ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ И ОБМЕНА ДАННЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2024 года по МПК H04B7/00 H05K7/00 

Изобретение относится к комплексам средств авиационной радиосвязи. Изобретение может быть использовано при создании комплексов радиосвязи различных диапазонов для пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов.

При проектировании систем связи современных летательных аппаратов применяются комплексы, построенные на принципах использования специализированной каналообразующей аппаратуры под управлением коммутирующего управляющего устройства, объединенных общей шиной управления и обмена данными. Например, известен комплекс бортовых средств цифровой связи [1], состоящий из трехканального широкополосного модуля связи ДКМВ и МВ/ДМВ1 диапазонов, приемопередатчика ДМВ2 диапазона, приемопередатчика СМВ диапазона, модуля защиты информации, модуля управления и маршрутизации, модуль спутниковой связи. Модуль управления и маршрутизации подключен двухсторонними связями по шине командно-информационного обмена и по шине высокоскоростного информационного обмена к бортовому оборудованию и по шине командно-информационного обмена к соответствующим входам вышеупомянутых модулей, а также по шине высокоскоростного информационного обмена к приемопередатчику СМВ диапазона, а его аналоговые низкочастотные выходы соединены двухсторонними связями с бортовой аппаратурой и соответствующими входами вышеперечисленных приемопередатчиков. Трехканальный широкодиапазонный модуль связи содержит два усилителя мощности МВ/ДМВ1 диапазона, усилитель мощности ДКМВ диапазона, антенно-согласующее устройство и блок цифровой обработки сигналов, содержащий устройство управления, цифровой приемовозбудитель ДКМВ диапазона и два цифровых приемовозбудителя МВ/ДМВ1 диапазона, при этом высокочастотный выход цифрового приемовозбудителя ДКМВ диапазона соединен с входом усилителя мощности ДКМВ диапазона, выход которого соединен с антенно-согласующим устройством, выход которого в свою очередь соединен двухсторонней связью с приемопередающей антенной ДКМВ диапазона, высокочастотные выходы цифровых приемовозбудителей МВ/ДМВ1 диапазона соединены с входами усилителей мощности МВ/ДМВ1 диапазона, а соответствующие выходы устройства управления блока цифровой обработки сигналов соединены независимыми двухсторонними шинами управления с соответствующими входами усилителей мощности МВ/ДМВ1 диапазона, входом усилителя мощности ДКМВ диапазона, входом антенно-согласующего устройства. Входы-выходы устройства управления блока цифровой обработки сигналов соединены соответствующими двухсторонними связями с модулем управления и маршрутизации и каждым из цифровых приемовозбудителей [1].

Комплекс предназначен для осуществления радиосвязи в диапазоне от 2 МГц до 6 ГГц и конструктивно представляет из себя набор независимых экранированных блоков, соединенных разнотипными электрическими кабелями. К недостаткам комплекса можно отнести высокую массу из-за наличия независимых корпусов-экранов у каждого блока и разнородных соединительных кабелей, а также сложности обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) из-за неоднородности воздействия систем летательного аппарата на блоки.

Другим способом построения авиационных комплексов связи является способ на основе платформ модульной авионики, выполненных в виде крейтов (термин «крейт» употребляется специалистами в качестве синонима термина «контейнер»). В качестве прототипа выбрана платформа интегрированной модульной авионики [2], содержащая одну или две подсистемы с установленными в каждой коммутатором и двумя парами вычислительных модулей, причем первый и второй вычислительные модули каждой пары соединены между собой первыми группами входов-выходов, а первые и вторые вычислительные модули первой пары каждой подсистемы вторыми группами входов-выходов подключены ко вторым группам входов-выходов соответственно первого и второго вычислительных модулей второй пары соответствующей подсистемы. Первые вычислительные модули первой и второй пары третьими группами входов-выходов соединены соответственно с первой и второй группами входов-выходов коммутатора своей подсистемы, а четвертыми группами входов-выходов подключены соответственно к третьим и четвертым группам входов-выходов коммутатора другой подсистемы крейта, причем вторые вычислительные модули первой пары вычислительных модулей третьими и четвертыми группами входов-выходов соединены соответственно с первыми и вторыми группами входов-выходов, а вторые вычислительные модули второй пары вычислительных модулей своими третьими и четвертыми группами входов-выходов подключены соответственно к третьей и четвертой группам входов-выходов соответствующей подсистемы. Коммутаторы своей пятой группой входов-выходов, а первый и второй вычислительные модули каждой пары вычислительных модулей каждой подсистемы своей пятой группой входов-выходов соединены соответственно с пятой по девятую группами входов-выходов соответствующей подсистемы крейта, причем с первой по девятую группы входов-выходов первой подсистемы крейта подключены к соответствующим с первой по девятую группам входов-выходов платформы интегрированной модульной авионики, с десятой по восемнадцатую группы входов-выходов которой соединены соответственно с первой по девятую группами входов-выходов второй подсистемы крейта [2]. К недостаткам этого способа также можно отнести высокую массу из-за наличия независимых корпусов-экранов у каждого блока и разнородных соединительных кабелей, сложности обеспечения ЭМС из-за неоднородности воздействия систем летательного аппарата на блоки, а также отсутствие непосредственно в составе крейта ВЧ-модулей (усилителей), что ведет к необходимости добавления ВЧ-модулей по классической блочной схеме и подсоединения их к крейту с общим ухудшением массогабаритных характеристик.

Основными техническими задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются уменьшение массогабаритных характеристик за счет интегрированного исполнения функциональных модулей в едином корпусе и отказа от кабельных межблочных соединителей, а также повышение показателей эксплуатационной надежности и надежности связи, улучшение эксплуатационных характеристик системы на объекте размещения.

Указанный технический результат достигается тем, что интегрированная система связи и обмена данным летательного аппарата, построенная на платформе интегрированной модульной авионики, содержит выполненный из четырех панелей экранирующий корпус, разделенный двумя дополнительными экранирующими перегородками на три секции, при этом панели экранирующего корпуса являются защитным экраном и монтажной рамой и служат для размещения в них шин питания и высокоскоростных шин информационного обмена модулей, входящих в систему, причем шины питания и информационного обмена размещаются в разных панелях, в первой секции экранирующего корпуса размещены не менее чем три модуля цифровой обработки сигнала, во второй секции размещены не менее чем один модуль вычислений и коммутации и не менее чем один модуль крипто-имитозащиты, в третьей секции размещены не менее чем три модуля усилителя мощности, модуль вычислений и коммутации первым цифровым входом-выходом соединен с единым входом-выходом информационного обмена системы, а вторым цифровым входом-выходом соединен с первым информационным входом-выходом модуля крипто-имитозащиты, первые цифровые входы-выходы модулей цифровой обработки сигнала через соответствующую единую высокоскоростную шину информационного обмена подключены к второму информационному входу-выходу модуля крипто-имитозащиты, вторые информационные входы-выходы модулей цифровой обработки сигнала соединены с первыми цифровыми входами-выходами модулей усилителя мощности через соответствующую единую высокоскоростную шину информационного обмена, а ко вторым высокочастотным входам-выходам плат модулей усилителя мощности подсоединяются антенные устройства соответствующего частотного диапазона, при этом все модули системы представляют собой высокопроизводительные унифицированные печатные платы.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2, на которых представлен состав и структура варианта предлагаемой интегрированной системы связи и обмена данными летательного аппарата, где обозначены:

1-3 - модули цифровой обработки сигнала,

4 - модуль вычислений и коммутации,

5 - модуль крипто-имитозащиты,

6-8 - модули усилителя мощности,

IV - единый вход-выход информационного обмена системы,

I, II, III - высокочастотные входы-выходы приема-передачи системы,

А, В, С - экранированные секции.

На фигурах не показано расположение элементов на платах, трассировка линий информационного обмена и шин питания и иные элементы, не влияющие на достижение технического результата.

Интегрированная система связи и обмена данным летательного аппарата представляет предназначена для приема/передачи информации от бортового радиоэлектронного оборудования подвижного объекта к интегрированной антенной системе подвижного объекта в различных диапазонах от 100 МГц до 6 ГГц, при наличии как широкополосных естественных помех, так и узкополосных технических помех, а также для организации автоматического и автоматизированного обмена данными в специальных сетях авиационной связи. Работа системы основана на общих принципах организации авиационных средств цифровой радиосвязи [3].

При этом система состоит из функциональных модулей, выполненных в виде высокопроизводительных унифицированных печатных плат [4], размещенных в едином корпусе, где точное количество и состав модулей определяется из требований к организации радиосвязи конкретного летательного аппарата. На фиг.1, 2 показана интегрированная система связи и обмена данными летательного аппарата, экранирующий корпус которой выполнен из четырех панелей и разделен двумя дополнительными экранирующими перегородками на три секции А, В и С. В первой секции А экранирующего корпуса размещены модули цифровой обработки сигнала 1-3, во второй секции В -модуль вычислений и коммутации 4, и модуль крипто-имитозащиты 5, включающий одну плату, в третьей секции С - модули усилителей мощности 6-8.

Функционально модули усилителей 6-8 обеспечивают прием и передачу телекодовой информации в цифровых режимах работы с определенными видами манипуляции и подсоединены к соответствующим высокочастотным входам-выходам I, II, III. Модули цифровой обработки сигнала 1-3, соединенные высокоскоростными шинами передачи данных с модулем крипто-имитозащиты 5 с одной стороны и модулями усилителя 6-8 с другой, обеспечивают непосредственное управление параметрами передаваемых радиосигналов (частотой, мощностью, видом модуляции и т.д.). Модуль крипто-имитозащиты 5 обеспечивает криптографическую обработку информации и имеет двухстороннюю связь с модулем вычислений и коммутации 4, который обеспечивает адресацию пакетов информационного обмена и общее управление системой. Модуль вычислений и коммутации 4 цифровым входом-выходом соединен с единым входом-выходом информационного обмена системы IV. Модули 1-8 выполнены в виде отдельных печатных плат, монтируются крепежными элементами к внешним панелям корпуса и подсоединяются разъемами питания и обмена данных к соответствующим шинам, размещенным внутри панелей. Потребляемая мощность и характер внутрисистемного информационного обмена позволяют конструктивно выполнить эти шины, в том числе питания, внутри панелей без применения внешнего проводного монтажа или дополнительных силовых кабелей.

Интегрированная система связи и обмена данным летательного аппарата, построена на высокоинтегрированных платах, размещенных в экранирующем корпусе, выполненном из четырех панелей и разделенным на три секции А, В и С дополнительными экранирующими перегородками. Панели экранирующего корпуса являются монтажной рамой, защитным экраном и одновременно служат для размещения шин питания и высокоскоростных шин информационного обмена для плат модулей из состава изделия, причем шины питания и высокоскоростные шины информационного обмена располагаются в разных панелях корпуса. Конструктивно панели выполняются в виде многослойной сборки, где различные слои служат для размещения экранирования, размещения шин питания и информационного обмена, силового набора и, при необходимости, дополнительных точек теплоотведения.

Интегрированная система связи и обмена данным летательного аппарата работает следующим образом. Информация для передачи поступает по высокоскоростной шине информационного обмена через вход IV системы на вход-выход 1 платы модуля вычислений и маршрутизации 4, в котором подготавливается для передачи по информационному каналу определенного диапазона, и через вход-выход 2 по высокоскоростной шине информационного обмена передается на вход-выход 1 платы модуля крипто-имитозащиты 5. В модуле крипто-имитозащиты 5 происходит, при необходимости, криптографическая обработка информации перед передачей в эфир, после чего через вход-выход 2 платы модуля крипто-имитозащиты 5 по высокоскоростной шине информационного обмена информация передается на вход-выход 1 платы модуля цифровой обработки сигнала 1 или 2, или 3, соответствующего частотного диапазона, ранее определенного модулем вычислений и маршрутизации 4. В выбранной плате модуля цифровой обработки сигнала информация обрабатывается и преобразуется для передачи по радиоканалу соответствующего диапазона, устанавливаются параметры передачи, после чего через вход-выход 2 платы модуля цифровой обработки сигнала информация поступает на вход-выход 1 платы усилителя мощности 6 или 7, или 8 соответствующего частотного диапазона, ранее определенного модулем вычислений и маршрутизации 4. Выбранная плата усилителя мощности обеспечивает параметры передачи, определенные соответствующей платой модуля цифровой обработки сигнала, по высокочастотной шине передает сигнал на соответствующий высокочастотный вход-выход I или II, или III интегрированной системы связи и обмена данными летательного аппарата. Прием информации из радиоэфира осуществляется в обратном порядке.

Пример реализации интегрированной системы связи и обмена данными летательного аппарата предназначен для создания в указанном частотном диапазоне трех независимых каналов, например в МВ/ДМВ, ДМВ2 и СМВ диапазонах. Количество независимых каналов связи в системе может быть увеличено за счет увеличения количества модулей цифровой обработки сигналов и усилителей мощности, без необходимости увеличения количества модулей вычислений, коммутации и криптозащиты.

В качестве плат модулей цифровой обработки сигнала 1-3, усилителей мощности 6-8, вычислений и коммутации 4 и крипто-имитозащиты 5 могут быть использованы после доработок платы из состава модулей серийно выпускаемых изделий. Прием информации и выдача сигналов управления может быть реализована по широкой номенклатуре шин обмена данными: МКИО, Ethernet или высокоскоростным оптическим каналам.

Отличительными признаками предлагаемой интегрированной системы связи и обмена данными летательного аппарата являются:

- исполнение системы в едином экранирующем корпусе;

- исполнение законченных функциональных частей системы в виде плат с подсоединительными разъемами питания и обмена данными, предназначенными для монтажа внутри несущей конструкции корпуса;

- исполнение стенок корпуса в виде собираемой монтажной рамы для плат системы с размещением внутри стенок шин питания и высокоскоростного межплатного информационного обмена таким образом, что шины различных типов (питания и информационного обмена) размещены в разных стенках;

- изоляция плат цифровой обработки сигналов от ВЧ-плат экранами при размещении внутри одного корпуса.

Уменьшение массогабаритных характеристик достигается за счет интегрированного исполнения функциональных модулей в едином корпусе и отказа от кабельных межблочных соединителей, что позволяет уменьшить вес по сравнению с аналогами идентичного функционала в 2 раза, а габаритные размеры - в 3 раза. Значительное улучшение массогабаритных характеристик позволяет увеличить число независимых резервирующих каналов обмена данными за счет оптимального использования объемов и массы полезной нагрузки летательных аппаратов, тем самым повысить надежность связи. Повышение показателей надежности работы системы достигается также за счет исполнения модулей из высокопроизводительных унифицированных печатных плат [4] на основе серийно выпускаемых промышленностью, например, АО «НПП «Полет».

Уменьшение веса и габаритов составных частей, а также предложенная конструкция интегрированной системы связи и обмена данными летательного аппарата улучшают ее эксплуатационные характеристики, сокращая время монтажа-демонтажа при проведении регламентных и восстановительных работ. Дополнительно снижается цена конечного изделия за счет сокращения затрат на создание сложно фрезерованных внешних корпусов функциональных составных частей.

Литература:

1. Патент РФ на полезную модель №118494, опубликовано: 20.07.2012 Бюл. №20.

2. Патент РФ на изобретение №2413280, опубликовано: 27.02.2011 Бюл. №6 (прототип).

3. Авиационные системы и комплексы радиосвязи. Под редакцией В.И. Тихонова. ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского, Москва, 2007. с 683.

4. http://npp-polyot.ru/production.phtml.

Изобретение относится к комплексам средств авиационной радиосвязи. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных характеристик за счет интегрированного исполнения функциональных модулей в едином корпусе и отказа от кабельных межблочных соединителей, а также в повышении показателей эксплуатационной надежности и надежности связи, улучшении эксплуатационных характеристик системы на объекте размещения. Такой результат обеспечивается за счет того, что интегрированная система связи содержит экранирующий корпус, разделенный двумя дополнительными экранирующими перегородками на три секции, при этом панели экранирующего корпуса являются защитным экраном и служат для размещения в них шин питания и высокоскоростных шин информационного обмена модулей. В первой секции экранирующего корпуса размещены не менее, чем три модуля цифровой обработки сигнала, во второй секции размещены не менее, чем один модуль вычислений и коммутации, и не менее, чем один модуль крипто-имитозащиты, в третьей секции размещены не менее, чем три модуля усилителя мощности, при этом все модули системы представляют собой высокопроизводительные унифицированные печатные платы. 2 ил.

Интегрированная система связи и обмена данным летательного аппарата, построенная на платформе интегрированной модульной авионики отличающаяся тем, что содержит выполненный из четырех панелей экранирующий корпус, разделенный двумя дополнительными экранирующими перегородками на три секции, при этом панели экранирующего корпуса являются защитным экраном и монтажной рамой и служат для размещения в них шин питания и высокоскоростных шин информационного обмена модулей, входящих в систему, причем шины питания и информационного обмена размещаются в разных панелях, в первой секции экранирующего корпуса размещены не менее чем три модуля цифровой обработки сигнала, во второй секции размещены не менее чем один модуль вычислений и коммутации и не менее чем один модуль крипто-имитозащиты, в третьей секции размещены не менее чем три модуля усилителя мощности, модуль вычислений и коммутации первым цифровым входом-выходом соединен с единым входом-выходом информационного обмена системы, а вторым цифровым входом-выходом соединен с первым информационным входом-выходом модуля крипто-имитозащиты, первые цифровые входы-выходы модулей цифровой обработки сигнала через соответствующую единую высокоскоростную шину информационного обмена подключены к второму информационному входу-выходу модуля крипто-имитозащиты, вторые информационные входы-выходы модулей цифровой обработки сигнала соединены с первыми цифровыми входами-выходами модулей усилителя мощности через соответствующую единую высокоскоростную шину информационного обмена, а ко вторым высокочастотным входам-выходам плат модулей усилителя мощности подсоединяются антенные устройства соответствующего частотного диапазона, при этом все модули системы представляют собой высокопроизводительные унифицированные печатные платы.