимума уровня ее боковых лепестков, поэтому число антенных вибраторов 20 не должно быть меньше трех. Управление режимами «Прием-Передача» осуществляется с помощью передачи с вычислительного устройства 17 по шине 25 команды управления на модем 12.VHF and UHF radio signals passing through parallel-connected n vibrators 20 of one of the four PAA 30, n LNA 24 are converted into optical signals in n second optical modulators 23, in which radiation with a wavelength λ1 from n second lasers 22 is used as a carrier frequency. optical signals, passing sequentially through n fourth 29 and n third 28 optical couplers, second 27 and first 26 optical couplers, are converted into radio signals in the
Разделение оптических сигналов по направлениям осуществляется по частотному признаку, например, можно использовать серийные лазеры, излучающие потоки оптического диапазона с λ1=1,3 нм, λ2=1,55 нм и фотодетекторы, работающие в соответствующих диапазонах.The separation of optical signals in directions is carried out by frequency, for example, you can use commercial lasers emitting fluxes of the optical range with λ 1 = 1.3 nm, λ 2 = 1.55 nm and photodetectors operating in the corresponding ranges.
При наличии сигнала с адресом вызываемого абонента по шинам 13 или 14, набранного на ПУИ 15 или сформированного вычислительным устройством 17 ответа на запрос с другого комплекса или НК, после маршрутизации в блоке 2 модемом 12 формируется радиосигнал требуемой рабочей частоты. Частота задается синтезатором 11, управляемым вычислительным устройством 17 или с ПУИ 15 через блоки 1, 2, 17. Затем радиосигналы преобразуются в оптические сигналы в первом оптическом модуляторе 6, в качестве несущей частоты в которых используется излучение длиной волны λ2 первого лазера 5, после чего, пройдя последовательно первый 26 и второй 27 оптические ответвители, n третьих 28 и четвертых 29 оптических ответвителей, в вторых фотодетекторах 21 преобразуются в радиосигналы, усиливаются в усилителях мощности 18 и через n вибраторов 20 излучаются в пространство с той ФАР 30, диаграмма направленности которой охватывает местоположение выбранного для связи абонента. Координаты и адреса абонентов известны участникам движения из сообщений, регулярно передаваемых ими в эфир. Световоды в ответвителях 28 имеют разную длину и представляют собой многоотводную линию задержки, используемую для формирования диаграммы направленности ФАР временным методом.In the presence of a signal with the address of the called subscriber on
При наличии в ВЧ диапазоне помех, например, по величине отношения сигнал/шум, которые могут быть обнаружены с помощью устройства 17, в котором осуществляется обработка двух радиосигналов, принимаемых одновременно двумя антеннами 8 и 9, двумя цифровыми приемниками приемопередатчиков 3 и 4, в которые могут входить, например, два преселектора и два АЦП, трансформирующие принятые сигнально-помеховые смеси, например, по технологии «программируемое радио» - SDR, в поток данных для реализации алгоритма пространственно-временной обработки сигналов с помощью вычислительного устройства 17, выполненного, например, на сигнальном процессоре типа TMS320C6678 [9 радел 2, рис. 2.22, 2.23]. В вычислительном устройстве 17 производится фильтрационное разделение сигналов и сдвиг квадратур на нулевую частоту каждого из них. Пары квадратур сигналов суммируются таким образом, чтобы колебания полезного сигнала складывались, а помеховые колебания вычитались за счет формирования нулей диаграммы направленности в направлении углов прихода помеховых радиоволн с сохранением конечного коэффициента усиления диаграммы направленности в направлении прихода полезного сигнала, а именно, вычисляются весовые коэффициенты, с учетом которых складываются антенные колебания, по входным процессам (парциальным колебаниям) и реализуются заложенные в них пространственно-корреляционные различия сигнала и помех, вводятся (при необходимости) временные задержки в каждый канал пространственного разнесения и осуществляется взвешенное суммирование с учетом амплитуды и фазы задержанных сигналов. После суммирования получают выходной сигнал, который далее демодулируется в модеме 12, декодируется в вычислительном устройстве 17 и через блоки 2 и 1 поступает на шины 13 или 14 и в ПУИ 15 для отображения. В вычислительном устройстве 17 сигналы дополнительно обрабатываются с помощью соответствующих программ, обеспечивающих, например, выделение тактовой синхронизации, решаются задачи оценки достоверности принятой информации, качества канала связи и при необходимости формируются посылки запроса на повторение передачи недостоверного сообщения. Переключение частот и режимов работы приемопередатчиков 3 и 4, модема 12, синтезатора 11 осуществляется блоком 1, управляемого через блок 2 вычислительным устройством 17.In the presence of interference in the HF range, for example, by the magnitude of the signal-to-noise ratio, which can be detected using a
Установка известных всем абонентам начальных частот и режимов работы в память вычислительного устройства 17 осуществляется с входа-выхода 13 через последовательно соединенные блоки 1 и 2 или по шине 14 через блок 2.The installation of the initial frequencies and operating modes known to all subscribers into the memory of the
Передаваемое сообщение через блоки 1 и 2 или по шине 14 и через блок 2 поступают в вычислительное устройство 17 независимо от местонахождения НК, в зоне прямой (оптической) видимости или за радиогоризонтом. Для этого используется многоканальный (как минимум двух) модем 12, управляемый с помощью вычислительного устройства 17, в котором сообщения разделяют на блоки (кадры). Каждый кадр кодируется, например, для исправления ошибок, в начале кадра формируются заголовочные сообщения, которые синхронизируют процедуры обмена информацией. После преобразования сигналов в цифровой вид осуществляются операции кодирования и далее - превращения в радиосигнал ВЧ диапазона в модуляторе 12 и, после фильтрации в передающей части соответствующего приемопередатчика 3 или 4 для уменьшения уровня боковых лепестков в спектре передаваемого радиосигнала и усиления, радиосигнал подается на одну из антенн 8 или 9 для излучения в пространство. В зависимости от числа передаваемых сигналов и других требований КБСЦС может излучать одновременно на трех частотах.The transmitted message through
При отсутствии сведений об углах прихода помехи в вычислительном устройстве 17 осуществляется операция оценки весовых коэффициентов, с учетом которых складываются антенные колебания по входным процессам и реализация заложенных в них пространственно-корреляционных различий сигнала и помех с помощью пространственно-временной обработки сигналов, которая включает в себя не только сложение сигналов с разных антенн, но и введение (при необходимости) линий задержки в каждую приемную часть пространственного разнесения, построенных, например, на трансверсальных фильтрах, и дополнительного взвешенного суммирования задержанных сигналов.In the absence of information about the angles of arrival of the interference in the
Кроме того, блок 1 управления обеспечивает:In addition,
- обмен данными при работе в сетях цифровой связи подвижного объекта совместно с блоками 16, 28, 27, 26,10, 6 и 5, 12, 2, 17, 1, 15, например, для авиационных абонентов [5, 10, 11, 12] ОВЧ диапазона - в соответствии с требованиями ARINC 618, 620, 622;- data exchange when operating in digital communication networks of a mobile unit together with
- обмен по каналу «воздух-земля-воздух» пилотажно-навигационной, эксплуатационно-технической, метео- и коммерческой информацией;- exchange of flight and navigation, operational and technical, meteorological and commercial information via the air-ground-air channel;
- взаимодействие по шинам 13 и 14 через бортовую вычислительную систему объекта с бортовым радиоэлектронным оборудованием;- interaction on
- реализацию предусмотренных на объекте процедур, например, автоматического зависимого наблюдения по контракту, по запросу, по событию в соответствии с Приложением УВД: «Связь пилот-диспетчер по линии передачи данных (CPDLC)» и отображение соответствующей информации на ПУИ 15;- implementation of the procedures provided for at the facility, for example, automatic dependent surveillance by contract, upon request, by event in accordance with the ATC Appendix: "Pilot-controller communication via data link (CPDLC)" and displaying the relevant information on the
- автоматическое получение, отображение на ПУИ 15, хранение на время полета сообщений от вычислительных средств объекта о времени событий, например, «взлет-посадка-убытие-прибытие»;- automatic receipt, display on the
- автоматический ввод и хранение идентификационных данных подвижного объекта;- automatic input and storage of identification data of a moving object;
- контроль состояния аппаратуры комплекса в полете и на земле с точностью до конструктивно-съемного блока;- control of the state of the equipment of the complex in flight and on the ground with an accuracy of the structurally removable unit;
- переключение через блок 2 режимов работы «Прием-Передача» приемопередатчиков ВЧ диапазонов, например, путем подачи дискретного сигнала «Разовая команда» на линию управления «Тангента» - наличие сигнала переключает приемопередатчик на работу в режиме «Передача», а отсутствие сигнала - на работу в режиме «Прием»;- switching through
- формирование соответствующего символа в позиции технического подтверждения/неподтверждения приема сообщения.- formation of the corresponding symbol in the position of technical confirmation / non-confirmation of message receipt.
При выходе за пределы радиогоризонта от обслуживающего НК или выбранного для связи ПО, оцениваемого, например, с помощью сигналов с выхода приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем [13], входящих в вычислительную систему ПО, в блоке 1 управления осуществляется переход на передачу (прием) данных на приемопередатчики 3 или 4 ВЧ диапазона. В этом случае обеспечиваются операции жесткого закрепления за каждым из подвижных объектов набора из нескольких рабочих частот, на которых ему разрешено работать, адаптивного выбора рабочей частоты из списка разрешенных, многостанционного доступа к каналу связи с временным разделением в режиме случайного и резервированного доступа, обмена данными с подвижными объектами или территориально разнесенными наземными комплексами, объединенными с помощью наземной сети передачи данных в единую систему.When going beyond the radio horizon from the serving NC or the software selected for communication, estimated, for example, using signals from the output of the signal receiver of global navigation satellite systems [13] included in the software computing system, the
Для увеличения дальности устойчивой связи с подвижным объектом, находящимися за пределами прямой видимости, при использовании приемопередатчиков 3 и 4 ВЧ диапазона в комплексе используются следующие известные технологии [4, 12, 14]:To increase the range of stable communication with a moving object beyond the line of sight, when using
- стандартизация пакетного обмена данными на всех уровнях модели взаимодействия открытых систем;- standardization of batch data exchange at all levels of the model of interaction of open systems;
- адаптация бортовых узлов линии радиосвязи к изменению условий распространения радиоволн по частоте и по пространственному разнесению;- adaptation of airborne nodes of the radio communication line to changes in the conditions of propagation of radio waves in frequency and in space;
- автоматизация процедур составления и разрыва линии связи с подвижным объектом;- automation of procedures for drawing up and breaking a communication line with a moving object;
- динамическое управление частотой при приеме более мощного из нескольких радиосигналов;- dynamic frequency control when receiving more powerful of several radio signals;
- корректирующие коды и методы решающей обратной связи при приеме сообщений с компенсацией задержки, многолучевости, сосредоточенных по спектру помех, доплеровских сдвигов частоты;- correcting codes and methods of decision feedback when receiving messages with compensation for delay, multipath, spectrum-concentrated interference, Doppler frequency shifts;
- привязка всех абонентов системы к единому глобальному времени;- binding all system subscribers to a single global time;
- адаптация аппаратуры комплекса по скорости передачи данных, виду модуляции и кодирования.- adaptation of the complex equipment in terms of data transmission rate, type of modulation and coding.
При работе комплекса в ВЧ диапазоне одновременно с несколькими НК на подвижном объекте определяется наземный комплекс, параметры радиосигналов которого принимаются наиболее устойчиво, и через него начинается обмен данными. В вычислительном устройстве 17 хранятся предварительно заложенные таблицы со списками наземных комплексов и наборами назначенных им частот, а также координаты всех НК. Каждый НК периодически излучает сигналы управления/синхронизации/связи на всех назначенных ему частотах. Для установления линии связи с НК в вычислительном устройстве 17 автоматически анализируются принимаемые сигналы управления/синхронизации/связи от всех наземных комплексов на всех частотах и выбираются лучшие частоты, например, по отношению сигнал/помеха или величине мощности принимаемого сигнала и наземные комплексы, реализующие известные способы адаптации по частоте и пространству. По измеренному отношению сигнал/помеха в блоке 1 управления выбирается скорость передачи данных, а также вид модуляции и кодирования. Оценка отношения сигнал/помеха осуществляется каждый раз при приеме информационного сообщения или сигнала управления/синхронизации/связи. Эта величина сообщается на противоположную сторону в виде рекомендуемой скорости передачи данных. В блоке 1 управления при работе через блок 2 переключения интерфейсов на приемопередатчик 3 или 4 ВЧ диапазона могут быть использованы известные алгоритмы, например, высокоскоростных адаптивных модемов, рассчитанных на работу в каналах с многолучевостью [14]. Для повышения достоверности приема информации может быть использован помехоустойчивый код, например циклический.When the complex operates in the HF range simultaneously with several NCs, a ground complex is determined on a mobile object, the parameters of radio signals of which are most stable, and through it the data exchange begins. The
Таким образом, каждый из подвижных объектов может выходить на связь на нескольких рабочих частотах, известных всем участникам движения. В зависимости от важности объекта их число может быть от 1 до 3 одновременно. Списки выделенных частот меняются в зависимости от времени года, с учетом сезонных ионосферных изменений. При движении ПО выходит на связь, выбирая для связи тот НК, условия распространения радиоволн для связи с которым в данный момент времени являются оптимальными. При этом совсем не обязательно, чтобы выбранный НК был ближайшим.Thus, each of the mobile objects can communicate at several operating frequencies known to all road users. Depending on the importance of the object, their number can be from 1 to 3 at a time. The lists of allocated frequencies change depending on the season, taking into account seasonal ionospheric changes. When the software moves, it communicates, choosing for communication that NK, the propagation conditions of radio waves for communication with which at a given time are optimal. In this case, it is not at all necessary that the selected NC was the closest one.
В результате анализа состояния и загрузки каналов ВЧ, ОВЧ и УВЧ диапазонов радиосвязи в блоке 1 управления и выбора лучшего из них определяется число столкновений сообщений в каналах связи, 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 в радиоканале связи ОВЧ и УВЧ диапазонов при одновременной передаче несколькими объектами, в блоке 1 управления может осуществляться, например, контроль несущей при воздействии на приемопередатчики преамбулы или заголовка (служебной части сообщений). Подготовленное сообщение с объекта передается только в том случае, когда радиоканал свободен. Для того, чтобы разнести во времени моменты выхода на связь подвижных объектов в то время, когда они обнаружили, что радиоканал занят, в блоке 1 управления может формироваться, например, псевдослучайная задержка передачи сообщений от подвижных объектов - для каждого объекта своя. При работе комплекса в сети связи сообщение ВЧ диапазона передается в выделенном интервале времени.As a result of the analysis of the state and loading of the HF, VHF and UHF radio bands in the
Если подвижные объекты сформировали для передачи сообщения и обнаружили, что радиоканал свободен, то они информируют остальные объекты в ОВЧ и УВЧ диапазонах о начале цикла передачи данных, в том числе о своем местоположении, и случайным образом или в выделенных им временных слотах (при работе в ВЧ диапазоне) распределяют передаваемые сообщения. В каждом блоке 1 управления по данным вычислительного устройства 17 оценивают уровень принимаемого сигнала несущей частоты в радиоканале и импульсы синхронизации для выбора интервалов передачи. При совпадении расчетного интервала передачи с установленной очередностью объект начинает передачу собственного пакета данных. В зависимости от выбранного интервала времени выдачи сообщений о местоположении подвижного объекта в блоке 1 управления в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат объекта.If the mobile objects were formed to transmit a message and found that the radio channel is free, then they inform the other objects in the VHF and UHF bands about the beginning of the data transmission cycle, including their location, and randomly or in the time slots allocated to them (when working in HF band) distribute the transmitted messages. In each
В модеме 12 осуществляются известные операции модуляции и демодуляции, дискретных сообщений и другие, а процедуры кодирования и декодирования - в вычислительном устройстве 17 [4, 8, 12, 15].In the modem 12, the known operations of modulation and demodulation, discrete messages and others are carried out, and the encoding and decoding procedures are carried out in the computing device 17 [4, 8, 12, 15].
Блок 2 переключения интерфейсов выполняет функции бортового маршрутизатора автоматической сети обмена данными. Узлы 1, 2 комплекса для повышения надежности связи могут быть зарезервированы. Тогда каждый блок 1 управляет работой соответствующего блока 2 переключения интерфейсов. При выходе из строя основной пары блоков 1 и 2 подключаются к работе соответствующие резервные блоки 1 и 2.
Проводные связи в комплексе для повышения помехоустойчивости и выполнения требований по электромагнитной совместимости на борту могут быть заменены высокоскоростной информационной шиной, например, обеспечивающей выполнение требований протоколов информационного обмена по ARINC 664 или ARINC 429 [14, 15, 16].In order to increase noise immunity and fulfill the requirements for electromagnetic compatibility on board, wired communications can be replaced by a high-speed information bus, for example, ensuring compliance with the requirements of the information exchange protocols according to ARINC 664 or ARINC 429 [14, 15, 16].
В состав радиофотонных приемопередающих модулей 16 входят взаимосвязанные оптические и радиоэлектронные узлы: 18-23, 28-30, размещаемые вблизи поверхности подвижного объекта и соединенные с узлами 6 и 10 с помощью световодов.The composition of the radio-photonic transceiver modules 16 includes interconnected optical and radio-electronic units: 18-23, 28-30, located near the surface of the moving object and connected to the
Приемопередатчики 3 и 4 КБСЦС при построении по технологии «программируемое радио» аналогичны по назначению, структуре и различаются только по программному обеспечению.
На момент подачи заявки разработаны алгоритмы и программное обеспечение заявляемого КБСЦС. Узлы 1-4, 8, 9, 12, 15, 17 и шины 7, 13, 14 одинаковые с прототипом. Оборудование, реализующее функции узлов 5, 6, 10, 11, 18-24 выпускается в виде опытных образцов и серийно [17]. Оптические ответвители собираются из световодов методом сварки световодов определенной длины [17]. Приемопередатчики 3 и 4 могут быть выполнены, например, на изделии «Барс-МА», блок 1 управления - на изделии «Брик», модем 12 - на сигнальном процессоре, антенны 8, 9 и вибраторы 20 - на изделиях АКШВ-324 и АСВ-МВ2 соответственно. Узлы комплекса могут быть выполнены и на других серийных устройствах [9, 10, 12]. Блок 2 переключения интерфейсов может быть выполнен, например, на управляемых коммутаторах, конструктивно размещаемых в блоке 1 управления или в приемопередатчиках 3 и 4, устройство 17 - на серийных ЭВМ или сигнальных процессорах. Высокочастотный коммутатор 19 может быть реализован на серийных p-u-n диодах.At the time of filing the application, algorithms and software of the claimed KBSTsS were developed. Nodes 1-4, 8, 9, 12, 15, 17 and
Предлагаемый комплекс позволяет обеспечить:The proposed complex allows you to provide:
- адаптивное понижение технической скорости с помощью устройства 17 в зависимости от сигнально-помеховой обстановки в условиях интенсивных помех с переходом на повышенную мощность передаваемого радиосигнала и более сложную сигнально-кодовую конструкцию с исправлением ошибок;- adaptive reduction of technical speed with the help of
- адаптивное перераспределение потока переспросов за счет использования в устройстве 17 процедур, характерных для систем передачи данных с решающей обратной связью;- adaptive redistribution of the flow of re-inquiries due to the use in the
- обнаружение и индикация на ПУИ 15 наличия помех и определение их направления.- detection and indication on the
Таким образом, настоящее изобретение в случае отсутствия помех обеспечивает адаптивную радиосвязь на частотах, позволяющих передавать информацию с максимальной на данный момент времени скоростью передачи при минимальном уровне сигнала, а в случае наличия помех - определяет их присутствие, подключает процедуру защиты от помех. В результате этого с помощью вычислительного устройства 17 осуществляется выделение сигнала из смеси его с помехой за счет разного фазового сдвига колебаний сигнала и помехи в разнесенных антеннах или (и) перекоса в отношении амплитуд сигнала и помехи (из-за проявления пространственного разноса их источников), и корреляционных свойств колебаний сигнала и помехи, принятых на разнесенные антенны, формирования нулей в направлении углов прихода помеховых радиоволн, которые фиксируются на ПУИ 15, с сохранением конечного коэффициента усиления в направлении прихода полезного сигнала, а именно, вычисление весовых коэффициентов, с учетом которых складываются антенные колебания, по входным процессам (парциальным колебаниям) и реализация заложенных в них пространственно-корреляционных различий сигнала и помех. Введение (при необходимости) временных задержек в цепочку пространственного разнесения и взвешенное суммирование с учетом амплитуды и фазы задержанных сигналов позволяют получить выходной сигнал с максимально возможной на данный момент времени скоростью передачи при существующем уровне помех.Thus, the present invention, in the absence of interference, provides adaptive radio communication at frequencies that allow information to be transmitted at the maximum transmission rate at a given time with a minimum signal level, and in the event of interference, detects their presence, activates the anti-interference procedure. As a result of this, using the
Повышение достоверности передачи информации обеспечивается за счет:Increasing the reliability of information transfer is ensured by:
- исключения искажения параметров и формы радиосигналов из-за использования в антенно-фидерных трактах широкополосных волоконно-оптических линий связи с равномерной в полосе рабочих частот амплитудно-частотной характеристикой и линейной фазово-частотной характеристикой;- elimination of distortion of the parameters and shape of radio signals due to the use of broadband fiber-optic communication lines in antenna-feeder paths with an amplitude-frequency characteristic uniform in the operating frequency band and a linear phase-frequency characteristic;
- улучшения электромагнитной совместимости средств связи комплекса из-за использования в антенно-фидерных трактах волоконно-оптических линий связи, не чувствительных к электромагнитным помехам и уменьшения мощности усилителей 18, расположенных вблизи вибраторов 20;- improving the electromagnetic compatibility of the communication facilities of the complex due to the use of fiber-optic communication lines in the antenna-feeder paths that are not sensitive to electromagnetic interference and reducing the power of amplifiers 18 located near vibrators 20;
- одновременной работы четырех радиофотонных приемопередающих модулей 16 и ФАР 30, диаграммы направленности которых смещены относительно друг друга на 90°, явления затенения направления связи при выполнении самолетом маневров будет отсутствовать;- simultaneous operation of four radio-photonic transceiver modules 16 and PAR 30, the radiation patterns of which are shifted relative to each other by 90 °, the phenomenon of shading the direction of communication when the aircraft is performing maneuvers will be absent;
- размещения синтезатора 11 в гермозоне (вблизи кабины экипажа) и удаление его от усилителей мощности, поддержания вокруг него постоянной средней температуры окружающей среды, что позволяет уменьшить побочные составляющие спектра радиосигналов и уровень фазовых шумов.- placing the
Литература:Literature:
1. В.В. Бочкарев, Г.А. Крыжановский, Н.Н. Сухих. Автоматизированное управление движением авиационного транспорта. М.: Транспорт, 1999. 319 с.1. V.V. Bochkarev, G.A. Kryzhanovsky, N.N. Dry. Automated traffic control of air transport. Moscow: Transport, 1999.319 p.
2. АС №1401626, М. кл. H04B 7/26, H04L 27/00, БИ №21, 1988.2. AS No. 1401626, M. class.
3. Патент РФ №44907 U1, М. кл. H04B 7/00, 2005.3. RF patent No. 44907 U1, M. class.
4. Б.И. Кузьмин Сети и системы цифровой электросвязи, часть 2. Международная авиационная телекоммуникационная сеть ATN. Москва Санкт-Петербург: ОАО «НИИЭР», 2000, 286 с.4. B.I. Kuzmin Digital telecommunication networks and systems,
5. Патент РФ №2319304.5. RF patent No. 2319304.
6. Патент РФ №2635388 (прототип).6. RF patent No. 2635388 (prototype).
7. Радиосистемы передачи информации: Учеб. пособие для ВУЗов / И.М.Тепляков и др. Под ред. И.М.Теплякова. - М.: Радио и связь, 1982.7. Radio systems of information transmission: Textbook. textbook for universities / IM Teplyakov et al. Ed. I.M. Teplyakova. - M .: Radio and communication, 1982.
8. К.Ли. Уильям. Техника подвижных систем связи. - М.: Радио и связь, 1985, 391 с.8. K. Lee William. Technique of mobile communication systems. - M .: Radio and communication, 1985, 391 p.
9. В.А. Березовский, И.В. Дулькейт, O.K. Савицкий. Современная декаметровая радиосвязь. Оборудование, системы и комплексы. М.: / Радиотехника, 2011, - 444 с.9.V.A. Berezovsky, I.V. Dulkate, O.K. Savitsky. Modern decameter radio communication. Equipment, systems and complexes. M .: / Radiotekhnika, 2011, - 444 p.
10. Н.А. Голованов, В.В. Казаков, А.Д. Киселев. Интернациональная авионика на борту АН-148. // Мир авионики, 2005, №2. С. 44-47.10. N.A. Golovanov, V.V. Kazakov, A.D. Kiselev. International avionics on board the AN-148. // World of avionics, 2005,
11. Руководство по ВЧ-линии передачи данных (Doc9741 - AN/962). Издание первое. - ICAO, 2000, 148 с.11. Manual on HF Data Link (Doc9741 - AN / 962). First edition. - ICAO, 2000, 148 p.
12. А.В. Кейстович, А.В. Комяков. Системы и техника радиосвязи в авиации: учеб. пособие /- Нижний Новгород: НГТУ, 2012. - 236 с.12. A.V. Keistovich, A.V. Komyakov. Systems and technology of radio communication in aviation: textbook. manual / - Nizhny Novgorod: NSTU, 2012 .-- 236 p.
13. GPS - глобальная система позиционирования. - М.: ПРИН, 1994, 76 с.13. GPS - Global Positioning System. - M .: PRIN, 1994, 76 p.
14. В.В. Бортников, С.С. Ананченков. Помехоустойчивость двоичных сигналов в марковском канале с замираниями. - Изв. вузов MB и ССО СССР // Радиотехника, 1984, т. 24, №10, - с. 78-80.14. V.V. Bortnikov, S.S. Ananchenkov. Noise immunity of binary signals in a fading Markov channel. - Izv. universities MB and SSO USSR // Radiotekhnika, 1984, vol. 24, no. 10, - p. 78-80.
15. К.Э. Эрглис. Интерфейсы открытых систем. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000. - 256 с.15. K.E. Erglis. Open systems interfaces. - M .: Hot line - Telecom, 2000 .-- 256 p.
16. А.А. Мячев. Интерфейсы средств вычислительной техники. Энциклопедический справочник. - М.: Радио и связь, 1993. - 350 с.16. A.A. Myachev. Computer hardware interfaces. Encyclopedic reference. - M .: Radio and communication, 1993 .-- 350 p.
17. Зайцев Д.Ф. Нанофотоника и ее применение. - М.: Фирма АКТИОН, 2011. - 427 с.17. Zaitsev D.F. Nanophotonics and its application. - M .: Firma AKTION, 2011 .-- 427 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020114466A RU2742947C1 (en) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | Digital on-board communication means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020114466A RU2742947C1 (en) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | Digital on-board communication means |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2742947C1 true RU2742947C1 (en) | 2021-02-12 |
Family
ID=74666114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020114466A RU2742947C1 (en) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | Digital on-board communication means |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742947C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771858C1 (en) * | 2021-06-28 | 2022-05-13 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Complex of onboard digital communication facilities |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5247309A (en) * | 1991-10-01 | 1993-09-21 | Grumman Aerospace Corporation | Opto-electrical transmitter/receiver module |
| RU2319304C2 (en) * | 2006-01-10 | 2008-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" | Complex of onboard digital communication instruments |
| RU2635388C1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-11-13 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Complex of navy means of digital communication |
| RU2692696C1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-06-26 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Radio communication system with mobile objects using radio-photon elements |
| RU2697389C1 (en) * | 2018-03-22 | 2019-08-14 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Combined radar and communication system on radio photon elements |
-
2020
- 2020-04-13 RU RU2020114466A patent/RU2742947C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5247309A (en) * | 1991-10-01 | 1993-09-21 | Grumman Aerospace Corporation | Opto-electrical transmitter/receiver module |
| RU2319304C2 (en) * | 2006-01-10 | 2008-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" | Complex of onboard digital communication instruments |
| RU2635388C1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-11-13 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Complex of navy means of digital communication |
| RU2697389C1 (en) * | 2018-03-22 | 2019-08-14 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Combined radar and communication system on radio photon elements |
| RU2692696C1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-06-26 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Radio communication system with mobile objects using radio-photon elements |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771858C1 (en) * | 2021-06-28 | 2022-05-13 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Complex of onboard digital communication facilities |
| RU2798490C1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-06-23 | Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" | Radio-photon fibre-optical communication system (embodiments) |
| RU2802596C1 (en) * | 2022-12-06 | 2023-08-30 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Automated station |
| RU2817401C1 (en) * | 2023-09-01 | 2024-04-16 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Aerial object radio communication system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3627718B1 (en) | Timing adjustments for small cell distributed antenna systems | |
| US9215644B2 (en) | Distribution node and client node for next generation data network | |
| CN107070532B (en) | System for providing high speed communication service in airborne wireless cellular network | |
| JP4420198B2 (en) | Method, system and apparatus for using binary search pattern to identify interfering mobile terminals | |
| CA2264161A1 (en) | Radio frequency sharing methods for satellite systems | |
| WO2015161040A1 (en) | Distributed airborne beamforming system | |
| RU2319304C2 (en) | Complex of onboard digital communication instruments | |
| US11381314B2 (en) | Free space optical communication systems and methods for QOS control | |
| CA2307382C (en) | Wireless data communications network and method for operating the data communications network | |
| RU77738U1 (en) | RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH MOBILE OBJECTS | |
| RU2635388C1 (en) | Complex of navy means of digital communication | |
| RU2686456C1 (en) | Radio communication system with mobile objects using radio-photon elements | |
| RU2544007C2 (en) | System for radio communication with mobile objects | |
| RU2535922C1 (en) | System for radio communication with mobile objects | |
| RU2742947C1 (en) | Digital on-board communication means | |
| Ilchenko et al. | Combined over-the-horizon communication systems | |
| US3761813A (en) | Method of telecommunication via satellite and systems using this method | |
| RU2530015C2 (en) | System of radio communication with moving objects | |
| RU2715554C1 (en) | Transported tropospheric station | |
| US20020004401A1 (en) | Method for enhancing the reliability and efficiency of aeronautical data communications networks using synchronization data transmitted by VHF data link mode 4 aircraft stations | |
| RU2817401C1 (en) | Aerial object radio communication system | |
| RU103046U1 (en) | RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH MOBILE OBJECTS | |
| RU2516686C2 (en) | System for radio communication with mobile objects | |
| RU2505929C1 (en) | System for radio communication with mobile objects | |
| US7974227B1 (en) | Relayed signal communications |