Система радиосвязи с подвижными объектами

Полезная модель относится к радиосистемам обмена данными и может быть использована для информационного обмена между подвижными объектами (ПО), наземными комплексами (НК) и радиолокаторами. Основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличение дальности устойчивой связи с подвижными объектами за счет перехода по взаимно увязанной команде с бортового и наземного вычислителей с радиолиний связи MB диапазона на введенную радиолинию связи ДКМВ диапазона, в которой программно-аппаратными средствами 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 территориально разнесенными наземными комплексами, объединенными с помощью наземной сети передачи данных в единую систему.

Полезная модель относится к системам обмена данными и может быть использована для реализации информационного обмена между подвижными объектами (ПО) и источниками (получателями) информации системы через наземные комплексы (НК).

В настоящее время за рубежом широко применяется система обмена сообщениями между бортовым радиоэлектронным оборудованием воздушных судов (ВС) и наземными службами, которые описаны в документах ARINC-724. Эта система в документах ARINC получила название ACARS. Она обеспечивает вызов на речевую связь и передачу данных [1].

Бортовой комплекс связи для работы в системе ACARS, используемый на отечественных летательных аппаратах, решает следующие функциональные задачи:

- обмен сообщениями с наземным комплексом по MB (метровому) каналу в режимах свободного доступа и адресного опроса;

- обмен сообщениями с наземным комплексом по ДКМВ (декаметровому) каналу в режиме свободного доступа;

- обработку сообщений с целью передачи принятой информации экипажу;

- обработку принятых от бортовых систем и экипажа сообщений и передачу этой информации соответствующей наземной службе;

- автоматизированное управление частотой радиостанции MB диапазона по команде наземного комплекса и экипажа;

- автоматизированное управление режимами работы «прием-передача» радиостанций MB и ДКМВ диапазонов.

Бортовая система ACARS сопрягается с каналообразующей аппаратурой - радиостанциями MB и ДКМВ диапазона и бортовыми системами в соответствии с ARINC-429.

Бортовой блок управления и связи представляет собой процессор. Основным каналом обмена текущей информации является MB канал. При полетах на трассах, не оборудованных MB связью (труднодоступные районы, тундра, горные массивы, океан), связь с воздушными судами осуществляется по ДКМВ каналу.

Организацию обмена информацией между наземными службами гражданской авиации и бортовыми системами осуществляет наземный комплекс, он опрашивает воздушные суда, 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. Для этого в бортовой системе предусмотрен режим прямого доступа. Кроме этих двух режимов, предусмотрена возможность работы в режиме телефонной связи по каналу передачи данных [1, 6].

К недостаткам представленной системы обмена сообщениями между бортовым радиоэлектронным оборудованием воздушных судов и наземными службами, следует отнести невозможность управления ПО, находящимися за пределами радиогоризонта НК, который определяется границами оптической видимости. ДКМВ каналы существующих ВС редко используется для управления полетом ВС из-за плохого качества принимаемых сообщений с одиночного наземного комплекса и отсутствия соответствующей наземной инфраструктуры. Планирование ДКМВ связи, как правило, осуществляется на основе специализированных пакетов прикладных программ, включающих модели солнечного цикла, ионосферы и ионосферного распространения радиоволн, а так же параметры каналообразующей аппаратуры, модемов и антенн. Тем не менее, несмотря на совершенство самих программ, планирование связи только с их помощью малоэффективно, поскольку вместо постоянно меняющихся исходных данных о состоянии ионосферы в этом случае используются среднестатистические данные, которые могут сильно отличатся от ее параметров для конкретного дня.

Известны системы спутниковой связи с удаленными подвижными объектами, состоящие из наземных приемопередающих станций и станций управления, созвездия спутников [1, 7]. Все эти устройства содержат: передатчики, приемники, одну или несколько антенн, устройства обработки передаваемых и принимаемых сигналов, автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов наземных (контрольных) служб [2, 3, 5].

Однако стоимостные характеристики систем радиосвязи ДКМВ диапазона позволяют обеспечить ПО, которые не оборудованы средствами спутниковой связи, эффективной по цене линией передачи данных. Кроме того, повышается

достоверность передачи данных для объектов в полярных регионах, где характеристики спутниковых каналов деградируют.

Наиболее близким по назначению и большинству существенных признаков является система радиосвязи с подвижными объектами [4], которая и принята за прототип. В этой системе во время движения подвижные объекты, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются данными с наземным комплексом. Принимаемые наземным комплексом из канала «воздух - земля» сообщения через аппаратуру передачи данных поступают в вычислитель АРМ на базе ПЭВМ, где в соответствии с принятым в системе протоколом обмена, производится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами подвижных объектов, хранящимися в его памяти. При совпадении адреса подвижного объекта с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ПО и состоянии его датчиков выводится на экран монитора наземного АРМ. В вычислителе АРМ на базе ПЭВМ решается задача обеспечения постоянной радиосвязи со всеми N ПО. При выходе за пределы радиогоризонта хотя бы одного из ПО или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, определяется, программно, один из ПО, который назначается ретранслятором сообщений. По результатам анализа местоположения и параметров движения остальных ПО определяются оптимальные пути доставки сообщений удаленному от НК за радиогоризонт выбранному подвижному объекту. Сообщение от НК через последовательную цепочку, состоящую из (N-1) ПО, может быть доставлено N-му ПО. Для этого на НК в формирователе типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды (заголовок) передаваемой кодограммы закладываются номер ПО, назначенного ретранслятором, и адреса воздушных объектов, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые на ПО сообщения анализируются в блоке анализа типа сообщений. После анализа решается вопрос о направлении данных по двунаправленной шине на систему управления объекта или ретрансляции их на соседний ПО.

В обычном режиме, когда не требуется ретрансляция сигналов с НК, осуществляется адресный опрос ПО путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. Набираемое оператором (диспетчером) сообщение отображается на мониторе АРМ. На ПО после прохождения через антенну, радиостанцию, аппаратуру передачи данных сигнал поступает в бортовой вычислитель, где происходит идентификация

принятого в сообщении адреса с собственным адресом подвижного объекта. 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 ПО. Информационная часть сообщения записывается в память бортового вычислителя и при необходимости выводится на экран блока регистрации данных.

Формирователи типа ретранслируемых сообщений позволяют обеспечить обмен цифровыми данными по каналу «оператор-пилот» взамен существующей речевой информации. Они предназначены для выбора элементов сообщений разрешения/информации/запроса, которые соответствуют принятой речевой фразеологии, и набора произвольного текста. Отображение набираемых и принятых сообщений осуществляется на блоке регистрации данных ВО и мониторе АРМ НК соответственно.

Сообщения с выходов приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS записываются в память наземного и бортового вычислителей с привязкой к глобальному времени и используются для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ПО. Принятые на НК навигационные сообщения от всех ПО обрабатываются в вычислителе и выводятся на экран монитора АРМ.

Однако прототипу присущи следующие недостатки:

- традиционные технические решения, используемые на обустроенных авиатрассах, совершенно непригодны для труднодоступных районов, малозаселенных областей с неразвитой наземной инфраструктурой, где отсутствует сплошное поле радиосвязи MB диапазона;

- невозможность организации обмена данными между НК и ПО, находящимися за пределами радиогоризонта радиостанции НК и цепочки из (N-1)-го ПО, который определяется границами оптической видимости.

Таким образом, основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличение дальности устойчивой связи с подвижными объектами за счет перехода по взаимно увязанной команде с бортового и наземного вычислителей с радиолиний связи MB диапазона на введенную радиолинию связи ДКМВ диапазона, в которой программно-аппаратными средствами 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 территориально разнесенными наземными комплексами, объединенными с помощью наземной сети передачи данных в единую систему.

Указанный технический результат достигается тем, что в систему радиосвязи с подвижными объектами, состоящую из наземного комплекса, содержащего наземную антенну, радиостанцию, подключенную двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места, 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 объектов, в состав каждого из которых входят бортовые датчики, приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, вход/выход которого подключен к двунаправленной шине системы управления подвижным объектом, бортовой вычислитель соединен с входом блока регистрации данных и через последовательно соединенные бортовую аппаратуру передачи данных, бортовую радиостанцию подключен к бортовой антенне, причем передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого ПО, второго ПО и далее до N-го ПО, а передача данных с N-го ПО на НК осуществляется в обратном порядке, дополнительно введена наземная сеть передачи данных с входом/выходом системы, подключенная двухсторонними связями к каждому из М НК, в том числе к каждому из (N-1)-го введенных разнесенных территориально НК, на каждом ПО введена дополнительно бортовая радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и бортовой аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к введенной бортовой антенне ДКМВ диапазона, а в НК введена наземная радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя и наземной аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к введенной наземной антенне ДКМВ диапазона.

На фиг.1 представлена структурная схема системы радиосвязи с подвижными объектами, где обозначено:

1 - наземный комплекс;

2 - подвижный объект;

3 - наземная сеть передачи данных с входом/выходом системы 4.

На фиг.2 и 3 представлены структурная схема наземного комплекса 1 и подвижного объекта 2 системы радиосвязи с подвижными объектами, где обозначено:

5 - бортовой вычислитель;

6 - бортовые датчики;

7 - бортовой приемник сигналов навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS;

8 - блок регистрации данных;

9 - бортовая аппаратура передачи данных;

10 - бортовая радиостанция MB диапазона;

11 - бортовая антенна MB диапазона;

12 - наземная антенна MB диапазона;

13 - наземная радиостанция MB диапазона;

14 - наземная аппаратура передачи данных;

15 - вычислитель АРМ на базе ПЭВМ;

16 - наземный приемник сигналов навигационных спутниковых систем;

17 - монитор АРМ;

18 - пульт управления АРМ;

19 - анализатор типа принимаемых сообщений;

20 - двунаправленная шина системы управления подвижным объектом;

21 - бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений;

22 - формирователь типа ретранслируемых сообщений;

23 - бортовая радиостанция ДКМВ диапазона;

24 - бортовая антенна ДКМВ диапазона;

25 - наземная радиостанция ДКМВ диапазона;

26 - наземная антенна ДКМВ диапазона.

Алгоритм работы системы радиосвязи с ПО 2 заключается в проведении обмена данными по радиолинии MB диапазона до тех пор, пока ПО 2 не выйдет за пределы прямой видимости с НК 1 или не удается организовать с этим ПО 2 обмен данными даже через цепочку, состоящую из (N-1)-го ПО 2. В таком

случае осуществляется переход по взаимно увязанным командам с бортового и наземного вычислителей на передачу данных с радиолиний связи MB диапазона на введенную радиолинию связи ДКМВ диапазона. В этой радиолинии для выполнения цели изобретения программно-аппаратными средствами 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 территориально разнесенными наземными комплексами, объединенными с помощью наземной сети передачи данных в единую систему.

Система радиосвязи с подвижными объектами работает следующим образом. Во время движения подвижные объекты, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются навигационными и другими данными по радиолинии связи MB диапазона с наземным комплексом 1. Принимаемые наземной радиостанцией 13 из канала «воздух - земля» сообщения через аппаратуру 14 передачи данных поступают в наземный вычислитель 15 АРМ, который может быть выполнен на базе серийной ПЭВМ. В нем в соответствии с принятым в системе протоколом обмена проводится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами подвижных объектов, хранящимися в памяти вычислителя 15 АРМ. При совпадении адреса подвижного объекта с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ПО 2_i и состоянии его датчиков запоминается в вычислителе 15 АРМ. Поэтому в наземном вычислителе 15 АРМ решаются задачи обеспечения постоянной радиосвязи со всеми N ПО 2, и на основе информации о точном местонахождении всех ПО 2 и параметрах их движения осуществляются операции запоминания этих сообщений в наземном вычислителе 15 АРМ и вывод необходимых данных на экран монитора 17 АРМ НК 1 в виде, удобном для восприятия оператора (диспетчера).

При выходе за пределы радиогоризонта хотя бы одного из ПО 2 или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, определяется, программно, один из ПО 2, который назначается ретранслятором сообщений. При постоянном изменении дальности между ПО 2 и НК 1 в качестве ретранслятора может быть назначен в течение определенного времени любой из N ПО, местоположение которого известно и оптимально по отношению к НК 1 и всем остальным

ПО 2. По анализу местоположения и параметров движения остальных ПО 2 определяются оптимальные пути доставки сообщений удаленному от НК 1 за радиогоризонт подвижному объекту 2_N. Сообщение от НК 1 через последовательную цепочку, состоящую из (N-1)-го ПО 2, может быть доставлено N-му ПО 2_N. Для этого на НК 1 в формирователе 22 типа ретранслируемых сообщений в заранее определенные разряды передаваемой кодограммы закладываются номер ПО 2, назначенного ретранслятором, и адреса подвижных объектов 2_i, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые на ПО 2 сообщения обрабатываются в блоке 19 анализа типа сообщений. Если сообщение предназначено для данного ПО 2, то после анализа решается вопрос о направлении данных по двунаправленной шине 20 на систему управления ПО 2, не указанную на фиг.1, или в режиме ретрансляции - о передаче их на соседний ПО 2 _i. Для исключения коллизий минимизируется число разрядов в передаваемом сообщении и осуществляется ретрансляция данных последовательно во времени. При обмене данными по линии «оператор-пилот», особенно при наличии потенциально конфликтной ситуации, экипаж должен полностью выполнять команды оператора НК 1, имеющего больший объем информации в своей зоне ответственности. Для этого с НК 1 оператором посылается на ПО 2 соответствующее сообщение, которое отображается на экране бортового блока 8 регистрации данных в виде согласованной отметки и формуляров, в которых могут быть отображены, например, номер рейса или номер борта, высота полета или другие характеристики. На основании принятых с НК 1 данных в бортовом вычислителе 5 ПО 2 совместно с наземным вычислителем 15 решается задача наличия опасных сближений с соседними ПО 2 с учетом их прогнозируемых положений и возможных маневров, определяется время следующих сеансов связи с получателями информации. По отображаемой на экране бортового блока 8 регистрации данных экипажем ПО 2 при согласии оператора НК 1 при необходимости определяется направление дальнейшего движения.

Тенденции движения соседних ПО 2 при необходимости могут быть отображены на экране собственного бортового блока 8 регистрации данных, а на экране монитора 17 АРМ - всех ПО 2 в районе действия НК 1 с помощью характеризующих предыдущее местоположение ПО 2 отметок, формируемых вычислителями 5 и 15. По мере движения ПО 2 устаревающие отметки стираются. Загрузка в память бортового вычислителя 5 необходимых данных в виде

системной таблицы осуществляется при предстартовой подготовке подвижного объекта 2 через вход/выход 4 аппаратуры наземной сети 3 передачи данных.

При передаче с НК 1 приоритетных сообщений для ПО 2 в соответствии с принятыми в системе радиосвязи с подвижными объектами категориями срочности в формирователе 22 типа ретранслируемых сообщений в заголовке сообщения формируется код запрета передачи других сообщений на время, отводимое для трансляции данных с НК 1 на выбранное ПО 2_i с учетом времени реакции ПО 2 на принятое сообщение и времени задержки в трактах обработки дискретных сигналов. Принимаемая на ПО 2_i информация отображается на экране бортового блока 8 регистрации данных в виде буквенно-цифровых символов или в виде точек и векторов.

Остальные менее приоритетные сообщения в соответствии с протоколом обмена находятся в очереди соответствующей категории срочности. В вычислителях 5 и 15 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.

В обычном режиме с НК 1, когда не требуется ретрансляция сигналов, осуществляется адресный опрос ПО 2 путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. Набираемое оператором (диспетчером) с пульта 18 управления АРМ сообщение отображается на мониторе 17 АРМ и параллельно после прохождения сигнала на НК 1 через вычислитель 15, аппаратуру 14 передачи данных, радиостанцию 13, антенну 12 и на ПО 2 - через бортовые антенну 11, радиостанцию 10, аппаратуру передачи данных 9 поступает в бортовой вычислитель 5, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с адресом ПО 2. Далее сообщение передается в блок 19 анализа типа ретранслируемого сообщения для дешифрации полученного заголовка (служебной части) сообщения и определения режима работы аппаратуры ПО 2. Информационная часть сообщения записывается в память бортового вычислителя 5 и при необходимости выводится на экран блока 8 регистрации данных, который может быть выполнен в виде монитора или другого устройства отображения.

При использовании определенного формата заголовка сообщения с выхода бортовых формирователей 21 типа ретранслируемых сообщений может быть использован режим свободного доступа со стороны других подвижных

объектов 2 или режим выделения временного интервала для организации обмена данными с наземным комплексом 1.

В результате анализа состояния и загрузки каналов радиосвязи в каждом НК 1 определяется число столкновений сообщений, 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 при одновременной передаче сообщений несколькими объектами, в вычислителях 5 и 15 осуществляется контроль несущей при воздействии на радиостанцию преамбулы или заголовка (служебной части сообщений). Подготовленное сообщение с ПО 2 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 вычислителях 5 и 15 формируется псевдослучайная задержка передачи сообщений от подвижных объектов 2 - для каждого ПО 2 своя.

В режиме адресного опроса инициатором связи может быть только НК 1. Если подвижные объекты 2 сформировали для передачи сообщения и обнаружили, что радиоканал свободен, то они информируют остальные подвижные объекты о начале цикла передачи данных, в том числе о своем местоположении, и случайным образом в выделенных им временных слотах распределяют передаваемые сообщения. В каждом из ПО 2 время окончания сигнала несущей частоты в радиоканале и импульсы синхронизации используются для расчета в вычислителе 5 интервала времени собственной передачи и при его начале в ПО 2 осуществляется передача собственного пакета данных.

Сообщения о местоположении ПО 2 и параметрах его движения с выходов приемников 7 и 16 сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS записываются в память вычислителей 5 и 15 с привязкой к глобальному времени. Точная синхронизация слотов, используемых для обмена данными между абонентами системы, и их запланированное использование для передачи известно каждому пользователю по отношению к окружающим пользователям с известными координатами. Распределение слотов по объектам осуществляется в вычислителях 5 и 15 с использованием координат объектов. Чем дальше находится ПО 2 от аэродрома или от зоны интенсивного движения ПО 2, тем меньше ему отводится слотов для передачи данных. Такая

информация позволяет каждому НК 1 организовать высокоэффективное использование канала связи.

В вычислителях 5 и 15 эти данные используются для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ПО. В зависимости от выбранного интервала времени выдачи на НК 1 сообщений о местоположении ПО 2 в вычислителе 5 в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат ПО 2. Это время используется в вычислителе 15 для известной операции построения экстраполяционных отметок от ПО 2 [2, 8]. В аппаратуре передачи данных 9 и 14 осуществляются известные операции: модуляции и демодуляции, кодирования и декодирования, сопряжения с узлами 5, 10, 23 - на ПО 2 и с узлами 15, 13, 26 - на НК 1 и другие.

В ситуации, когда одно или несколько ПО 2 вышли за пределы прямой видимости с НК 1 или не удается организовать с этими ПО 2 обмен данными даже через цепочку, состоящую из (N-1)-го ПО 2, осуществляется переход по взаимно увязанным во времени командам с бортового и наземного вычислителей 5 и 15 на передачу данных с радиолиний связи MB диапазона на введенную радиолинию связи ДКМВ диапазона, состоящую из бортовой радиостанции 23 ДКМВ диапазона, бортовой антенны 24 ДКМВ диапазона, наземной радиостанции 25 ДКМВ диапазона, наземной антенны 26 ДКМВ диапазона. Привязка ко времени этих команд осуществляется с помощью меток глобального времени, поступающих в вычислители 5 и 15 с выходов приемников 7 и 16 сигналов навигационных спутниковых систем.

Для увеличения дальности устойчивой связи с подвижными объектами, находящимися за пределы прямой видимости с НК 1, при использовании радиолинии передачи данных в ДКМВ диапазоне в вычислителях 5 и 15 и аппаратуре передачи данных 9 и 14 используются следующие известные технологии [9]:

- стандартизация пакетного обмена данными на всех уровнях модели взаимодействия открытых систем;

- адаптация системы радиосвязи к изменению условий распространения радиоволн по частоте и по пространственному разнесению;

- автоматизация процедур составления и разрыва линии связи с подвижными объектами;

- динамическое управление частотой при приеме более мощного из нескольких радиосигналов;

- корректирующие коды и методы решающей обратной связи при приеме сообщений с компенсацией задержки, многолучевости, сосредоточенных по спектру помех, доплеровских сдвигов частоты;

- привязка всех абонентов системы к единому глобальному времени;

- адаптация системы радиосвязи по скорости передачи данных, виду модуляции и кодирования.

Благодаря введенной наземной сети 3 передачи данных для каждого из ПО 2, оборудованному ДКМВ радиостанцией с функцией управления ДКМВ радиолинией, осуществляется передача (прием) пакетов данных через сеть наземных комплексов 1, одновременно на нескольких НК 1. В этом случае на ПО 2 определяется НК 1, параметры радиосигналов которого принимаются наиболее устойчиво, и через него начинается обмен данными. В бортовом и наземном вычислителях 5 и 15 хранятся предварительно заложенные таблицы со списками наземных комплексов 1 и наборами назначенных им частот. В бортовом вычислителе 5 заложены также координаты всех НК 1. Каждый НК 1 периодически излучает сигналы управления/синхронизации/связи на всех назначенных ему частотах. Для установления линии связи с НК 1 в бортовом вычислителе 5 ПО 2 автоматически анализируются принимаемые сигналы управления/синхронизации/связи от всех наземных комплексов 1 на всех частотах и выбираются лучшие частоты (например, по отношению сигнал-помеха или величине мощности принимаемого сигнала) и наземные комплексы 1 за счет реализации известного принципа адаптации по частоте и пространству. По измеренному отношению сигнал-помеха, в бортовом вычислителе 5 ПО 2 выбирается скорость передачи данных, а также вид модуляции и кодирования. Оценка отношения сигнал-помеха осуществляется всеми НК 1 и ПО 2 каждый раз при приеме информационного сообщения или сигнала управления/синхронизации/связи. Эта величина сообщается на противоположную сторону в виде рекомендуемой скорости передачи данных. В АПД 9 и 14 при работе на радиостанцию ДКМВ диапазона могут быть использованы известные алгоритмы, например, высокоскоростных адаптивных модемов, рассчитанных на работу в каналах с многолучевостью. Для повышения достоверности приема информации может быть использован помехоустойчивый код, например, циклический.

Таким образом, каждый из ПО 2 может выходить на связь на нескольких рабочих частотах, известных всем участникам движения. В зависимости от важности ПО 2 их число может варьироваться от 2-3 до 6-8. Списки выделенных частот меняются в зависимости от времени года, с учетом сезонных ионосферных изменений. Транспортные системы, связанные с перевозкой пассажиров и стратегических грузов, являются важнейшими, поэтому им отводится большее число рабочих частот, При движении ПО 2 выходит на связь, выбирая для связи тот НК 1, условия распространения радиоволн для связи с которым в данный момент времени являются оптимальными. При этом совсем не обязательно, что выбранный НК 1 был ближайшим. Составленный таким образом канал связи между ПО 2 и получателем (источником) информации, как правило, будет включать канал связи ДКМВ диапазона и наземную сеть 3 передачи данных. С помощью бортового вычислителя 5 ПО 2 и наземного вычислителя 15 постоянно будет выбираться оптимальная рабочая частота на основании моделей ионосферы и распространения радиоволн по данным аппаратных измерений ожидаемого качества связи и анализа сообщений наземных корреспондентов. Этим обеспечивается увеличение дальности обмена данными с ПО 2, находящимися на расстояниях от НК 1 от нескольких сотен до нескольких тысяч километров.

Для увеличения дальности связи с заданной устойчивостью и надежностью кроме изменения диапазона рабочих частот, увеличения мощности передатчика радиостанций 23 и 26 и снижения уровня шумов их приемников, в системе используются известные методы разнесения по частоте, пространственного разнесения, временного разнесения, разнесения многолучевости, адаптивного выравнивания, кодирования с прямой коррекцией ошибок, перемежения для борьбы с эффектами многолучевости, замираний, импульсными шумами. Дальность и надежность связи определяется свойствами ионосферы над районом организации связи, ее корреляционными характеристиками по пространству, частоте и времени. Чем менее коррелированы пути разнесения, тем выше надежность связи. Радиус пространственной корреляции по квазирегулярным параметрам ионосферы (энергетике сигнала, многолучевости) обычно составляет 300-600 км. Поэтому НК 1 разносятся в пространстве на расстояние, превышающее эту величину. Из всех разнесенных в пространстве НК 1 назначается один ведущий, который, кроме рассмотренных выше операций выполняет функцию управления процессами, происходящими в системе. К

функциям управления ведущего НК 1 добавляются операции управления частотой, таблицей состояния регистрации ПО 2, системной таблицей, конфигурацией, качеством передачи данных, обработки сигналов тревоги, дистанционной диагностики. Через вход/выход 4 наземной сети 3 передачи данных обеспечивается интерфейс с расположенными на земле источниками (получателями) информации системы и программирование бортовых вычислителей 5 ПО 2. Синхронизация работы наземной сети 3 передачи данных осуществляется на основе использования всеми абонентами участниками движения единого глобального всемирного координированного времени (UTC), получаемого от существующих объектов глобальной навигационной спутниковой системы.

Для взаимодействия наземных комплексов 1, оконечных пользователей и ПО 2 используется наземная сеть 3 передачи данных. Она может быть реализована различными известными способами, например, при межсетевой работе НК 1 через центры коммутации пакетов в соответствии с протоколом Х.25 [1, 6]. Соединения между НК 1 и центрами коммутации пакетов Х.25 (маршрутизаторами) могут обеспечиваться через специально выделенные или арендуемые каналы связи. Они позволят транслировать сообщение, адресованное пользователем определенному ПО 2 на тот наземный комплекс 1, на котором данный ПО 2 «зарегистрирован», и где в данный момент времени обеспечиваются оптимальные условия приема. Система радиосвязи с ПО 2 работает в автоматическом режиме без вмешательства оператора на выбранных частотах из списка частот, назначенного при планировании связи.

При передаче данных по ДКМВ линии используются, например, короткие пакеты (порядка 200 байт информации) сообщений длительностью, менее, чем 2,2 секунды в заданном временном слоте длительностью 2,5 секунды в соответствии с известным протоколом множественного доступа с временным разделением и резервированием слотов [9]. Этим обеспечивается предотвращение взаимных помех между передачами от наземных комплексов 1 и от многих ПО 2 в одном и том же слоте. В процессе ведения связи обеспечивается обмен данными между бортовым и наземным вычислителями 5 и 15 через соответствующие узлы: 9, 10, 11, 23, 24-на ПО 2 и 14, 13, 12, 26, 25-на НК 1.

На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и соответствующее программное обеспечение заявляемой системы радиосвязи. Узлы 1-22 одинаковые с прототипом. Вводимые узлы 23 и 26 могут быть выполнены на радиостанциях Ягут-К ДКМВ. Вычислители 5 и 15 могут быть

выполнены, например, на плате процессорной 5066-586-133MHz-1 MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems и ЭВМ типа «Багет-01-07» ЮКСУ.466225.001 соответственно. В качестве антенн ДКМВ диапазона для ПО может быть использованы типовые самолетные килевые пазовые антенны типа «Щель», а для НК-типовой полуволновый вибратор.

Запись данных о местоположении выбранного для обмена данными подвижного объекта, параметров его движения и намерений экипажа ПО в наземные вычислители 15, работа одновременно с несколькими НК 1 в ДКМВ диапазоне позволяют увеличить дальность устойчивой связи с подвижными объектами за счет перехода по взаимно увязанной команде с бортового и наземного вычислителей с радиолиний связи MB диапазона на введенную радиолинию связи в ДКМВ диапазоне и обеспечить:

- обмен данными между разнообразными получателями информации и находящимися за пределами радиогоризонта подвижными объектами: морскими и речными судами, автомобилями, самолетами гражданской авиации, поездами, воздушными судами малой авиации и государственной авиации;

- обмен данными по «последней связи» за счет хранения в головном НК 1 и в наземных комплексах, с помощью которых был организован последний для соответствующего ПО 2 сеанс связи. В этом случае запись в наземных вычислителях 15 данных о местоположении ПО, параметров его движения и намерений с привязкой к единому глобальному времени позволит рассчитать экстраполяционные координаты выбранного ПО в заданный момент времени;

- заданные требования по надежности связи с ПО и непрерывность сервиса на основе маршрутизации в наземной сети 3 передачи данных;

- работу одновременно с несколькими НК 1 в ДКМВ диапазоне, эквивалентную проведению операции ионосферного мониторинга для выбора оптимальной рабочей частоты [6, 9].

Сеть разнесенных в пространстве НК 1, соединенных между собой с помощью наземной сети 3 передачи данных, позволяют обеспечить перекрытие Евроазиатского и океанического пространства с высокой системной надежностью и пропускной способностью.

Литература:

1. В.В.Бочкарев, Г.А.Крыжановский, Н.Н.Сухих «Автоматизированное управление движением авиационного транспорта», М., Изд-во «Транспорт», 1999 г.

2. М.Сколник. Введение в технику радиолокационных систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1965. - 747 с.

3. Технические системы и средства, создаваемые для Единой системы организации воздушного движения России. Каталог. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: ОАО «НИИЭИР», 1998. - 159 с.

4. Патент РФ №44907 U1. М. кл. Н 04 В 7/00, 2005 (прототип).

5. В.Строителев. Новости // Новости аэронавигации 2000, №3. С.2-3.

6. Б.И.Кузьмин «Сети и системы цифровой электросвязи», часть 1 «Концепция» ИКАО CNS/ATM. Москва Санкт-Петербург: ОАО «НИИЭР», 1999, 206 с.

7. GPS - глобальная система позиционирования. - М.: ПРИН, 1994, 76 с.

8. Д.С.Конторов, Ю.С.Голубев-Новожилов. Введение в радиолокационную системотехнику. - М.; Сов. Радио, 1971, 367 с.

9. Руководство по ВЧ-линии передачи данных (Doc9741 - AN/962). Издание первое. - ICAO, 2000, 148 с.

Система радиосвязи с подвижными объектами (ПО), состоящая из наземного комплекса (НК), содержащего наземную антенну, радиостанцию, подключенную двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к 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 объектов, в состав каждого из которых входят бортовые датчики, приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, вход/выход которого подключен к двунаправленной шине системы управления подвижным объектом, бортовой вычислитель соединен с входом блока регистрации данных и через последовательно соединенные бортовую аппаратуру передачи данных, бортовую радиостанцию подключен к бортовой антенне, причем передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого ПО, второго ПО и далее до N-го ПО, а передача данных с N-го ПО на НК осуществляется в обратном порядке, отличающаяся тем, что в состав системы дополнительно введена наземная сеть передачи данных с входом/выходом системы, подключенная двухсторонними связями к каждому из М НК, в том числе, к каждому из (М-1)-го введенных разнесенных территориально НК, на каждом ПО введена дополнительно бортовая радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам бортового вычислителя и бортовой аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к введенной бортовой антенне ДКМВ диапазона, а в НК введена наземная радиостанция ДКМВ диапазона, первый и второй входы/выходы которой подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя и наземной аппаратуры передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к введенной наземной антенне ДКМВ диапазона.