2. Принципы построения авиационных радиоэлектронных комплексов (рэк). Взаимодействие рэк с другими комплексами летательного аппарата
Напомним, что ЛА, его вооружение и оборудование, в том числе и РЭО, объединяются в бортовые комплексы (БК), бортовые системы (БС) и бортовые устройства (БУ), предназначенные для выполнения различных задач.
В состав практически всех БК современных ЛА входят авиационные радиоэлектронные средства (РЭС).
Авиационные РЭС во многом определяют боевые возможности БК в целом, обеспечивая успешные действия ЛА как днем, так и ночью в простых и сложных метеоусловиях.
Необходимо отметить, что отдельные виды задач решаются только при использовании РЭС БК.
Поэтому, ряд БК для которых основными источниками информации являются РЭС выделили в отдельный класс БК, который получил название радиоэлектронные комплексы (РЭК).
Под бортовым РЭК понимают совокупность функционально связанных радиоэлектронных систем, устройств и вычислительно-программирующих средств, обеспечивающих решение заданной группы задач боевого применения, навигации и пилотирования несколькими различными способами.
Бортовые авиационные РЭК (АРЭК) предназначены для приема, обработки, передачи и хранения различной информации, формирования сигналов управления: ЛА, его вооружению, бортовым системами, системам разведки РЭС и объектов противника; создания преднамеренных помех РЭС противника и для выполнения других функций.
Все элементы авиационной РЭК (как и любой другой сложной системы) могут быть условно разделены на три подсистемы:
- информационную (органы чувств),
- вычислительную (мозг) и
- исполнительную (опорно-двигательный аппарат, речь).
Все эти подсистемы охвачены бортовой системой контроля.
В состав информационной подсистемы АРЭК входят:
бортовые устройства, системы и комплексные системы, с помощью которых может быть получена информация о координатах и параметрах движения целей, а также информация о параметрах собственного движения ЛА (пилотажно-навигационная информация).
Сюда же могут быть отнесены и бортовые средства радиосвязи и опознавания.
Основу современного АРЭК составляет бортовая вычислительная система (БВС).
Под БВС понимают совокупность размещаемых на борту ЛА взаимосвязанных и согласованно действующих аппаратно-программных средств передачи, хранения и обработки цифровой информации, предназначенных для преобразования входных данных в выходные в соответствии с заданными целями функционирования РЭК.
Подсистема исполнительных устройств включает в себя бортовые системы и устройства, осуществляющие управление: ЛА, аппаратурой систем посадки (АСП), режимами работы АРЭК, индикацией и отображением информации.
За последние 50 лет сменилось три поколения комплексов бортового оборудования.
Комплексы первого поколения состояли из независимых систем, каждая из которых содержала свои собственные датчики, вычислители, индикаторы и пульты управления. Связи систем друг с другом были минимальны и представляли собой радиальные соединения источник-приемник.
Второе поколение имело федеративную архитектуру.
Для нее характерно использование разными системами общих ресурсов. Разделение информационных ресурсов достигается за счет объединения систем едиными мультиплексными каналами обмена или другими разветвленными системами связи. Информация, порождаемая одной системой, становится доступной для всех остальных и надобность в самостоятельном сборе информации, которая уже есть в другой системе, отпадает. Таким образом, осуществляется интеграция датчиков - они становятся общедоступны, независимо от того, какая система ими владеет в действительности. Разделение аппаратных ресурсов производится за счет объединения индикаторов и пультов управления в единые информационные системы, которые созданы в интересах всего комплекса и индицируют на своих экранах информацию от всех его систем.
Электронные блоки федеративной архитектуры состоят из модулей. Модули объединяются с помощью системной платы, с ней состыковываются все модули. Через системную плату к модулям поступают сигналы с внешнего разъема блока.
Кроме того, в федеративной архитектуре появились специализированные БЦВМ, которые предназначались только для обработки информации. К таким БЦВМ относятся: вычислительная система самолетовождения пассажирского ЛА, тактический компьютер военного самолета и т.д.
Специализированные БЦВМ получают информацию от сенсоров самолета, различных систем, обрабатывают ее и передают дальше - в системы индикации и управляющие системы. За счет объединения ресурсов комплексы второго поколения обеспечили значительный выигрыш в отношении массы, габаритов и надежности, объединение приборов в единые информационные системы позволило значительно улучшить интерфейс пилот-ЛА, а добавление специализированных БЦВМ позволило увеличить уровень автоматизации и значительно расширить возможности ЛА.
До настоящего времени большинство комплексов БО имеет федеративную архитектуру.
Современное - третье поколение бортовых комплексов представляет собой интегрированную модульную авионику. Их внедрение началось в 90-х годах.
Новое поколение отличается гораздо более высокой степенью интеграции и обобщения ресурсов.
Идея заключается в том, чтобы не разбивать комплекс на ряд автономных систем, а построить его на основе единой вычислительной платформы, функции систем комплекса в этом случае выполняют программные приложения, разделяющие общие вычислительные ресурсы.
Аппаратура комплекса состоит из ограниченного набора функциональных модулей, по своим размерам они меньше привычных электронных блоков. Каждый модуль приспособлен для выполнения определенных функций - вычисления, хранения данных, электропитания и т.п. Эти функции модуль выполняет не в интересах какой-то отдельной системы, а в интересах всех задач, решаемых в комплексе.
Сам комплекс не имеет четко выделенных систем. Он организован в виде единой аппаратной среды, системы превратились в функции, реализуемые программно в этой среде. Отдельные БЦВМ и вычислители, присущие федеративным системам, заменены общими процессорными ресурсами, которые распределяют между собой и выполняют все прикладные программы. Такая организация позволяет оптимально использовать вычислительные ресурсы.
Структура комплекса сделана гибкой и масштабируемой, это позволяет легко адаптировать ее (структуру) под требования различных применений и для разных типов ЛА, а также облегчает расширение возможностей и улучшение характеристик комплекса в будущем.
Гибкость достигается, во-первых, за счет модульного построения комплекса и, во-вторых, за счет соединения модулей в сеть.
Преимущества комплексов модульной авионики перед своими предшественниками:
- уменьшены массогабаритные характеристики комплекса,
- использование однотипных модулей значительно упростило техническое обслуживание, снизило стоимость оборудования (вместо разнотипных блоков, изготовляемых мелкими партиями, широко тиражируются одни и те же модули).
Модули комплекса устанавливаются в крейты (это специальные узлы или вычислители, за рубежом для них принято название cabinet), внешний вид такого вычислителя показан на рисунке 2.
Типичный комплекс включает несколько вычислителей, их количество определяется сложностью задач и требованиями компоновки.
Обычно вычислителя в комплексе два, что позволяет не только распределять между ними задачи, но и обеспечить резервирование на случай отказов.
В вычислителе отсутствует системная плата, внутри него проложены только линии электропитания и внутренняя сеть передачи данных.
На каждый функциональный модуль внешние сигналы поступают непосредственно через его разъем.
Кроме вычислителей в состав комплекса модульной авионики также входят:
- индикаторы,
- пульты управления комплексом,
- интегрированный комплект датчиков воздушных сигналов и положения ЛА в пространстве,
- средства радиосвязи, опознавания, навигации и посадки.
Эти части комплекса конструктивно отдельны от вычислителей, так как они должны устанавливаться в определенных местах ЛА.
Индикаторы и пульты должны быть установлены в кабине экипажа. Интегрированный комплект датчиков выполняет функции системы воздушных сигналов (СВС), инерциальной навигационной системы (ИНС), а иногда содержит также и приемник спутниковой навигационной системы.
Рис. 2. Внешний вид вычислителя (крейта)
Структура комплекса модульной авионики изображена на рисунке 3. Входной информацией для комплекса являются сигналы от датчиков ЛА и его сенсоров - радиолокатора, инфракрасной обзорной системы и др. Выходная информация передается пилотам на индикаторы, а от функций автоматического управления - на исполнительные устройства.
Рис. 3. Структура комплекса модульной авионики
Для выполнения своих функций вычислители комплектуются модулями разных типов, например:
вычислительным модулем (полноценный компактный компьютер);
модулем запоминающего устройства базы данных;
модулем сетевого контроллера;
модулем графической обработки;
модулем концентрации сигналов;
модулем питания;
модулем поддержания нормальных условий.
Вывод: таким образом, неуклонное расширение круга решаемых АРЭК задач, постоянное повышение требований к показателям качества функционирования (точности, помехоустойчивости, оперативности и т.п.) и эффективности боевого применения в целом обусловливают рост степени интеграции оборудования в составе комплексов, что ведет к созданию авиационного РЭК (АРЭК) интегрального типа.
Под АРЭК интегрального типа понимают совокупность радиоэлектронных комплексов, взаимосвязанных между собой на основе единых БВС и системы индикации, управления и контроля.
Классификация АРЭК:
I. В соответствии с характером решаемых задач:
АРЭК самолетовождения, прицеливания и управления вооружением. предназначенные для решения заданных групп задач навигации и поражения определенных типов целей.
АРЭК связи и управления, предназначенные для решения группы задач по ведению двусторонней радиосвязи и по обмену данными.
АРЭК обороны, предназначенные для решения заданной группы задач по РЭБ.
АРЭК воздушной разведки, предназначенные для решения заданной группы задач по ведению соответствующих видов воздушной разведки.
II. По тактическому назначению ЛА:
1. АРЭК истребителей;
2. АРЭК истребителей-бомбардировщиков(многоцелевых ЛА);
3. АРЭК бомбардировщиков;
4. АРЭК транспортных и разведывательных ЛА, а также самолетов и вертолетов РЭБ.
Следует также отметить, что современные АРЭК обладают свойствами:
- резервирования и
- избыточности.
Резервирование представляет собой метод повышения качества функционирования объекта введением избыточности. Применительно к АРЭК резервирование - это метод повышения их эффективности, надежности и живучести за счет введения избыточности.
Под избыточностью понимают дополнительные средства или возможности сверх минимально необходимых для выполнения объектом заданных функций.
Основные виды резервирования, применяемые в АРЭК:
структурное;
информационное;
функциональное;
временное.
1. Структурное резервирование - это метод повышения эффективности, надежности и живучести АРЭК, предусматривающий использование избыточных элементов структуры.
Информационное резервирование - это метод повышения эффективности, надежности и живучести АРЭК, предусматривающий использование избыточной информации.
3. Функциональное резервирование - это метод повышения эффективности. надежности и живучести АРЭК, предусматривающий использование способности элементов выполнять дополнительные функции.
4. Временное резервирование - это метод повышения эффективности, надежности и живучести АРЭК, предусматривающий использование избыточного времени.
Исходя из перечисленных сведений, перспективная структура АРЭК будет иметь вид, как показано на рис. 4.
Рис. 4. Структура перспективного АРЭК
Здесь под универсальной многофункциональной радиотехнической системой понимается активная или пассивная ФАР.
Обмен данными между показанными системами производится по шине обмена данными (входит в состав распределенной информационно-вычислительной системы).
Под универсальностью многофункциональной радиотехнической системы понимается возможность использования всех известных алгоритмов и методов радиолокации, а именно:
- пространственно-временной обработки сигналов;
- методов энергетической и информационной скрытности;
- бистатической радиолокации и т.д.
В нашей стране ведутся разработки в области создания новейших образцов авиационной техники. Примером может служить разработка совершенно нового отечественного истребителя Су-35.
Примерный вид облика АРЭК этого самолета представлен на рис. 5.
Рис. 5. Перспективный облик АРЭК истребителя Су-35
Доцент кафедры
Д. Корабейников
Рис. 1. Внешний вид перспективной радиолокационной системы управления (РЛСУ) с ФАР ”Ирбис-Э”