Способ адаптивной радиосвязи повышенной надёжности с удалёнными подвижными объектами СМП Российский патент 2021 года по МПК H04B7/26 

Изобретение относится к области радиосвязи и может использоваться при построении адаптивных систем и модернизации существующих комплексов декаметровой радиосвязи, обмена, представления и обработки морской информации, которые обеспечивают возможность интеграции судовых и береговых навигационных и информационных средств, обеспечивающих безопасное судовождение в акваториях, преимущественно трасс Северного морского пути (СМП).

Прогресс в развитии технологической базы обработки сигналов и компьютеризация гарантируют, что декаметровая радиосвязь может эффективно использоваться как для передачи речевой информации, так и для относительно высокоскоростной передачи данных, имея ряд преимуществ, являющихся ведущими. Такие как оперативность, большой радиус действия, высокая живучести и помехозащищенность, а особенно низкая эксплуатационная стоимость радиолиний являются определяющими при организации доступности радиосвязи в местах с низкой плотностью и слабой развитостью элементов инфраструктуры, что значимо востребовано вдоль трассы СМП. Дополнительно к этому, безальтернативной основой морской радиосвязи является Глобальная морская система связи при бедствии для обеспечения безопасности (ГМССБ), обеспечивающая информационное взаимодействие судов между собой и с береговыми спасательно-координационными центрами в случаях бедствия, для организации поиска и спасания судов и людей на море, а также для обеспечения судов информацией по безопасности мореплавания и служебной связью, одним из фрагментов которой, именно в Арктике, является декаметровая радиосвязь. Связующее звено, развивающаяся спутниковая система «Гонец», предназначаемая, в том числе и для Арктики, пока не обеспечивает интерактивных онлайн радиоканалов, а международные «Иридиум» и обязательный в составе ГМССБ «Инмарсат» могут быть нейтрализованы в разных непредсказуемых ситуациях подобно каналам спутникового телевидения при тарифной неуплате. Таким образом классическая декаметровая радиосвязь может быть всегда актуальной и надежной при правильной эксплуатации и организации на СМП.

В свою очередь, расстояния по дуге большого круга на участках между портами Северного морского пути: Мурманск - Диксон - Тикси - Певек, которые могут быть использованы для развертывания стационарных станций декаметровой связи, соизмеримы с 1500 километров, что соответствует расстоянию не более одного скачка при ионосферном распространении декаметровых радиоволн. Удаление фарватеров трассы СМП от этих портов также входит в зоны одного скачка декаметровых волн и в обязательные зоны односторонней радиосвязи ГМССБ в средневолновом (СВ) диапазоне системы NAVTEX по приему судами навигационной информации со стационарных береговых станций.

В то же время, основной проблемой дальней декаметровой радиосвязи является нестационарность ионосферных каналов, обусловленная воздействием различного рода переотражений, возмущений и поглощений при многоскачковом распространении декаметровых радиоволн и наличием зон радиомолчания в пределах первого скачка.

Аномально повышенное поглощение радиоволн в полярной ионосфере является одной из главных причин нарушения связи в декаметровом диапазоне в Арктике, но и в таких ситуациях возможна радиосвязь с использованием возникновения спорадических слоев, а также использование радиосвязи в полосе диапазона средних волн на частотах морской подвижной службы [А. Пугач. Особенности организации радиосвязи в арктической зоне Российской Федерации. Федеральная целевая программа: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», соглашение № 14.574.21.0033].

Для устранения негативного воздействий от прихода радиоволн несколькими лучами известен Способ адаптивной радиосвязи на дальних радиотрассах в декаметровом диапазоне (патент RU №2479125 от 10.04.2013. Бюл. № 10). Способ воспроизводится применением активного ретранслятора, помещаемого в антиподную передатчику область, где многолучевость минимальна, связь с которым осуществляют с адаптацией по направлениям излучения и приема, а также по частоте на основе трассовых расчетов антиподного распространения радиоволн и измерений, проводимых в реальном времени, кроме этого в дополнение, передающую и приемную антенны ориентируют в соответствующих направлениях.

Недостатками известного способа является использование ретранслятора, выносимого в антиподную передатчику область и применение направленных декаметровых антенн, что практически неприемлемо в судовых условиях.

Для компенсации нестационарности ионосферного канала известна Комплексная система информационного обеспечения безопасности судоходства Северного морского пути с использованием каналов метеорной связи (патент RU № 2612592 от 09.03.2017. Бюл. № 7). Способ использования каналов метеорной связи по известному изобретению характеризуется применением комплексной станции, содержащей штатную KB радиостанцию с комплектом антенно-фидерных устройств, снабженную ионозондом и объединенную с СВ радиостанцией с оборудованием для обмена данными по СВ каналам с комплектом антенно-фидерных устройств, и также содержащей базовую станцию метеорной связи с комплектом антенно-фидерных устройств и УКВ радиостанцию с оборудованием для обмена данными по УКВ каналам с комплектом антенно-фидерных устройств.

Недостатками известной системы являются СВ радиостанции с оборудованием для обмена данными по СВ каналам с комплектом антенно-фидерных устройств, в котором антенны, при обмене данными с использованием эффективного излучения при передаче информации, должны быть соизмеримы со 150-200 метрами по протяженности и из-за таких размеров неприменимы в судовых условиях, где могут быть использованы только малогабаритные приемные СВ антенны.

Известен Способ повышения коэффициента исправного действия адаптивной декаметровой системы радиосвязи (патент RU №2733802 от 07.10.2020. Бюл. № 28). Данный способ является наиболее близким по цели и технической сущности заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа. Он основан на поэтапной адаптации радиоканала ведомой и ведущей станций, выполняющий процедуры трассового зондирования, нахождения значений оптимизируемых параметров системы радиосвязи, передачи значений выбранных параметров на ведущую станцию, перестройки приемного и передающего трактов на новые оптимизированные параметры, установления и ведения связи, обработки сигналов в приемном тракте, состоящем из двух идентичных приемных каналов с дополнительно введенным декаметровым блоком приема-передачи служебной информации.

Недостатком прототипа является применение только декаметровой радиосвязи, при нахождении оптимизированных параметров для установления и ведения связи, с передачей служебной информации и значений оптимизируемых параметров на приемо-передающую декаметровую станцию, что исключает восстановление работы декаметрового радиоканала в условиях нестационарного ионосферного канала в Арктике и невозможности проведения сеансов связи. Поэтому радиосвязь в прототипе, преимущественно, осуществляется в радиоканалах без потерь электромагнитных контактов между станциями.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности радиосвязи между подвижными и стационарными станциями декаметрового диапазона за счет применения технологий ионосферного мониторинга с адаптации по частоте и гарантированной передачи значений оптимизируемых параметров на подвижные станции в средневолновом диапазоне в составе служебной информации.

Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующего суммарного технического результата: поддержание повышенной надежности декаметровой радиосвязи с удаленными подвижными объектами и повышение надежности возобновления работы декаметровых радиоканалов, как с потерей связи, так и с ее открытием после пауз, с передачей в средневолновом диапазоне в составе служебной информации значений оптимизируемых параметров для декаметровой радиосвязи.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе стационарные станции адаптивной системы радиосвязи декаметрового диапазона размещают друг от друга на расстояния больше дальних границ зон радиомолчания, но не более односкачкового расстояния между собой и до мест нахождения подвижных удаленных объектов со станциями, рассчитанного для рабочих декаметровых радиоканалов. В стационарные станции дополнительно вводят устройства реализации технологий ионосферного мониторинга путем приема-передачи линейно-частотно-модулированных сигналов и осуществляют процедуру межстанционного трассового зондирования декаметрового диапазона, определяют участки рабочих радиочастот для нахождения значений оптимизируемых параметров радиоканалов, системы дальней связи. Полученные результаты включают в состав служебной информации и через дополнительно введенные блоки приема-передачи значений выбранных параметров на стационарных станциях, оснащенных передающими устройствами средневолнового диапазона с эффективными антеннами, передают информацию в средневолновом диапазоне на подвижные удаленные объекты для приема ими на станциях подвижных объектов, оснащенных приемными устройствами средневолнового диапазона с малогабаритными судовыми антеннами. Оптимизированные параметры используют для установления и ведения радиообмена в декаметровом диапазоне.

Кроме этого в состав станций адаптивной радиосвязи удаленных подвижных объектов могут быть введены устройства реализации технологий ионосферного мониторинга путем приема-передачи линейно-частотно-модулированных сигналов, для осуществления процедуры зондирования рабочего участка декаметрового диапазона и выбора наиболее оптимальных частот радиоканалов, в целях предложения коррекции используемых радиочастот со стационарными станциями.

При этом стационарные станции адаптивной радиосвязи могут быть соединены между собой каналами широкополосной связи для осуществления избирательной работы подвижной станции со стационарной станцией с лучшими условиями радиообмена или осуществления сдвоенного приема-передачи декаметровых волн при пространственном разносе стационарных станций.

Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является то, что на станциях подвижных удаленных объектов дополнительно используется радиоприемный канал средневолнового диапазона, например, действующей системы NAVTEX, для приема оптимизируемых параметров декаметровых радиоканалов. Причем определяют оптимизируемые параметры для декаметровых радиоканалов между подвижными и стационарными станциями по данным реализации технологии ионосферного мониторинга путем приема-передачи линейно-частотно-модулированных сигналов межстанционного трассового зондирования между стационарными станциями.

Дополнительным отличительным признаком является то, что на подвижных объектах также вводят устройства реализации технологии ионосферного мониторинга путем приема-передачи линейно-частотно-модулированных сигналов и осуществляют процедуру зондирования рабочего участка декаметрового диапазона, выбирают наиболее оптимальные частоты используемых радиоканалов и предлагают коррекцию используемых радиочастот.

Дополнительным отличительным признаком является то, что стационарные станции адаптивной радиосвязи соединяют между собой каналами широкополосной связи, преимущественно оптоволоконной, и осуществляют избирательную работу на подвижные объекты с любой стационарной станции с лучшими условиями радиообмена или осуществляют сдвоенный прием-передачу декаметровых волн при пространственном разносе стационарных станций.

Предложенный способ адаптивной радиосвязи повышенной надежности с удаленными подвижными объектами реализуется в системе декаметровой радиосвязи, функциональная схема которой изображена на фиг. 1, где:

1. ПС - подвижный удаленный объект с декаметровой станцией;

2. СС - объект со стационарной станцией декаметрового диапазона;

3. 1 - стационарная декаметровая станция;

4. 2 - подвижная декаметровая станция;

5. 3 - декаметровый радиоканал;

6. 4 - устройство ионосферного мониторинга;

7. 5 - трасса линейно-частотно модулированных сигналов:

8. 6 - зона радиомолчания;

9. 7 - передающее устройство средневолнового диапазона;

10. 8 - информационный радиоканал средневолнового диапазона;

11. 9 - приемное устройство средневолнового диапазона;

12. 10 - канал широкополосной связи;

13. lmin, lmax - расстояния до границ зоны радиомолчания;

14. L - расстояние между станциями, протяженностью менее одного скачка ионосферного распространения декаметровых радиоволн.

Удаленные подвижные объекты, как показано на фиг. 1, для повышения надежности радиосвязи содержат декаметровые станции радиосвязи 2, приемные устройства средневолнового диапазона с малогабаритными антеннами 9 и могут дополнительно быть оснащены устройствами технологии ионосферного мониторинга 4. Стационарные объекты с декаметровыми станциями 1 адаптивной системы радиосвязи содержат устройства реализации технологии ионосферного мониторинга 4 и передающие устройства средневолнового диапазона с эффективными антеннами 7. Стационарные объекты со станциями 1 адаптивной радиосвязи размещены друг от друга на расстояния больше дальних границ lmax зон радиомолчания 6, но не более односкачкового расстояния L между собой. Они могут быть соединены между собой каналами широкополосной связи 10 для осуществления передачи информации при избирательной работе со стационарной станции с лучшими условиями радиообмена или осуществлению сдвоенного приема-передачи декаметровых волн для пространственного разноса стационарных станций.

Осуществление способа

Для осуществления заявленного способа при открытии работы декаметрового радиоканала 3 со станцией 2 подвижного объекта ПС1, находящегося в зоне работы передающего устройства средневолнового диапазона 7 стационарного объекта СС1, например, системы NAVTEX, при постоянном межстанционном трассовом зондировании декаметрового диапазона на участке L между станциями 1 стационарных объектов СС1 и СС2, на трассе линейно-частотно модулированных сигналов 5, с помощью устройства ионосферного мониторинга 4 производят выбор наиболее оптимальных частот для декаметрового радиоканала 3. Полученные оптимальные частоты, скорректированные по учетным данным для прогнозируемой позиции удаленного объекта ПС 1, передают в составе служебной информации в СВ радиоканале 8 системы NAVTEX на приемное устройство средневолнового диапазона 9 и используются для установлении и ведении связи по декаметровому радиоканалу 3 с помощь радиообмена между станциями 1 и 2.

В случаях нахождения удаленного объекта в зоне радиомолчания станции 1 стационарного объекта СС1 (подобно схематически показанным фрагментам 6 на участках от СС1 и СС2 на фиг. 1) устанавливают и ведут связь по радиоканалу 3 между ПС1 и СС2.

Дополнительно к этому, в целях повышения качества работы радиоканала 3, в состав станций 2 адаптивной радиосвязи удаленных подвижных удаленных объектов ПС1 - ПCN вводят устройства реализации технологии ионосферного мониторинга 4 путем приема-передачи линейно-частотно-модулированных сигналов 5 и осуществляют процедуру зондирования рабочих участков декаметрового диапазона, выбирают наиболее оптимальные частоты радиоканалов и предлагают коррекцию используемых радиочастот по работающим декаметровым радиоканалам 3 на стационарные декаметровые станции 1.

В случаях снижений качества работы радиоканала 3 с одной из станций стационарного объекта из находящихся в зоне электромагнитной доступности СС1-CCN, устанавливают и ведут связь избирательно со стационарной станцией 1 с лучшими условиями радиообмена или осуществляют сдвоенный прием-передачу декаметровых волн при пространственном разносе пары стационарных станций 1. Для реализации это работы стационарные объекты СС1-CCN со станциями 1 адаптивной радиосвязи соединяют между собой каналами широкополосной связи 10, преимущественно оптоволоконной.

В заключение следует отметить, что использование предлагаемого способа обеспечивает повышение надежности до полной электромагнитной доступности декаметровой радиосвязи с удаленными подвижными объектами на протяжении всего СМП, с малыми затратами при развертывании отработанных конструкций цифровых декаметровых приемопередающих средств в действующие и планируемые к эксплуатации аппаратные системы NAVTEX. Причем новые технологии обработки сигналов и цифровая радиосвязь позволяют в разы снижать мощности декаметровых радиопередатчиков, а начинающаяся прокладка двух арктических оптоволоконных подводных кабелей с выходами в портопунктах СМП обеспечат каналами широкополосной связи между декаметровыми станциями стационарных объектов и наглядно подтверждают промышленную применимость предлагаемого способа. Применяемые элементы являются известными, однако их введение в указанной связи подтверждает новизну и существенные отличия.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах декаметровой связи. Технический результат состоит в повышении надежности радиосвязи между подвижными и стационарными станциями декаметрового диапазона. Для этого способ адаптивной радиосвязи может использоваться при построении новых адаптивных систем и модернизации существующих комплексов декаметровой радиосвязи, которые обеспечивают возможность интеграции судовых и береговых навигационных и информационных средств, обеспечивающих безопасное судовождение в акваториях, преимущественно трасс Северного морского пути (СМП). Решение существующей проблемы осуществляется за счет применения технологий ионосферного мониторинга с адаптацией по частоте и гарантированной передачей значений оптимизируемых параметров на подвижные станции в средневолновом диапазоне в составе служебной информации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ адаптивной радиосвязи повышенной надежности с удаленными подвижными объектами, основанный на адаптации декаметровых радиоканалов, процедурах трассового зондирования, нахождении значений оптимизируемых параметров системы радиоканалов дальней связи, передаче служебной информации дополнительно введенными блоками приема-передачи значений выбранных параметров на декаметровые станции, перестройке приемных и передающих трактов на новые оптимизированные параметры, установлении и ведении связи, отличающийся тем, что стационарные объекты с декаметровыми станциями адаптивной системы радиосвязи декаметрового диапазона размещают друг от друга на расстояния больше дальних границ lmax зон радиомолчания, но не более односкачкового расстояния L между собой и до мест нахождения подвижных удаленных объектов со станциями, рассчитанного для рабочих декаметровых радиоканалов, при этом в стационарные станции вводят устройства реализации технологии ионосферного мониторинга путем приема-передачи линейно-частотно-модулированных сигналов и осуществляют процедуру межстанционного трассового зондирования декаметрового диапазона, определяют участки рабочих радиочастот для нахождения значений оптимизируемых параметров радиоканалов системы дальней связи, включают полученные результаты в состав служебной информации и через дополнительно введенные блоки приема-передачи значений выбранных параметров на стационарных станциях, оснащенных передающими устройствами средневолнового диапазона с эффективными антеннами, передают информацию в средневолновом диапазоне на подвижные удаленные объекты, для приема ими на станциях подвижных объектов, оснащенных приемными устройствами средневолнового диапазона с малогабаритными антеннами и используют оптимизированные параметры, устанавливают и ведут радиообмен в декаметровом диапазоне.

2. Способ радиосвязи по п. 1, отличающийся тем, что в состав станций адаптивной радиосвязи удаленных подвижных объектов вводят устройства реализации технологии ионосферного мониторинга путем приема-передачи линейно-частотно-модулированных сигналов и осуществляют процедуру зондирования рабочего участка декаметрового диапазона, выбирают наиболее оптимальные частоты радиоканалов и предлагают коррекцию используемых радиочастот.

3. Способ радиосвязи по п. 1, отличающийся тем, что стационарные объекты со станциями адаптивной радиосвязи соединяют между собой каналами широкополосной связи и осуществляют избирательную работу со стационарной станции с лучшими условиями радиообмена или осуществляют сдвоенный прием-передачу декаметровых волн при пространственном разносе стационарных станций.