Система и способ авиационной радиосвязи

Изобретение относится к области авиационной радиосвязи между летательными аппаратами, выполняющими единую для всех тактическую задачу, и наземным командным пунктом. Система предназначена для обеспечения высокоскоростного обмена информацией как между летательными аппаратами (ЛА), так и между ЛА и наземным командным пунктом (НКП). Техническим результатом является повышение эффективности управления групп ЛА с НКП на основании полученной информации мониторинга и координат ЛА. Настоящее изобретение представляет собой радиосистему, которая состоит из бортовой и наземной аппаратуры. В данной системе организуются следующие режимы радиосвязи: дежурный пассивный режим, рабочие режимы передачи информации между ЛА и НКП, а также между отдельными ЛА. При проведении радиосвязи обеспечивается пеленгация ЛА и соответствующее взаимное наведение направленных антенн. В режиме организации радиосвязи обеспечивается передача координат ЛА, в соответствии с которыми осуществляется первоначальное наведение направленных антенн летательного аппарата передающего и принимающего информацию. 2 н. и 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи между летательными аппаратами, выполняющими единую для всех тактическую задачу, и наземным командным пунктом. Система предназначена для передачи с высокой скоростью информации между летательными аппаратами (ЛА) и между ЛА и наземным командным пунктом (НКП).

В настоящее время известны различные системы радиосвязи между ЛА и НКП, используемых для решения различных тактических задач. Широко распространенными являются системы двухсторонней радиосвязи как между отдельными ЛА, так и между ЛА и НКП, предназначенные для передачи низкоскоростных сигналов и команд управления как в военной, так и в гражданской авиации. Большинство таких радиостанций работает в диапазоне частот 220-400 МГц со скоростью передачи до 32 Кбит/, используя при этом слабонаправленные бортовые и наземные антенны.

Известна узкоспециализированная навигационная радиосистема типа «ДЖИТИДС» (Журнал «Зарубежная радиоэлектроника», 1988, №5, 1991, №5), основанная на применении специального протокола обмена информацией, которая обеспечивает работу с несколькими подвижными объектами. В данной системе подвижные объекты являются пользователями навигационной информации, получаемой с командного пункта. Все пользователи навигационной информации подразделяются на основных и второстепенных, при этом основные пользователи осуществляют временную синхронизацию в активном режиме, в то время как второстепенные - в пассивном режиме. Независимо от своего статуса пользователи определяют свое местоположение в координатной сетке: геодезические координаты и относительный азимут. Скорость передачи сообщений в этой системе может быть переменной и определяется системой приоритетов. Принципы сигналообразования, заложенные в системе «ДЖИТИДС», рассчитаны на наихудшие условия постановки помех, что приводит к снижению скорости передачи информации примерно до 16 Кбит/с. Связь между отдельными ЛА отсутствует и осуществляется только через НКП.

Наиболее близким техническим решением является система радиосвязи с подвижными объектами по заявке РФ № RU 2005130586, Н04В (прототип), состоящая из наземного комплекса (НК), включающего наземную антенну, радиостанцию, подключенную двухсторонними связями через аппаратуру передачи данных к соответствующему первому входу/выходу вычислителя автоматизированного рабочего места (АРМ), первый вход которого подключен к приемнику сигналов навигационных спутниковых систем, второй вход - к пульту управления АРМ, а выход - к монитору АРМ, формирователь типа ретранслируемых сообщений, соединенный с соответствующим входом вычислителя АРМ, N подвижных воздушных объектов (ВО), в состав каждого из которых входят бортовые датчики, бортовые приемник сигналов навигационных спутниковых систем, анализатор типа принимаемых сообщений и бортовой формирователь типа ретранслируемых сообщений, каждый из которых соединен с соответствующими входами бортового вычислителя, выход которого подключен к входу блока регистрации данных, а вход/выход - к двунаправленной шине системы управления подвижным воздушным объектом, бортовой вычислитель через последовательно соединенные бортовые аппаратуру передачи данных и радиостанцию подключен к бортовой антенне, причем передача данных с НК обеспечивается по цепочке последовательно соединенных первого подвижного воздушного объекта, второго ВО и далее до N-го ВО, а передача данных с N-го ВО на НК осуществляется в обратном порядке, последнее и является недостатком данной системы. Нарушение или выход из строя одного из звеньев (летательного аппарата) выводит из строя всю систему в целом, для исключения этого в системе радиосвязи по заявке № RU 2005130586 требуется отслеживание горизонтальной направленности антенн каждого летательного аппарата и для чего дополнительно введены специальные блоки радиоаппратуры.

Целью заявленного изобретения является обеспечение скрытного и помехозащищенного обмена цифровой информацией мониторинга (изображениями земной поверхности в видимом и радиолокационном диапазонах длин волн, данными радио и радиотехнической разведки) с мегабитными скоростями передачи информации вплоть до n×16 Мбит/с, где n=0.5, 1, 2,…16, а также низкоскоростными сигналами координат ЛА и команд управления в сети связи между отдельными ЛА в группе и обмен информацией мониторинга между ЛА и НКП и управление отдельными ЛА с НКП. Заложенные принципы формирования радиосети позволяют осуществить совместную обработку информации мониторинга от всех ЛА группы в НКП и оптимизацию действий отдельных ЛА в группе, что повышает эффективность управления групп ЛА с НКП на основании полученной информации мониторинга и координат ЛА.

На чертеже изображена блок-схема системы радиосвязи согласно настоящему изобретению.

Заявляемая радиосистема состоит из бортовой и наземной аппаратуры. Бортовая аппаратура включает источник информации мониторинга (1), приемник сигналов навигационной спутниковой системы (2), выходы которых через коммутатор (3) подключаются при передаче к блоку цифрового модема (4), включающему алгоритмы модуляции и демодуляции псевдошумового сигнала (ПШС), один выход/вход которого двухсторонними связями подключен к блоку записи и хранения информации (5), второй выход - к монитору (6), третий выход - к блоку пеленгации (7), а четвертый выход/вход подключается через антенный коммутатор (8) либо к слабонаправленной приемно-передающей антенне (9), либо к направленной передающей (10), либо к направленной приемной антенне (11), диаграммы направленности которых направляются в сторону НКП или другого ЛА блоком цифрового управления (12).

В наземной аппаратуре, состоящей из передающей направленной антенны (13) и направленной в сторону ЛА приемной антенны (14), блоков управления (15) и пеленгации (16), выходы всех антенн, включая слабонаправленную приемно-передающую (17), подключены через антенный коммутатор (18) к блоку цифрового модема (19), связанному двухсторонними связями с компьютером рабочего места оператора (20), с блоком записи и хранения (21) и монитором (22). При передаче информации от одного ЛА к другому в приемной части используется аппаратура ЛА, рассмотренная выше.

Радиосистема работает в одном из двух режимов. Один режим - пассивный мониторинг. В этом случае первоначально сигнал с выхода источника информации мониторинга (1) через интерфейс блока цифрового модема (4) поступает в блок записи и хранения (5) и одновременно просматривается оператором на мониторе (6). В случае обнаружения важной для получателя информации радиолиния переключается в режим организации связи.

В другом режиме ЛА - инициатор связи в закрепленном за ним радиоканале передает со скоростью до 16 Кбит/с цифровой сигнал вызова, включающий адрес вызываемого абонента и сигнал собственных координат, формируемый в приемнике сигналов GPS-Глонасс (2) и подаваемый через коммутатор (3) в блок цифрового модема (4), программное обеспечение которого реализует необходимые алгоритмы кодирования, формирование псевдошумового сигнала (ПШС) с большой базой для обеспечения помехозащиты и скрытности работы радиолиний, формирование синхросигналов, фазовую модуляцию колебания промежуточной частоты. Антенный коммутатор (8) подключает слабонаправленную передающую антенну, включающую преобразователь частоты сигнала в сантиметровый диапазон волн и излучатель, обеспечивающий всенаправленное излучение в азимутальной плоскости и направленное излучение в угломестной плоскости с учетом угловых эволюций ЛА. Аналогичная аппаратура используется на всех ЛА.

Режим организации связи является низкоскоростным режимом управления сетью связи и обмена координатной информацией ЛА, при котором слабонаправленные приемные антенны всех ЛА (9) и НКП (17) подключены посредством соответствующих бортовых и наземных антенных коммутаторов к цифровым модемам. При организации связи с НКП сигнал с выхода антенны (17) на промежуточной частоте поступает в блок цифрового модема (19), осуществляющего демодуляцию и декодирование принятого сигнала. После выделения сигнала адреса в блоке (19) формируется сигнал квитанции, подтверждающий (или запрещающий) вызов и содержащий адрес ЛА - инициатора связи.

При организации связи в радиолинии "ЛА-ЛА" сигнал обрабатывается аналогичным образом. После выделения адреса в блоке цифрового модема (4) вызываемого ЛА формируется сигнал квитанции, содержащий, помимо адреса ЛА - инициатора связи, координаты вызываемого ЛА.

Координаты неподвижного НКП известны всем ЛА заранее и не передаются. Одновременно на основании сигналов координат ЛА - инициатора связи, выделенных при демодуляции сигнала вызова, блок управления диаграммой направленности антенной наводит направленную приемную антенну (14) НКП или (11) ЛА в направлении на ЛА - инициатор связи.

Сформированный сигнал квитанции с координатами ЛА передается в закрепленном радиоканале и выделяется получающим его ЛА - инициатором связи в соответствии с сигналом адреса.

В радиолинии используется поочередная во времени передача и прием сообщений слабонаправленными антеннами ЛА. Сигнал квитанции с выхода слабонаправленной приемной антенны ЛА - инициатора связи через антенный коммутатор поступает со скоростью до 16 Кбит/с в блок цифрового модема. На основании выделенного в блоке (4) сигнала координат ЛА блок цифрового управления (12) направляет направленную передающую антенну (10) в направлении на ЛА или НКП, приемные антенны которых наведены на ЛА - инициатор связи. После организации радиолинии по команде из процессора блока (4) осуществляется включение второго режима.

В режиме передачи высокоскоростной информации мониторинга сигнал соответствующего источника (1) в цифровой форме через коммутатор (3) поступает в блок (4) или может подаваться из блока записи и хранения (5).

В блоке модема (4) высокоскоростной сигнал кодируется каскадным кодом, объединяется со специальными синхросигналами и модулирует по фазе (ОФМ-2 или ОФМ-4) колебание промежуточной частоты. В бортовой (или наземной) приемной аппаратуре сигнал с выхода направленной приемной антенны через антенный коммутатор поступает в блок цифрового модема, осуществляющего демодуляцию и декодирование принятого сигнала, который отображается в дальнейшем на экране монитора рабочего места оператора РМО (22) и записывается в блоке записи (21) наземной аппаратуры или в блоке записи бортовой аппаратуры (5).

При передаче сигналов направленной передающей бортовой антенной приемная направленная антенна ЛА (11) работает одновременно в режиме пеленгации низкоскоростного сигнала. Последовательное переключение блоком управления (12) диаграммы направленности приемной антенны ЛА в каждое из 4-х направлений по азимуту и углу места позволяет определить в блоке пеленгации (7) взаимное смещение ЛА и блок управления (12) наводит передающую антенну на сместившийся ЛА-получатель. Аналогичные задачи решают блок пеленгации низкоскоростного сигнала и блок управления в приемной части ЛА - получателя информации мониторинга в результате обработки информационного сигнала, наводя приемную направленную антенну на ЛА-излучатель.

В радиолинии "ЛА-НКП" пеленгатор, используемый в НКП, измеряет смещение ЛА в результате обработки информационного сигнала мониторинга, передаваемого ЛА, и блок управления на основании результатов измерений наводит направленную приемную антенну НП на ЛА-излучатель.

Направленные приемопередающие антенны ЛА и НКП обеспечивают передачу высокоскоростной информации мониторинга со скоростями до n×16 Мбит/с на расстоянии прямой геометрической видимости 250-300 км в радиолинии ЛА-НКП и на расстоянии 50-100 км между ЛА.

Применение широкополосных ПШС с большой базой позволяет обеспечить скрытность работы радиолиний и помехозащиту при передаче слабонаправленными антеннами низкоскоростных сигналов вызова. При передаче высокоскоростных сообщений помехозащита и скрытность работы радиолиний обеспечивается за счет пространственной селекции, реализуемой высоконаправленными антеннами, и адаптивного уменьшения скорости передачи информации при увеличении мощности помех.

1. Система авиационной радиосвязи для обеспечения обмена высокоскоростной информацией мониторинга между летательными аппаратами (ЛА) и с наземным командным пунктом, низкоскоростной передачи координат и команд управления, содержащая бортовую аппаратуру летательных аппаратов, состоящую из источника информации, приемника сигналов навигационной спутниковой системы, направленной приемопередающей антенны, наведенной на наземный командный пункт или на другие ЛА, слабонаправленной приемо-передающей антенны, блока цифрового модема, блока пеленгации, блока записи и хранения информации, блока управления диаграммой, а также аппаратуру наземного командного пункта, включающую направленную приемопередающую антенну, слабонаправленную приемопередающую антенну, блок пеленгации, блок цифрового модема, блок записи и хранения информации, блок управления диаграммой и рабочее место оператора с компьютером и монитором, отличающаяся тем, что на каждом летательном аппарате бортовой источник информации мониторинга и приемник сигналов навигационной спутниковой системы подключены через коммутатор к блоку цифрового модема, первый выход/вход которого двухсторонними связями подключен к блоку записи и хранения информации, второй выход - к монитору, третий выход - к блоку пеленгации, четвертый - через антенный коммутатор с возможностью подключения либо к слабонаправленной приемо-передающей бортовой антенне, либо к направленной приемо-передающей бортовой антенне сантиметрового диапазона волн, которая в результате обработки информационного сигнала пеленгатором наводится блоком управления диаграммой на получателя информации, а выходы всех приемо-передающих антенн наземного командного пункта через антенный коммутатор подключены к блоку цифрового модема, связанного двусторонними связями с монитором рабочего места оператора и с блоком записи и хранения информации наземного командного пункта, причем в результате обработки информационного сигнала пеленгатором блок управления наводит направленную приемо-передающую антенну на ЛА.

2. Способ авиационной радиосвязи, включающий обмен информацией мониторинга между летательными аппаратами и с наземным командным пунктом, передачу координат и команд управления, отличающийся тем, что при организации связи со стороны летательного аппарата в закрепленном за ним радиоканале осуществляется передача со скоростью до 16 кбит/с цифрового сигнала вызова, включающего в себя адрес вызываемого абонента и сигнал собственных координат, формируемый в приемнике сигналов GPS-Глонасс и подаваемый коммутатором в блок цифрового модема, выход которого через антенный коммутатор подключается к слабонаправленной передающей антенне, которая содержит в своем составе преобразователь частоты сигнала в сантиметровый диапазон волн и излучатель, обеспечивающий ненаправленное излучение в азимутальной плоскости и направленное излучение в угломестной плоскости с учетом возможных эволюций летательного аппарата.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при организации связи между отдельными летательными аппаратами в блоке цифрового модема вызываемого летательного аппарата формируется сигнал квитанции, подтверждающий вызов и включающий в себя помимо сигнала адреса летательного аппарата - инициатора связи, сигнал координат летательного аппарата вызываемого летательного аппарата и собственный адрес.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при организации связи между летательным аппаратом и наземным пунктом управления в блоке цифрового модема наземного пункта управления формируется сигнал квитанции, подтверждающий вызов и содержащий адрес летательного аппарата - инициатора связи.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что при передаче сигналов мониторинга направленной передающей бортовой антенной приемная направленная антенна летательного аппарата работает одновременно в режиме пеленгации низкоскоростного сигнала, в результате обработки которого блоком управления реализуется возможность наведения передающей антенны на летательный аппарат, принимающий информацию.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что в радиолинии «летательный аппарат - наземный командный пункт» пеленгация в наземном пункте выполняется с возможностью обработки передаваемого с летательного аппарата сигнала мониторинга для измерения смещения летательного аппарата и наведения направленной приемной антенны на летательный аппарат посредством блока управления.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что передача сигнала мониторинга производится направленными антеннами летательного аппарата и наземного командного пункта в сантиметровом диапазоне волн со скоростями передачи информации до n×16 Мбит/с (n=0,5; 1; 2; …; 16 и более).