БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС РАДИОСВЯЗИ ДЛЯ ТАКТИЧЕСКИХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2024 года по МПК H04B7/02 

Изобретение относится к радиотехническим средствам управления и обеспечения радиосвязи с БпЛА, а также ретрансляции сигналов абонентских станций наземного и воздушного базирования. Бортовой комплекс радиосвязи предназначен для установки на тактические БпЛА массой до 500 кг, согласно классификации международной ассоциации по беспилотным системам [1].

Примерами подобных БпЛА могут служить семейства «Орлан», «Элерон-3», «Форпост». Их многофункциональность обеспечивается размещением на борту различной аппаратуры полезной нагрузки. Диапазон рабочих частот комплексов радиосвязи соответствует документу [2].

Как правило, бортовое оборудование радиосвязи функционально и конструктивно выполняется в виде самостоятельных комплексов передачи сигналов управления, целевой информации и ретрансляции. При этом присутствуют элементы взаимного дублирования многих радиотехнических устройств, что отрицательно сказывается как на габаритно-массовых характеристиках самой аппаратуры, так и на общих функциональных возможностях БпЛА. Представляется целесообразным конструировать комплекс радиосвязи таким образом, чтобы он обеспечивал максимально широкие возможности по передаче разнообразной информации.

Известен комплекс ретрансляции на базе летательного аппарата [3], обеспечивающий размещение ретранслированного сигнала в общей полосе частот с входным ретранслируемым сигналом. Работа комплекса основана на принципе пространственной компенсации помех от собственного усилителя мощности, проникающих на вход ретранслятора. Недостаток комплекса заключается в малой величине суммарной развязки, составляющей 48…50 дБ. Это означает, что для предотвращения внесения дополнительных помех и устранения самовозбуждения в контуре ретранслятора, его коэффициент усиления должен быть значительно меньше 48 дБ. Практическая ценность подобного устройства - минимальна.

Известен ретранслятор, размещенный на воздушном летательном аппарате (самолете), описанный в [4]. Устройство включает в себя размещенные на самолете ретрансляционный узел связи в составе трех полукомплектов радиорелейной станции с антеннами, двух комплектов ретрансляционной станции, бортового антенного модуля, блока автоматизированного управления ретранслятором, блока коммутации оборудования и блока электропитания.

Известный ретранслятор обеспечивает большие интервалы ретрансляционной линии связи, благодаря возможности подъема и барражирования на высотах до нескольких километров.

Недостатком известного ретранслятора является относительно низкая мобильность и высокие эксплуатационные затраты, связанные с хранением, обслуживанием и многочасовыми полетами воздушного летательного аппарата.

Известен бортовой ретранслятор комплекса обеспечения радиосвязи разведывательно-ударной системы с беспилотными летательными аппаратами [5]. Ретранслятор, устанавливаемый на БпЛА, обеспечивает обмен разведывательной и управляющей информацией между наземным командным центром, разведывательными подразделениями и подразделением управления БЛА. Ретранслятор состоит из двух подключаемых к вычислительному устройству последовательно соединенных приемо-передающей антенны, приемо-передающего радиомодема и аппаратуры передачи данных. Наличие такого канала повышает надежность, оперативность и дальность радиосвязи различных абонентов системы.

К недостаткам ретранслятора, применительно к заявляемому комплексу радиосвязи можно отнести:

1. Невозможность ретрансляции абонентских станций с произвольными сигнально-кодовыми конструкциями, так как ретрансляция осуществляется с обработкой на борту, которая предусматривает определенный формат сигнала.

2. Отсутствие каналов управления собственным БпЛА и передачи данных аппаратуры его полезной нагрузки.

3. Увеличение габаритно-массовых характеристик бортовой аппаратуры за счет большого количества приемо-передающих трактов и антенных систем.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является бортовой терминал радиосвязи беспилотного летательного аппарата [6], предназначенный для информационного обмена между БпЛА и пунктом управления. Терминал содержит два канала: прямой канал для радиосвязи с пунктом управления на дальностях прямой видимости (в пределах радиогоризонта) и спутниковый канал - на больших дальностях. Общим для обоих каналов являются модем, радиочастотный блок, содержащий повышающий и понижающий конверторы, двухканальный синтезатор частоты, усилитель мощности, малошумящий усилитель и антенный переключатель. Каждый канал имеет свою антенну: прямой канал слабонаправленную антенну в нижней полусфере, а спутниковый канал - антенну с управляемой в верхней полусфере диаграммой направленности.

Недостатками терминала являются:

1. Отсутствие возможности ретрансляции сигналов абонентских станций.

2. Избыточный (для тактических БпЛА) состав бортовых средств, приводящий к ухудшению габаритно-массовых характеристик.

Цель заявляемого изобретения состоит в создании рационального по составу бортового комплекса радиосвязи, обеспечивающего управление БпЛА, передачу целевой информации от аппаратуры полезной нагрузки и ретрансляцию сигналов информационного обмена между абонентскими станциями в тактическом звене.

Для достижения указанной цели в бортовой комплекс радиосвязи, состоящий из последовательно соединенных приемо-передающей антенны, фильтра-дуплексера, а также малошумящего усилителя, усилителя мощности и модема добавлены управляемый фильтр ретранслируемых сигналов, переносчик частоты, управляемый аттенюатор и сумматор. Бортовой комплекс радиосвязи передает в систему управления БпЛА команды управления и принимает телеметрическую и целевую информацию.

Существенным отличительным признаком является наличие контура ретрансляции сигналов абонентских радиостанций. Контур ретрансляции инвариантен к сигнально-кодовым конструкциям ретранслируемых сигналов.

Заявляемый бортовой комплекс радиосвязи для беспилотных летательных аппаратов иллюстрирует схема, фиг. 1, на которой приняты следующие обозначения:

1 - приемо-передающая антенна;

2 - фильтр-дуплексер;

3 - малошумящий усилитель;

4 - усилитель мощности;

5 - управляемый фильтр ретранслируемых сигналов;

6 - переносчик частоты;

7 - управляемый аттенюатор;

8 - сумматор;

9 - модем.

Бортовой комплекс может работать в диапазонах частот, предназначенных подвижной радиосвязи [2]. Основными критериями выбора диапазона является достаточная для ретрансляции и передачи целевой информации полоса частот и условия прохождения электромагнитных волн в атмосфере при большой наклонной дальности связи. Таким условиям удовлетворяют S- и С-диапазон. Для работы бортового комплекса должны использоваться два поддиапазона с разносом частот, достаточным для эффективной работы фильтра-дуплексора.

В одном из поддиапазонов комплексом принимаются команды управления и ретранслируемые сигналы, а в другом - передается телеметрическая, целевая и ретранслируемая информация. Ширина полосы частот используемых поддиапазонов должна соответствовать объему передаваемой информации.

Наземная абонентская аппаратура должна иметь режим работы частотного дуплекса с разносом частот приема и передачи.

Рассмотрим функционирование комплекса в различных режимах.

При приеме команд управления сигнал с приемо-передающей антенны 1 через фильтр-дуплексор 2 поступает на малошумящий усилитель 3, охваченный системой автоматической регулировки усиления, демодулируются и декодируются в модеме 9 и выдаются в систему управления БпЛА. В зависимости от загрузки поддиапазона сигналами ретрансляции, вид модуляция команд управления может меняться и быть как широкополосным (например, ППРЧ), так и узкополосным.

При передаче телеметрической и целевой информации соответствующие сигналы от системы управления БпЛА поступают на модем 9, где объединятся, кодируются и модулируются, занимая отведенную полосу частот соответствующего поддиапазона. Затем через сумматор 8 групповой сигнал поступает на усилитель мощности 4 и пройдя через фильтр-дуплексор 2 излучается приемо-передающей антенной 1. Так же, как и при приеме команд управления, вид модуляции может зависеть от объема передаваемой информации.

При ретрансляции сигналов абонентских станций в заявленной полосе частот, они выделяются управляемым фильтром ретранслируемых сигналов 5, переносятся по частоте переносчиком 6 и, пойдя через управляемый аттенюатор 7, суммируются с сигналами телеметрической и целевой информации в сумматоре 8. При этом сохраняются штатные алгоритмы криптостойкого формирования ретранслируемых сигналов. Наличие управляемого аттенюатора 7 позволяет регулировать по командам с наземной станции энергетическое соотношение телеметрической, целевой и командной информации. В случае необходимости может использоваться режим бесконечного затухания, разрывающий контур ретрансляции. Так как на усилитель мощности 4 поступает многочастотный сигнал, то его режим работы должен быть линейным.

Источники информации

1. Фетисов В.С. Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние [Текст] / В.С. Фетисов, Л.М. Неугодникова, В.В. Адамовский, Р.А. Красноперов. - Уфа: ФОТОН, 2014.

2. Постановление Правительства Российской федерации от 21 декабря 2011 г. N 1049-34 «ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ТАБЛИЦЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОС РАДИОЧАСТОТ МЕЖДУ РАДИОСЛУЖБАМИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И ПРИЗНАНИИ УТРАТИВШИМИ СИЛУ НЕКОТОРЫХ ПОСТАНОВЛЕНИЙ ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»

3. Патент на изобретение RU 2662792 С1.

4. Власенко В.И., Серков В.П., Чернолес В.П. «Антенны военной техники связи». - Л.: ВАС, 1986, с. 96-97.

5. Патент на изобретение RU 2767044 С1.

6. Патент на полезную модель RU 191165 U1.

Изобретение относится к технике подвижной радиосвязи и может использоваться для управления беспилотными летательными аппаратами (БпЛА) путем приема команд управления (КУ) от наземной станции, передачи с БпЛА телеметрической (ТМИ) и целевой (ЦИ) информации. Технический результат - обеспечение управления БпЛА, передачи целевой информации от аппаратуры полезной нагрузки и ретрансляции сигналов информационного обмена между абонентскими станциями в тактическом звене через бортовой комплекс радиосвязи. Такой результат обеспечивается за счет введения в бортовой комплекс радиосвязи параллельно включенного с модемом контура ретрансляции, состоящего из последовательно соединенных управляемого фильтра ретранслируемых сигналов, переносчика частоты, управляемого аттенюатора и сумматора. 1 ил.

Бортовой комплекс радиосвязи для тактических беспилотных летательных аппаратов, состоящий из последовательно соединенных приемо-передающей антенны, фильтра-дуплексера, а также малошумящего усилителя, усилителя мощности и модема, отличающийся тем, что между выходом малошумящего усилителя и входом усилителя мощности включен контур ретрансляции, включающий в себя последовательно соединенные управляемый фильтр ретранслируемых сигналов, переносчик частоты, управляемый аттенюатор и сумматор, причем выходы модема и управляемого аттенюатора связаны со входами сумматора, выход которого подключен ко входу усилителя мощности.