15.3. Авиационные радиостанции
Авиационные радиостанции КВ и УКВ диапазона используются для обмена информацией с воздушным судном в течение всего времени полета. Помимо речевого обмена все более широкое распространение получает обмен цифровой информацией в автоматическом режиме. В пределах прямой видимости используются УКВ радиостанции ближней связи (РСБС) в диапазоне 118…135,975 МГц. Бортовые радиостанции выполняются таким образом, чтобы обеспечить устойчивую радиосвязь в установленном частотном канале без дополнительных регулировок и подстроек.
За пределами прямой видимости используются радиостанции дальней связи (РСДС), работающие в диапазоне частот 2…30 МГц. В них находят применение несколько видов модуляции. При связи на большие расстояния используется однополосная, телеграфная, цифровая и другие виды радиосвязи.
Широкое распространение для обмена полетной информацией приобретает спутниковая радиосвязь. Системы спутниковой связи (ССС) работают в диапазоне частот 1544…1555 МГц на прием и в диапазоне 1645…1656,5 МГц на передачу. Одной из распространенных ССС является система передачи данных АКАРС, которая обеспечивает связь между самолетами и наземными системами в знакоориентированной форме. Блок данных может содержать до 220 знаков и передаваться за время, не превышающее 1 с. Блоки данных могут объединяться в пакеты.
Радиосвязь бывает симплексной, когда прием и передача информации производится поочередно, и дуплексной, При дуплексной связи можно одновременно принимать и передавать информацию. Примером дуплексной связи служат спутниковые ретрансляторы служебной информации, радиовещательных и телевизионных программ, линий сотовой связи и др. При дуплексной связи прием и передача информации проводится на различных частотах.
В авиационной радиосвязи чаще всего используется симплексный вид обмена информацией, а прием и передача выполняется на одной и той же частоте.
Рассмотрим общую структуру авиационной радиостанции (РС). Функциональная схема РС (рис. 15.2) содержит передающее и приемное устройство, переключатель прием-передача, синтезатор частот, пульт дистанционного управления и усилитель низкой частоты, подключенный к выходу приемника.
Рис. 15.2. Функциональная схема авиационной радиостанции
Управление радиостанцией производится от пульта дистанционного управления ПДУ. В режиме «Прием» от синтезатора на приемник поступает напряжение гетеродина, а переключатель прием-передача соединяет антенну с приемным устройством. Выходное напряжение приемника усиливается в УНЧ и поступает на выход. При отсутствии сигнала на входе приемника система шумоподавления отключает выход приемника от УНЧ. В некоторых радиостанциях предусмотрен режим, при котором вход приемника периодически, на короткое время, переключается на частоту аварийного канала 121,5 МГц.
При включении режима «Передача» переключатель прием-передача соединяет антенну с передающим устройством, а синтезатор формирует колебания с частотой возбудителя. Передаваемое сообщение поступает от микрофона на модулятор передатчика, в котором вместе с модуляцией усиливается до нужного уровня и подается на вход передатчика. При передаче цифровой информации код сообщения формируется в модеме и поступает на модулятор.
В радиостанциях дальней связи диапазона 2…30 МГц часть функциональных элементов приемника и передатчика являются общими, что несколько сокращает объем аппаратуры. Для улучшения избирательности по зеркальному и соседним каналам используется преобразование частоты «вверх», на более высокие частоты, чем частота входного сигнала. Для ослабления по зеркальному и соседнему каналу используются кварцевые фильтры, обладающие высокой избирательностью и добротностью.
Синтезаторы частот формируют стабильные колебания с шагом перестройки частоты 100 Гц. Такая перестройка частоты обеспечивает прием сигналов с однополосными видами модуляции. При модуляции с полностью подавленной несущей требуется высокая точность ее восстановления на приемном конце. Высокие требования к избирательности по зеркальному и соседним каналам приводят к необходимости использовать в приемниках двойное или тройное преобразование частоты.
Обычно радиосвязь земля-борт и борт-земля выполняется в симплексном режиме, когда операции прием/передача чередуются между собой. В этом случае время перехода с приема на передачу и с передачи на прием должно быть минимальным. Это накладывает определенные требования на качество синтезаторов частоты, которые должны обеспечивать быструю смену частоты колебаний возбудитель/гетеродин и гетеродин/возбудитель.
В процессе совершенствования аппаратуры связи в радиостанциях нашли применение синтезаторы с косвенным синтезом частоты, удовлетворяющие поставленным требованиям. Получение стабильных частот возбудителя и гетеродина при работе на любом из каналов обеспечивается с помощью одного опорного кварцевого генератора, а время перехода с передачи на прием не превышает 0,5 с.
Синтезатор (рис. 15.3.) выполнен по схеме косвенного синтеза, на основе кольца фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ с делителями частоты генератора, управляемого напряжением ГУН и опорного генератора ОГ в цепи обратной связи.
Рис. 15.3. Структурная схема синтезатора авиационной радиостанции ближней связи
ГУН перестраивается по частоте управляющим напряжением в частотном диапазоне от 118 до 150,575 МГц. Колебания ГУН через буферный усилитель БУ1 и фильтр нижних частот ФНЧ1 поступают на коммутатор прием/передача. Буферный усилитель БУ1 обеспечивает развязку сигналов между ГУН и последующими каскадами и усиление сигнала до необходимого уровня. Схема ФНЧ обеспечивает подавление высших гармоник сигнала ГУН. В режиме «Передача» ГУН формирует колебания возбудителя и выдает их на вход модулятора передатчика. При отсутствии команды «Передача» ГУН формирует колебания гетеродина, которые подаются на первый преобразователь частоты приемника.
Со второго выхода ГУН его колебания через развязывающий буферный усилитель БУ2 поступают на делитель с переменным коэффициентом деления ДПКД v. Коэффициент деления ДПКД v устанавливается в соответствии с условием
N = fгун/fср,
(15.2)
(16.2
где fгун – частота колебаний ГУН, а fср – частота сравнения, на которой работает схема ФАПЧ.
Обычно частоту сравнения выбирают равной или менее интервала частот между соседними каналами связи.
В радиостанции «Орлан-85 СТ» ГУН перестраивается по частоте управляющим напряжением в частотном диапазоне от 118 до 150,575 МГц. При частоте сравнения 8,33(3) кГц коэффициент деления изменяется от 14160 до 18069.
Для установки коэффициента деления, от устройства управления или от бортового компьютера на регистр 1 поступают импульсы синхронизации и последовательный код управления. В регистре 1 последовательный код преобразуется в параллельный, и подается на управляющие входы ДПКД v.
Колебания опорной частоты формируются опорным генератором ОГ с частотой колебаний 5 МГц и кварцевой стабилизацией. Напряжение ОГ подается на вход ДПКД r, коэффициент деления которого устанавливается равным fог/fср. Коэффициент деления ДПКД r устанавливается с помощью регистра 2, преобразующего последовательный код в параллельный. Установка коэффициента деления производится импульсом «Запись», поступающим с пульта управления.
Если в процессе работы не требуется изменения коэффициента деления, его устанавливают постоянным путем подключения соответствующих логических состояний на входы ДПКД r. Например, при частоте ОГ, равной 5 МГц, и частоте сравнения 8,33(3) кГц в радиостанции «Орлан-85СТ» коэффициент деления устанавливается равным 600.
При воздействии на входы ЧФД двух импульсных последовательностей на его выходе формируются импульсы, длительность которых ghjgjhwbjyfkmyf фазовому сдвигу между входными напряжениями. Постоянная составляющая выходного напряжения ЧФД выделяется интегратором и через нелинейный фильтр низких частот НФНЧ поступает на управление частотой ГУН. При захвате в петле ФАПЧ устанавливается равенство частот сравнения на входах ЧФД и частота колебаний ГУН будет равна N∙fср.
Во время переходного процесса, когда захват в петле ФАПЧ отсутствует, на выходе ЧФД формируются колебания с разностной частотой между импульсами на выходах ДПКД v и ДПКД r. Колебания разностной частоты выделяются фильтром ФНЧ2 и закрывают ключи коммутатора, запрещая выход колебаний возбудителя и гетеродина. При этом сигнал «Готовность» на выходе ЧФД и «Исправность» на выходе ФНЧ2 отсутствуют. После захвата в петле ФАПЧ на выходе ФНЧ2 формируется напряжение, открывающее ключ коммутатора. Через открытый ключ колебания синтезатора передаются на передающее или приемное устройство.
Рассмотрим пример использования синтезатора в приемнике бортовой радиостанции «Орлан-85СТ».
Приемник радиостанции (Рис. 15.4) содержит усилитель радиочастоты, на входе и выходе которого установлены фильтры, настраиваемые при помощи варикапов на частоту входного сигнала. Фильтры обеспечивают необходимую избирательность по зеркальному каналу. Избирательность по соседнему каналу обеспечивается фильтром на входе УПЧ1, настроенным на первую промежуточную частоту 12,6 МГц.
Рис. 15.4. Структурная схема приемника авиационной радиостанции ближней связи
В канале УПЧ1 предусмотрено переключение полосы пропускания ШП/УП, широкая полоса 25 кГц – узкая полоса 8,33(3) кГц. В режиме ШП радиостанция имеет 720 каналов связи, а в режиме УП – 2160 каналов и более высокую помехоустойчивость связи. С выхода УПЧ1 сигнал поступает на второй смеситель с гетеродином, выполненным по схеме кварцевого генератора. Напряжение второй промежуточной частоты 240 кГц усиливается в УПЧ2 и поступает на детектор, формирующий напряжение звуковой частоты и напряжение АРУ. В канале обработки сигнала низкой частоты предусмотрена автоматическая регулировка усиления сигнала низкой частоты, подавление шумов и отдельная обработка сигнала в режиме приема цифровых данных, имеющего отдельный симметричный выход – данные. Обработка данных производится при ширине полосы пропускания УПЧ, равной 25 кГц.
В радиостанции «Орлан-85СТ» предусмотрен встроенный контроль основных параметров. Для проверки чувствительности приемника используется встроенный генератор шума, подключаемый на вход УРЧ в режиме контроля. Контроль излучаемой мощности передатчика выполняется с помощью рефлектометров, выдающих информацию о падающей и отраженной мощности в антенно-фидерном тракте. Блок управления и контроля обеспечивает управление синтезатором частоты в виде трехбайтового шестиразрядного параллельного кода, который записывается в ОЗУ микро-ЭВМ и передается в последовательном коде на синтезатор.
Авиационной промышленностью России производится и поставляется достаточно много типов авиационых радиостанций. В частности, из отечественных РС метрового диапазона 118…136,975 мгЦ – «Орлан-85», РС метрового и дециметрового диапазона 30…400 мгц – «Бекас», «Прима-ДМВ», РСДС декаметрового диапазона 3…30 МГц – «Микрон», «Ядро», «Арлекин-Д».
Из радиостанций зарубежного производства отметим авиационные радиостанции диапазона 108...137 МГц: Flightline FL-760, GARMIN SL-40, Icom IC-110, Icom IC-200, Icom IC-210, Icom IC-A23, Vertex Standard VXA-300.
Радиостанция Icom IC-A23 (Рис. 15.5) помимо функций радиосвязи имеет функцию навигации азимутального канала VOR, которая показывает азимут и направление от или на радиомаяк. На курсовом индикаторе отображается отклонение между реальным курсом полета и расчетным.