Результат интеллектуальной деятельности: Система радиообмена (варианты)

Изобретение относится к помехоустойчивой радиосвязи, преимущественно к радиообмену пункта управления с пилотируемым или беспилотным наземным или авиационным боевым аппаратом (далее БЛА). При этом один или оба приемопередатчика могут быть подвижны. Изобретение относится также к способам пеленгации - вариант 6.

Известны системы радиообмена, см. интернет, «беспилотные летательные аппараты» или заявки № 2006130333 и № 96111279. Но известны случаи, когда в радиообмен между пунктом управления и БЛА производилась постановка помех, что приводило к потере БЛА работоспособности. В случае войны с технологически оснащенным противником это приведет к полной потере работоспособности всех БЛА и боевых роботов, что означает поражение в войне.

Задача и технический результат изобретения - повышение помехоустойчивости систем радиообмена, в частности, с БЛА.

ВАРИАНТ 1. Для этого используется принцип направленной радиосвязи: система имеет два приемопередатчика, из которых один или оба приемопередатчика с управляемыми направленными антеннами (например, пункт управления и БЛА), которые обмениваются мгновенными координатами (например, полученными с помощью системы ГЛОНАС), и бортовой компьютер направляет направленную антенну/антенны друг на друга. То есть, одна или обе антенны самонаводящиеся.

Причем в этой системе приемопередатчики будут отслеживать друг друга, даже если пункт управления для предупреждения своего уничтожения противорадарными ракетами будет подвижным и/или таких пунктов будет два или более.

ПРИМЕР: БЛА управляется из двух подвижных пунктов управления, расположенных на автомобилях и периодически передающих управление друг другу. Но благодаря данной системе направленные антенны БЛА и работающего пункта управления всегда направлены друг на друга. Примечание: для передачи управления оба пункта управления должным знать мгновенные координаты друг друга, чтобы в момент передачи сообщить их на БЛА.

Но в случае войны все спутники ГЛОНАС могут быть очень быстро уничтожены или поставлены помехи, и такая система окажется неработоспособной.

ВАРИАНТ 2. В этом случае работоспособной будет система радиообмена, которая имеет два приемопередатчика, причем один или оба оснащены управляемой направленной антенной, а один из них имеет инерциальную систему отсчета и бортовой компьютер, благодаря которым его антенна всегда направлена на второй приемопередатчик.

Такая система особенно целесообразна, если один из приемопередатчиков (пункт управления) неподвижен. Причем неподвижный приемопередатчик может иметь при этом ненаправленную антенну. Для уменьшения вероятности поражения противорадарными ракетами он может иметь направленную антенну, но тогда подвижный приемопередатчик должен регулярно передавать неподвижному свои мгновенные координаты, или должны поступать данные о его местонахождении от радиолокационной станции, или неподвижный приемопередатчик должен иметь оснащение по варианту 3 (см. ниже).

Работает этот вариант так: благодаря инерциальной системе отсчета БЛА знает свое местоположение, и всегда направляет свою антенну на то место, где расположен неподвижный пункт управления.

Но при длительном и дальнем полете инерциальная система накапливает ошибки, что может привести к потере радиообмена.

ВАРИАНТ 3. В этом случае более работоспособной будет система радиообмена, в которой один или оба приемопередатчика кроме основной управляемой направленной антенны имеют соединенные с ней две вспомогательные направленные антенны, направленные вправо и влево от основной так, чтобы их диаграммы направленности пересекались, и основная направленная антенна ориентируется так, чтобы сигналы со вспомогательных антенн были равны.

На фиг. 1 условно показаны диаграммы направленности одной такой тройной антенной системы, где 1 - диаграмма направленности основной антенны, 2 и 3 - диаграммы направленности двух вспомогательных антенн, которые частично пересекаются по оси симметрии.

Работает эта система так: вспомогательные антенны направлены на небольшой угол вправо и влево от основной антенны так, что направление на второй приемопередатчик, то есть направленность основной антенны, пересекает их в положении одинакового по величине коэффициента усиления. Их сигналы суммируются с разными знаками, что дает суммарный сигнал, равный нулю. При отклонении суммарного сигнала от нуля система управления поворотом основной направленной антенны поворачивает ее вправо, если сигнал с правой антенны был больше, или наоборот, до совпадения сигналов со вспомогательных антенн. При этом основная антенна будет направлена точно на второй приемопередатчик.

Такая система должна иметь антенны как можно более узкой направленности. Чем уже направленность, тем меньше вероятность помех от радиостанций, находящихся вне зоны диаграмм трех указанных антенн.

ВАРИАНТ 4. Но направленные антенны имеют и боковые лепестки направленности, поэтому помехи от мощной и близко расположенной вражеской радиостанции могут оказаться сравнимыми по амплитуде с сигналом от далеко расположенного пункта управления. Поэтому в данном варианте один или оба приемопередатчика системы радиообмена имеют управляемую направленную антенну и имеют ненаправленную антенну (например, штыревую), сигнал с которой инвертируется в инверторе и ослабляется во столько раз, во сколько коэффициент усиления ненаправленной антенны больше, чем коэффициент усиления направленной антенны с заднего и боковых направлений, после чего эти сигналы складываются в сумматоре и поступают в усилитель.

У этого варианта есть частный случай, который и следует применять: если коэффициент усиления ненаправленной антенны равен коэффициенту усиления направленной антенны с заднебоковых направлений, то ни в ослаблении, ни в усилении сигнал ненаправленной антенны не нуждается.

Следует отметить, что эта система будет ослаблять не только помехи, но и сигнал управления с пункта управления, и сигнал от БЛА. Но это ослабление составит 1-2% и серьезно не скажется на дальности и адекватности управления и передачи данных с БЛА.

Коэффициент усилении направленной антенны с боковых и заднего направлений неодинаков для разных углов, поэтому следует выбирать некий средний коэффициент. Он может быть среднеарифметическим или среднегеометрическим от наибольшего и наименьшего коэффициентов в боковых и заднем направлениях. А может быть неким эквивалентным, имеющим наибольшее совпадение с диаграммой направленности в этих заднебоковых направлениях.

Антенные усилители основного сигнала и сигнала помехи должны не иметь задержки по времени или иметь одинаковую задержку по времени.

ПРИМЕР: В упомянутом частном случае схема приемопередатчика будет выглядеть так: сигналы с основной антенны и с ненаправленной антенны поступают в свои антенные усилители, имеющие одинаковые коэффициенты усиления на рабочей частоте. Затем сигнал ненаправленной антенны инвертируется в инверторе, и оба сигнала поступают в сумматор и далее - в основной усилитель.

При этом сигнал помехи, принятый с бокового направления основной антенной, складывается в сумматоре с таким же, но инвертированным сигналом, и они частично или полностью взаимно уничтожаются.

ВАРИАНТ 5. Однако диаграмма направленности в заднебоковых направлениях основной направленной антенны может быть очень неравномерной. Поэтому для лучшего взаимоуничтожения сигнала помехи в данном варианте один или оба приемопередатчика системы радиообмена имеют управляемую направленную антенну и имеют несколько вспомогательных направленных антенн, сигнал с каждой из которых инвертируется в инверторе и ослабляется во столько раз, во сколько коэффициент усиления данной вспомогательной антенны больше, чем коэффициент усиления основной направленной антенны с того направления, с которого расположена данная вспомогательная антенна, после чего эти сигналы складываются в сумматоре и поступают в усилитель.

Понятно, что, как и в варианте 4, может быть частный случай, когда коэффициент усиления помехоулавливающей вспомогательной антенны равен коэффициенту усиления основной антенны с этого же направления. В этом случае ни ослабления, ни усиления сигнала вспомогательной антенны не требуется.

Понятно, что количество, диаграммы направленности и коэффициенты усиления вспомогательных антенн надо подбирать так, чтобы их суммарная диаграмма как можно более походила на диаграмму основной антенны с заднебоковых направлений. Тогда с какого бы направления ни пришел сигнал помехи, после инвертирования он будет почти полностью компенсирован.

Данный вариант упрощенно показан на фиг. 2, где 1 - диаграмма направленности основной антенны, 4 - диаграммы направленности шести вспомогательных антенн с суммарным сектором примерно в 350 градусов.

Работает этот вариант так: основной сигнал и сигнал помехи, принятый одной из вспомогательных антенн, усиливаются антенными усилителями с одинаковым коэффициентом усиления (это в упомянутом частном случае, в противном случае - с разными коэффициентами усиления), сигнал помехи инвертируется инвертором, и оба сигнала поступают в сумматор и далее в усилитель.

ВАРИАНТ 6. Более адекватно компенсировать сигнал помехи с заднебоковых направлений можно иным способом - с помощью обработки сигнала помех, принятого двумя или более вспомогательными направленными антеннами, с целью определения точного направления на источник помех. В данном варианте один или оба приемопередатчика системы радиообмена имеют управляемую направленную антенну, и имеют несколько вспомогательных направленных антенн, диаграммы направленности которых пересекаются наполовину или более, сигнал с каждой из которых поступает в компьютер, который по соотношению уровней сигналов двух антенн с помощью формулы или таблицы определяет точное направление на источник помех, после чего с помощью регулируемого усилителя сигнал одной из принявших его антенн инвертируется в инверторе и ослабляется во столько раз, во сколько раз коэффициент усиления данной вспомогательной антенны с этого направления больше, чем коэффициент усиления основной направленной антенны с этого же направления, после чего эти сигналы складываются в сумматоре и поступают в основной усилитель.

Этот вариант показан на фиг. 3. Один или каждый приемопередатчик системы имеет основную направленную управляемую антенну, диаграмма направленности которой обозначена 1. Он также имеет несколько, в данном случае три вспомогательных антенны с диаграммами направленности 5.

Допустим, пришел сигнал помехи из точки «П». Антенна «А» восприняла его в точке А своей диаграммы направленности, а антенна «Б» восприняла его в точке Б своей диаграммы направленности, с соответствующими коэффициентами усиления OA и ОБ. Приемопередатчик содержит компьютер, который по соотношению OA/ОБ и по заложенной в его память таблице таких соотношений определяет, что сигнал помехи пришел с направления -129 градусов (считая от направления основной антенны).

Далее компьютер по имеющейся в его памяти диаграмме направленности основной антенны определяет, какой коэффициент усиления имеет основная антенна с направления -129 градусов, и какой коэффициент усиления имеет одна из вспомогательных антенн (желательно, сигнал с которой больше, в данном случае антенна «А»). После чего компьютер выполняет следующие действия: величину сигнала на антенне «А» он делит на коэффициент усиления этой антенны в направлении 129 градусов (получая, таким образом, как бы «единичный» сигнал), и затем умножает на коэффициент усиления основной антенны в направлении 129 градусов. Полученная величина означает величину сигнала помехи, проникшей в основную антенну. После чего с помощью регулируемого усилителя компьютер ослабляет или усиливает сигнал вспомогательной антенны до этой величины.

Показанная система с тремя вспомогательными антеннами может определить направление на источник помех только в заднем направлении в 180 градусов. Для расширения этого диапазона необходимо применить больше количество вспомогательных антенн, в частности - с разными диаграммами направленности

Этот принцип может быть использован во всех случаях, когда необходимо осуществить пеленгацию радиопередатчика.

В начальный период полета и при посадке БЛА, когда он находится значительно выше пункта управления, сигналы радиообмена попадают на пункт управления и на БЛА под значительным вертикальным углом. При этом они выходят из сектора направленности узконаправленной антенны. Чтобы при этом не произошло потери радиосвязи, необходимы следующие меры:

1. Основные и вспомогательные направленные антенны авиационного БЛА направлены от горизонтали вниз на угол, равный 0,1-0,25 сектора их излучения, а антенны наземного пункта управления направлены на тот же угол вверх (чтобы лучше «видеть» друг друга).

2. БЛА имеет одну или несколько - одна под другой - дополнительных направленных антенн, направленных в том же азимуте, что и основная антенна, но ниже его, а наземный пункт управления имеет одну или несколько дополнительных направленных антенн, направленных аналогично вверх, причем антенны по команде или автоматически с помощью компьютера отключаются по мере удаления БЛА от наземного пункта управления, то есть по мере перехода принимаемого сигнала с одной антенны на другую, и наоборот.

3. Возможен упрощенный вариант вышеописанной системы - оба приемопередатчика имеет еще и ненаправленную антенну, которая используется некоторое времясразу после взлета и незадолго до посадки. Но этот вариант хуже защищен от помех.

4. Во избежание потери радиообмена авиационный БЛА должен летать без крена (как говорят летчики - «блинчиком»), и избегать полета с большим положительным или отрицательным тангажом. Или же все направленные антенны должны быть установлены на гиростабилизированной платформе.