Способ передачи и приема телеметрической и командной информации в одном диапазоне радиочастот многопоточной радиосистемы и устройство для его осуществления

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к системам передачи телеметрической информации (ТЛМ), и может быть использовано для передачи и приема телеметрической и командной информации. Технический результат заключается в экономии радиоспектра и уменьшении количества передающих и принимающих антенн до одной бортовой и одной наземной. Для этого объединяют радиоканалы ТЛМ и командную радиолинию (КРЛ) в одном телеметрическом многопоточном радиоканале, при этом передача и прием ТЛМ и КРЛ осуществляются по радиопотокам различной четности в синхронном режиме, причем передача радиосигналов КРЛ осуществляется в паузах приема сигналов телеметрии. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к системам передачи телеметрической информации и командной информации в одном многопоточном радиоканале.

В известных источниках информации рассматриваются различные способы передачи информации по радиоканалам, в частности вопросы оптимизации параметров радиоканала, а именно сужения полосы частот в эфире при передаче информации, повышения помехоустойчивости или криптостойкости передачи информации и т.п., однако рассмотрения вопросов совместной передачи и приема телеметрической информации (ТМИ) и командной по радиолинии (КРЛ) не обнаружено.

В авторском свидетельстве (SU №1840047, 2006) рассмотрена командная радиолиния управления космическими аппаратами, передающая команды на космический объект через спутники-ретрансляторы, размещенные на стационарной орбите.

Однако в этом патенте командная линия не имеет обратного радиоканала для передачи информации об исполнении переданных команд.

Известен способ приема радиосигналов, излучаемых по принципу частотно-временной матрицы, в частности для сигналов с побитовой псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и случайной двоичной частотной модуляцией, когда кодовые символы 0 и 1 выбираются независимо друг от друга во всей полосе частот Δf_общ., т.е. когда в одно и тоже время передается M символов на различных частотах, используется многоканальное приемное устройство, число приемников в котором определяется числом М частотных позиций радиосигнала (а.с. №938417, 1982).

Известное устройство является многоканальным, имеет M смесителей, М гетеродинов и M трактов фильтрации, демодуляции и обработки сигнала, т.е. содержит M приемных устройств.

Однако такие способ и устройство передачи сигналов не могут быть применены в телеметрии, т.к. их реализация потребовала бы использования неоправданно большой полосы частот в эфире, а устройство приема таких сигналов требует применения М приемных трактов, что сложно и дорого.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым способу и устройству являются способ передачи и приема телеметрической информации с частотно-временным уплотнением радиоканала и аналого-цифровым методом частотной (фазовой) модуляции несущей частоты и устройство для его осуществления (патент РФ №2236754, 2004). В данном техническом решении передача информации проводится по нескольким синхронным потокам, в каждом из которых на тактовой частоте осуществляется разделение телеметрических каналов во времени со скважностью Q=2, при этом каждый поток отделен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал, равный F_так·n и сдвинут по времени на половину такта; излучение радиосигналов в эфир осуществляется без разрыва фазы несущего колебания.

Функционирование N поточной радиолинии рассмотрено на примере 4-поточной (N=4) радиолинии. На фиг.1 приведена структура четырехпоточного радиосигнала, где в частотно-временной плоскости показано размещение частотных потоков, синхронизуемых от одного генератора тактовых частот с частотой F_так. Каждый последующий поток размещен в паузах предыдущего: 2-й поток в паузах 1-го, 3-й - в паузах 2-го, 4-й - в паузах 3-го, т.е. соседние потоки излучаются со сдвигом во времени, потоки 1-й и 3-й излучаются одновременно, также одновременно излучаются потоки 2-й и 4-й. При этом между одновременно излучаемыми потоками разнос по несущей частоте - Δf_p в 2 раза больше частотного разноса между соседними потоками, излучаемыми со сдвигом по времени.

В приемном устройстве радиосигналы принимаются антенной, проходят через широкополосный фильтр, обеспечивающий прохождение четырехпоточного радиосигнала без искажений, усиливаются, затем поступают на блок разделительных узкополосных фильтров, каждый из которых настроен на несущую частоту соответствующего потока: f_п1, f_п2, f_п3, f_п4, обеспечивая оптимальную фильтрацию в.ч. спектра каждого потока, далее сигналы детектируются и поступают на регистрацию.

Рассмотренное техническое решение применимо для передачи и приема однотипных радиосигналов по различным потокам многопоточной радиолинии, но если радиосигналы имеют существенно разные мощности излучения и приема сигналов (в нашем случае мощность принимаемого телеметрического сигнала ~10^-12 Вт, а мощность излучения сигнала КРЛ ~100 Вт), возникает сильное взаимовлияние между радиопотоками систем ТЛМ и КРЛ.

Для обеспечения совместной работы каналов ТЛМ и КРЛ в многопоточной радиолинии необходимо обеспечить:

- максимальное разнесение по несущей частоте потоков ТЛМ и КРЛ;

- синхронность работы потоков ТЛМ и КРЛ, что позволит разнести работу систем во времени;

- излучение и прием радиосигналов ТМИ и КРЛ на разных (противоположных видах) поляризаций несущих частот потоков (например, вертикальный и горизонтальный).

Ожидаемым техническим результатом способа и устройства передачи и приема телеметрической и командной информации в одном диапазоне радиочастот является использование однотипной радиопередающей и радиоприемной бортовой и наземной аппаратуры, а также одной бортовой и одной наземной антенн.

Для этого в способе передачи и приема телеметрической и командной информации с частотно-временным уплотнением радиоканала, аналого-цифровым методом частотной (фазовой) модуляции несущей частоты N (где N=2, 4, 8,…) синхронными видеопотоками, передачу и прием телеметрической информации осуществляют радиосигналами с разными видами поляризации (например, вертикальной и горизонтальной) по синхронным радиопотокам различной четности (например, по 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 потокам и т.д.), входящим в состав N-поточной телеметрической радиолинии, в каждом из видеопотоков которой на тактовой частоте F_так осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2; при этом каждый поток отнесен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал Δf_p=F_так·n (где n=5, 7…) и сдвинут по времени на половину такта .

Кроме того, в устройство для осуществления способа по п.1, содержащее коммутатор телеметрической информации (1), входы 2, 3,…, n которого соединены с выходами датчиков, а выход соединен с передатчиком телеметрической информации (2), бортовую антенну (3), наземную антенну (4), блок линейного тракта приемника (5), последовательно соединенные блок фильтров (6), блок демодуляторов (7), регистратор телеметрической информации (8), введены последовательно соединенные фильтр-пробка (9), ключ (10), выход которого соединен с блоком фильтров (6); последовательно соединенные формирователь команд КРЛ (11), передатчик сигналов КРЛ (12), ВЧ фильтр (13), а также приемник сигналов КРЛ (14), выход которого соединен с дешифратором команд КРЛ (15), выход 1 которого соединен с входом 1 коммутатора ТЛМ (1); вход формирователя команд КРЛ (11) соединен с выходом демодулятора D1 блока демодуляторов (7), выход блока линейного тракта приемника (5) соединен с входом фильтра-пробки (9) и входом 2 ключа (10), облучатель вертикальной поляризации 1 бортовой антенны (3) соединен с выходом передатчика ТЛМ (2), а ее излучатель горизонтальной поляризации 2 - со входом приемника сигналов КРЛ (14); облучатель вертикальной поляризации 1 наземной антенны (4) соединен со входом 1 блока линейного тракта приемника (5), а ее излучатель горизонтальной поляризации 2 - с выходом фильтра (13), выходы команд 2, 3,…, m дешифратора (15) соединены со входами устройств-исполнителей команд.

Функционирование объединенной радиолинии рассмотрим на примере четырехпоточного (N=4) радиосигнала.

На фиг.1 приведена структура четырехпоточного радиосигнала.

На фиг.2 показано размещение на частотной шкале телеметрических и командных радиопотоков:

а) в режиме передачи только телеметрической информации (например, при работе либо на F_т=320 кГц, либо на F_т=32 кГц);

б) в режиме совместной работы ТМИ и КРЛ.

На фиг.3 приведена блок-схема бортовой и наземной аппаратуры, обеспечивающей совместную синхронную работу телеметрической и командной радиолинии в одном диапазоне радиочастот.

Сигналы с выхода телеметрических датчиков поступают на вход коммутатора видеосигналов (1), который опрашивает датчики с частотой F_так. и формирует телеметрический видеокод. С выхода коммутатора видеокод поступает на вход передатчика (2), формирующего на несущей частоте первого потока f_н1 в частотно-временной шкале со скважностью излучения Q=2 радиосигнал, который поступает на излучатель 1 вертикальной поляризации бортовой антенны (3) и излучается в эфир.

На земле приемно-передающая антенна (4) с вертикальной поляризацией принимает телеметрический радиосигнал и подает его на вход 1 блока линейного тракта (БЛТ) приемника (5), выход 2 которого соединен с входом 1 фильтра-пробки (9), а также с входом 2 ключа (10). Фильтр-пробка (9) настроен на частоту потока КРЛ (f_н4) и блокирует его прохождение на вход блок фильтров (6), телеметрический радиосигнал первого потока на частоте f_н1 проходит через фильтр-пробку(9) без ослабления. Выход 2 фильтра-пробки (9) соединен с входом 1 ключа (10), в замкнутом положении которого (контакты 3-1) обеспечивается совместная работа телеметрического и командного радиоканалов. При замыкании контактов 3-2 ключа (10) обеспечивается работа только телеметрического радиоканала по всем четырем потокам на частотах f_н1, f_н2, f_н3, f_н4. Выход 3 ключа (10) соединен со входом 1 блока фильтров (6), выходы которого соединены со входами блока демодуляторов (7), выходы которого соединены со входами регистратора телеметрической информации, при этом выход демодулятора Д1 блока демодуляторов (7) также соединен с входом формирователя команд КРЛ (11), при этом демодулированный видеосигнал 1-го потока обеспечивает синхронную работу формирователя команд КРЛ (11) с радиоканалом телеметрии. Выход формирователя команд КРЛ (11) соединен с входом передатчика команд КРЛ (12), который формирует радиосигнал КРЛ на несущей частоте f_н4 в паузах приема телеметрических сигналов на выходе демодулятора Д1 блока демодуляторов (7), что существенно ослабляет взаимовлияние каналов ТЛМ и КРЛ. Радиосигнал с выхода передатчика КРЛ (12) поступает на вход ВЧ фильтра (13), оптимизирующего радиоспектр сигналов КРЛ в эфире; с выхода ВЧ фильтра (13) сигналы КРЛ поступают на вход 2 облучателя горизонтальной поляризации антенны (4) и излучаются в эфир. Радиосигналы КРЛ на частоте f_н4 принимаются облучателем горизонтальной поляризации 2 антенны (3), с выхода которой поступают на вход бортового приемника сигналов КРЛ (14), который их демодулирует и подает на вход дешифратора команд КРЛ (15), т.е. прием и излучение радиосигналов ТЛМ и КРЛ осуществляется сигналами разной поляризации, что также увеличивает развязку по мощности между ними. С выхода дешифратора команд КРЛ (15) команды поступают к объектам управления борта. С выхода 1 дешифратора команд КРЛ (15) на вход 1 бортового коммутатора ТЛМ (1) поступает контрольный сигнал о получении команд КРЛ на борту для передачи его на землю по телеметрической радиолинии.

1. Способ передачи и приема телеметрической и командной информации с частотно-временным уплотнением радиоканала, аналого-цифровым методом частотной (фазовой) модуляции несущей частоты N (где N=2, 4, 8,…) синхронными видеопотоками, в каждом из которых на тактовой частоте F_так осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2, при этом каждый поток разнесен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал Δf_р=F_так·n (где n=5,7…) и сдвинут по времени на половину такта , отличающийся тем, что, с целью повышения точности телеизмерений при совмещении телеметрического и командного радиоканалов в одном диапазоне радиочастот, передачу и прием телеметрической и командной информации осуществляют радиосигналами с разными видами поляризации по синхронным радиопотокам различной четности, входящими в состав N-поточной радиолинии.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее коммутатор телеметрической информации (1), входы 2, 3,…, n которого соединены с выходами датчиков, а выход соединен с передатчиком телеметрической информации (2), бортовую антенну (3), наземную антенну (4), блок линейного тракта приемника (5), последовательно соединенные блок фильтров (6), блок демодуляторов (7), регистратор телеметрической информации (8), отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные фильтр-пробка (9), ключ (10), выход которого соединен с блоком фильтров (6), последовательно соединенные формирователь команд КРЛ (11), передатчик сигналов КРЛ (12), ВЧ-фильтр (13), а также приемник сигналов КРЛ (14), выход которого соединен с дешифратором команд КРЛ (15), выход 1 которого соединен с входом 1 коммутатора ТЛМ (1), вход формирователя команд КРЛ (11) соединен с выходом демодулятора D1 блока демодуляторов (7), выход блока линейного тракта приемника (5) соединен с входом фильтра-пробки (9) и входом 2 ключа (10), облучатель первого вида поляризации 1 бортовой антенны (3) соединен с выходом передатчика ТЛМ (2), а ее облучатель второго вида поляризации 2 - со входом приемника сигналов КРЛ (14); облучатель первого вида поляризации 1 наземной антенны (4) соединен со входом блоком линейного тракта приемника (5), а ее облучатель второго вида поляризации 2 - с выходом фильтра (13), выходы команд 2, 3,…, m дешифратора (15) соединены со входами устройств-исполнителей команд.