Система радиосвязи с подвижными объектами

Авторы патента:

Кейстович Александр Владимирович (RU)

H04B7/26 - из которых по меньшей мере одна передвижная

Полезная модель относится к радиосистемам обмена данными и может быть использована для съема метеоинформации с соответствующих датчиков подвижных объектов (ПО) на наземные комплексы (НК) и соответствующие потребители.

Основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличение объема воздушного пространства с точными метеорологическими данными и расширение функциональных возможностей системы за счет обработки переданной с датчиков ПО информации об основных атмосферных параметрах, расчета размеров, отображения областей и траекторий движения опасных явлений, создания прогнозирующих алгоритмов, выдачи на ПО соответствующих команд на смену их маршрута.

Для реализации этой задачи состав системы введены на подвижном объекте блок хранения характеристик подвижного объекта, в том числе информации метеорологических датчиков ПО, бортовые радиостанция и антенна радиолинии дальней связи, а в наземный комплекс - наземные радиостанция и антенна радиолинии дальней связи, блок хранения программ, вычислитель параметров областей опасных явлений, блок отображения метеоинформации и m подсистем передачи данных.

Полезная модель относится к системам радиосвязи с подвижными объектами (ПО) и может быть использована для передачи через наземные комплексы (НК) метеорологических данных с соответствующих датчиков подвижных объектов, в частности, воздушных судов (ВС) и получателями метеорологической информации системы управления воздушным движением (УВД).

В настоящее время за рубежом широко применяется авиационная система связи, адресации и донесений ACARS. Она обеспечивает вызов на речевую связь и передачу данных [1-4, 6, 7] и состоит из бортового и наземного комплексов связи. Бортовой блок управления и связи представляет собой процессор. Основным каналом обмена текущей информацией является MB канал (канал диапазона метровых волн). Организацию обмена информацией между наземными службами гражданской авиации и бортовыми системами осуществляет наземный комплекс. Он опрашивает воздушные суда, находящиеся в зоне прямой видимости, и собирает с них необходимую информацию, в том числе по запросу и метеосообщения. 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, 2].

К недостаткам представленной системы следует отнести невозможность обмена метеорологическими данными между бортовым радиоэлектронным оборудованием воздушных судов и наземными службами, выдачи этими службами соответствующих команд на ВС без введения дополнительного оборудования, хотя на борту каждого ВС установлены метеодатчики [3, 4].

Наиболее близким по назначению и большинству существенных признаков является система радиосвязи с подвижными объектами [5], 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 наземный вычислитель на базе ПЭВМ,

где в соответствии с принятым в системе протоколом обмена, осуществляется 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 ВС выводится на экран монитора наземного АРМ. В наземном 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 один из ВС, который назначается ретранслятором сообщений. По результатам анализа местоположения и параметров движения остальных ВС определяются оптимальные пути доставки сообщений удаленному от НК за радиогоризонт выбранному воздушному судну. Сообщение от НК через последовательную цепочку, состоящую из (N-1) ВС, 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 воздушных судов, обеспечивающих заданный трафик сообщения. Принятые на ВС 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 соседнее воздушное судно.

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 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 ВС. 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 «диспетчер-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 ВС 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 ВС. Принятые на НК навигационные сообщения от всех ВС обрабатываются в вычислителе и выводятся на экран монитора АРМ.

Однако прототипу присущи недостатки, связанные с малым объемом охватываемого метеорологическими измерениями пространства из-за наличия ограничений поля радиосвязи MB диапазона прямой видимостью и отсутствием обработки переданных с ПО данных об основных атмосферных параметрах, в том числе влияющих на поведение вихревых следов, точность расчетов и достоверность отображения областей опасных явлений. Эти параметры необходимы для функционирования прогнозирующих алгоритмов в зонах ответственности районных и районно-аэродромных центров, выдачи на ПО команд на смену маршрута для повышения безопасности воздушного движения.

Таким образом, основной технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличение объема воздушного пространства с точными метеорологическими данными и расширение функциональных возможностей системы за счет обработки переданных с ПО данных с бортовых датчиков основных атмосферных параметров, расчета размеров, отображения областей и траекторий движения опасных явлений, создания прогнозирующих алгоритмов, выдачи на ПО соответствующих команд на смену их маршрута.

Указанный технический результат достигается тем, что в систему радиосвязи с подвижными объектами, состоящую из наземного комплекса, содержащего наземные первую антенну, первую 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, блок анализа 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, первую бортовую радиостанцию подключен к первой 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 введены блок хранения характеристик ПО, в том числе информации метеорологических датчиков подвижных объектов, вход/выход которого подключен двухсторонними связями к соответствующему входу/выходу бортового вычислителя, вторая бортовая радиостанция, 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 второй бортовой антенне, а в НК введены вторая наземная радиостанция, 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 второй наземной антенне, блок хранения программ, вход/выход которого подключен двухсторонними связями к соответствующему входу/выходу наземного вычислителя, вычислитель параметров областей опасных явлений, первый и второй входы/выходы которого подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя и m подсистемам передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к введенному блоку отображения метеоинформации, входы/выходы m подсистем передачи данных являются входами/выходами наземного комплекса.

На фигуре представлена структурная схема системы радиосвязи с подвижными объектами, где обозначено:

1 - наземный комплекс;

2 - подвижный объект, например, воздушное судно;

3 - бортовой вычислитель;

4 - бортовые датчики;

5 - бортовой приемник сигналов навигационных спутниковых систем;

6 - блок регистрации данных;

7 - бортовая аппаратура передачи данных;

8 - первая бортовая радиостанция;

9 - первая бортовая антенна;

10 - первая наземная антенна;

11 - первая наземная радиостанция;

12 - наземная аппаратура передачи данных;

13 - наземный вычислитель;

14 - наземный приемник сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS;

15 - монитор АРМ;

16 - пульт управления АРМ;

17 - блок анализа типа принимаемых сообщений;

18 -двунаправленная шина системы управления подвижным объектом, например, воздушным судном;

19 - бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений;

20 - наземный формирователь типа ретранслируемых сообщений;

21 - блок хранения характеристик ПО, в том числе информации метеорологических датчиков подвижного объекта 2;

22 - блок хранения программ;

23 - вторая бортовая радиостанция, например, ДКМВ диапазона;

24 - вторая бортовая антенна, например, ДКМВ диапазона;

25 - вторая наземная антенна, например, ДКМВ диапазона;

26 - вторая наземная радиостанция, например, ДКМВ диапазона;

27 - вычислитель параметров областей опасных явлений;

28 - блок отображения метеоинформации;

29 - m подсистем передачи данных;

30 - входы/выходы наземного комплекса 1.

Алгоритм работы системы может быть, например, следующий. После обнаружения области с неблагоприятной метеорологической обстановкой подвижный

объект (условно №1) посылает информацию со своих бортовых датчиков 4 на НК 1 в текущей зоне обслуживания. Сообщения принимаются первой наземной радиостанцией 10 соответствующего диапазона. Если сообщение принято без ошибок, то наземный вычислитель 13 передает сообщение на вход вычислителя 27 параметров областей опасных явлений. После обработки данная информация передается на блок 28 отображения метеоинформации, расположенный рядом с монитором 15 АРМ диспетчера. Исходя из полученных данных диспетчер, вводит коррективы в маршруты движения других ПО 2, трассы которых проходят через область с опасными метеорологическими явлениями. Затем данная информация соответствующим образом кодируется и возвращается на борт ПО №1. Информация об области с неблагоприятной метеорологической обстановкой передается с ПО №1 на НК 1 постоянно, что позволяет отследить поведение этой области. Используя получаемые данные, вычислитель 27 параметров областей опасных явлений выводит текущую и прогнозируемую информацию о неблагоприятном участке (характер движения, оценка опасности и прочее) на блок 28 отображения метеоинформации и через n и m подсистем 29 передачи данных п потребителям информации, в том числе и на соседние НК. Имея эти данные, диспетчер вносит коррективы в маршруты движения других ПО для обхода неблагоприятной зоны. Это позволит смежным наземным комплексам 1 отследить характер изменения метеоусловий и вовремя скорректировать маршруты движения обслуживаемых ими ПО.

Передача метеоданных с блока 21 хранения характеристик ПО на НК 1 по радиолинии MB диапазона, состоящей из последовательно соединенных первой бортовой радиостанции 8, первых бортовой и наземной антенн 9 и 10, первой наземной радиостанции 11, осуществляется 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 через цепочку, состоящую из (N-1)-го ПО 2. В таком случае осуществляется переход по взаимно увязанным командам с бортового и наземного вычислителей 3 и 13 на передачу данных с радиолиний связи MB диапазона на вторую введенную радиолинию связи, например, ДКМВ диапазона, состоящую из последовательно соединенных второй бортовой радиостанции 23, вторых бортовой и наземной антенн 24 и 25, второй наземной радиостанции 26. В этой радиолинии для достижения 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 или резервированного доступа.

Система радиосвязи с подвижными объектами работает следующим образом. Во время движения подвижные объекты, находящиеся в пределах радиогоризонта, обмениваются навигационными и метеорологическими данными (при наличии соответствующей команды о заключении контракта на время обслуживания с НК 1) по радиолинии связи (цепочка узлов 8, 9, 10 и 11) с наземным комплексом 1. Принимаемые первой наземной радиостанцией 11 из канала «воздух - земля» сообщения через аппаратуру 12 передачи данных поступают в наземный вычислитель 13, который может быть выполнен, например, на базе серийной ПЭВМ. В нем в соответствии с принятым в системе протоколом обмена проводится идентификация принятого в сообщении адреса с адресами подвижных объектов 2, хранящимися в памяти наземного вычислителя 13. При совпадении адреса подвижного объекта 2 с хранящимся в списке адресом информация о местоположении, параметрах движения ПО 2_i, (географические координаты, высота и скорость движения) и состоянии его датчиков, в том числе информация метеорологических датчиков ПО 2, запоминается в блоке 21 хранения характеристик ПО 2. На основании этих полученных сведений и других (m-n) источников метеорологических данных, полученных по (m-n) подсистемам 29 передачи данных, в наземном вычислителе 13 решаются задачи слежения за положением ПО 2, обеспечения постоянной радиосвязи со всеми N ПО 2 и хранения соответствующих метеоданных. Сведения о точном местонахождении (широта, долгота, высота) и параметрах движения всех ПО 2, показания их метеорологических датчиков с привязкой к глобальному времени и координатам поступают в вычислитель 27 параметров областей опасных явлений, в котором осуществляются известные операции [3, 4] обработки переданных с ПО 2 измерений основных атмосферных параметров, в том числе влияющих на поведение вихревых следов, правильность расчета и отображения областей опасных явлений и необходимых для функционирования прогнозирующих алгоритмов, например, в зонах ответственности районных и районно-аэродромных центров, выдачи на ПО 2 соответствующих команд на смену маршрута для повышения безопасности движения. Полученная метеорологическая информация отображается на отдельном блоке 28 отображения метеоинформации,

чтобы не мешать диспетчеру по отображаемой на экране монитора 17 АРМ НК 1 обстановке решать задачи обеспечения безопасности движения. Вывод данных на экраны монитора 17 АРМ и блока 28 отображения метеоинформации в НК 1 осуществляется в виде, удобном для восприятия диспетчера. В системе для обеспечения безопасности движения в контрактном режиме или по запросу осуществляется периодическая передача докладов в виде цифровых сообщений по маршруту движения от бортовых датчиков 4 ПО 2, (в том числе метеоинформации), на НК 1. Предлагаемая система позволяет обеспечить сбор, обработку и отображение на блоках 28 отображения метеоинформации следующих метеорологических данных:

- действительных и прогнозируемых метеорологических условий, штормового предупреждения, данных коррекции прогнозов, например, для главных и запасных аэродромов центра УВД, аэродромов посадки и международных аэродромов;

- прогноза ветра и температуры воздуха, например, в слоях воздушного пространства, с соответствующих датчиков ПО 2 для зоны обслуживания НК 1, на маршруте и в аэродромной зоне;

- предупреждения на маршруте и в зоне действия смежных НК 1, включая метеорологическое сообщение об опасных явлениях.

При выходе за пределы радиогоризонта или приближении к границе зоны устойчивой радиосвязи, хотя бы одного из ПО 2, находящегося в районе, в котором необходимо уточнить метеорологическую обстановку, программно с помощью соответствующих бортовых и наземного вычислителей 3_i и 13 определяется, один из ПО 2, который назначается ретранслятором метеосообщений. При постоянном изменении дальности между подвижным объектом 2 и НК 1 в качестве ретранслятора в течение определенного времени может быть назначен любой из N ПО 2, местоположение которого известно и оптимально по отношению к НК 1 и остальным ПО 2, с датчиков которых требуется снять метеоинформацию. По анализу местоположения и параметров движения остальных ПО 2 определяются оптимальные пути доставки соответствующей команды удаленному от НК 1 за радиогоризонт подвижному объекту 2_N. Команда от НК 1 через последовательную цепочку, состоящую из (N-1)-го ПО 2, может быть доставлена N-му ПО 2_N. Для этого на НК 1 в формирователе 20 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 17 анализа типа сообщений. Если сообщение предназначено для данного ПО 2, то после анализа решается вопрос о направлении данных на блок 21 хранения характеристик ПО для съема с него показаний метеорологических датчиков с привязкой ко времени, координатам и номеру ПО 2 и по двунаправленной шине 18 на систему управления ПО 2, не указанную на фигуре, 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 «диспетчер-пилот», особенно при наличии потенциально конфликтной ситуации, экипаж должен полностью выполнять команды диспетчера НК 1, имеющего больший объем информации в своей зоне ответственности. Для этого с НК 1 диспетчером посылается на ПО 2 соответствующее сообщение (команда), которое отображается на экране бортового блока 8 регистрации данных в виде понятной экипажу отметки или формуляра. На основании принятых с НК 1 данных в бортовом вычислителе 3 ПО 2 и в наземном вычислителе 13 решается задача наличия опасных сближений с соседними ПО 2 и опасными атмосферными явлениями с учетом их прогнозируемых положений и возможных маневров, определяется время следующих сеансов связи с получателями информации по входам/выходам 30 НК 1. По отображаемой на экране бортового блока 8 регистрации данных экипажем ПО 2 при согласии диспетчера НК 1 определяются направление дальнейшего движения и действия по уточнению метеорологической обстановки.

Тенденции движения соседних ПО 2 при необходимости могут быть отображены на экране собственного бортового блока 6 регистрации данных, на экране монитора 15 АРМ - всех ПО 2 в районе действия НК 1 с помощью формируемых вычислителями 3, 13 отметок, характеризующих предыдущее местоположение ПО 2, а на экране блока 28 обеспечивается отображение соответствующей метеообстановки, формируемой вычислителем 27. По мере движения ПО 2 устаревающие отметки о местоположении ПО 2 стираются и обновляются, а метеорологическая картинка ввиду меньшей подверженности изменениям дополняется новыми данными с датчиков ПО 2 и (m-n) источников метеоданных. Выдача необходимых данных, например, в виде системной таблицы или карты метеопрогноза, с наземного комплекса 1 n получателям метеоинформации осуществляется с блока

22 хранения программ через последовательно соединенные вычислитель 13, вычислитель 27 параметров областей опасных явлений, n подсистем 29 передачи данных и через n из m входов/выходов 30.

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. Автоматическая передача с НК 1 информации о погодных условиях осуществляется с целью предоставления экипажу текущей обстановки, обеспечивающей, например, бесконфликтное самолетовождение с отображением плана полета на блоке 6 регистрации данных на фоне движущейся карты. Отображение опасных метеоявлений по трассе движения в виде цветных границ областей экрана индикатора осуществляется с учетом тенденции его движения. Цвет выделенной границы области соответствует степени угрозы ПО 2, находящемуся в районе с опасным метеоявлением. Наличие метеоданных от различных источников информации позволяет в вычислителе 27 параметров областей опасных явлений провести автоматический расчет для отображения планируемых пространственно - временных траекторий движения ПО 2. Для предсказания метеообстановки в зоне управления НК 1 организуется автоматический обмен метеоданными между смежными наземными комплексами 1.

В вычислителях 3, 13 и 27 определяется время «старения» информации, и, если сообщение в течение определенного промежутка времени не было передано в канал связи, то оно обновляется. В вычислителе 27 параметров областей опасных явлений решаются задачи:

- пересчета к единой системе координат системы управления движением объединенных контуров зон опасных метеорологических явлений с прогнозом их перемещения;

- обработки текущей метеоинформации с бортовых датчиков 4 и других источников метеоданных;

- учета зон и прогноза перемещения опасных явлений погоды (гроза, болтанка, обледенение, турбулентность при ясном небе, вертикальный сдвиг ветра) на основе прогностических данных внешних источников метеоинформации;

- штормовых оповещений по потребителям метеоинформации;

- предоставления данных о фактической и прогнозируемой погоде, например, по основным и запасным аэродромам;

- предотвращения опасных ситуаций, связанных с попаданием ПО 2, например, самолетов в спутные следы, их столкновений с генераторами вихревых следов и землей путем индикации соответствующей информации на информационно-управляющем поле монитора 15 АРМ диспетчера;

- предупреждения экипажей ПО 2 и соответствующих потребителей информации путем передачи соответствующих данных;

- непрерывной коррекции прогнозов погоды.

Бортовыми датчиками 4 при движении ПО 2 осуществляется постоянно, например, измерение основных атмосферных параметров, в том числе влияющих на формирование вихревых следов и функционирование прогнозирующих алгоритмов в зонах ответственности НК 1:

- трех составляющих вектора скорости ветра;

- давления;

- температуры;

- турбулентности атмосферы;

- пространственных координат осей вихревых жгутов;

- скорости циркуляции вихревых жгутов.

При прогнозировании учитываются следующие параметры каждого ПО 2:

- координаты центра масс ПО 2 в инерциальной системе координат;

- проекции скорости ПО 2 относительно земли в инерциальной системе координат;

- углы атаки и скольжения, например, для ВС;

- проекции угловой скорости в связанной с ПО 2 системе координат;

- углы отклонения органов управления и механизации, например, крыла;

- масса ПО 2.

В обычном режиме с НК 1, когда не требуется ретрансляция сигналов, осуществляется адресный запрос метеоданных в контрактном режиме с блока 21 хранения характеристик ПО 2 путем формирования сообщения для передачи в канал радиосвязи в соответствии с протоколом обмена. Набираемое диспетчером с пульта 16 управления АРМ сообщение отображается на мониторе 15 АРМ и после прохождения сигнала на НК 1 через вычислитель 13, аппаратуру 12 передачи данных, первую наземную радиостанцию 11, первую наземную антенну 10 и на ПО 2 - через бортовые первую антенну 9, первую радиостанцию 8, аппаратуру 7 передачи данных поступает в бортовой вычислитель 3, где происходит идентификация принятого в сообщении адреса с адресом ПО 2. Далее сообщение передается в блок 17 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 3 и при необходимости выводится на экран блока 6 регистрации данных, который может быть выполнен, например, 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.

Для того, чтобы избежать столкновений в радиоканале связи при одновременной передаче сообщений несколькими объектами, в вычислителях 3 и 13 может осуществляться, например, контроль несущей при воздействии на радиостанции 8 и 11 преамбулы или заголовка (служебной части сообщений). В этом случае подготовленное сообщение с ПО 2 передается только тогда, когда радиоканал свободен. Для того, чтобы разнести во времени моменты выхода на связь подвижных объектов при обнаружении, что радиоканал занят, в вычислителях 3 и 13 может быть сформирована, например, псевдослучайная задержка передачи сообщений от подвижных объектов 2 - для каждого ПО 2 своя.

В режиме адресного опроса ПО 2 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 2 о начале цикла передачи данных, в том числе о своем местоположении, и случайным образом или в выделенных им временных слотах передают сообщения. В каждом из ПО 2 время окончания сигнала несущей частоты в радиоканале и импульсы синхронизации бортового приемника 5 сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS используются в вычислителе 3 для расчета 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 5 и 14 сигналов навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS записываются в память вычислителей 3 и 13 с привязкой к глобальному

времени. Точная синхронизация слотов, используемых для обмена данными между абонентами системы, и их запланированный интервал времени для передачи известен каждому пользователю по отношению к окружающим абонентам с известными координатами. Распределение слотов между ПО 2 и НК 1 осуществляется в вычислителях 3 и 13 с использованием координат объектов. Чем дальше находится ПО 2 от зоны интенсивного движения или области опасного атмосферного явления, тем меньше ему отводится слотов для передачи данных. Такая информация позволяет каждому НК 1 организовать высокоэффективное использование радиоканалов связи и повысить безопасность движения независимо от окружающей метеообстановки.

В вычислителях 3 и 13 эти данные используются для расчета навигационных характеристик и параметров движения каждого ПО. При наличии соответствующего запроса в зависимости от выбранного интервала времени выдачи на НК 1 сообщений о местоположении и информации с метеодатчиков ПО 2 в вычислителе 3 в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат и показаний датчиков ПО 2. Это время используется также в вычислителе 13 для известной операции построения экстраполяционных отметок от ПО 2 [2, 8]. В аппаратуре передачи данных 7 и 12 осуществляются известные операции: модуляции и демодуляции, кодирования и декодирования, сопряжения с узлами 3, 8, 23 - на ПО 2 и с узлами 13, 11, 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 (М-1)-го ПО 2, осуществляется переход по взаимно увязанным во времени командам с бортового и наземного вычислителей 3 и 13 на передачу данных с радиолиний связи прямой видимости, например, MB диапазона на введенную радиолинию дальней связи, например, ДКМВ диапазона или спутниковой связи, состоящую из второй бортовой радиостанции 23, второй бортовой антенны 24, второй наземной радиостанции 26, второй наземной антенны 25. Привязка ко времени этих команд осуществляется с помощью меток глобального времени, поступающих в вычислители 3 и 13 с выходов приемников 5 и 14 сигналов навигационных спутниковых систем соответственно.

Для увеличения объема обслуживаемого пространства с точными метеорологическими данными в радиолинии передачи данных, например, в ДКМВ диапазоне

кроме процедур, применяемых в радиолинии прямой видимости, например, MB диапазона, в вычислителях 3 и 13 и аппаратуре передачи данных 7 и 12 используются следующие известные технологии [10]:

- 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 2;

- 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.

При передаче данных, например, по ДКМВ радиолинии используются 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 нескольких 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 3 и 13 через соответствующие узлы: 7, 8, 9, 23, 24-на ПО 2 и 10, 11, 12, 25, 26-на НК 1.

В бортовых и наземном вычислителях 3 и 13 хранятся предварительно заложенные таблицы с наборами назначенных НК 1 и ПО 2 частот. НК 1 периодически излучает сигналы управления/синхронизации/связи на всех назначенных ему частотах. Для установления линии связи с НК 1 в бортовом вычислителе 3 ПО 2 автоматически анализируются принимаемые сигналы управления/синхронизации/связи от НК 1 на всех частотах и выбираются лучшие частоты, например, по отношению сигнал-помеха или величине мощности принимаемого сигнала. По измеренному отношению сигнал-помеха в бортовом вычислителе 3

ПО 2 выбирается скорость передачи данных, а также вид модуляции и кодирования. Оценка отношения сигнал-помеха осуществляется наземным комплексом 1 и всеми 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 аппаратуре передачи данных 7 и 12 при работе на вторые радиостанции 23 и 26 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, например в ДКМВ диапазоне, и при запросе передавать метеоданные на нескольких рабочих частотах, известных всем участникам движения. 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, Составленный канал связи между источником (ПО 2) и n потребителями метеоинформации с НК 1, как правило, будет включать радиоканал дальней связи, например, ДКМВ диапазона, блок 22 хранения программ, в том числе карты метеопрогноза, и n из m подсистем 29 передачи данных. С помощью бортового вычислителя 3 ПО 2 и наземного вычислителя 13 постоянно будет выбираться оптимальная рабочая частота на основании моделей ионосферы и распространения радиоволн, по данным аппаратных измерений ожидаемого качества связи. Этим обеспечивается увеличение дальности приема метеоданных с датчиков ПО 2, находящихся от НК 1 на расстояниях от нескольких сотен до нескольких тысяч километров.

На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и соответствующее программное обеспечение заявляемой системы радиосвязи. Узлы 1-20 одинаковые с прототипом. Вводимые узлы 23 и 26 могут быть выполнены на радиостанциях Ягут-К-ДКМВ. Вычислители 3, 13 и 27 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. Блоки 21, и 27 могут быть реализованы программно, аналогично вычислителям 3,13 соответственно. В качестве антенн 24 и 25, например, для ДКМВ диапазона

для ПО 2 может быть использованы типовые самолетные килевые пазовые антенны типа «Щель», а для НК - типовой полуволновый вибратор. Подсистемы 29 передачи данных могут быть выполнены, например, на модемах марки ZyZEL U-336S. Блок 28 отображения метеоинформации может быть реализован на мониторах марки Samsung.

Введение блоков 21, 22, 27, 28, 29 позволяет расширить функциональные возможности системы за счет обработки и расчета атмосферных параметров в вычислителе 27 параметров областей опасных явлений метеоданных, хранимых после снятия с бортовых датчиков 4 в блоке 21 хранения характеристик ПО 2, отображения на экране блока 28 в удобном для диспетчера виде, например, контуров областей опасных явлений, траекторий вихревых следов и других опасных явлений. Точность метеопрогноза увеличивается за счет комплексирования дополнительных (m-n) источников метеорологической информации. На основе анализа и расчетов атмосферных параметров с помощью вычислителей 13 и 27 появилась возможность создания прогнозирующих алгоритмов и выдачи диспетчером на ПО 2 команд на смену маршрута при наличии на их трассе движения опасных явлений.

Запись данных о местоположении выбранного для обмена данными подвижного объекта, параметров его движения в наземные вычислители 13, позволяют увеличить дальность устойчивой связи с подвижными объектами и съема с ПО 2 метеоинформации за счет перехода по взаимно увязанной команде с радиолиний связи прямой видимости на введенную радиолинию дальней связи и обеспечить:

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

- заданные требования по надежности связи с ПО и непрерывность получения метеоданных в районах, где находятся ПО 2, связанные с НК 1.

Использование системы радиосвязи с подвижными объектами позволяет увеличить точность метеопрогноза. Оперативность его получения и постоянное обновление этих данных позволяет своевременно корректировать ошибки в расчетах трасс и режимов движения ПО, что особенно важно, например, при использовании концепции «свободного полета». Внедрение этой системы позволит, например

для авиации, выработать оптимальные бесконфликтные разрешения для обеспечения возможных топливо сберегающих трасс полетов и определения оптимальных маршрутов с учетом изменяющихся метеоусловий.

Литература:

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

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

3. Метеорология, методы и средства наблюдений. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.

4. Справочник диспетчера ОВД. «Метеорологическое обеспечение при ОрВД» М.: «ГС ГА», 2001. 75 с.

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

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

7. Б.И.Кузьмин Сети и системы цифровой электросвязи, часть 3 «Авиационная электросвязь в условиях реализации «Концепции ИКАО - ИАТА CNS/ATM» в Российской Федерации. Москва Санкт-Петербург: ОАО «НИИЭР», 2003, 480 с.

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

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

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

Система радиосвязи с подвижными объектами, состоящая из наземного комплекса, содержащего наземные первую антенну, первую 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 (ПО), в состав каждого из которых входят бортовые датчики, приемник сигналов навигационных спутниковых систем, блок анализа 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 ПО, бортовой вычислитель соединен с входом блока регистрации данных и через последовательно соединенные бортовую аппаратуру передачи данных, первую бортовую радиостанцию подключен к первой бортовой антенне, причем передача данных с наземного комплекса (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 введены на подвижном объекте блок хранения характеристик ПО, в том числе информации метеорологических датчиков подвижных объектов, вход/выход которого подключен двухсторонними связями к соответствующему входу/выходу бортового вычислителя, вторая бортовая радиостанция, 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 второй бортовой антенне, а в НК введены вторая наземная радиостанция, 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 второй наземной антенне, блок хранения программ, вход/выход которого подключен двухсторонними связями к соответствующему входу/выходу наземного вычислителя, вычислитель входу/выходу наземного вычислителя, вычислитель параметров областей опасных явлений, первый и второй входы/выходы которого подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам наземного вычислителя и m подсистемам передачи данных соответственно, а третий вход/выход - к введенному блоку отображения метеоинформации, входы/выходы m подсистемы передачи данных являются входами/выходами наземного комплекса, где m - общее число потребителей и источников метеоинформации.