система и способ авиационной радиосвязи
Классы МПК: | H04B7/26 из которых по меньшей мере одна передвижная |
Автор(ы): | Слока Виктор Карлович (RU), Тепляков Игорь Михайлович (RU), Фомин Анатолий Иванович (RU), Чучелимов Виктор Игоревич (RU), Шевченко Роман Алексеевич (RU), Михеев Сергей Викторович (RU), Субботин Владимир Юрьевич (RU), Чернов Владимир Германович (RU) |
Патентообладатель(и): | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА А.Л. МИНЦА" (RU), ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КАМОВ" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-12-25 публикация патента:
20.09.2009 |
Изобретение относится к области авиационной радиосвязи между летательными аппаратами, выполняющими единую для всех тактическую задачу, и наземным командным пунктом. Система предназначена для обеспечения высокоскоростного обмена информацией как между летательными аппаратами (ЛА), так и между ЛА и наземным командным пунктом (НКП). Техническим результатом является повышение эффективности управления групп ЛА с НКП на основании полученной информации мониторинга и координат ЛА. Настоящее изобретение представляет собой радиосистему, которая состоит из бортовой и наземной аппаратуры. В данной системе организуются следующие режимы радиосвязи: дежурный пассивный режим, рабочие режимы передачи информации между ЛА и НКП, а также между отдельными ЛА. При проведении радиосвязи обеспечивается пеленгация ЛА и соответствующее взаимное наведение направленных антенн. В режиме организации радиосвязи обеспечивается передача координат ЛА, в соответствии с которыми осуществляется первоначальное наведение направленных антенн летательного аппарата передающего и принимающего информацию. 2 н. и 5 з.п.ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Система авиационной радиосвязи для обеспечения обмена высокоскоростной информацией мониторинга между летательными аппаратами (ЛА) и с наземным командным пунктом, низкоскоростной передачи координат и команд управления, содержащая бортовую аппаратуру летательных аппаратов, состоящую из источника информации, приемника сигналов навигационной спутниковой системы, направленной приемопередающей антенны, наведенной на наземный командный пункт или на другие ЛА, слабонаправленной приемо-передающей антенны, блока цифрового модема, блока пеленгации, блока записи и хранения информации, блока управления диаграммой, а также аппаратуру наземного командного пункта, включающую направленную приемопередающую антенну, слабонаправленную приемопередающую антенну, блок пеленгации, блок цифрового модема, блок записи и хранения информации, блок управления диаграммой и рабочее место оператора с компьютером и монитором, отличающаяся тем, что на каждом летательном аппарате бортовой источник информации мониторинга и приемник сигналов навигационной спутниковой системы подключены через коммутатор к блоку цифрового модема, первый выход/вход которого двухсторонними связями подключен к блоку записи и хранения информации, второй выход - к монитору, третий выход - к блоку пеленгации, четвертый - через антенный коммутатор с возможностью подключения либо к слабонаправленной приемо-передающей бортовой антенне, либо к направленной приемо-передающей бортовой антенне сантиметрового диапазона волн, которая в результате обработки информационного сигнала пеленгатором наводится блоком управления диаграммой на получателя информации, а выходы всех приемо-передающих антенн наземного командного пункта через антенный коммутатор подключены к блоку цифрового модема, связанного двусторонними связями с монитором рабочего места оператора и с блоком записи и хранения информации наземного командного пункта, причем в результате обработки информационного сигнала пеленгатором блок управления наводит направленную приемо-передающую антенну на ЛА.
2. Способ авиационной радиосвязи, включающий обмен информацией мониторинга между летательными аппаратами и с наземным командным пунктом, передачу координат и команд управления, отличающийся тем, что при организации связи со стороны летательного аппарата в закрепленном за ним радиоканале осуществляется передача со скоростью до 16 кбит/с цифрового сигнала вызова, включающего в себя адрес вызываемого абонента и сигнал собственных координат, формируемый в приемнике сигналов GPS-Глонасс и подаваемый коммутатором в блок цифрового модема, выход которого через антенный коммутатор подключается к слабонаправленной передающей антенне, которая содержит в своем составе преобразователь частоты сигнала в сантиметровый диапазон волн и излучатель, обеспечивающий ненаправленное излучение в азимутальной плоскости и направленное излучение в угломестной плоскости с учетом возможных эволюций летательного аппарата.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при организации связи между отдельными летательными аппаратами в блоке цифрового модема вызываемого летательного аппарата формируется сигнал квитанции, подтверждающий вызов и включающий в себя помимо сигнала адреса летательного аппарата - инициатора связи, сигнал координат летательного аппарата вызываемого летательного аппарата и собственный адрес.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при организации связи между летательным аппаратом и наземным пунктом управления в блоке цифрового модема наземного пункта управления формируется сигнал квитанции, подтверждающий вызов и содержащий адрес летательного аппарата - инициатора связи.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что при передаче сигналов мониторинга направленной передающей бортовой антенной приемная направленная антенна летательного аппарата работает одновременно в режиме пеленгации низкоскоростного сигнала, в результате обработки которого блоком управления реализуется возможность наведения передающей антенны на летательный аппарат, принимающий информацию.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что в радиолинии «летательный аппарат - наземный командный пункт» пеленгация в наземном пункте выполняется с возможностью обработки передаваемого с летательного аппарата сигнала мониторинга для измерения смещения летательного аппарата и наведения направленной приемной антенны на летательный аппарат посредством блока управления.
7. Способ по п.2, отличающийся тем, что передача сигнала мониторинга производится направленными антеннами летательного аппарата и наземного командного пункта в сантиметровом диапазоне волн со скоростями передачи информации до n×16 Мбит/с (n=0,5; 1; 2; ; 16 и более).
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области радиосвязи между летательными аппаратами, выполняющими единую для всех тактическую задачу, и наземным командным пунктом. Система предназначена для передачи с высокой скоростью информации между летательными аппаратами (ЛА) и между ЛА и наземным командным пунктом (НКП).
В настоящее время известны различные системы радиосвязи между ЛА и НКП, используемых для решения различных тактических задач. Широко распространенными являются системы двухсторонней радиосвязи как между отдельными ЛА, так и между ЛА и НКП, предназначенные для передачи низкоскоростных сигналов и команд управления как в военной, так и в гражданской авиации. Большинство таких радиостанций работает в диапазоне частот 220-400 МГц со скоростью передачи до 32 Кбит/, используя при этом слабонаправленные бортовые и наземные антенны.
Известна узкоспециализированная навигационная радиосистема типа «ДЖИТИДС» (Журнал «Зарубежная радиоэлектроника», 1988, № 5, 1991, № 5), основанная на применении специального протокола обмена информацией, которая обеспечивает работу с несколькими подвижными объектами. В данной системе подвижные объекты являются пользователями навигационной информации, получаемой с командного пункта. Все пользователи навигационной информации подразделяются на основных и второстепенных, при этом основные пользователи осуществляют временную синхронизацию в активном режиме, в то время как второстепенные - в пассивном режиме. Независимо от своего статуса пользователи определяют свое местоположение в координатной сетке: геодезические координаты и относительный азимут. Скорость передачи сообщений в этой системе может быть переменной и определяется системой приоритетов. Принципы сигналообразования, заложенные в системе «ДЖИТИДС», рассчитаны на наихудшие условия постановки помех, что приводит к снижению скорости передачи информации примерно до 16 Кбит/с. Связь между отдельными ЛА отсутствует и осуществляется только через НКП.
Наиболее близким техническим решением является система радиосвязи с подвижными объектами по заявке РФ № RU 2005130586, Н04В (прототип), состоящая из наземного комплекса (НК), включающего наземную антенну, радиостанцию, подключенную двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к соответствующему первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ), первый вход которого подключен к приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ, формирователь типа ретранслируемых сообщений, соединенный с соответствующим входом вычислителя АРМ, N подвижных воздушных объектов (ВО), в состав каждого из которых входят бортовые датчики, бортовые приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, выход которого подключен к входу блока регистрации данных, а вход/выход - к двунаправленной шине системы управления подвижным воздушным объектом, бортовой вычислитель через последовательно соединенные бортовые аппаратуру передачи данных и радиостанцию подключен к бортовой антенне, причем передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого подвижного воздушного объекта, второго ВО и далее до N-го ВО, а передача данных с N-го ВО на НК осуществляется в обратном порядке, последнее и является недостатком данной системы. Нарушение или выход из строя одного из звеньев (летательного аппарата) выводит из строя всю систему в целом, для исключения этого в системе радиосвязи по заявке № RU 2005130586 требуется отслеживание горизонтальной направленности антенн каждого летательного аппарата и для чего дополнительно введены специальные блоки радиоаппратуры.
Целью заявленного изобретения является обеспечение скрытного и помехозащищенного обмена цифровой информацией мониторинга (изображениями земной поверхности в видимом и радиолокационном диапазонах длин волн, данными радио и радиотехнической разведки) с мегабитными скоростями передачи информации вплоть до n×16 Мбит/с, где n=0.5, 1, 2, 16, а также низкоскоростными сигналами координат ЛА и команд управления в сети связи между отдельными ЛА в группе и обмен информацией мониторинга между ЛА и НКП и управление отдельными ЛА с НКП. Заложенные принципы формирования радиосети позволяют осуществить совместную обработку информации мониторинга от всех ЛА группы в НКП и оптимизацию действий отдельных ЛА в группе, что повышает эффективность управления групп ЛА с НКП на основании полученной информации мониторинга и координат ЛА.
На чертеже изображена блок-схема системы радиосвязи согласно настоящему изобретению.
Заявляемая радиосистема состоит из бортовой и наземной аппаратуры. Бортовая аппаратура включает источник информации мониторинга (1), приемник сигналов навигационной спутниковой системы (2), выходы которых через коммутатор (3) подключаются при передаче к блоку цифрового модема (4), включающему алгоритмы модуляции и демодуляции псевдошумового сигнала (ПШС), один выход/вход которого двухсторонними связями подключен к блоку записи и хранения информации (5), второй выход - к монитору (6), третий выход - к блоку пеленгации (7), а четвертый выход/вход подключается через антенный коммутатор (8) либо к слабонаправленной приемно-передающей антенне (9), либо к направленной передающей (10), либо к направленной приемной антенне (11), диаграммы направленности которых направляются в сторону НКП или другого ЛА блоком цифрового управления (12).
В наземной аппаратуре, состоящей из передающей направленной антенны (13) и направленной в сторону ЛА приемной антенны (14), блоков управления (15) и пеленгации (16), выходы всех антенн, включая слабонаправленную приемно-передающую (17), подключены через антенный коммутатор (18) к блоку цифрового модема (19), связанному двухсторонними связями с компьютером рабочего места оператора (20), с блоком записи и хранения (21) и монитором (22). При передаче информации от одного ЛА к другому в приемной части используется аппаратура ЛА, рассмотренная выше.
Радиосистема работает в одном из двух режимов. Один режим - пассивный мониторинг. В этом случае первоначально сигнал с выхода источника информации мониторинга (1) через интерфейс блока цифрового модема (4) поступает в блок записи и хранения (5) и одновременно просматривается оператором на мониторе (6). В случае обнаружения важной для получателя информации радиолиния переключается в режим организации связи.
В другом режиме ЛА - инициатор связи в закрепленном за ним радиоканале передает со скоростью до 16 Кбит/с цифровой сигнал вызова, включающий адрес вызываемого абонента и сигнал собственных координат, формируемый в приемнике сигналов GPS-Глонасс (2) и подаваемый через коммутатор (3) в блок цифрового модема (4), программное обеспечение которого реализует необходимые алгоритмы кодирования, формирование псевдошумового сигнала (ПШС) с большой базой для обеспечения помехозащиты и скрытности работы радиолиний, формирование синхросигналов, фазовую модуляцию колебания промежуточной частоты. Антенный коммутатор (8) подключает слабонаправленную передающую антенну, включающую преобразователь частоты сигнала в сантиметровый диапазон волн и излучатель, обеспечивающий всенаправленное излучение в азимутальной плоскости и направленное излучение в угломестной плоскости с учетом угловых эволюций ЛА. Аналогичная аппаратура используется на всех ЛА.
Режим организации связи является низкоскоростным режимом управления сетью связи и обмена координатной информацией ЛА, при котором слабонаправленные приемные антенны всех ЛА (9) и НКП (17) подключены посредством соответствующих бортовых и наземных антенных коммутаторов к цифровым модемам. При организации связи с НКП сигнал с выхода антенны (17) на промежуточной частоте поступает в блок цифрового модема (19), осуществляющего демодуляцию и декодирование принятого сигнала. После выделения сигнала адреса в блоке (19) формируется сигнал квитанции, подтверждающий (или запрещающий) вызов и содержащий адрес ЛА - инициатора связи.
При организации связи в радиолинии "ЛА-ЛА" сигнал обрабатывается аналогичным образом. После выделения адреса в блоке цифрового модема (4) вызываемого ЛА формируется сигнал квитанции, содержащий, помимо адреса ЛА - инициатора связи, координаты вызываемого ЛА.
Координаты неподвижного НКП известны всем ЛА заранее и не передаются. Одновременно на основании сигналов координат ЛА - инициатора связи, выделенных при демодуляции сигнала вызова, блок управления диаграммой направленности антенной наводит направленную приемную антенну (14) НКП или (11) ЛА в направлении на ЛА - инициатор связи.
Сформированный сигнал квитанции с координатами ЛА передается в закрепленном радиоканале и выделяется получающим его ЛА - инициатором связи в соответствии с сигналом адреса.
В радиолинии используется поочередная во времени передача и прием сообщений слабонаправленными антеннами ЛА. Сигнал квитанции с выхода слабонаправленной приемной антенны ЛА - инициатора связи через антенный коммутатор поступает со скоростью до 16 Кбит/с в блок цифрового модема. На основании выделенного в блоке (4) сигнала координат ЛА блок цифрового управления (12) направляет направленную передающую антенну (10) в направлении на ЛА или НКП, приемные антенны которых наведены на ЛА - инициатор связи. После организации радиолинии по команде из процессора блока (4) осуществляется включение второго режима.
В режиме передачи высокоскоростной информации мониторинга сигнал соответствующего источника (1) в цифровой форме через коммутатор (3) поступает в блок (4) или может подаваться из блока записи и хранения (5).
В блоке модема (4) высокоскоростной сигнал кодируется каскадным кодом, объединяется со специальными синхросигналами и модулирует по фазе (ОФМ-2 или ОФМ-4) колебание промежуточной частоты. В бортовой (или наземной) приемной аппаратуре сигнал с выхода направленной приемной антенны через антенный коммутатор поступает в блок цифрового модема, осуществляющего демодуляцию и декодирование принятого сигнала, который отображается в дальнейшем на экране монитора рабочего места оператора РМО (22) и записывается в блоке записи (21) наземной аппаратуры или в блоке записи бортовой аппаратуры (5).
При передаче сигналов направленной передающей бортовой антенной приемная направленная антенна ЛА (11) работает одновременно в режиме пеленгации низкоскоростного сигнала. Последовательное переключение блоком управления (12) диаграммы направленности приемной антенны ЛА в каждое из 4-х направлений по азимуту и углу места позволяет определить в блоке пеленгации (7) взаимное смещение ЛА и блок управления (12) наводит передающую антенну на сместившийся ЛА-получатель. Аналогичные задачи решают блок пеленгации низкоскоростного сигнала и блок управления в приемной части ЛА - получателя информации мониторинга в результате обработки информационного сигнала, наводя приемную направленную антенну на ЛА-излучатель.
В радиолинии "ЛА-НКП" пеленгатор, используемый в НКП, измеряет смещение ЛА в результате обработки информационного сигнала мониторинга, передаваемого ЛА, и блок управления на основании результатов измерений наводит направленную приемную антенну НП на ЛА-излучатель.
Направленные приемопередающие антенны ЛА и НКП обеспечивают передачу высокоскоростной информации мониторинга со скоростями до n×16 Мбит/с на расстоянии прямой геометрической видимости 250-300 км в радиолинии ЛА-НКП и на расстоянии 50-100 км между ЛА.
Применение широкополосных ПШС с большой базой позволяет обеспечить скрытность работы радиолиний и помехозащиту при передаче слабонаправленными антеннами низкоскоростных сигналов вызова. При передаче высокоскоростных сообщений помехозащита и скрытность работы радиолиний обеспечивается за счет пространственной селекции, реализуемой высоконаправленными антеннами, и адаптивного уменьшения скорости передачи информации при увеличении мощности помех.
Класс H04B7/26 из которых по меньшей мере одна передвижная