Информационная система подвижного объекта

Заявляемая полезная модель относится к системам связи и может быть использована подвижными объектами (людьми, передвигающимися пешком или на транспортных средствах, и т.п.) при проведении военных, правоохранительных, аварийно-спасательных и других операций в сложных экстремальных условиях, входе проведения которых осуществляется взаимодействие подвижных объектов между собой.

Отличительные признаки заключаются в использовании в подсистеме радиосвязи модуля приема-передачи, выполненного в виде отдельного блока, содержащего дополнительные приемные и передающие усилители, а также антенну с круговой диаграммой направленности, с возможностью ретрансляции пакетов между информационными системами по требованию информационной системы - источника информации.

Заявляемая полезная модель относится к системам связи и может быть использована подвижными объектами (людьми, передвигающимися пешком или на транспортных средствах, и т.п.) при проведении военных, правоохранительных, аварийно-спасательных и других операций в сложных экстремальных условиях, входе проведения которых осуществляется взаимодействие подвижных объектов между собой.

Известна информационная система подвижного объекта [1], выполненная в виде переносного автоматизированного рабочего места, предназначенного для передачи данных в полевых условиях, содержащего компьютер, четыре радиостанции, антенну, контроллер сопряжения и гарнитуру. Информационный обмен осуществляется цифровым, но не сетевым способом, что снижает функциональные возможности системы. Кроме того, обмен компьютера с подключенными устройствами, в том числе и радиостанциями, осуществляется через СОМ-порты, обладающими низкой скоростью обмена. Большие габариты компьютеров "Багет-44" допускают лишь тяжелое - ранцевое исполнение системы.

Известны разнообразные информационные системы оснащения солдата Félin (Франция) [2], [3], [4], [5] и другие [6]: Land 125 (Австралия), African Warrior (Южная Африка), Warrior 2020 (Финляндия), Combatiente Futuro (COMFUT) (Испания), Soldier Modernisation Program (SMP) (Нидерланды), NORMANS (Норвегия), Soldado do Futuro (Португалия), Advanced Combat Man System (Сингапур), IMESS (Швейцария), MARKUS (Швеция), ANOG (Израиль), FIST (Великобритания), BEST (Бельгия), Projekt TYTAN (Польша), 21st Century soldier (Респ. Чехия), F-INSAS (Индия), Integrated Soldier System Project (Канада) and Future Force Warrior (США).

Все эти системы содержащат подсистемы оружия, наблюдения и связи солдата. Подсистема связи в таких системах, например в [5], представляет собой [7] армейскую радиостанцию, выполненную в отдельном корпусе, с собственными источниками питания, сложным управлением, требующим высокой квалификации потребителя. Таким образом, недостатками таких подсистем связи являются высокая сложность, значительные габариты и вес.

Для упрощения интерфейса потребителя с информационной системой прибегают к упрощенным способам и устройствам взаимодействия [8] в виде джойстика, интерактивного экрана и т.п.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является информационная система подвижного объекта [9], выполненная в виде портативной, перестраиваемой группы взаимодействующих подсистем, конфигурируемых под задачу, решаемую подвижным объектом, система включает подсистему глобальной навигации, оконечные устройства подсистем голосовой связи и визуального наблюдения окружающей обстановки в различных условиях, подсистему радио связи, обеспечивающую режим двухточечного режима с другими информационными системами, пульт управления и дисплей, каждая из подсистем подключена к компьютерной подсистеме обработки данных.

Подсистема связи в системе [9] должна обеспечить подвижный объект ситуационным пониманием обстановки и позволять организовать его информационное взаимодействие с другими участниками операции.

Недостатком данной системы являются высокая сложность и ограниченные возможности подсистемы связи, связанные со следующими обстоятельствами. Во-первых, подсистема связи в системе [9] предполагает использование достаточно крупногабаритных радиостанций типа [7]. Во-вторых, двухточечная система связи значительно усложняет организацию передачи информации при наличии нескольких взаимодействующих абонентов. В-третьих, любая система связи имеет ограниченную область покрытия, что приводит к возможности потери связи в условиях пересеченной местности, леса или городских условиях.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание простой, компактной подсистемы связи, обеспечивающей обмен информацией между подвижным объектом и другими участниками операции с разным числом участников взаимодействия, в том числе и в условиях ограниченной радиосвязи с применением динамической маршрутизации и ретрансляции.

Для решения этой задачи информационная система подвижного объекта, выполненна в виде портативной, перестраиваемой группы взаимодействующих подсистем, конфигурируемых под задачу, решаемую подвижным объектом, система включает подсистему глобальной навигации, оконечные устройства подсистем голосовой связи и визуального наблюдения окружающей обстановки в различных условиях, подсистему радиосвязи, обеспечивающую информационный обмен с другими информационными системами, пульт управления и дисплей, каждая из подсистем подключена к вычислительной подсистеме обработки данных, подсистема радиосвязи дополнительно снабжена и соединена с модулем приема-передачи, выполненным в виде отдельного блока, который содержит дополнительные приемные и передающие усилители и антенну с круговой или узконаправленной диаграммой направленности, модуль приема-передачи размещен на подвижном объекте, исходя из наилучших условий приема-передачи радиосигналов, подсистема радиосвязи выполнена в виде контроллера вычислительной подсистемы, который совместно с вычислительной подсистемой реализует сетевой, пакетный обмен данными, звуком и изображениями дополнительно в групповом и широковещательном режимах с другими аналогичными, заранее определенными, информационными системами и обеспечена возможностью динамической маршрутизацией и ретрансляции пакетов между информационными системами по требованию информационной системы - источника информации.

Существенными отличиями заявляемой полезной модели являются:

Подсистема радиосвязи дополнительно снабжена и соединена с модулем приема-передачи, выполненным в виде отдельного блока, содержащего дополнительные приемные и передающие усилители, а также антенну с круговой диаграммой направленности. Такой подход позволяет увеличить дальность радиосвязи и поместить указанный модуль в наиболее удобном месте с точки зрения эргономики, безопасности и т.п., а также, исходя из наилучших условий приема-передачи радиосигналов.

В прототипе подсистема радиосвязи выполнена в виде единого блока, содержащего антенну и приемопередатчик с заранее определенными характеристиками, так что возможно изменять только местоположение всей подсистемы связи.

Подсистема связи выполнена в виде контроллера вычислительной подсистемы, т.е. является платой, устанавливаемой на плате вычислительной подсистемы, используя с последней единые электроснабжение и конструктивные элементы. При этом обеспечиваются минимальные габариты и вес подсистемы.

В прототипе используется отдельная аппаратура связи, требующая собственного источника питания, компьютера, конструктивных элементов, и за счет этого имеет больший вес, габариты и т.п.

Подсистема связи реализует сетевой, пакетный обмен данными, звуком и изображениями, что позволяет подвижному объекту обмениваться информацией различного формата с аналогичными и вышестоящими информационными системами, используя единый интерфейс пользователя.

В прототипе предполагается использование классических радио приемопередатчиков ориентированных в основном на решение радиотехнических проблем: согласованного приема, фильтрации и т.п.

Возможность работы в групповом и широковещательном режимах с другими аналогичными, заранее определенными, информационными системами позволяет одной передачей обеспечить получение информации заданному количеству абонентов в зависимости от стоящей задачи и количества участников каждой транзакции. При том сокращаются временные, энергетические и т.п. затраты на передачу.

В прототипе предусмотрен только режим двухточечного обмена с другими информационными системами.

Динамическая маршрутизация и ретрансляция пакетов между информационными системами позволяет обеспечить связью подвижный объект, находящийся вне зоны радиовидимости, без использования дополнительных технических средств.

В прототипе связь источника информации и получателя зависит лишь от мощности излучения радиосигнала источника и чувствительности приемника или для ретрансляции сообщений используется централизованный пункт связи, установленный на автомобиле, например, [10] 519.

Структурная схема заявляемой полезной модели представлена на Фиг.1, где:

1. подсистема глобальной спутниковой навигации предназначена для определения текущих абсолютных координат подвижного объекта и их передачу в вычислительную подсистему и реализована в виде аппаратуры потребителя GPS/ГЛОНАСС спутниковых навигационных систем (СНС). При этом повышенная точность местоположения подвижного объекта (среднеквадратическое отклонение определения местоположения до 10 метров) обеспечивается использованием кодов высокой точности при использовании СНС ГЛОНАСС;

2. оконечные устройства подсистем голосовой связи, выполненные в виде наушника и микрофона (гарнитуры), предназначены для речевого взаимодействия с выбранным объектом, а также прослушивания стандартных речевых сообщений встроенного речевого информатора;

3. устройства подсистемы визуального наблюдения окружающей обстановки в различных условиях предназначены для наблюдения за обстановкой, в том числе, когда прямое наблюдение невозможно из-за удаленности, сопряжено с опасностью и других условиях, и может включать видеокамеру высокого разрешения, прибор ночного видения, беспилотный летательный аппарат, оснащенный видеокамерой и т.п.;

4. подсистема беспроводной связи предназначена для обеспечения информационного обмена между участниками операции. Подсистема содержит контроллер подсистемы связи 5 представляющий собой микроконтроллер, реализующий требуемые протоколы обмена и подключенный через коммуникационный интерфейс, например SPI, к вычислительной подсистеме, и реализующий совместно с ней канальный протокол обмена IEEE 802.11b/g. Подсистема связи обеспечивает аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования, модуляцию и демодуляцию и другие действия, обеспечивающие передачу цифровых данных по радиоканалу.

5. модуль приема-передачи, выполненный в виде отдельного блока, который содержит дополнительные приемные 6 и передающие 7 усилители, антенный коммутатор 9, антенну с круговой или узконаправленной диаграммой направленности.

8. Усилители 6 и 7 предназначены для усиления входного и излучаемого сигналов соответственно с целью увеличения дальности информационного взаимодействия. 8. антенна предназначена для излучения/приема сигналов подсистемы радиосвязи. Круговая диаграмма направленности антенны позволяет иметь одинаковые условия излучения приема при любой ориентации подвижного объекта;

10. пульт управления предназначен для управления и задания режимов работы информационной системы;

11. дисплей предназначен для отображения режима работы вычислительной подсистемы, подсистемы связи, и режимов работы других подсистем информационной системы, отображения карт местности с отметкой текущего местоположения подвижного объекта, других участников операции и другой стандартной и произвольной символьной и графической информации;

12. вычислительная подсистема предназначена для приема, обработки и передачи информации между другими подсистемами, в том числе для управления подсистемой связи. В частности, для реализации сетевого протокола связи, выбора состава абонентов обмена (одиночный, групповой или широковещательный режим), а также для маршрутизации и ретрансляции сообщений.

Рассмотрим возможность реализации заявляемой полезной модели на примере информационной системы военнослужащего, выполняющего задачу разведки.

Информационная система в данном случае, Фиг.2, выполнена в виде совокупности портативных взаимодействующих подсистем, описанных выше и располагающихся в карманах экипировки военнослужащего (разгрузочном жилете) и на каске.

Вычислительная подсистема 12 для удобства размещения на теле военнослужащего разделена на модуль 12-1 - собственно вычислительная подсистема и 12-2 источник питания.

Вычислительная подсистема представляет собой встраиваемый компьютер все компоненты которого размещены на одной плате. Компоненты и плата встраиваемого компьютера выполнены в соответствии с требованиями к электронной технике, работающей в сложных климатических и эксплуатационных условиях (Температура: -40°С - плюс 50°С; Воздействие ударов и вибрации). Вычислительная подсистема имеет встраиваемую POSIX-совместимую. операционную систему (ОС) реального времени, которая выполнена на основе ядра linux. Данный встраиваемый компьютер имеет ряд стандартных коммуникационных интерфейсов (RS-232, Ethernet, USB, SPI), с помощью которых осуществляется ввод/вывод данных. Данная ОС обеспечивает получение данных от внешних приборов, подключаемых к вычислительной подсистеме через интерфейсы сопряжения, получение данных по каналам связи, обработку данных, передачу полученных данных по каналам связи в другие подобные информационные системы, которыми оснащены вышестоящие должностные лица.

Подсистема спутниковой навигации 1 располагается в выносном модуле 13 и размещается на плече военнослужащего.

Подсистема радиосвязи 5 имеет модуль 4, расположенный внутри вычислительной подсистемы 12-1 и связан с ней через интерфейс SPI.

В свою очередь модуль 4 соединен с модулем приема-передачи 13, который содержит приемные 6 и передающие 7 усилители, антенный коммутатор 9 и антенну 8 с круговой диаграммой направленности. Модуль 13 располагается на другом плече военнослужащего, что обеспечивает удобство размещения и хорошие условия для приема и распространения радиосигнала.

Подсистема видеонаблюдения 3 в данном случае содержит видеокамеру высокого разрешения 3-1 и прибор ночного видения 3-2.

Все подсистемы соединены кабелями связи через соответствующие интерфейсы (USB, СОМ) к вычислительной подсистеме 12-1. Состав комплекта может меняться и дополняться устройствами и приборами, исходя из решаемых задач.

Для уменьшения конструкции и увеличения стойкости к внешним воздействиям, в первую очередь механическим воздействия, антенна модуля приема-передачи имеет тип - меандр, имеет специальную форму и закрыта сферическим радиопрозрачным колпаком для исключения ее повреждения в процессе эксплуатации.

Дисплей 11 с пультом управления 10 находятся в легкодоступных местах экипировки военнослужащего, работает в энергосберегающем режиме и включается при нажатии клавиш на пульте управления.

Вычислительная подсистема имеет операционную систему реального времени на базе ядра LINUX и модульное прикладное программное обеспечение.

Подсистема навигации 1 периодически определяет абсолютные координаты военнослужащего, передает их в вычислительную подсистему 12, которая, после обработки, отображает их на дисплее 11 в виде отметки (значка) на электронной карте местности, кроме того, эти данные передаются через подсистему связи 5 (выходные усилители 7 и антенный коммутатор 9) и антенну 8 другим участникам сети.

Для связи между участниками сети используется IP-протокол версии 4, который позволяет организовать двухточечный (адресный), групповой и широковещательный режимы связи. Данный протокол реализуется программным способом в виде программного модуля, который входит в состав встраиваемой операционной системы реального времени, устанавливаемой в вычислительную подсистему 12. Для локальных действий может применяться групповая передача, которая реализуется программно в вычислительной подсистеме 12 путем задания подвижным объектом через пульт управления 10 получателей информации.

Прямой контакт между участниками операции производится путем голосовой связи через гарнитуру 2 или за счет передачи данных, например, целеуказаний через подсистему связи 4 и соответствующие элементы.

При потере (обрыве) канала радиосвязи между абонентами, оснащенными данными информационными системами программный модуль динамической маршрутизации и ретрансляции данных, который входит в состав операционной системы вычислительной подсистемы 12, автоматически осуществляет поиск маршрута через промежуточные узлы, в качестве которых выступают другие абоненты, оснащенные идентичными информационными системами и входящими в единую радиосеть связи. Если такой маршрут обнаруживается, то передача сообщения, речевых данных, изображений осуществляется от узла к узлу в соответствии с новым маршрутом. Расчет маршрута передачи информации между абонентами сети осуществляется специальным программным обеспечением, а доставка данных по рассчитанному маршруту (ретрансляция через промежуточные узлы), осуществляется ядром операционной системы.

В качестве протокола физического уровня подсистемы связи выбран протокол b/g. Данный протокол обеспечивает высокоскоростную передачу данных до 11 Мб/с. Модули 4, которые реализуют данный протокол радиосвязи, имеют компактные размеры, а также совместно с вычислительной подсистемой и встраиваемой операционной системой реального времени, позволяют организовать высокоскоростную сеть обмена данными на основе сетевого протокола с IP-адресацией.

Таким образом, заявляемая система решает поставленные задачи, обеспечивает подвижный объект необходимой информацией и связью с остальными участниками операции.

Важным преимуществом данного промышленного образца является использование известных и хорошо отработанных программных и аппаратных средств, что позволяет снизить стоимость разработки, изготовления и эксплуатации.

Источники информации:

1. Патент RU 2316812.

2. , IdZ (Германия).

3. http://www.army-technology.com/proiects/idz, Soldato Futuro (Италия).

4. http://www.army-technology.com/projects/italiansoldiersystem, Land Warrior (Future Force Warrior) (США).

5. http://www.army-technology.com/projects/land_warrior.

6. http://ti-sys.tradition.ru/protected/autonomoussysteiTis/futuresoldieroutfit/.

7. http://en.wikipedia.org/wiki/SINCGARS.

8. Патент WO 2012034683.

9. Патент US 5864481.

Информационная система подвижного объекта, выполненная в виде портативной, перестраиваемой группы взаимодействующих подсистем, конфигурируемых под задачу, решаемую подвижным объектом, система включает подсистему глобальной навигации, оконечные устройства подсистем голосовой связи и визуального наблюдения окружающей обстановки в различных условиях, подсистему радиосвязи, обеспечивающую режим двухточечного обмена с другими информационными системами, пульт управления и дисплей, каждая из подсистем подключена к компьютерной подсистеме обработки данных, отличающаяся тем, что подсистема радиосвязи дополнительно снабжена и соединена с модулем приема-передачи, выполненным в виде отдельного блока, содержащего дополнительные приемные и передающие усилители, а также антенну с круговой диаграммой направленности, модуль приема-передачи размещен на подвижном объекте, исходя из наилучших условий приема-передачи радиосигналов, подсистема радиосвязи выполнена в виде контроллера компьютерной подсистемы, реализующего сетевой, пакетный обмен данными, звуком и изображениями дополнительно в групповом и широковещательном режимах с другими аналогичными, заранее определенными, информационными системами и обеспечена возможностью ретрансляции пакетов между информационными системами по требованию информационной системы - источника информации.