КОРАБЕЛЬНАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2007 года по МПК H04B10/12 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для организации внутрикорабельной и внешней радиосвязи на кораблях, судах и других объектах.

Известна бортовая интегральная система SNTI, разработанная французской фирмой «Telecommunications Radioelectromigues et Telephonigues», 1990 г. Эта система предназначена для обеспечения внутренней автоматической телефонной связи и управления радиокомплексом.

Основу системы составляет устройство временного уплотнения каналов, организованное в виде кольцевой структуры. В качестве передающей среды используются металлические кабели. Система состоит из двух основных частей:

подсистемы передачи и подсистемы временного уплотнения каналов.

Известно «Устройство громкоговорящей дуплексной связи» (А.С. СССР №568210, кл. Н04М 9/08). Устройство содержит коммутатор, микрофон, громкоговоритель, усилитель передачи и приема, формирователь управляющих импульсов, ФНЧ, модулятор, демодулятор и другие элементы, образующие приемные и передающие тракты.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и положительному эффекту является «Система внутрикорабельной громкоговорящей связи и трансляции» (патент РФ №2131168, 27.05.99 г., Кл. 6 Н04В 13/00). Система предназначена для организации внутрикорабельной громкоговорящей и телефонной связи, а также для передачи данных.

Эта система является прототипом, рассчитана на использование коммутационных центров, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями связи. Система включает в себя трактообразующую аппаратуру, аппаратуру ввода и вывода информации, а также систему дистанционного программного управления, содержащую коммутационные блоки высокочастотных и низкочастотных цепей, блок смешанного программирования, аппарат контроля трактов.

Недостатками, как аналогов, так и прототипа являются: низкая помехозащищенность коммутаторов, зависимость качества передачи информации от длины абонентской линии, большие аппаратурная и кабельная избыточность, при этом система обеспечивает только внутрикорабельную громкоговорящую связь и передачу данных.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение качества каналов передачи и приема информации при одновременном сокращении массо-габаритных характеристик.

Поставленная цель достигается за счет того, что в систему, содержащую трактообразующую аппаратуру, систему дистанционного программного управления, в свою очередь, содержащую коммутаторы высокочастотных и низкочастотных цепей, блок смешанного программирования и аппарат контроля трактов, дополнительно введена микроЭВМ, пульт оператора, блок синхронизации кольца, блок местных коммутаций и интерфейс сопряжения с радиосредствами, при этом микроЭВМ соединена с пультом оператора и блоком синхронизации кольца, причем блок синхронизации кольца соединен с пультом оператора и с блоком местных коммутаций, а блок местных коммутаций соединен с интерфейсом сопряжения радиосредств.

На чертеже показана блок-схема корабельной волоконно-оптической системы связи:

1 - пульт оператора;

2 - управляющая микроЭВМ;

3 - блок синхронизации кольца;

4 - блоки местных коммутаций (БМК);

5 - абонентские волоконно-оптические линии связи;

6 - групповые волоконно-оптические линии связи;

7 - интерфейс сопряжения с радиосредствами;

8 - радиосредства.

Пульт оператора 1 предназначен для выдачи команд управления средствами радиокомплекса, команд отображения состояния аппаратуры управления радиокомплексом, ведения переговоров с абонентами системы, контроля за ведением переговоров и отображения состояний аппаратуры управления радиокомплексом с помощью табло индикации.

Управляющая микроЭВМ 2 служит для преобразования принятых от пульта оператора и абонентского аппарата команд в команды, управляющие средствами радиокомплекса и другими блоками аппаратуры управления радиокомплексом, слежением за временем смены частот и выдачи в момент смены частот команд на радиостанции для смены рабочих частот. МикроЭВМ 2 состоит из: постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) предназначенного для хранения заранее записанной информации о времени автоматической смены частот и значений частот приема и передачи радиостанции; таймера, определяющего текущее время; буферного регистра - для хранения ближайшего времени смены частот; интерфейса обмена - для обмена информацией с пультом оператора и магистрального управления средствами радиокомплекса.

Блок синхронизации кольца 3 предназначен для согласования задержки при распространении сигналов по кольцевым линиям, задания тактовой частоты, цикловую (ЦСС) и сверхцикловую синхронизацию системы (СЦСС), принимает и выдает тестовые сигналы и сигналы оповещения абонентам системы, сопряжения общего канала управления с каналом ввода-вывода управляющей микроЭВМ 2.

Блоки местных коммутаций 4 предназначены для концентрации сигналов управления от подключенных к БМК средств радиокомплекса и вставки их в общую магистраль управления, распределение сигналов управления из магистрали на средства радиокомплекса, подключенные к БМК, внутригрупповой коммутации информационных сигналов радиосредств, подключенных к данному БМК между собой, коммутации информационных сигналов радиосредств, входящих в группу данного БМК с межгрупповыми каналами связи, а также в случае аварийной коммутации и контроля работы межгрупповых линий связи. БМК состоит из устройства синхронизации приема и передачи «кольца», устройства синхронизации приема и передачи «звезды» и устройства управления.

Абонентские волоконно-оптические линии связи 5 предназначены для обмена информационными сигналами управления между средствами радиокомплекса и БМК.

Групповые волоконно-оптические линии связи 6 предназначены для обмена информационными сигналами между блоками БМК.

Интерфейс сопряжения с радиосредствами 7 предназначен для обмена техническими средствами и БМК. Унифицированный интерфейс обмена предназначен для обмена как информационными, так и сигналами управления между средствами радиокомплекса и БМК по волоконно-оптическим линиям связи.

Рассмотрим работу составных частей системы.

Принцип работы пульта оператора 1.

При нажатии на панели пульта нужной клавиши переключателя и кнопки, происходит формирование команды на микроЭВМ 2 следующим образом. После кратковременного нажатия кнопки с помощью соответствующего шифратора адреса кнопки и шифратора адреса области формируется код нажатой кнопки. Одновременно через схему «или» формируется импульс нажатой любой кнопки, который формируется и очищается от «дребезга» контактов кнопки устройством формирования. По этому импульсу происходит запись информации о состоянии переключателей и адреса нажатой кнопки в выходной регистр. Одновременно устанавливается в «1» триггер запроса, по списку которого устройство сопряжения с интерфейсом 7 начинает передачу 4-х байтной команды через стандартный интерфейс микроЭВМ 2. После окончания передачи сбрасывается триггер запроса. Принятая микроЭВМ 2 команда расшифровывается подпрограммой работы с пульта оператора 1 и передает управление соответствующим подпрограммам работы с требуемыми устройствами аппаратуры управления радиокомплексом и средствами радиокомплекса. После окончания работы подпрограммой с пульта оператора 1 формируются команды на индикацию и передаются на пульт оператора 1. В пульте оператора 1 и в блоке сопряжения с интерфейсом 7 эти команды принимаются и информационная часть команды поступает на входы регистров индикаторов, а адресная часть совместно с импульсной синхронизацией поступает на дешифратор адреса, с соответствующего выхода которого импульс записи поступает на нужный регистр индикатора, куда и записывается принятая информация.

Принцип работы микроЭВМ 2.

При включении питания микроЭВМ 2 вначале обрабатывает программу начальной установки рабочих частот, часть которой для системы автоматической смены частот просматривает ПЗУ ячейки, в которых хранятся время смены частот, и выбирает из них ближайшее к текущему значение ближайшего времени, загружает его в буферный регистр, в соответствующий ему адрес ячейки ПЗУ, где хранится адрес радиостанции и значение измеряемой частоты. В схеме сравнения происходит сравнение времени, записанного в буферный регистр, с текущим и в момент сравнения происходит прерывание работы микроЭВМ 2. МикроЭВМ 2 определяет источник прерывания (таймер) и считывает из ПЗУ адрес радиостанции и значение частоты, формирует команду смены частоты и посылает ее в нужную радиостанцию. Далее микроЭВМ 2 вновь просматривает ПЗУ, выбирает ближайшее к текущему значение времени и процесс вновь повторяется.

Обработка остальных алгоритмов начинается при поступлении команд с пульта оператора 1 или других устройств, происходит прерывание работы микроЭВМ 2. Программа отработки прерывания определяет источник поступления команды и передает управление соответствующей подпрограмме, предписывающей работу с данным устройством. Формируемые микроЭВМ 2 ответные команды посылаются нужным устройствам через соответствующий интерфейс.

Принцип работы БМК.

Цифровой сигнал поступает на устройство синхронизации приема «кольца». Это устройство состоит из устройства выделения сигналов и формирования специальных сигналов, а также из схем защиты ЦСС и СЦСС от одиночных сбоев. Устройство формирования выделяет признаки ЦСС и СЦСС и формирует тактовые синхросигналы (ТСС) и специальные сигналы. Так как на устройство синхронизации подается цифровой сигнал, прошедший канал связи, то в нем с определенной вероятностью элементарные символы могут быть искажены. Схема защиты от одиночных сбоев ЦСС по приходу признака ЦСС вырабатывает последовательность «контрольных» признаков ЦСС, по которой и принимается решение о наличии синхронизма. Благодаря данной схеме система переходит в режим поиска синхронизма только после трех следующих подряд сбоев ЦСС, при кратковременных искажениях синхронизма под воздействием помех сбоя синхронизации не происходит.

Устройство синхронизации передачи «кольца» состоит из устройства уплотнения служебного канала (СЛК), устройства уплотнения информации и устройства согласования задержек. На вход устройства уплотнения СЛК поступает разуплотненный СЛК, где параллельный код преобразуется в последовательный.

Устройство уплотнения информации выполняет те же функции по отношению к цифровому информационному сигналу. Но скорость передачи последовательного кода определяется тактовой частотой.

Устройство согласования задержек служит для согласования времени приема и передачи СЛК.

В БМК используется коммутационная система В-П-В (временное-пространственное-временное разделение).

Цифровой сигнал «кольца» с оптического приемного устройства «кольца» поступает на устройство разуплотнения информационного канала. Сигналы управления для данного устройства формируются устройством выделения синхросигналов и формирования специальных сигналов. В устройстве разуплотнения информационного канала происходит снижение скорости передачи информации. Выделенные СЛК с устройства разуплотнения информационного канала поступают на устройство разуплотнения служебного канала, где происходит снижение скорости передачи СЛК. В устройстве разуплотнения СЛК двоичный код преобразуется в позиционный, который управляет работой устройства коммутации «кольца» (приемная часть). В устройстве коммутации «кольца» происходит коммутация информации из «кольца» с нужным абонентом. В устройстве коммутации «кольца» (передающая часть) происходит коммутация информации от нужного абонента в «кольце» под воздействием управляющих сигналов с устройством синхронизации «звезды».

Устройство синхронизации («звезды») синхронизирует работу звездообразной подсистемы связи с кольцевой. Информация служебного канала устройств синхронизации «звезды» управляет работой устройства управления коммутационным полем, где происходит преобразование двоичного кода СЛК в позиционный код, который поступает на коммутационное поле. В коммутационном поле происходит необходимая коммутация под воздействием позиционного кода устройства управления коммутационным полем.

Устройство суммирования кодов вырабатывает необходимые СЛК «кольца».

Принцип работы интерфейса сопряжения с радиокомплексом.

Из канала управления информация поступает в блок в последовательном виде и с помощью сдвигающего регистра преобразуется в параллельный код. Одновременно от устройств, подключенных к БМК, через интерфейс поступает информация, предназначенная для передачи к ЭВМ.

Наличие информации на передачу идентифицируется сигналом по линии «запрос», по переднему фронту которого устанавливается в «1» триггер запроса соответствующего устройства. Сигналы с триггеров запроса всех устройств, подключенных к БМК, поступают на устройство выделения запросов, на выходе которого в соответствии с приоритетом, присвоенным каждому устройству, устанавливается код адреса соответствующего устройства и сигнал запроса на передачу при наличии хотя бы одного запроса от устройств, подключенных к БМК. Адресная часть приходящей из общего канала информации анализируется, т.е. определяется, предназначена ли она для передачи устройству, подключенному к БМК, или пришедший блок информации «пустой». Этот анализ делается сравнением адресной части команды с адресом, присвоенным данному БМК. Информация о том, является ли блок «пустой», определяется по 3 биту идентификации.

Корабельная волоконно-оптическая система связи работаетследующим образом. После подачи напряжения питания все блоки системы, кроме микроЭВМ 2, переходят в режим ожидания, а микроЭВМ 2 начинает обрабатывать программу начальной установки, по которой устанавливается исходное для работы состояние всех блоков и узлов системы и на это время запрещается прерывание микроЭВМ от всех источников прерывания, кроме канала связи.

После окончания работы программы начальной установки микроЭВМ 2 переходит к обработке циклической программы контроля, по которой последовательно контролируются все узлы и блоки системы, а также все средства радиокомплекса. В это время разрешаются все прерывания работы микроЭВМ 2 от всех остальных источников.

В случае поступления команды на микроЭВМ 2 из какого-либо пульта или устройства, происходит прерывание работы программы контроля и управление передается подпрограмме обработки прерываний, которая, определив источник прерывания, передает управление той подпрограмме, которая работает с данным источником прерывания (таймером, пультом оператора и т.д.). После окончания работы этой подпрограммы, управление передается к прерванной программе контроля.

При наличии нескольких прерываний подпрограмма прерываний определяет порядок их обработки в соответствии с присвоенным приоритетом.

Для определения источника прерываний каждому средству радиокомплекса, а также блоку аппаратуры управления радиокомплексом, который управляется от ЭВМ, присвоен адрес, а для хранения информации о их состоянии - соответствующая область памяти ОЗУ.

В качестве примера рассмотрим работу аппаратуры радиокомплекса при формировании тракта 2 ТЛФ УКВ для разговора оператора.

При нажатии кнопки 2 ТЛФ УКВ на пульте оператора информация о состоянии органов управления пульта передается в микроЭВМ 2. Текущая работа микроЭВМ 2 прерывается и подпрограмма прерываний определяет источник прерывания - пульта оператора. После этого управление передается подпрограмме работы с пульта оператора, которая, сравнив новое состояние органов управления со старым, определяет, какая кнопка нажата (нажата кнопка 2 ТЛФ УКВ), запоминает в области памяти ОЗУ, соответствующей пульту оператора, новое состояние пульта и в соответствии с нажатой кнопкой передает управление подпрограмме формирования тракта 2 ТЛФ УКВ.

Подпрограмма формирования тракта 2ТЛФ УКВ в соответствии с приведенными выше алгоритмами формирует заданный тракт, при этом она в процессе работы обращается к подпрограммам: работы с радиостанциями, выбора свободного канала в межгрупповых линиях связи, работы с коммутатором БМК 4, работы с табло индикации пульта оператора. После окончания работы подпрограммы формирования 2 ТЛФ УКВ тракта на табло индикации загорается индикатор «Готовность 2 ТЛФ УКВ», а управление передается прерванной программе.

Технико-экономическая эффективность изобретения.

На основании произведенного расчета массо-габаритные характеристики заявляемой системы уменьшаются в 1,5 раза, а качество каналов передачи информации улучшается на ˜50% при одновременном расширении функциональных возможностей системы, так как система позволяет объединить все виды внутрикорабельной связи, а также осуществлять управление радиосредствами корабля.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для организации внутрикорабельной и внешней связи. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение качества каналов передачи и приема информации при одновременном сокращении массо-габаритных характеристик. Это происходит за счет дополнительного введения в систему микроЭВМ, пульта оператора, блока синхронизации кольца, блока местных коммутаций (БМК) и интерфейса сопряжения с радиосредствами, при этом микроЭВМ соединена с пультом оператора и блоком синхронизации кольца, причем блок синхронизации кольца соединен с пультом оператора и с БМК, а БМК соединен с интерфейсом сопряжения радиосредств. 1 ил.

Корабельная волоконно-оптическая система связи, включающая блоки местных коммутаций, и радиосредства абонентов, отличающаяся тем, что дополнительно введены управляющая микроЭВМ, предназначенная для формирования команд установки и смены рабочих частот радиосредств абонентов, пульт оператора, блок синхронизации кольца и интерфейс сопряжения с радиосредствами абонентов, при этом блоки местных коммутаторов соединены между собой по кольцу групповыми волоконно-оптическими линиями связи, блок синхронизации кольца соединен с пультом оператора и с блоками местных коммутаций, а блоки местных коммутаций, в свою очередь, соединены абонентскими волоконно-оптическими линиями связи с интерфейсом сопряжения радиосредств абонентов, управляющая микроЭВМ соединена групповыми волоконно-оптическими линиями связи с пультом оператора и блоком синхронизации кольца.