книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

дуляции неискаженным речевым спектром, так и при модуля­ ции равномерным спектром (рис. 10.27 и 10.32). Однако при широкой полосе пропускания общий уровень шума будет боль­ шим, что может привести к перегрузке уха, особенно при силь­ ных помехах. Это вынудит оператора понизить усиление прием­ ника, а значит, и уровень сигнала на его выходе, что приведет

. к понижению разборчивости.

Следует отметить, что в создании перегрузки уха могут уча­ ствовать и такие составляющие шума, которые непосредствен­

при наличии акустических шумов. Если уровень акустических шумов велик, тогда их действие на передающей стороне приво­ дит к появлению электрических помех от микрофона или от ларингофона. Действие этих помех на разборчивость будет ана­ логично предыдущему случаю. Уменьшить их влияние измене­ нием в пределах полосы пропускания формы частотной харак­ теристики нельзя, поскольку модулятор стоит после элемента,

вкотором возникла помеха.

Сэтой целью практически целесообразным является сужение полосы пропускания модулятора как со стороны низких, так и со стороны высоких частот. Частоты ниже 300 гц целесообразно срезать, так как в этой области имеются интенсивные шумовые составляющие, но отсутствуют составляющие речи, важные для

530

частоты также следует срезать. Сужение полосы пропускания модулятора дает возможность повысить глубину модуляции ос­ тавшимися частотами и устранить перегрузку уха.

Действие акустического шума на приемной стороне должно быть учтено при требованиях к низкочастотной характеристике системы связи в целом. Эта характеристика должна быть вы­ брана таким образом, чтобы формантное превышение сигнала над шумом было оптимальным.

На рис. 10.33 прийеден спектр шума, интенсивность которо­ то понижается при увеличении частоты. Там же показан фор­ мантный спектр речи X (/), искаженный таким образом, что формантное превышение будет оптималь­ ным (условно).

Характеристика системы связи в целом, ■очевидно, определяется характеристиками передающего и приемного устройств, по­

этому

*?л опт (/) = ?модопт if) "Т ?прм оптif)-

Обычно приходится считаться с действи­ ем как электрических, так и акустических ломех. Оптимальная характеристика моду­ лятора выбирается из условия обеспечения

максимальной разборчивости речи для данных электрических помех. Поскольку изменение формы частотной характеристики приемника не оказывает влияния на помехоустойчивость по от­ ношению к электрическим помехам, она изменяется таким обра­ зом, чтобы характеристика линии связи в целом была оптималь­ ной. Таким образом, рассчитываются оптимальные характери­ стики модулятора и системы связи, а оптимальная характери­ стика приемника получается как их разность:

Низкочастотные характеристики модулятора и приемника определяются в основном частными характеристиками усили­ телей низкой частоты и электроакустических преобразователей. Кроме того, некоторое значение имеют искажения модулирован­ ных колебаний в высокочастотных цепях передающего и прием­ ного устройств. Поэтому при определении оптимальных низко­ частотных характеристик должно приниматься во внимание вли­ яние всех этих элементов и, прежде всего, влияние электроаку­ стических преобразователей.

1 При работе с микрофоном оптимальная характеристика уси­ лителя модулятора определяется следующим образом:

При работе с ларингофоном, кроме того, необходимо учесть уменьшение колебательной скорости гортани, а следовательно,

ни спектра речи у рта и на горле, могут быть найдены по гра­

низкой частоты приемника необходимо принять во внимание ха­ рактеристику телефона, поэтому

разборчивости, получается довольно сложным и их практиче­ ская реализация затруднительна'. Следует также иметь в виду, что вид оптимальных характеристик зависит от вида и уровня помех. Поэтому низкочастотные характеристики обычно далеки от оптимальных и это приводит к проигрышу по мощности в не­

ставляющие, лежащие за пределами полосы пропускания моду­ лятора (300—3200 гц), должны срезаться.

Частотные характеристики усилителей низкой частоты при­ емников (рис. 10.25) чаще создают ослабление верхних звуко­ вых частот. Целесообразность такого ослабления зависит от ха­ рактера акустических шумов.

При выборе полосы пропускания модулятора и усилителя низкой частоты приемника необходимо учитывать полосу, про­ пускаемую электроакустическими преобразователями. Если, на­ пример, телефоны пропускают частоты 300—3500 гц, не имеет смысла пропускать через передатчик и приемник частоты, ле­ жащие вне этого диапазона, и их следует срезать.

В заключение отметим, что имеется еще ряд важных харак­ теристик авиационных связных радиостанций: мощность пере­ датчиков, чувствительность приемников, потребляемая мощ­ ность, характеристики антенн, высотность, механическая проч­ ность, вес и габариты, степень подавления побочных частот и др. Эти характеристики указываются в описаниях радиостан­ ций и здесь не рассматриваются.

§ 5. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ

Автоматизированные системы управления войсками находят все более широкое применение. В авиации автоматизированные системы применяются для управления полетами, для обеспече­

532

ния разведки, для повышения оперативности работы штабов и командных пунктов.

Управление полетами преследует различные цели:

1.В районе диспетчерской службы (в радиусе — до 150 км) осуществляется управление взлетом и посадкой, сбор группы и вывод к исходному пункту маршрута, роспуск группы и распре­ деление самолетов по аэродромам при посадке. Кроме того, в этом районе обеспечивается пролет других самолетов.

2.На марЩруте осуществляется контроль за полетом и пе­ редача команд перенацеливания при изменении обстановки.

5.Не менее важными задачами являются наведение самоле­ тов на воздушные цели и наведение самолетов на наземные цели.

Обеспечение разведки сводится к получению и своевремен­ ной передаче данных телевизионной, радиолокационной, радио­ технической, метеорологической и других видов разведки. В за­ висимости от назначения разведка может производиться на раз­

личных расстояниях от пункта сбора информации — непосред­ ственно у линии соприкосновения (фронтовая авиационная раз­ ведка) и в глубоком тылу противника (дальняя авиационная разведка).

Важнейшую роль в автоматизированных системах управле­ ния играют системы передачи данных — автоматизированные системы связи, с помощью которых осуществляется передача информации, вводимой в вычислительные машины для расче­ тов и результатов расчета. Под «данными» понимают сообще­ ния, обрабатываемые вычислительными машинами или созда­ ваемые ими.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к систе­ мам передачи данных, является автоматизация этих систем. Применение автоматизированных систем существенно облегча­ ет работу оператора, повышает достоверность связи, увеличувает пропускную способность и позволяет осуществлять более частый обмен данными между корреспондентами.

Возможность автоматизации облегчается при передаче ди­ скретной информации в виде тех или иных кодовых комбинаций, отображающих цифры, буквы, команды. Такую информацию на­ зывают кодовой или цифровой. Цифровая информация может вводиться для автоматической обработки непосредственно в бортовые и наземные счетно-решающие приборы или вычисли­ тельные машины, используемые для целей управления.

При обычной телеграфной и телефонной радиосвязи инфор­ мация воспринимается человеком. В этом случае небольшое ко­ личество искажений не сказывается существенно на правильно­ сти воспроизведения информации. При цифровой связи информа­ ция непосредственно поступает в машину, и даже незначитель­ ное количество' ошибок может привести к неверным вычислени­ ям и совершенно неожиданным последствиям. Отсюда возника­ ет требование высокой достоверности передачи данных. Веро­

533

ятность ошибочного приема знака (буквы, цифры) обычно не должна превышать 10~5 — 10_6.

Следующее требование, предъявляемое к системам переда­ чи данных, состоит в необходимости обеспечения высокой ско­ рости передачи, так как только в этом случае может быть со­ брана, передана и обработана вся нужная для своевременного, принятия решения информация.

Скорость передачи коротковолновых систем не может быть высокой, так как для уменьшения искажений сигналов, возни­ кающих при многолучевом распространении радиоволн, дли­ тельность элементарного импульса выбирается достаточно боль­ шой. При обычной телеграфии длительность элементарного им­ пульса т0 = 20 мсек, что соответствует скорости передачи 50 бод. Если считать допустимым уменьшение длительности элементар­ ного импульса до 5 мсек, тогда скорость передачи будет равна

200 бод.

Ультракоротковолновые системы связи могут обеспечить бо­ лее высокую скорость передачи, так как на УКВ явление мно­ голучевости и связанные с ним искажения сигналов проявляют-' ся слабее.

В том случае, когда скорость передачи не превышает 1000— 1200 бод, ширина полосы частот, занимаемая дискретны­ ми сигналами, будет незначительно отличаться от ширины поло­ сы частот, занимаемой телефонным сигналом. Это облегчает возможность использования существующих наземных и борто­ вых связных радиостанций в системах передачи данных.

В зависимости от назначения и от необходимой дальности связи в системах передачи данных могут использоваться как ультракоротковолновые, так и коротковолновые связные радио­ станции. Эти радиостанции снабжаются дополнительными уст-, ройствами, которые обеспечивают передачу и прием кодовых сообщений.

Системы передачи данных могут обеспечивать либо односто­ роннюю, либо двустороннюю связь. Односторонняя связь до­ пускается, например, в системах наведения самолетов-истреби­ телей на воздушную цель, когда команды наведения, указываю­ щие самолетам курс, высоту, скорость, дальность до цели и др., вырабатываются счетно-решающими приборами на пункте на­ ведения на основе данных наземных радиолокационных стан­ ций. Во многих случаях необходимо обеспечить двустороннюю радиосвязь. Такая необходимость возникает, например, при уп­ равлении движением самолетов в районе аэродрома или на трассах, когда содержание передаваемого на самолет сообще­ ния зависит от показаний самолетных приборов, определяющих высоту, курс, скорость, запас топлива и т. п.

Рассмотрим принципы построения автоматизированных си­ стем связи. Излагаемые здесь принципы и приводимые количе­ ственные данные о сигналах, конечно, не являются обязатель­

534

ными для других подобных систем и их следует рассматривать лишь как возможные варианты.

Последовательность обмена сообщениями в автоматизиро­ ванной системе двусторонней связи земля—самолет—земля ука­ зана на рис. 10.34. В системе производится поочередный опрос самолетов. Каждый цикл связи состоит из запроса, ответа и ин­ тервала между ними. В данной системе [16.] длительность одно­ го цикла связи равна 244 мсек, что соответствует 250 опросам в минуту.

На рис. 10.34 указано также количество элементарных посы­ лок, составляющих сообщения. Длительность элементарной по­ сылки равна 1,33 мсек, а скорость передачи 750 бод.

Сообщения, передаваемые с земли на самолет, имеют дли­ тельность 109,33 мсек (82 элементарных посылки); сообщения,

' Длительность одного цикла сбязи

Рис. 10.34. Последовательность обмена сообщениями в автоматизирован­ ной системе связи земля—самолет—земля

96 мсек (72 элементарных посылки). Между запросом и отве­ том имеется интервал 32 мсек, который необходим для запоми­ нания (накопления) принятого сообщения и перехода самолет­ ной аппаратуры с приема на передачу. Интервал между сосед­ ними циклами имеет длительность 6,67 мсек.

Структура сообщений в различных системах передачи дан­ ных может быть различной. Некоторые примеры структуры со­ общений приведены на рис. 10.35.

Сообщения, передаваемые как с земли на самолет, так и обратно, начинаются с синхронизирующих посылок, каждая из которых состоит из трех импульсов и трех пропусков. Длитель­ ность импульса составляет 1,33 мсек, длительность пропуска — 4,67 мсек, в результате общая длительность посылки синхрони­ зации эквивалентна 13 элементарным посылкам.

пользуются для передачи 16 номеров сообщения. Затем 24 эле­ ментарными посылками передается адрес объекта, т. е. позыв­ ной запрашиваемого самолета.

Число вызываемых абонентов (самолетов) зависит от принципа построения вызывного кода. Для представления чи­ сел чаще применяется двоичная система счисления, двоично-де-.

535

еятпчная система счисления (каждая цифра десятичного числа от 0 до 9 записывается ее двоичным эквивалентом) и другие.

При двоичном двадцатичетырехразрядном коде можно осу­ ществить 224 = 16 772 216 вызовов. Если 24 посылки разбить на 6 групп по четыре посылки в каждой группе, тогда можно по­ строить двоично-десятичный шестнразрядный код н осуществить 1000 000 вызовов. Можно построить и другие коды. Разобьем,

Четность

Рис. 10.35. Структура сообщений в автоматизированной системе связи земля—самолет—земля:

535

Если для кодирования сигналов, передаваемых по линии свя­ зи, используется система счисления, отличная от той, которая используется в вычислительной машине, необходимо осущест­ вить преобразование из одной системы счисления в другую. По­ добные устройства применяются для преобразования десятич­ ных чисел в двоично-десятичные перед вводом исходных данных в машину и затем двоично-десятичных чисел в двоичные в са­ мой машине.

После адресной части сообщения одна элементарная посыл­ ка используется для уведомления летчика о приеме наземной станцией его предыдущего сообщения. Следующие пять элемен­ тарных посылок предназначены для передачи 31 стандартного сообщения. Для передачи указаний о высоте эшелонирования (256 значений до высоты 30000 м) используется 9 элементар­ ных посылок (одна из которых резервная).

При нормальной циклической работе следующие 24 элемен­ тарных посылки не используются. Они используются лишь з том случае, когда возникает необходимость передать на само­ лет указания об изменении маршрута полета. Практически вы­ бор одного из двух указанных сообщений может осуществлять­ ся, например, следующим образом: нормальная циклическая работа осуществляется автоматически, а сообщение, содержа­ щее указание об изменении маршрута полета,'в случае необ­ ходимости вводится в аппаратуру диспетчером.

В целях повышения достоверности принятой информации применяется проверка на четность, для чего в сообщение вво­ дится две дополнительных элементарных посылки. Одна из них используется для проверки на четность в пределах 24 элемен­ тарных посылок, содержащих указания об изменении маршру­ та, вторая — для проверки на четность в пределах всего сооб­ щения.

Проверка на четность позволяет обнаружить ошибки нечет­ ной кратности. Ошибочно принятое сообщение бракуется, те­ ряется — и это считается лучше, чем принять неправильное со­

и дискретные сообщения строятся так же, как и в сообщении

сземли. Сообщение с самолета содержит два вида информации

овысоте — о фактической высоте полета самолета (9 элемен­ тарных посылок) и подтверждение принятой команды о высоте эшелонирования (еще 9 элементарных посылок).

Одна элементарная посылка используется для передачи сиг­ нала «внимание» (после адресной части), три посылки — для проверки на четность стандартного сообщения, сообщения о фактической высоте полета самолета и всего сообщения в целом.

На рис. 10.35,в изображена структура другого сообщения,

537

передаваемого с самолета на землю. В отличие от предыдущего сообщения оно содержит информацию о координатах самолета и времени их определения (часы и минуты) и не содержит ин­ формации об адресе и о высоте эшелонирования. Шесть элемен­ тарных посылок используются для проверки на четность — от­ дельных частей сообщения и всего сообщения.

Рассмотренная структура сообщений вовсе не является обя­ зательной для всех систем передачи данных. Несколько отлич­ ная структура сообщений приведена на рис. 10.36.

В сообщении, посылаемом с земли на самолет, после синхро­ низирующих импульсов (6 элементарных посылок) передается комбинация из трех элементарных посылок, определяющая об-

а)

Рис. 10.36. Другой вариант структуры сообщений:

а — сообщение, передаваемое с земли на самолет; б — сообщение, пе­ редаваемое с самолета на землю

щий адрес или назначение сообщения (циркулярное, индивиду­ альное, военному самолету, гражданскому самолету и т. д.), и затем комбинация из четырех элементарных посылок, опреде­ ляющая источник сообщения (ВВС, ВМС, служебный канал, взлетно-посадочная полоса и т. д.).

Следующие 13 элементарных посылок используются для по­ строения вызывного кода, т. е. для передачи адреса. При двоич­ ном тринадцатиразрядном коде можно образовать 213 = 8 192 различных адреса. Две элементарные посылки определяют тип сообщения (управление или запрос самолеха), а пять посылок определяют наименование команды или запроса (курс, высота, скорость, азимут цели, запас горючего, вызов и др.).. Сама команда передается следующими 13 элементарными посылками (8192 значения). Четыре посылки введены для проверки на чет­ ность.

С самолета на землю после синхронизирующих импульсов передается наименование команды (5 элементарных посылок), а затем сама команда (13 элементарных посылок).

Ранее указывалось, что в некоторых случаях, например при наведении самолетов-истребителей на воздушную цель, допу­ стима передача данных только в направлении земля—самолет.

538

Возможная структура сообщений применительно к системе не­ ведения изображена на рис. 10.37. После сигнала синхрониза­ ции передается номер наводимой группы истребителей (адрес),, а затем—номер набора команд. В один набор команд могут вхо­ дить, например, курс—высота—дальность до цели; в другой на­ бор-курс—скорость—дальность до цели и т. п. Набор команд передается вслед за передачей номера данного набора. Выбор того или иного набора команд производится оператором на пункте наведения.

При наведении истребителей на цель летчику удобно прини­ мать команды в виде речевых сообщений. В автоматизирован­ ных системах управления это может быть реализовано следую­ щим образом. С пункта наведения команды, вырабатываемые счетно-решающим устройством, передаются в цифровом виде

Рис. 10.37. Структура сообщения в системе наведения истребителей на воздушные цели

на передатчик, удаленный на значительное расстояние, В пунк­ те расположения передатчика имеется запись речевых слов (на­ пример, 32). Принятые с пункта наведения команды производят выбор нужного слова, которое используется далее для модуля­ ции передатчика свдзной радиостанции. Таким образом, циф­ ровая информация превращается в речевую и передается на самолет.

С точки зрения обеспечения высокой помехоустойчивости передачи данных существенное значение имеет вид манипуля­ ции сигнала. В ультракоротковолновых системах широко при­ меняется частотная манипуляция. Девиация частоты в соответ­ ствии с полосой пропускания связной УКВ радиостанции обыч­ но выбирается равной / л = 4; (10 -г- 20) кгц.

Коротковолновые системы передачи данных работают при больших длительностях элементарных посылок (т. е. при невы­ соких скоростях передачи). В этом случае может быть приме­ нена манипуляция поднесущих колебаний, например, вида ЧМ—ЧМ. Перспективной является также относительная фазо­ вая манипуляция поднесущих колебаний.

Применение манипуляции поднесущих колебаний вида ЧМ—AM целесообразно в тех случаях, когда для приема сиг­ налов используются приемники связных радиостанций с ампли­ тудной модуляцией. При малой скорости передачи' этот вид ма­ нипуляции может быть использован и в диапазоне УКВ. Такой вид манипуляции широко применяется, например, в устройст­ вах селективного вызова. Они выполняются в виде приставок к телефонным наземным и самолетным радиостанциям.

53&