Структура и алгоритм функционирования адаптивной системы подвижной авиационной связи (АСПАС)

Наличие устойчивой связи между наземными центрами управления воздушным движением (УВД) и летательными аппаратами (ЛА) является важнейшим критерием для обеспечения безопасности воздушного движения. В штатных условиях взаимодействие центра УВД с ЛА происходит в пределах зоны обслуживания центра УВД [1]. При этом используются всенаправленные наземные антенны, обеспечивающие возможность одновременного приема сигналов от всех ВС, находящихся в зоне обслуживания. Наряду с указанным достоинством существующая технология связи обладает таким недостатком, как сложность организации адресной связи с конкретным ЛА при одновременном снижении влияния на помехоустойчивость связи сигналов от других ЛА, рассматриваемых в конкретной ситуации как источники помеховых сигналов. В случае возникновение нештатных ситуаций, когда расстояние до ЛА может существенно увеличиться или в канале связи возникают помехи высокого уровня, целесообразно использовать направленные антенны, обеспечивающие электронное сканирование лучом для сопровождения ЛА, а также адаптацию диаграммы направленности (ДН) для уменьшения влияния помехового сигнала. Так, адаптивные антенные решетки (АР) позволяют решить поставленную задачу и получить излучение высокой направленности [2]. Однако, остронаправленный прием адаптивных АР затрудняет обеспечение связи сразу с несколькими ЛА. С этой целью была предложена структура адаптивной системы подвижной авиационной связи (АСПАС), реализующая три режима работы, определяемые воздушной обстановкой, и позволяющие организовать работу: а) в режиме адресной связи «АСв» с конкретным воздушным судном; б) в режиме общей связи «ОСв», обеспечивая всенаправленный прием сигналов; в) в режиме комбинированной связи «КСв», обеспечивая как всенаправленный прием, так и адресную связь с конкретным воздушным судном.

Предлагаемая структура АСПАС представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема АСПАС

Приведенная на рисунке 1 система содержит следующие устройства: АР– антенная решетка; УФУК – устройство формирования угловых координат; ПЦОС – подсистему цифровой обработки сигналов, включающую в себя два основных устройства: УЦФДНА – устройство цифрового формирования диаграммы направленности антенны, УЦО ППС – устройство цифровой обработки передаваемых и принимаемых сигналов; УУ – устройство управления; ИС – источник сообщений; ПС – получатель сообщений.

Следует отметить, что АР является многосекционной, что обеспечивает возможность связи с ЛА, находящимися на различных направлениях. На основе рассмотренной выше структурной схемы АСПАС разработан следующий алгоритм её функционирования:

1. Задание режима работы (РР). Задание РР определяется согласно условиям организации связи, а также цепями организации канала связи.

2. Определение оценок координат ЛА , где – количество ЛА, находящихся в зоне авиационного наблюдения. Данные о местоположении ЛА в УФТИ поступают от систем наблюдения. При этом в качестве систем наблюдения могут использоваться: первичные и вторичные локаторы (ПРЛ, ВРЛ), многопозиционные системы наблюдения (МПСН), системы автоматического зависимого наблюдения (АЗН) [3]. Для обработки траекторной информации от этих систем могут быть использованы алгоритмы [4, 5].

3. Формирование ДН АР, согласно выбранному режиму работы АСПАС.

4. Определение возможности установления связи между наземным центром АСПАС, и конкретным ЛА_i, , координаты которого были оценены на выходе УФТИ, согласно следующему критерию:

                 (1)

где  – расстояние между АСПАС и ЛА_i, ;

– геометрическая дальность действия радиолинии «АСПАС – ЛА_i»;

 – энергетическая дальность действия.

Используемые в (1) дальности определяются следующим образом:

                      (2)

                                         (3)

                                      (4)

                                         (5)

                                        (6)

где     – координаты фазового центра АР АСПАС;

– координаты ЛАi, в текущий момент времени;

–  мощность передатчика АСПАС и мощность бортового передатчика системы связи ЛА, соответственно;

– коэффициенты усиления передающих антенн, соответственно, АСПАС и бортовой системы ОВЧ-связи;

– коэффициенты усиления приемных антенн, соответственно, АР АСПАС и бортовой системы ОВЧ-связи;

–чувствительность радиоприемных устройств, соответственно, АР АСПАС и бортовой системы ОВЧ-связи;

– длина волны сигнала;

– потери в каналах связи «АСПАС – ЛА» и «ЛА – АСПАС»;

 – высоты передающей и приемной антенн, м.

5. Сопровождение ЛА в режиме адресной связи «АСв» путем электронного сканирования лучом АР. Для этого выполняется определение фазовых сдвигов для каждого канала АР (), обеспечивающих ориентацию луча АР в направление ЛА:

                                          (7)

                                             (8)

где – временные задержки между поступающими сигналами;

–разность расстояний, прошедших лучами, принимаемыми на двух соседних АЭ АР;

– скорость электромагнитной волны,  м/с.

6. Установление связи между АСПАС и ЛА.

Перечисленные операции (1–6) выполняются регулярно с определенным временным шагом , который зависит от темпа поступления траекторной информации и вычислительных возможностей программных и аппаратных средств, используемых при реализации АСПАС. Следует отметить, что АСПАС, использующая в своем составе АР и УФУК, может также использоваться для определения угловых координат ВС, что обеспечит информационное резервирование системы авиационного наблюдения.