Способ передачи телеметрической информации для гидроакустической навигационной системы
Владельцы патента RU 2452976:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области подводных исследований и может быть использовано в гидроакустических системах навигации. Техническим результатом изобретения является увеличение скорости передачи телеметрической информации для подводной навигационной системы и повышенная помехоустойчивость. Согласно способу телеметрическая информация для гидроакустической навигационной системы передается при помощи информационного сообщения. При этом информационное сообщение имеет сложную структуру, состоящую из кадров и пакетов, что позволяет передавать данные различного объема в зависимости от потребностей системы, ведется передача только изменяющихся данных, при этом информация передается при помощи сложных фазоманипулированных сигналов. 1 ил.
Изобретение относится к области подводных исследований и может быть использовано в гидроакустических системах навигации.
Известен (RU, патент №2313816 от 25.08.2005) способ адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации и система для осуществления этого способа, в которых с целью расширения функциональных возможностей задают "n" уровней, распределенных равномерно в рабочем диапазоне датчика по амплитуде, с учетом рабочего диапазона датчика по частоте.
Недостатком данного способа является то, что передаваемая информация обладает большой избыточностью.
Известен (RU, патент №2342783 от 24.09.2007) 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, в которых с целью увеличения пропускной способности радиоканала в ограниченной полосе частот с сохранением энергетического потенциала радиолинии передача информации проводится по нескольким синхронным потокам, в каждом из которых на тактовой частоте осуществляется разделение каналов во времени со скважностью Q=2, при этом каждый поток отделен от соседнего по несущей частоте на частотный интервал, равный Fтак*n и сдвинут по времени на половину такта; излучение радиосигналов в эфир осуществляется без разрыва фазы несущего колебания.
Недостатком данного способа является то, что передаваемая информация обладает большой избыточностью, и способ не может быть использован в водной среде ввиду использования радиоволн.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение скорости передачи телеметрической информации для подводной навигационной системы за счет снижения избыточности при передаче без снижения точности (передаются только измененные десятичные разряды параметра), повышенная помехоустойчивость за счет использования сложных фазоманипулированных сигналов.
Для достижения указанной технической задачи предлагается следующий способ передачи телеметрической информации: телеметрическая информация передается при помощи информационного пакета, имеющего сложную структуру, состоящую из кадров, а каждый кадр содержит в себе пакеты данных - меньшие по объему структуры данных, которые в свою очередь формируются таким образом, чтобы в него входили разряды одного порядка (один разряд - одна десятичная цифра) нескольких параметров (параметр - десятичное число, состоящее из 3-4 цифр).
Общая структура подводной гидроакустической навигационной системы представлена тремя элементами: 1) обеспечивающее судно с вывесной гидроакустической антенной; 2) автономный необитаемый подводный аппарата, оснащенный гидроакустическим приемо-передающим и навигационным оборудованием; 3) маяк гидроакустической системы навигации.
Для обмена информацией между всеми тремя элементами используется временное разделение: время функционирование системы разделено на равные навигационные интервалы времени ТН, а каждый навигационный интервал разделен на три периода:
1) в первый период происходит обмен данными между маяком гидроакустической системы навигации и автономным необитаемым подводным аппаратом для осуществления навигации;
2) во второй период времени автономный необитаемый подводный аппарат передает телеметрическую информацию обеспечивающему судну;
3) в третьем периоде происходит передача данных от обеспечивающего судна автономному необитаемому подводному аппарату для передачи ему команд управления.
Передача телеметрической информации осуществляется посредством информационного сообщения, содержащего непосредственно навигационные и другие данные, а также служебные маркеры. Информационное сообщение может занимать несколько навигационных интервалов в зависимости от объема передаваемых данных и длительности навигационного интервала, при этом информационное сообщение состоит из кадров. Кадр - структура данных в пределах одного навигационного интервала. Кадр состоит из служебных маркеров и пакетов. Пакет - структура данных, содержащая часть навигационных данных и идентификационный маркер. Служебные маркеры - это также структуры данных, но несущие лишь вспомогательную информацию, необходимую для приема и интерпретации всего сообщения.
В начале каждого сообщения стоит стартовый маркер, а в конце сообщения маркер завершения сообщения. Также каждый из пакетов имеет свой уникальный маркер для точной идентификации на приемной стороне, этот маркер стоит в самом начале пакета, а за ним следуют непосредственно данные.
Информационные данные передаются в десятичной системе счисления, каждой цифре от 0 до 9 присвоен свой уникальный сложный фазоманипулированный сигнал, модулированный длинной псевдослучайной двоичной последовательностью. Десятичная система кодирования позволила сократить избыточность при передаче информации и упростить на системном уровне аппаратную реализацию системы. Для еще большего сокращения избыточности, а следовательно, снижения длительности передачи и повышения ее скорости передаются только те разряды и только тех параметров, которые претерпели изменение с момента последней передачи. Таким образом, в самом начале работы на обеспечивающее судно отправляются все данные, которые сохраняются в памяти, а затем транслируются только те разряды, которые подверглись изменению. Скорость передачи данных при этом повышается, ведь наиболее часто меняются лишь младшие разряды параметров. А каждый пакет содержит строго фиксированный набор разрядов данных навигации и телеметрии и обладает уникальным идентификатором.
Порядок передачи пакетов строго фиксирован, но при этом передаются лишь те пакеты, в которых содержатся изменившиеся данные. Для потери при передаче по каналу любого из пакетов необходимым и достаточным условием является потеря его идентификационного маркера. В случае наступления подобной ситуации, используя информацию о порядке следования пакетов и данных, содержащихся в каждом из них, приемник делает вывод достоверности тех или иных параметров, возможности их восстановления.
Передача данных должна осуществляться в полосе частот 10,5 - 13,5 кГц (ширина полосы 3 кГц) посредством сложных фазоманипулированных сигналов, их использование позволяет добиться повышенной помехоустойчивости при передаче данных. Сигналы модулируются каждый своей двоичной псевдослучайной последовательностью: десять М-последовательностей длительностью 127 символов кодируют числа от «0» до «9» десятичного представления данных; две М-последовательности длительностью 127 символов кодируют маркеры начала (S) и конца (F) информационного сообщения; различные последовательности Голда длительностью 127 символов кодируют идентификаторы пакетов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая структура подводной гидроакустической навигационной системы, состоящей из трех элементов: обеспечивающее судно 1 с вывесной гидроакустической антенной; автономный необитаемый подводный аппарат 2, оснащенный гидроакустическим приемо-передающим и навигационным оборудованием; маяк гидроакустической системы навигации 3.
Примеры реализации способа передачи телеметрической информации.
В начале навигационного интервала в каждом модуле системы начинается отсчет первого временного периода. В этот период происходит обмен информацией между маяком гидроакустической системы навигации 3 и автономным необитаемым подводным аппаратом для осуществления навигации 2. Когда первый период закончен, начинается второй период, в котором происходит передача от автономного необитаемого подводного аппарата 2 на обеспечивающее судно 1. Излучатель автономного необитаемого аппарата 2 формирует новое информационное сообщение, если предыдущее информационное сообщение уже было передано или это начало работы навигационной системы и информационных сообщений еще не было передано. Если же в предыдущий навигационный интервал не было передано все сообщение, то излучатель занимается генерацией информации, которая не была передана за предыдущие навигационные интервалы. Информационное сообщение генерируется таким образом, что одинаковые разряды различных параметров группируются вместе одним пакетом по несколько десятичных цифр (не более пяти). Таким образом, в зависимости от количества передаваемых параметров будет зависеть количество пакетов. Так, если всего 10 параметров по 4 десятичных знака, то для каждой группы разрядов будет использоваться 2 пакета (5 десятичных цифр из разряда n-го порядка 5 параметров одной группы в одном пакете и 5 цифр в другом), и так как разрядов всего 4, то будет использоваться всего 8 различных пакетов. Далее при генерации информационного сообщения учитывается то, какие разряды изменились, а какие нет. Передаются лишь пакеты с теми разрядами, которые были изменены. Так, при первой передаче информационного сообщения передаются все 8 пакетов, а при дальнейшей передаче число передаваемых пакетов меньше, либо равно этому числу. Сообщение генерируется таким образом, что в начале сообщения стоит маркер начала, затем по порядку идут те пакеты, которые необходимы для передачи (с измененными числовыми разрядами), а в завершение всего сообщения стоит маркер конца. В каждом пакете в начале стоит уникальный маркер, который идентифицирует пакет, а затем идут десятичные цифры. Каждый маркер и десятичная цифра представлена своим, уникальным по форме сложным фазоманипулированным сигналом. Приемная сторона на обеспечивающем судне 1 принимает и декодирует сообщение. По окончании второго периода навигационного интервала передача сообщения завершается, даже если оно не было передано целиком (остальные части будут переданы в другие навигационные интервалы). Затем начинается третий период, в котором происходит передача данных от обеспечивающего судна 1 автономному необитаемому подводному аппарату 2 для передачи ему команд управления. По окончании третьего периода начинается новый навигационный интервал и цикл, описанный выше, повторяется.
Таким образом, при реализации предложенного способа передачи телеметрической информации для гидроакустической навигационной системы обеспечивается повышенная скорость передачи телеметрической информации за счет передачи только тех разрядов и тех параметров, которые были изменены со времени предыдущей передачи, также обеспечивается повышенная помехоустойчивость передачи информации за счет использования сложных фазоманипулированных сигналов.
Способ передачи телеметрической информации для гидроакустической навигационной системы, в котором телеметрическая информация передается при помощи информационного сообщения, отличающийся тем, что информационное сообщение имеет сложную структуру, состоящую из кадров и пакетов, что позволяет передавать данные различного объема в зависимости от потребностей системы, в нем ведется передача только изменяющихся данных, при этом информация передается при помощи сложных фазоманипулированных сигналов.
