[1]Полезная модель относится к радиотехническим устройствам связи и передачи данных, расположенным на летательном аппарате (ЛА), в составе комплексов информационного обеспечения тактических воинских формирований.
[2]При подготовке и боевых действиях подразделений тактического звена используются различные автоматизированные информационные средства, решающие широкий круг специальных прикладных задач. Одним из наиболее распространенных среди таких средств является комплекс разведки, управления и связи (КРУС) [1,2].
[3]В настоящее время КРУС представлен базовым комплектом комплекса (БК КРУС), его модифицированной версией БК КРУС-М и формируемыми на их основе индивидуальными носимыми комплектами военнослужащих различных воинских специальностей [3].
[4]КРУС предназначен для решения задач информационного обеспечения, включая управление, связь, навигацию, подготовку и выдачу данных органам военного управления об объектах противника, а также исходных данных артиллерийским и авиационным средствам поражения. Формируемыми носимыми комплектами оснащаются военнослужащие боевых подразделений, подразделений боевого обеспечения, общевойсковых и разведывательных подразделений, других воинских формирований и малых тактических групп.
[5]Далее остановимся на задаче связи в части реализованной в КРУС радиосети передачи данных. Эта специализированная радиосеть содержит две самостоятельные взаимодействующие сети: сеть внутрикомплексной связи между абонентами (военнослужащими) подразделения, оснащенного носимыми комплектами, и сеть внешней связи с абонентами других подразделений (вышестоящих органов управления, артиллерии и авиации (пилотируемой, беспилотной), удаленных разведгрупп и др.), также оборудованных компонентами КРУС.
[6]Сеть внутрикомплексной связи (внутренняя сеть) представляет собой высокоскоростную СВЧ-сеть пакетной передачи данных с динамической маршрутизацией и автоматической ретрансляцией сообщений. Основу сети составляют размещаемые в экипировке военнослужащих индивидуальные модуль радиосвязи (МИРС), встраиваемая аппаратура передачи данных (АПД) и помещенное в аппаратурный контейнер центральное вычислительное устройство (ЦВУ), управляющее работой компонентов носимого комплекта. Оснащение отдельных военнослужащих (в частности, радиотелефониста) включает унифицированный малогабаритный СВЧ-ретранслятор (УМР), обеспечивающий расширение зоны действия внутренней сети. УМР представляет собой размещенный на переносной треноге МИРС с дополнительным усилителем ретранслируемого сигнала.
[7]Сеть внешней связи (внешняя сеть) строится как традиционная сеть средств УКВ-диапазона, составляющих основу многих комплексов обеспечения радиосвязи частей и подразделений Вооруженных Сил РФ. При построении данной УКВ-сети используются штатные радиостанции, например, серий Р-168, Р-853 (радиотелефонист, оператор наведения авиации соответственно), а также необходимые для их включения в КРУС внешняя АПД и двухдиапазонный (СВЧ, УКВ) УМР в специальном исполнении.
[8]При всех достоинствах совместно функционирующих в составе КРУС внутренней и внешней сетей им присущ главный недостаток - невысокая дальность действия из-за наземного базирования всех составляющих сети компонентов. Это обусловлено известными ограничивающими свойствами используемых радиоволн: требованием прямой радиовидимости для СВЧ-волн и быстрым затуханием УКВ-волн при встрече с препятствиями. Эти обстоятельства не позволяют обеспечить требуемую большинством решаемых КРУС задач значительную дальность действия сети передачи данных.
[9]Естественной мерой устранения указанного недостатка является включение в состав КРУС двухдиапазонного ретранслятора, базирующегося на борту ЛА (самолет, вертолет, мультикоптер).
[10]Рассмотрим ряд известных бортовых ретрансляторов, устанавливаемых на ЛА. Анализ практической пригодности ретрансляторов проведем применительно к радиосети передачи данных КРУС.
[11]Известны многодиапазонные ретрансляторы радиосвязи на привязном аэростате [4,5] метрового MB (УКВ), дециметрового-сантиметрового ДМВ-СМВ (СВЧ), сверхдлинноволнового-средневолнового СДВ-СВ (ретранслятор [4]) диапазонов волн.
[12]Главный недостаток ретрансляторов состоит в необходимости использовании кабель-каната, содержащего жилы электропитания бортовых средств радиосвязи и систем аэростата, а также [5] волоконно-оптическую линию связи и соединительную линию, связывающие аэростат с наземным пунктом привязки. Это требование резко снижает живучесть ретранслятора в боевых условиях. Недостатками также являются отсутствие бортовых средств навигации, необходимых для точного позиционирования аэростата в заданной точке пространства над районом действий воинского подразделения, оснащенного КРУС, и избыточный состав бортовых средств связи СДВ-СВ диапазона [4]. Указанные обстоятельства исключают применение ретрансляторов [4,5] в составе комплекса.
[13]Известен вертолетный комплекс ретрансляции [6] (далее ретранслятор), содержащий размещенную в трех отдельных контейнерах аппаратуру ретрансляции УКВ, СВЧ диапазонов и соответствующие приемопередающие антенны. Контейнеры соединены между собой кабельной сетью и подключены к вертолетной системе электропитания. Аппаратура и антенны штатно крепятся к швартовочным узлам и фюзеляжу вертолета. Навигация обеспечивается размещенной в третьем контейнере многофункциональной интегрированной системой СВЧ-связи, навигации и опознавания (МИССНО).
[14]Недостаток ретранслятора состоит в том, что он является неавтономным узкоспециализированным устройством, жестко привязанным к конструкции конкретного типа вертолетов (например, МИ-8) и его кабельным сетям (питающей, высокочастотной). Следует также отметить громоздкость конструкции ретранслятора (три контейнера). Эти обстоятельства существенно ограничивают возможность его применения на ЛА-носителях других типов (пилотируемые и беспилотные (БЛА) самолетного типа, мультикоптеры), которые могут задействоваться КРУС. Кроме того, как следует из кратких материалов по МИССНО в [6] и других единичных источниках, навигация здесь реализуется, по-видимому, путем достаточно грубых относительных измерений времени запаздывания связных (не радионавигационных) сигналов между вертолетом-носителем ретранслятора и другими аналогичными вертолетами или наземным пунктом управления. Высокоточная спутниковая навигация не используется.
[15]Известен автономный ретранслятор данных [7], состоящий из бортового регистратора по патенту на полезную модель [8], универсального многофункционального усилителя-ретранслятора, реализующего стандарты широкополосной мобильной связи и высокоскоростной пакетной передачи данных WCDMA, HSPA UMTS/HSPDA, универсального дифференциального корректора данных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS/Galileo/Beidou и модуля автономного питания. Ретранслятор смонтирован во влагонепроницаемом противоударном корпусе, предназначенном для крепления "непосредственно в корзине дирижабля или внутри корпуса беспилотного управляемого воздухоплавающего аппарата".
[16]Реализованные в ретрансляторе стандарты связи и передачи данных суммарно занимают частоты 800, 850, 1710-1755, 1900-2100, 2110-2155 МГц, принадлежащие СВЧ-диапазону. УКВ-диапазон ретранслятором не поддерживается.
[17]Неоправданным представляется включение в ретранслятор дифференциального корректора, предусматривающего, очевидно, использование корректирующих данных широкозонных дифференциальных SBAS-систем: отечественной СДКМ, WAAS (США), EGNOS (Евросоюз) и др. Соответствующая навигационная аппаратура потребителей (самого ретранслятора и его абонентов), обладающая режимом приема и введения корректирующих поправок, отличается повышенной стоимостью и сложностью эксплуатации, а обеспечиваемая ею высокая (сантиметровая) точность позиционирования явно избыточна как для абонентов лесного хозяйства, для которых изначально предназначен ретранслятор [7], так и для абонентов КРУС. Достаточную точность навигации обеспечивают широкодоступные современные навигационные модули с режимом измерения фазы несущей частоты спутниковых навигационных сигналов без привлечения данных SBAS.
[18]Указанные обстоятельства препятствуют применению ретранслятора [7] в радиосети передачи данных КРУС.
[19]Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности (прототипом) является бортовой ретранслятор комплекса обеспечения радиосвязи разведывательно-ударной системы с БЛА [9].
[20]Ретранслятор-прототип содержит два идентичных канала доступа к ретранслятору, каждый из которых состоит из последовательно соединенных приемо-передающей антенны (ППА), приемо-передающего радиомодема (ППРМ) УКВ-диапазона и аппаратуры передачи данных (АПД), подключенной к общему для обоих каналов вычислительному устройству (ВУ). Помимо согласования интерфейсов ППРМ и ВУ и помехоустойчивого кодирования информации и сигналов, главной функцией АПД совместно с ВУ является реализация протоколов доступа к радиосвязи с ретранслятором абонентов системы. В первом канале доступа реализуется прямой свободный доступ к ретранслятору небольшой группы наиболее ответственных абонентов системы, для чего используется стандартный протокол управления доступом к среде передачи (в данном случае к ретранслятору) Ethernet с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Во втором канале, обслуживающем многочисленную группу абонентов с более низкими приоритетами, реализуется модифицированный протокол множественного доступа с временным разделением (МДВР) путем принудительной синхронизации абонентов с помощью их циклического опроса формируемой ВУ последовательностью запросов ретранслятора.
[21]Недостатки ретранслятора-прототипа состоят в следующем:
[22]1. Главный недостаток состоит в использовании каналов доступа к ретранслятору и, как следствие, каналов радиосвязи абонентов только УКВ-диапазона. Если для отдельных приоритетных абонентов здесь может быть достигнута приемлемая скорость передачи данных, то для большого числа других абонентов эта скорость оказывается недопустимо низкой.
[23]2. Использование различных протоколов доступа к ретранслятору (Ethernet, МДВР) приводит к усложнению принципа работы ретранслятора, его изготовления, применения и эксплуатации.
[24]3. Отсутствие в ретрансляторе собственных средств электропитания и навигации свидетельствует о его неавтономности и встроенности в бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО) БЛА. Тем самым теряется универсальность и сужается область применения ретранслятора, подтверждением чего является отмеченное в описании [9] ограничение на его размещение именно БЛА самолетного типа.
[25]Целью заявляемой полезной модели является создание рационального по составу и исполнению двухдиапазонного бортового ретранслятора на ЛА, обеспечивающего высокую скорость передачи в радиосети передачи данных КРУС.
[26]Для достижения поставленной цели в бортовом ретрансляторе, расположенном на ЛА в радиосети передачи данных КРУС и содержащем два соединенных с ВУ канала доступа к ретранслятору, каждый из которых включает последовательно соединенные ППА, ППРМ и АПД, выполненную с возможностью реализации протокола управления доступом к ретранслятору и согласования интерфейсов ППРМ и ВУ, выполненного с возможностью одновременного управления работой первого и второго каналов доступа, первый канал доступа к ретранслятору выполняют с возможностью работы абонентов в высокоскоростной СВЧ-сети внутрикомплексной связи КРУС, а второй канал доступа к ретранслятору выполняют с возможностью работы абонентов в УКВ-сети внешней связи КРУС. При этом бортовой ретранслятор дополнительно содержит модуль спутниковых навигационных систем (МСНС), соединенный с ВУ, и модуль электропитания (МЭП), соединенный с ВУ, обоими ППРМ, обеими АПД и МСНС.
[27]Существенным отличительным признаком заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом является выполнение первого канала доступа к ретранслятору с возможностью работы абонентов в СВЧ-сети внутрикомплексной связи КРУС при сохранении имеющегося второго канала доступа с возможностью работы в УКВ-сети внешней связи.
[28]Помимо очевидного положительного результата, заключающегося в полноценном встраивании двухдиапазонного ретранслятора в радиосеть комплекса, содержащую помимо УКВ-сети штатную внутреннюю СВЧ-сеть пакетной передачи, эта мера, вследствие перехода в СВЧ-диапазон, позволяет существенно увеличить полосу частот используемых сигналов, расширить полосу пропускания соответствующих приемо-передающих трактов, увеличить максимально возможную скорость передачи информации (пропускную способность) и, в итоге, повысить реальную скорость передачи данных.
[29]Кроме того, совместное использование обоих каналов доступа обеспечивает гибкое перераспределение абонентов КРУС (при необходимости) между внутренней и внешней сетями, позволяя косвенно повысить пропускную способность и скорость передачи данных УКВ-сети. Такое решение также допускает реализацию в обеих сетях общего (например, Ethernet) протокола доступа к ретранслятору.
[30]В прототипе подобное решение не предусмотрено. Построение каналов доступа в одном УКВ-диапазоне для сохранения невысоких, но приемлемых для части абонентов скоростей передачи данных вынуждает использовать два различных протокола доступа, что, как отмечалось, приводит к усложнению работы ретранслятора.
[31]Дополнительным отличительным признаком заявляемой полезной модели является введенный в состав ретранслятора МСНС, позволяющий точно позиционировать ретранслятор в заданной точке пространства над районом действий воинского подразделения, оснащенного КРУС. Достигается это тем, что определяемые МСНС текущие параметры местоположения ЛА-носителя ретранслятора передаются в соединенное с модулем ВУ, которое далее транслирует их в бортовую систему управления движением аппарата (здесь не показана), обеспечивающую его приведение и удержание в заданной точке.
[32]В прототипе какие-либо бортовые средства навигации отсутствуют.
[33]Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение скорости передачи данных абонентов КРУС.
[34]Заявляемую полезную модель иллюстрируют следующие графические материалы.
[35]Фиг. 1. Схема бортового ретранслятора, где:
[36]1.1, 1.2 - первая ППА-1 и вторая ППА-2 приемо-передающие антенны СВЧ и УКВ-диапазонов соответственно;
[37]2.1, 2.2 - первый ППРМ-1 и второй ППРМ-2 приемо-передающие радиомодемы СВЧ и УКВ- диапазонов соответственно;
[38]3.1, 3.2 - первая АПД-1 встроенная и вторая АПД-2 внешняя аппаратура передачи данных;
[39]4 - вычислительное устройство ВУ;
[40]5 - модуль электропитания МЭП;
[41]6 - модуль спутниковых навигационных систем МСНС.
[42]Фиг. 2. Вариант конструктивного исполнения бортового ретранслятора,
[44]1.1, 2.1 - ППА-1, ППРМ-1 СВЧ-диапазона в радиопрозрачном полусферическом корпусе (на рисунке на невидимой тыльной стороне контейнера ретранслятора);
[45]1.2, 2.2 - ППА-2, ППРМ-2 УКВ-диапазона;
[47]4, 3.1 - ВУ с встроенной АПД-1;
[49]6 - МСНС в радиопрозрачном полусферическом корпусе;
[50]7 - контейнер ретранслятора;
[51]8 - крепления для подвеса контейнера к ЛА.
[52]Основные аспекты работы заявляемого бортового ретранслятора проанализированы при изложении отличительных признаков. Дополним анализ рассмотрением функций и возможностей реализации его компонентов (Фиг. 1,2).
[53]Очевидным решением является построение ретранслятора на основе компонентов КРУС [1-3]. Этим обеспечивается унификация, преемственность и задействование имеющегося задела аппаратно-программных средств.
[54]Так, приемо-передающим радиомодемом 2.1 с антенной 1.1 является СВЧ-модуль радиосвязи МИРС, дополненный широкополосным усилителем проходного действия (без демодуляции и обратной модуляции). Модуль с усилителем строится на основе известного стандарта 802.11/b/g/n с использованием широкодоступным адаптеров и комплектующих.
[55]В качестве приемо-передающего радиомодема 2.2 с антенной 1.2 может использоваться авиационная УКВ- радиостанция Р-853-В2М "Варево-2Мʺ, предназначенная для обмена данными между летательными аппаратами [10]. Важным качеством данной радиостанции является возможность встречной работы с мощной дальнодействующей радиостанцией пункта управления Р-997-1Б [11].
[56]Вычислителем ВУ 4 служит центральное вычислительное устройство ЦВУ, входящее в состав носимого комплекта военнослужащего. Одним из вариантов аппаратного исполнения ЦВУ является СнК (система-на-кристалле) SmartFusion 2, включающая энергозависимую матрицу ПЛИС, выполненную по Flash-технологии, и полноценную процессорную подсистему на базе процессора ARM Cortex М3.
[57]ЦВУ в качестве ВУ бортового ретранслятора выполняет роль контроллера, осуществляющего сбор, хранение, обмен через соответствующие интерфейсы информацией и управление подсоединенными к нему компонентами. Эти функции реализуются специальным программным обеспечением ЦВУ, одним из элементов которого является программный модуль встроенной АПД-1 3.1, выполненный с возможностью реализации протокола управления доступом к ретранслятору и согласования интерфейсов ППРМ-1 и ВУ.
[58]В качестве внешней АПД-2 3.2 целесообразно использовать изделие "Заря-М" [12], предназначенное для криптографической защиты информации и помехоустойчивого кодирования передаваемых данных, способное также выполнять аналогичные АПД-1 функции по реализации протокола управления доступом и согласования интерфейсов ППРМ-2 и ВУ.
[59]Модуль МСНС предназначен для определения плановых координат X, Y, широты В, долготы L и высоты Н (координаты Z) бортового ретранслятора (ЛА-носителя) в системе координат СК-42 или какой-либо другой системе отсчета (например, П3-90.11 или WGS-84), принятой в РФ для топографических и навигационных определений. Примером исполнения модуля 6 является отечественный навигационный приемник МНП-М7 Ижевского радиозавода «ИРЗ».
[60]Изготовление модуля электропитания МЭП не вызывает сложности, поскольку на рынке широко представлены различные по емкости, массе, условиям применения образцы литий-ионных аккумуляторных батарей. Так, при размещении бортового ретранслятора, например, на БЛА самолетного типа среднего или тяжелого класса рациональным является выбор высокомощного аккумулятора Li-ion Sumsung INR18650-30Q (масса 4,1 кг), характеризующегося высокой удельной энергоемкостью, большими током отдачи и ресурсом работы, морозостойкостью, отсутствием саморазряда, высокой защищенностью. Возможен целый ряд других вариантов исполнения МЭП.
[61]Также не сложно изготовление контейнера радиотранслятора 7 с креплением для подвеса 8, которое может быть выполнено по технологии 3D-печати с использованием современных композитных материалов.
[62]Таким образом, заявляемая полезная модель может быть осуществлена и обеспечивает повышение скорости передачи данных абонентов КРУС.
[63]Источники информации:
[64]1. Комплекс разведки, управления и связи "Стрелец" и "Стрелец-М" для "Ратник". - Режим доступа: https://vpk.name/library/f/strelec.html.
[65]2. КРУС "Стрелец". 14 июля 2023. - Режим доступа: https://teletype.in/@specnazopedia/YrX21cfzKWH.
[66]3. Базовый комплект комплекса разведки, управления и связи БК КРУС-М. Изделие 83 т415. - Режимы доступа: https://mypresentation.ru/presentation/bazovyj-komplekt-kompleksa-razvedki-upravleniya-i-svyazi-bk-krusm-izdelie-83t415/2;
[67]https://vseprezentacii.com/algebra/bazovyj-komplekt-kompleksa-razvedki-upravleniya-i-svyazi-bk-krusm-izdelie-83t415.
[68]4. Патент на изобретение RU 2537798 С1.
[69]5. Патент на изобретение RU 2680008 С1.
[70]6. Патент на полезную модель RU 74369 U1.
[71]7. Патент на полезную модель RU 161829 U1.
[72]8. Патент на полезную модель RU 134680 U1.
[73]9. Патент на изобретение RU 2767044 С1.
[74]10. Радиостанция Р-853-В2М Варево 2М. - Режим доступа: https://vk.com/wall-6054817_146800.
[75]11. ОАО «Владимирский завод «Электроприбор». Радиостанция Р-997-1Б. - Режим доступа: https://electropribor.ru/files/tehnika_dlya_svayzi.pdf.
[76]12. Пензенский научно-исследовательский электротехнический институт. Заря-М. - Режим доступа: http://pniei.ru/activity/production/zarya-m.htm.
