Радиосвязное оборудование воздушных судов

1.

Модуль военно-технической
(военно-специальной) подготовки
Раздел №2. «Основы радиоэлектроники.
Радиосвязное оборудование воздушных судов»
Тема № 4. Радиосвязное оборудование воздушных судов
Лекция № 33. Типовые комплексы связи. Перспективы развития авиационных
систем связи. Адаптивные радиолинии. Радиосистемы с пространственновременной обработкой сигналов
лектор - кандидат физико-математических наук,
подполковник запаса
Межетов Муслим Амирович

2.

Типовые комплексы связи
Радиосвязное оборудование используется в качестве
«строительного материала» для систем и комплексов связи и в
значительной мере определяет их функциональные возможности.
Диапазон
рабочих
частот
создаваемой
приемопередающей
аппаратуры от 3 кГц до 6 ГГц. В настоящее время на летательных
аппаратах используются радиостанции четвертого поколения: в ВВС
семейство «Крестец», на гражданских — «Арлекин-Д». Радиостанции
поколения 4+ «Бозон-2М» — для ВВС и «Ягут» — для гражданской и
военно-транспортной
авиации
соответствуют
по
основным
параметрам мировому уровню, удовлетворяют требованиям
государственных стандартов, Единым нормам летной годности,
Авиационным правилам и Общим тактическим требованиям ВВС.
Идеология их построения полностью соответствует требованиям
аппаратурной, информационной и функциональной интеграции
бортового оборудования. Основным достоинством радиостанций
является
возможность
перепрограммирования
алгоритмов
функционирования радиолинии без изменения и доработок
конструкции. Радиостанции нового поколения отличают:

3.

унифицированный внутренний интерфейс, что
позволяет их модифицировать с минимумом затрат на
разработку и подготовку производства;
• наличие встроенных модемов, режим работы которых
устанавливается перепрограммированием;
• прямая цифровая обработка сигнала на радиочастоте,
увеличение
скорости
перестройки,
расширение
функциональных возможностей;
• высокие показатели по надежности, технологичности,
помехоустойчивости.
Радиостанции
разработаны
как
изделия
двойного
применения. Режим передачи данных по протоколам ARINC635 с адаптацией по частоте, скорости, виду модуляции и
кодированию позволяет обеспечить работу в интегральной
системе связи, навигации, наблюдения для управления
воздушным движением CNS/ATM.

4.

Бортовая авиационная радиостанция ближней связи
расширенного МВ-ДМВ диапазона «Бекас» с режимом повышенной
помехозащиты позволяет обеспечить межвидовое взаимодействие в
тактическом звене управления Вооруженными силами. Для
объединенной автоматизированной системы связи обмена данными,
навигации и опознавания создан ряд терминалов, работающих в
диапазоне дециметровых волн, для установки на самолетах и
вертолетах, кораблях, наземных мобильных и стационарных
объектах. Терминалы обладают большими функциональными
возможностями при работе в сети, обеспечивают обмен речевой
информацией, передачу данных в условиях радиоэлектронного
противодействия. Одно из направлений дальнейшего развития —
«перепрограммируемое радио» (SDR). При этом выбор режима
работы
осуществляется
путем
модификации
программного
обеспечения без изменения аппаратной части изделия. Концепция
перепрограммируемого радио реализована в широкодиапазонном
модуле связи (ШМС), работающем в диапазоне от 2 до 400 МГц с
дальнейшим расширением диапазона до 6 ГГц. Аппаратное и
программное
обеспечение
ШМС
позволяет
оперативно
перестраивать модуль на требуемую частоту и в заданном режиме.

5.

6.

В середине 80-х годов были разработаны штатные
типовые комплексы связи для тяжелых (ТКС-1) и легких
(ТКС-2) летательных аппаратов ВВС. Применение элементов
интеграции
радиосвязного
оборудования,
мультиплексирование
сигналов
управления
и
информационного обмена позволили радикально уменьшить
суммарную массу и габариты аппаратуры, сократить число
органов управления средствами связи. Результатом глубокой
модернизации ТКС-2 стал комплекс ТКС-2М. В нем
осуществлена замена приемопередающей аппаратуры на
изделия новых поколений, реализованы помехозащищенные
режимы работы, увеличена мощность передатчиков. В состав
комплекса включен авиационный терминал объединенной
системы связи, навигации, обмена данными и опознавания.
Увеличена степень интеграции оборудования. В основе ТКС2М — цифровой интегрированный модуль связи, в котором
реализована конструктивная и программная интеграция
функций ряда устройств.

7.

В результате значительно выросла пропускная способность
каналов, сокращено время доставки сообщений в условиях
радиоэлектронного противодействия. Масса оборудования снижена в
2,5 раза. Комплексы ТКС-2М устанавливаются на строящиеся
летательные аппараты, а также взамен ТКС-2 при модернизации
самолетов, находящихся на вооружении. Все это обеспечивает
необходимый
уровень
ТТХ
летательных
аппаратов
по
информационному обмену. Сегодня на смену ТКС-2М пришел
комплекс связи для истребителя 5-го поколения Т-50, в котором
обеспечено дальнейшее наращивание степени интеграции на
аппаратном, функциональном и программном уровнях. Дальнейшей
перспективой
развития
штатных
комплексов
радиосвязного
оборудования является переход на интегрированную модульную
авионику (ИМА), основными принципами которой являются:
• открытая архитектура;
• модульность;
• единая внутренняя информационная шина.

8.

Открытая архитектура авиационного оборудования
реализуется за счет выбора готовых к использованию и
сертифицированных
по
авиационной
безопасности
аппаратных и программных комплектующих. Модули
являются компонентами аппаратного и программного
обеспечения и разрабатываются по стандартам открытой
архитектуры. Содержание модулей унифицируется за счет
разработки открытых спецификаций.

9.

Одна радиостанция – множество применений

10.

Перспективы развития авиационных систем связи
В настоящее время можно выделить основные направления
разработок перспективных
комплексов, средств связи и автоматизации управления:
– расширение функциональных возможностей средств связи и
автоматизации управления;
– совершенствование архитектуры автоматизированных систем
управления для реализации принципов распределенной обработки
данных и ее согласование с общей структурой управления войсками;
стандартизация и унификация оборудования, информационного и
программного обеспечения;
– существенное расширение спектра услуг служб связи, особенно по
передаче мультимедийной информации;
– использование новых способов цифровой обработки сигналов и
методов помехозащиты;
– освоение новых участков диапазонов частот.
Указанные выше направления разработок уже находят свое
практическое воплощение в новой технике связи и КСА

11.

В Концепции создания единого информационного
пространства Вооруженных Сил Российской Федерации
особое внимание уделяется вопросам оптимизации системы
управления тактического звена в части, касающейся
пересмотра подходов к ее составу и направлениям
дальнейшего развития, среди которых:
–
разработка
унифицированных
мобильных
средств
управления, размещаемых на подвижных объектах;
–
создание
распределенных
(виртуальных)
пунктов
управления как совокупности рабочих мест функционально
взаимосвязанных должностных лиц органов военного
управления (вне зависимости от места их расположения);
– создание сетеориентированного пространства сведений,
данных и информации и т.д.
В войска Связи ВС РФ в настоящее время широко внедряются
подвижные и стационарные станции спутниковой связи
нового поколения.

12.

Адаптивные радиолинии.
Непредсказуемые изменения обстановки в точке приема, а
также изменение условий распространения радиоволн создают для
операторов радиостанций значительные трудности по обеспечению
надежной радиосвязи на закрепленных частотах.
В таких условиях наиболее эффективным путем повышения
надежности радиосвязи является ее автоматизация и адаптация.
Для того чтобы в изменяющихся условиях связи получить заданные
показатели
эффективности
необходимо
менять
параметры
радиолинии или ее структуру.
Автоматизированные радиолинии приспосабливающиеся к условиям
ведения связи путем изменения своих параметров или структуры с
целью достижения наилучшего или заданного качества связи
называются АДАПТИВНЫМИ РАДИОЛИНИЯМИ.
Для того чтобы обеспечить адаптивную радиолинию необходимо:
оценивать условия ведения радиосвязи;
оценивать качество своего функционирования;
изменять параметры или структуру с целью достижения заданного
качества.

13.

К основным элементам такой радиолинии относятся:
Передатчик.
Приемник.
Передающая оконечная аппаратура.
Приемная оконечная аппаратура.
Вспомогательные устройства, обеспечивающие автоматизацию
ведения связи, т.е. аппаратуру автоматизированного ведения связи
(АВС). Благодаря высокой системе единого времени и жестким
программам,
действия
контрольно-решающего
устройства
и
устройства управления, одинаковым для обоих корреспондентов, в
радиолиниях производится синхронное и синфазное автоматическое
вхождение в связь последовательно на каждой из десяти ЗПЧ
приемника и передатчика. Вхождение в связь происходит до тех пор,
пока на определенной паре частот не произойдет установление
радиосвязи между корреспондентами. Факт установления связи
определяется, например, по наличию фазирования оконечной
аппаратуры обоих корреспондентов за определенный интервал
времени.

14.

Качество ведения радиосвязи определяется с помощью
контрольно-решающих устройств одновременно у обоих
корреспондентов.
В
случае
нарушения
связи
ее
восстановление производится по жесткой программе
перебора ЗПЧ аналогично вхождению в связь.
Несмотря на определенные преимущества – возможность
автоматического вхождения в связь и ее восстановления –
автоматизированные линии имеют существенный недостаток,
а именно: большое время установления и восстановления
связи, доходящее до десятков минут. Главная причина этого
состоит в том, что номера ЗПЧ в процессе работы меняются
последовательно по неизменной программе (в порядке
возрастания номеров). В результате, после каждой смены
ЗПЧ связь восстанавливается на новой паре частот. Причем
предварительная информация о возможности установления
связи на них отсутствует.

15.

Вместе с тем, практика ведения радиосвязи показывает,
что надежная радиосвязь может быть обеспечена только на основе
учета следующих факторов:
условия распространения радиоволн на трассе радиосвязи;
помеховой обстановки в месте приема.
Для того, чтобы обеспечить адаптацию радиолинии, необходимо в
состав
автоматизированных
радиолиний
ввести
аппаратуру
автоматического ведения связи (АВС), к которой относятся:
устройство анализа (УА);
устройство управления (УУ).
Устройство
анализа
(УА)
оценивает
качество
связи
(функционирования радиолинии) при всех возможных значениях
регулируемых параметров.
Устройство управления (УУ) вырабатывает (формирует) команды и
доводит их до исполнительных элементов. Исполнительными
элементами являются передающее и приемное устройство.

16.

Радиосистемы с пространственно-временной
обработкой сигналов

17.

MIMO (Multiple Input Multiple Output; множественные
входы, множественные выходы) — метод пространственного
кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу
пропускания канала, при котором для передачи данных
используются две и более антенны и такое же количество
антенн для приёма. Передающие и приёмные антенны
разнесены
настолько,
чтобы
достичь
минимального
взаимного влияния друг на друга между соседними
антеннами. Технология MIMO используется в беспроводных
связи Wi-Fi, WiMAX, LTE для увеличения
пропускной
способности и более эффективного использования частотной
полосы. Фактически MIMO позволяет в одном частотном
диапазоне и заданном частотном коридоре передавать
больше данных, т.е. увеличить скорость. Достигается это за
счёт использования нескольких передающих и принимающих
антенн.

18.

Для повышения верности приема при замираниях
переданное сообщение передается не по одному, а по двум или
нескольким каналам связи. С этой целью могут использоваться
различные средние частоты (разнесение по частоте) или передача в
разные отрезки времени (разнесение по времени). Но наиболее
широкое применение получил в радиосвязи метод приема сигналов
на разнесенные антенны, находящиеся друг от друга на расстоянии
нескольких длин волн (пространственно разнесенный прием), или
принимающие
различные
поляризационные
составляющие
электромагнитного поля (поляризационно разнесенный прием).
Повышение эффективности при разнесенном приеме достигается в
том случае, если замирания в различных ветвях разнесения не
коррелированны или слабо коррелированны друг с другом. Поэтому в
то время, когда в одних ветвях уровень сигнала оказывается очень
низким, в других ветвях он может быть высоким и по ним легко
восстановить переданное сообщение. Если замирания в ветвях слабо
коррелированны, то вероятность одновременного падения уровней в
нескольких ветвях может быть достаточно мала.

19.

Пространственно–разнесенный
прием,
когда
производится одновременный прием сигналов одного
передатчика несколькими приемниками на разнесенные в
пространстве антенны. Такой способ является наиболее
распространенным. Частотно-разнесенный прием, когда
сигналы, передаются одновременно на нескольких частотах
одним или несколькими передатчиками. При частотноразнесенном приеме величина разноса рабочих частот
определяется интервалом корреляции замираний по спектру
и в декаметровом диапазоне волн обычно составляет 0,52
кГц. Частотно-разнесенный прием применяется не только для
борьбы с замираниями сигналов, но и является эффективным
методом повышения устойчивости KB связи при воздействии
сосредоточенных по спектру помех. Основной недостаток
частотного разнесения состоит в расширении полосы частот,
занимаемой системой связи, что приводит к увеличению
взаимных помех, т.е. к ухудшению условий электромагнитной
совместимости средств радиосвязи.

20.

Временной разнесенный прием осуществляется с помощью
многократно передаваемых на одной и той же частоте
сигналов через некоторые интервалы времени. Временное
разнесение сигналов накладывает ограничения на скорость
передачи информации, так как интервал повторения сигнала
должен превосходить среднюю длительность замираний в
канале связи. Несмотря на это, принципы временного
разнесения широко используются в системах с обратной
связью по решению, т.е. с автоматическим запросом ошибок
и повторением информации.
Эффективность того или иного метода разнесенного приема
во многом определяется способом обработки разнесенных
сигналов на приемной стороне. Наибольшее распространение
на практике получили способы линейного сложения и
автоматического выбора ветви разнесения.

21.

Разнесённый приём

22.

Система автовыбора с переключающимися антеннами

23.

Схема приёмного устройства с системой
линейного сложения сигналов

24.

ВЫВОДЫ
24
Таким образом, на сегодняшнем занятии рассмотрены вопросы:
Типовые комплексы связи. Перспективы развития авиационных
систем
связи.
Адаптивные
радиолинии.
Радиосистемы
с
пространственно-временной обработкой сигналов

25.

Задание на самостоятельную работу
Прочитав конспект лекций ответить на следующие вопросы:
1.
2.
3.
4.
Какие характеристики позволили улучшить ТКС?
Перечислить основные направления развития авиационных
систем связи?
Что называется адаптивными радиолиниями?
Какие способы обработки сигналов используются для
повышения верности приёма при замираниях?