CC BY
87
УДК «í.394.93
В. А. МАЙСТРЕНКО В. Л. ХАЗАН
Омский государственный технический университет
СИСТЕМА КОРОТКОВОЛНОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ С ВОЗДУШНЫМИ СУДАМИ
В статье показаны пути повышения надежности передачи сообщений со стороны воздушного судна (ВС) в сторону стационарных приемопередающих радиоцентров (СППР) в автоматизированных системах управления воздушным движением, предложен эффективный способ борьбы с эффектом Доплера путём автоподстройки частоты радиостанции непосредственно на ВС, используя в качестве опорных принимаемые от С ППР высокостабильные радиосигналы.
Суда морского, речного и воздушного флота, службы железнодорожного транспорта, водители автотранспорта, аварийно-спасательные службы Министерства но чрезвычайным ситуациям и многие другие ведомства нуждаются в каналах регулярной связи с удаленными абонентами. Причём абоненты могут находиться как в стационарном состоянии, так и в подвижном положении как в пределах отдельных регионов (областей, краев), гак и в пределах более обширных территорий, например, в пределах России или всего Евразийского континента.
Мобильная радиосвязь отличается от стационарной существенными особенностями. Например, носимые радиостанции должны быть исключительно маломощными, так как в настоящее время еще невозможно создать малогабаритные и достаточно легкие источники питания для мощных радиопередающих устройств. Радиосвязь с летательными аппаратами сопровождается, как правило, эффектом Доплера. Железнодорожный транспорт находится в зоне повышенного уровня промышленных помех. Но общей проблемой всех без исключения подвижных объектов (ПО) является то, что на них, как правило, используются малоэффективные антенны. Особенно это относится к декаметров«.!м радиоволнам, так как геометрические размеры эффективных КВ антенн должны, как правило, значительно превосходить размеры самих подвижных объектов.
В настоящее время всё ещё проблематично обеспечение двустороннего обмена экстренными короткими сообщениями с абонентами ПО, находящимся вне зоны обслуживания УКВ средств связи (со товых, траикинговых и пейджинговых). Решения этой задачи можно добиться двумя способами: либо с помощью спутниковых систем связи (ССС), либо путем использования коротковолнового (КВ) канала связи, обеспечивающего распространение декаметровых радиоволн на большие расстояния за счет отражения от ионосферы. Спутниковые системы до сих пор доступны лишь ограниченному числу пользователей из-за своей дороговизны. Поэтому целесообразно создание сети базовых КВ радиостанций-ре трансляторов, которые обеспечили бы абонентам вне зависимости от их местонахождения, в том числе в состоянии движения на транспорте, двусторонний обмен короткими сообщениями.
Вопросы проектирования декаметровых активных пейджинговых систем радиосвязи с удаленными базовыми ретрансляторами и комбинированных КВ-УКВ сетей мобильной радиосвязи со свободным дос тупом пользователей изложены в работах авторов П.2|.
В целом система мобильной автоматической радиосвязи (МАРС) способна предоставлять своим абонентам следующие услуги:
— прием коротких сообщений (с накоплением) во время движения и па стоянках транспорта. При этом если абонент находится вне транспорта, то сообщение запоминается и может бы ть прочитано абонентом при его возвращении;
— предварительную проверку готовности радиоканала (зондирование перед передачей сообщения) с получением оценки качества канала;
— передачу коротких сообщений во время движения и на стоянках транспорта любому из корреспондентов или группе корреспондентов сети радиосвязи, находящимся в пределах обслуживаемой системой зоны;
— предоставление приоритета при передаче срочных сообщений.
— получение радиоквитанции о доставке переданного сообщения;
— обеспечение конфиденциальности передаваемого сообщения (криптографическая защита);
— передачу условных сообщений с их автоматической расшифровкой на приемной стороне;
— автоматическое считывание цифровых данных с дистанционно-удаленных датчиков, сопряженных с абонентскими радиостанциями, которые могут постоянно не обслуживаться, находясь в труднодоступных местах и ввод этих данных в ЭВМ;
— автоматическое считывание буквенно-цифровых данных из удаленных ЭВМ, сопряженных с корреспондентскими радиостанциями, и ввод этих данных в собственную ЭВМ;
— считывание буквенно-цифровых данных из «электронного ящика», расположенного на ретрансляторе, в случае, если корреспондент временно выключал свою аппаратуру или находился в таких условиях, когда прием радиосигналов некоторое время был невозможен, а за этот период времени и его адрес передавалось сообщение;
Рис. 1. Блок-схема системы ФАПЧ для радиостанции ВС при передаче дискретных сообщении ВС узкополосными сигналами: х п — умножители частоты на п; СМ — смесители частот; m — делители частоты на ш; ФНЧ — фильтр нижних частот; ПФ — полосовые фильтры; ФД — фазовый детектор; АД— амплитудный детектор; ЗУ — запоминающее устройство; УУ — устройство управления; ПГ — перестраиваемый генератор; К — ключ; ОГ — опорный генератор; ПЧ — преобразователь частоты; РПУ — радиоприемное устройство; РПДУ — радиопередающее устройство
Ног-(±Л0
— автоматическое считывание буквенно-цифро-иых сообщений, оставленных абонентом сети для автоответа при соответствующем запросе.
На наш взгляд, в настоящее время ни одна из функционирующих систем связи не способна предоставить своим абонентам весь перечень услуг, который способна обеспечить система «МАРС».
Систему декаметровой радиосвязи «МАРС» целесообразно использовать как систему двойного назначения, способную в чрезвычайных ситуациях предостави ть каналы связи всем нуждающимся в них подразделениям, в том числе и автоматизированным системам управления воздушным движением для передачи аварийных, метеорологических и другого рода сообщений на дальние расстояния [3].
Ограничение мощности радиопередатчиков, размещаемых на воздушных судах (ВС), и низкая эф-фективность бортовых антенно-фидерных устройств существенно снижают потенциально достижимую помехоустойчивость систем передачи буквенно-цифровых сообщений со стороны ВС в сторону стационарных приемопередающих радиоцентров (СППР). Эта проблема усугубляется наличием эффекта Доплера, из-за которого происходит отстройка от номинала частоты принимаемых на СППР сигналов ВС. Борьба с эффектом Доплера в каналах связи при приеме сигналов ВС обычно ведется либо путем автоподстройки частоты гетеродина стационарного приемного устройства, либо применением специальных сигналов (ОФТ второго порядка, ЛЧМ сигналов и др.).
Проблема повышения надежности передачи сообщений со стороны ВС может быть решена путем предельного снижения скорости манипуляции, например, до А - 5 бод и использования узкополосных частотно-разнесенных АТ сигналов (ЧТ сигналов с большой базой). Это позволяет в десятки раз повысить энергетический потенциал отдельно взятых элементов сообщения, дает возможность декоррели-ровагь сигналы и помехи в частотно-разнесенных каналах связи и тем самым увеличивает надежность приема дискретных сообщений. Так как каждое приемное устройс тво СППР одновременно обслуживает сотни корреспондентов в режиме частотного унлот-I нения, то невозможно борьбу с эффектом Доплера
вести путем автоподстройки частоты индивидуально для отдельных ВС. В этом случае, как показано ниже, необходимо компенсацию эффекта Доплера производить непосредственно на ВС, используя в качестве опорных принимаемые от СППР высокостабильные радиосигналы.
Рассмотрим вариант дуплексной ав томатической радиосвязи ВС с СППР. Со стороны СППР передача ведется в режиме ОФТ или ДОФТ, а со стороны ВС — в режиме двух узкополосных частотно-разнесенных АТ сигналов [1, 2|. Требуется обеспечить автоматическую компенсацию доплеровского ухода частоты излучаемого со стороны ВС сигнала и приема его с помощью оптимальных узкополосных фильтров без дополнительной автоподстройки частоты на СППР.
На рис. I изображена блок-схема системы (разовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) радиостанции ВС, которая решает поставленную задачу.
Из приведенного рисунка видно, что посредством системы ФАПЧ радиоприемник ВС подстраивается к частоте принимаемого сигнала, компенсируя уходы частоты за счет эффекта Доплера в ту, или другую сторону от номинальной.
В это время передатчик ВС излучает сигнал, который отстроен от номинальной частоты в другую сторону и приходит на СППР уже с компенсацией доплеровской расстройки частоты, т. е. точно на частоте выделенного для данного ВС канала связи. При глубоких замираниях принимаемою самолетом сигнала с помощью ключа К и запоминающего устройства ЗУ отстройка от номинала частоты сохраняется в течение заданного отрезка времени. Необходимое быстродействие и уровень фазовых шумов в кольце ФАПЧ обеспечивается известными методами [4|.
Таким образом, путем предельного снижения скорости манипуляции до 4-5 бод и использования узкополосных частотно-разнесенных АТ сигналов (ЧТ сигналов с большой базой) можно существенно повысить надежность передачи сообщений со стороны ВС, т. к. увеличение в десятки раз энергетического потенциала отдельно взятых элементов сообщения, соответственно, уменьшает вероятность их ошибочного приема. При этом для борьбы с эффектом Доплера автоподстройка частоты производится непосредственно на ВС за счет использования в ка-
честве опорных принимаемых от СППР высокостабильных радиосигналов.
Проведенные исследования показывают, что описанная высоконадежная система автоматической радиосвязи с воздушными судами может быть легко шггегрирована в систему глобальной сети мобильной связи и мониторинга «МАРС», что сущес твенно расширит функциональные возможности этой системы.
Библиографический список
1. Хазан В.Л.Дека.метровая активная пейджннговая система радиосвязи с удаленными базовыми ретрансляторами // Известия вузов России. - Радиоэлектроника. — 2005. - Вып. 2. -С. 53-59.
2. Майсгренко В.А., Хазан В.Л., Федосов Д.В.. Комбинированная КВ-УКВ сеть мобильной радиосвязи со свободным доступом пользователей //11дучно-технические Ведомости СПбГПУ. -2007, - 4-1(52), - томI. - С. 127-131.
3. Набатов О. С., Вдовченко И. С. Связь в автоматизированных системах управления воздушным движением. — М. .Транспорт, 1984.
4. Майсгренко В.А.. Евграфов В.И. Построение прецизионной аппаратуры УВЧ/СВЧ диапазона на основе систем фазовой синхронизации // Актуальные проблемы электронного приборостроения (APEIE-2004): материалы VII Междуиар. конф. -2004. - Т.З. - С.24 — 28.
МАЙСГРЕНКО Василий Андреевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Средства связи и информационная безопасность», проректор.
ХАЗАН Виталий Львович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Средства связи и информационная безопасность».
Статья поступила в редакцию 25.06.08 г. © В.А. Майстренко, В. Л. Хазап
Книжная полка
Зачатейский, Д. Е. Телекоммуникационные и компьютерные технологии в связях с общественностью [Текст]: учеб. пособие / Д. Е. Зачатейский. - Омск: ОмГТУ, 2007. -155с.: рис. - Библиогр.: с. 145-155. -ISBN 5-8149-0493-3.
Учебное пособие раскрывает основные положения образовательного стандарта по дисциплине «Телекоммуникационные и компьютерные технологии в связях с общественностью5» для студентов, обучающихся по специальности 030602 — Связи с общественностью. Содержи т информацию об использовании компьютера при решении различных профессиональных задач PR-специалиста: подготовке публичных выступлений, организации социологических исследований, создании баз данных, организации социологических исследований, создании баз данных, организации представительства организации в сети Интернет и пр.
Рассчитано па студентов факультета гуманитарного образования, имеющих начальный уровен ь компьютерной грамотности.
По вопросам приобретения — (34312) 65-23-69 Е mail: l!bdiiector@ omgtu.ru
Косьмин, А. Д. Современные информационные технологии [Текст]: конспект лекций / А. Д. Кось-мин, В. В. Шарфунов, Е. П. Кукель. - Омск: ОмГТУ, 2008. - 63 с.: рис. - Библиогр.: с. 62-63.
В конспекте лекций дано последовательное изложение всех тем, изучаемых в рамках дисциплины «Современные информационные технологии», что, в свою очередь, помогает студен там как очного, так и заочного отделения успешно подготовиться к экзамену.
В конспекте лекций представлены методические указания по самостоятельной работе студентов с подробным планом выполнения домашнего задания и методические указания по практическим занятиям, раскрывающие цели и значения каждой темы практическою занятия.
По вопросам приобретения — (3812) 65-23-69 0 mail: libdircctor@ omgtu.ru
Могилев, А. В. Практикум по информатике [Текст): учеб. пособие для вузов / А. В. Могилев, Н. И. Пак, Е. К. Хеннер; под ред. Е. К. Хеннера. - 3-е изд., испр. - М.: Академия, 2006. - 607 с.: рис., табл. - (Высшее профессиональное образование). - Библиогр. в конце разд. -ISBN 5-7695-3540-7.
Практикум по тематике, уровню сложности и методическим подходам соответствует учебному пособию А. В. Могилева, Н. И. Пака и Е. К. Хеннера «Информатика». Он включает в себя разделы: теоретическая информатика, программное обеспечение ЭВМ, языки и методы программирования, вычислительная техника, компьютерные сети и телекоммуникации, информационные системы, компьютерное моделирование. Даны наборы тренировочных заданий, лабораторные работы, материалы для тестового контроля по основным темам.
