Модульный бортовой комплекс средств цифровой радиосвязи

Полезная модель относится к системам связи, а именно к комплексам средств цифровой радиосвязи и может быть использована для обмена данными и аудио-, видеоинформацией между воздушными, наземными, наводными и космическими объектами. Предложена структура модульного бортового комплекса средств цифровой связи на базе модульной авионики, включающая вычислительный модуль крейта, отвечающий за цифровую обработку сигнала, выполненный универсальным и перепрограммируемым, способным к работе с канальным модулем связи любого типа, и канальный модуль связи, содержащий ЦАП-АЦП преобразователь и усилитель мощности, выполненные единым блоком, пространственно разнесенным с крейтом.

Полезная модель относится к системам связи, а именно к комплексам средств цифровой радиосвязи и может быть использована для обмена данными и аудио-, видеоинформацией между воздушными, наземными, наводными и космическими объектами.

В настоящее время для организации цифровой радиосвязи используются комплексы связи, построенные на принципах использования специализированной каналообразующей аппаратуры под управлением коммутирующего управляющего устройства, соединенных общей шиной управления. Например, известен комплекс бортовых средств цифровой связи, предназначенный для осуществления радиосвязи в диапазоне от 2 МГц до 6 ГГц [1]. К недостаткам аналога следует отнести заранее определенную структуру, изменение которой предполагает доработку всего комплекса, привязку коммутирующего управляющего устройства к конкретной каналообразующей аппаратуре, а также использование в канальном тракте передачи данных высокочастотных кабелей для передачи аналоговой информации.

Использование подобной архитектуры при построении комплексов цифровой радиосвязи не обеспечивает должной гибкости комплекса, его масштабируемости, а также налагает дополнительные ограничения по исполнению модулей из-за использования высокочастотных кабелей, что негативно отражается на массогабаритных характеристиках комплекса и его энергопотреблении.

Другим способом построения авиационных комплексов связи является способ на основе платформ модульной авионики [2]. Данное решение позволяет более эффективно реализовать бортовые комплексы связи и их взаимодействие с иными бортовыми системами [3, 4]. Такой подход позволяет создать модульный бортовой комплекс средств связи, не уступающий наземным аналогам [5] в плане масштабируемости, но превосходящий их в плане универсальности и массогабаритных характеристик.

Основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является предложение комплекса бортовых средств цифровой радиосвязи на платформе модульной авионики, в структуре которого реализованы принципы программируемого радио, что обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик, энергоэффективности и надежности цифровой радиосвязи.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен модульный бортовой комплекс средств цифровой радиосвязи, содержащий 2N крейтов, состоящих из двух управляющих коммутирующих модулей и двух вычислительных модулей, причем вычислительные модули крейта выполнены универсальными и перепрограммируемыми, способными к работе с канальными модулями связи любого типа, и 4N канальных модулей связи, содержащих ЦАП-АЦП преобразователь и усилитель мощности, выполненные единым блоком, пространственно разнесенным с крейтом, соединенных таким образом, что первая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта, вторая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта, третья группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-3-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-1-го канального модуля, первая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта, вторая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта, третья группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-2-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-го канального модуля, первая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта, вторая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта, третья группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-3-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-1-го канального модуля, первая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта, вторая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта, третья группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-2-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-го канального модуля, высокочастотные входы-выходы канальных модулей соединены с антенным оборудованием, а управляющие коммутирующие модули крейтов соединены между собой и с бортовым радиоэлектронным оборудованием высокоскоростной шиной передачи данных.

Основными особенностями предлагаемого комплекса связи являются:

- использование при организации связи цифровых универсальных программируемых модулей,

- применение передающей радиоаппаратуры, выполненной единым блоком с устройством ЦАП-АЦП,

- пространственное разнесение аппаратуры цифровой обработки сигналов и радиопередающих устройств,

- полностью цифровой обмен данными внутри комплекса связи.

Состав и структура комплекса отражены на фигуре, при этом источники питания и другие второстепенные элементы опущены:

1-1, 1-2 - 1-й и 2-й управляющий коммутирующий модуль соответственно,

2-1, 2-2 - 1-й и 2-й вычислительный модуль (цифровой обработки сигналов - ЦОС) соответственно,

3 - ЦАП-АЦП преобразователь,

4 - усилитель мощности,

5 - канальный модуль связи,

6 - крейт,

7 - антенное оборудование.

Комплекс бортовых средств радиосвязи состоит из двух или нескольких крейтов 6, содержащих программируемый коммутирующий управляющий модуль 1-1, соединенный цифровыми линиями передачи данных с универсальными программируемыми модулями ЦОС 2-1, 2-2, а также резервный коммутирующий управляющий модуль 1-2, аналогично соединенный с универсальными программируемыми модулями ЦОС 2-1, 2-2. При этом, универсальный программируемый модуль ЦОС 2-1 соединен цифровой линией передачи данных с 1-м канальным модулем связи 5, содержащим ЦАП-АЦП преобразователь 3 и усилитель мощности 4, и соединен аналогичной линией со 2-м, 3-м и 4-м канальными модулями связи 5. Универсальный программируемый модуль ЦОС 2-2 соединен цифровой линией передачи данных с 1-м канальным модулем связи 5, и соединен аналогичной линией передачи данных со 2-м, 3-м и 4-м канальными модулями связи 5. Канальные модули, в свою очередь, соединены высокочастотными соединениями с антенным оборудованием 7. Универсальные программируемые модули второго крейта соединены с канальными модулями аналогично универсальным программируемым модулям первого крейта. Коммутирующие управляющие модули соединены между собой и с бортовым радиоэлектронным оборудованием высокоскоростной шиной передачи данных. Дополнительно подключаемые модули соединены аналогично.

Работа комплекса осуществляется следующим образом. Данные, предназначенные для передачи, поступают по высокоскоростной шине передачи данных в соответствующее коммутирующее управляющее устройство комплекса от систем радиоэлектронного оборудования самолета. Выбрав, согласно заложенным алгоритмам необходимый для передачи радиосвязной ресурс, коммутирующее управляющее устройство передает данные по цифровым линиям передачи данных в универсальный программируемый модуль ЦОС, либо, при необходимости, другому коммутирующему управляющему устройству для последующей передачи соответствующим модулям ЦОС. Соответствующий универсальный программируемый модуль ЦОС, получив от коммутирующего управляющего модуля данные для организации связи, готовит их к передаче в эфир, преобразует к установленной для передачи форме и передает их по цифровым линиям передачи данных в соответствующий канальный модуль. ЦАП-АЦП преобразователь канального модуля, получив данные, преобразует их в аналоговые импульсы и передает на усилитель мощности для последующей выдачи на антенно-фидерное оборудование и передачи в эфир. Прием данных осуществляется аналогично, в обратном порядке. Принятый антенно-фидерным оборудованием радиосигнал преобразуется канальным модулем в цифровой вид и передается на соответствующий универсальный программируемый модуль ЦОС, от которого, пройдя необходимую обработку, передается через соответствующее коммутирующее управляющее устройство комплекса системам бортового радиоэлектронного оборудования.

Эффективность разработанного комплекса определяется:

- использованием универсальных программируемых модулей при цифровой обработке информации,

- использованием цифровых линий передачи данных для передачи информации между каналообразующей аппаратурой,

- пространственным разнесением модулей цифровой обработки информации и передающей аппаратуры.

Предложенная структура комплекса обеспечивает:

- высокую скорость и надежность связи,

- оптимальные массогабаритные характеристики,

- высокую энергоэффективность,

- простоту и гибкость масштабирования при расширении состава радиосредств.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке 2011154659/07(082139) от 30.12.2011 г.

2. Патент РФ 2413280.

3. Вдовин Л.М., Горячева Т.И. Внедрение концепции интегрированной модульной авионики в бортовых комплексах связи. 2008. Кибернетика и высокие технологии XXI века. 13-15 мая, Воронеж, Россия.

4. Вдовин Л.М., Милов В.Р., Шишарин А.В.. Интегрированная модульная авионика. 2010. Кибернетика и высокие технологии XXI века. 12-14 мая, Воронеж, Россия.

5. Патент РФ 2308175.

Модульный бортовой комплекс средств цифровой радиосвязи, содержащий 2N крейтов, состоящих из двух управляющих коммутирующих модулей и двух вычислительных модулей, причем вычислительные модули крейта выполнены универсальными и перепрограммируемыми, способными к работе с канальными модулями связи любого типа, и 4N канальных модулей связи, содержащих ЦАП-АЦП преобразователь и усилитель мощности, выполненные единым блоком, пространственно разнесенным с крейтом, соединенных таким образом, что первая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта, вторая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта, третья группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-3-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-1-го канального модуля, первая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-1-го крейта, вторая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта, третья группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-2-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-1-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов 4N-го канального модуля, первая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта, вторая группа входов-выходов первого управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных с первой группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта, третья группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-3-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-1-го канального модуля, первая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов первого вычислительного модуля 2N-го крейта, вторая группа входов-выходов второго управляющего коммутирующего модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта, третья группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-2-го канального модуля, четвертая группа входов-выходов второго вычислительного модуля 2N-го крейта соединена цифровой линией передачи данных со второй группой входов-выходов 4N-го канального модуля, высокочастотные входы-выходы канальных модулей соединены с антенным оборудованием, а управляющие коммутирующие модули крейтов соединены между собой и с бортовым радиоэлектронным оборудованием высокоскоростной шиной передачи данных.