Результат интеллектуальной деятельности: Аварийная система сотовой радиосвязи подводной лодки

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обеспечения аварийной связи подводной лодки при нахождении ее в базе или на переходе.

В связи с бурным развитием систем мобильной связи и расширением представляемых услуг появилась потребность в обеспечении членов экипажа кораблей услугами подвижной сотовой связи как с абонентами внутри объекта, так и с внешними абонентами, находящимися в пределах зоны обслуживания базовой станции корабля. [Инструкция по организации использования связи при авариях подводных лодок и надводных кораблей. - Москва: Военное издательство, 1993].

Катастрофы атомных подводных лодок «Комсомолец» и «Курск» заставили конструкторов обратиться к проблеме повышения надежности и живучести систем внутрикорабельной связи (ВКС). При отсутствии дублирования корабельных трасс прекращается ВКС с постами, расположенными даже за пределами аварийных отсеков. Как показывает опыт, применение в этой ситуации портативных УКВ-радиостанций, ограничено двумя-тремя смежными отсеками. [Катанович А.А., Жилинков В.И. Корабельные системы аварийной связи. СПб., Судостроение, 2011].

Известны способы передачи информации в системах связи, в которых поступающую от источника информацию, например речевую, телеметрическую, преобразуют в электрический сигнал, этот сигнал вводят в линию связи, в качестве которой используют коаксиальные магистральные кабели (изобретение СССР кл. Н04В 5/00 438128), линии электропередач внутри шахт (пат. СССР кл. тот же 2115239), силовые и телефонные кабели, проложенные в шахтах (пат. СССР кл. тот же 1548857) с преобразованием частоты передачи в промежуточную и восстановлением ее при приеме, передаче по канату шахтного подъемного устройства (пат. СССР Н04В 7/00 661828), по тросу из скважины (пат. Англии Н04В 3/54 2110904) или по грозовым тросам линий электропередач (пат. СССР кл. тот же 488352).

Известен излучающий коаксиальный кабель. Патент РФ №2013832 кл. H01Q 13/20. Щелевой кабель, излучающий и принимающий ВЧ сигналы, имеет гофрированную внешнюю проводящую поверхность. Вдоль кабеля в гребных гофрах вырезаны эллиптические отверстия, расположенные в соответствии с логарифмическим нормальным законом расположения вероятностей. Проложенный по кораблю кабель одновременно является передающей и приемной антенной. В этом случае для связи между отсеками используются переносные радиостанции малой мощности. Такая система способна обеспечить дуплексную многоканальную связь на дециметровых и метровых волнах. Однако живучесть и надежность такого кабеля при аварии очень низкая.

Известен Способ передачи информации патент РФ №2205513, кл. Н04В 13/00. Этот способ обеспечивает передачу информации по трубопроводу подземного заложения и, при его надземном расположении. Недостатком известного способа является то, что в нем в качестве линии связи можно использовать только трубопровод подземного заложения, расположенный по прямой линии, в то время как на корабле существует разветвленная сеть трубопроводов.

Наиболее близким к заявленному устройству передачи информации по совокупности признаков и получению требуемых технических результатов является патент РФ на ПМ №155946 кл. Н04В 7/24. Устройство аварийной радиосвязи, состоящее из линии связи, источника информации передающего и приемного устройства, расположенных в корпусе корабля и заземления, причем в качестве линии связи используется корабельный трубопровод.

Целью изобретения является обеспечение аварийной сотовой радиотелефонной связи подводной лодки при нахождении ее в базе или на переходе.

Поставленная цель достигается тем, что аварийная система сотовой радиосвязи подводной лодки, состоящая из абонентских мобильных радиотелефонов, репитеров, оборудования базовых станций и линии связи, причем в качестве линии связи используются корабельные низкочастотные кабели, при этом оборудование базовой станции расположено в корпусе подводной лодки, а также на береговых командных пунктах и состоит из антенны базовой станции, многоканального приемопередатчика, центра коммутации подвижной связи и контроллера базовой станции, а ее многоканальный приемопередатчик через устройство сопряжения каналов системы подвижной связи с постовыми низкочастотными кабелями состоящее из входной индуктивности и приемопередатчика состоящего из аналоговой части стандартного цифрового радиотелефона, который обеспечивает преобразование высокочастотного сигнала сотовой связи в сигнал промежуточной частоты (ПЧ) для ввода его во внутрикорабельный кабель, а сигнал ПЧ в высокочастотный кабель для передачи его с внутрикорабельного кабеля в подсистему мобильной связи, и далее через внешнюю антенну с внешними абонентами сотовой связи, при этом с помощью внутренней антенны репитер передает сигналы от сотовых радиотелефонов, находящихся на расстоянии до 900 м².

На Фиг 1. представлена аварийная система сотовой радиосвязи ПЛ.

Она состоит из n абонентских мобильных радиотелефонов 1 (AT) соединенных по радиоканалу через репитеры 2 (Реп) с устройствами сопряжения (УС) 3, которые соединены с межпостовыми кабелями ПЛ 4. Оборудование базовых станций 5 (Фиг. 2) состоит из антенны базовой станции 6, многоканального приемопередатчика 7, центра коммутации подвижной связи 8, контроллера базовой станции 9 и транскодера 10. Репитеры 2 являются двухсторонними линейными усилителями сотового сигнала. Репитеры является частью системы усиления сотовой связи и им могут пользоваться одновременно до нескольких десятков человек. Репитеры 2 создают как бы одну маленькую соту, в зоне действия которой сигнал может свободно перемещаться. Устройство репитер - является разновидностью антенного усилителя, но в отличие от последнего, репитеры связаны с AT1 не кабелем, а радиоканалом.

Устройство сопряжения 3 служит для преобразования и фильтрации, представляющее собой обычный преобразователь частоты с гетеродином, и двумя полюсовыми фильтрами на входе и выходе преобразователя.

Межпостовые низкочастотные кабели корабля 4 служат для канализации сигналов сотовой связи.

В оборудования базовых станций 5 входит антенна базовой станции 6 которая служит для излучения и приема ВЧ-сигналов от радиотелефонов и от многоканального приемопередатчика 7 который обеспечивает усиление мощности сигналов и их превращение в ВЧ-сигналы. Центра коммутации подвижной связи (ЦКПС) 8 обслуживает группу сотов и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы абонентских мобильных радиотелефонов. ЦКПС 8 аналогичный ISDN коммутационной станции и являет собой интерфейс между фиксированными сетями и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции, на ЦКПС 8 возлагаются функции коммутации радиоканалов. Центр коммутации осуществляет постоянное наблюдение за AT1, используя регистры места расположения (РМР) и перемещения (РПМ). В РМР сохраняется та часть информации о месте расположения какой-либо AT1, что позволяет при коммутации доставить вызов станции. Регистр РМР содержит номер подвижного абонента (IMSI). Он используется для определения AT1 в центре аутентификации. Второе основное устройство, которое обеспечивает контроль за перемещением AT1 из зоны в зону - регистр перемещения РПМ. С его помощью достигается функционирование AT1 за пределами зоны, контролируемой РМР.

Контроллер базовой станций (КБС) 9. Когда в процессе перемещения AT1 переходит из зоны действия одного контролера базовой станции, которая совмещает группу базовых станций, в зону действия другого КБС 9, которая совмещает группу базовых станций, в зону действия другого КБС 9, она регистрируется новым КБС 9 и в РПМ заносится информация о номере области связи, которая обеспечивает доставку вызовов AT1. Для сохранения данных, которые находятся в РМР и РПМ, в случае предусмотрена защита устройств памяти этих регистров.

В системе связь между AT1 и базовыми станциями осуществляется по радиоканалу. В цифровой системе связи GSM 2-го поколения частота составляет 1710-1785 МГц на передачу сигнала от абонента к базовой станции и 1805-1880 МГц на передачу сигнала от базовой станции к абоненту. Задача состоит в том, чтобы построить корабельную подсистему сотовой подвижной связи с максимальным использованием известного оборудования систем сотовой связи, но с учетом специфики условий применения радиотелефонов на корабле. Подсистема может быть использована для обеспечения аварийной связи ПЛ при нахождении ее в базе (пункта рассредоточения) в надводном (перископном) положении в качестве элемента III контура управления ПЛ в аварийной ситуации, а также при нахождении ПЛ в море в качестве элемента комплекса внутрикорабельной связи (ВКС) (I контур управления).

Для организации сотовой внутрикорабельной связи (в I контуре) на ПЛ установлена одну БС в одном из отсеков (например, на ГКП) и разработано устройства для доставки сигналов от абонентов, расположенных во всех отсеках ПЛ, на вход многоканального приемопередатчика базовой станции по межпостовому кабелю, а в III контуре - обеспечивается передача сигналов от абонентов ПЛ через БС в радиоканал, используя внешнюю антенну ПЛ, для связи с внешними абонентами сотовой связи.

Связь между членами экипажа осуществляется с помощью межпостовых кабелей из состава комплекса ВКС. Для задействования этих кабелей разработано устройство сопряжения каналов (УСК) системы подвижной связи с постовыми кабелями ВКС. Устройство сопряжения состоит из входной индуктивности и приемопередатчика состоящего из аналоговой части стандартного цифрового радиотелефона, который обеспечивает преобразование ВЧ сигнала сотовой связи в сигнал ПЧ для ввода его во внутрикорабельный кабель, а сигнал ПЧ в ВЧ кабель для передачи его с внутрикорабельного кабеля в подсистему мобильной связи. УСК обеспечивает одновременную беспомеховую передачу сигналов ВКС и подвижной связи по низкочастотному кабелю 4 ВКС. Для решения поставленной задачи предлагается передавать сигналы по кабелям 4 ВКС мобильной связи на второй промежуточной частоте (ПЧ), номинал которой в типовых радиотелефонах составляет 5 МГц. Поэтому в УСК введен приемопередатчик, обеспечивающий преобразование ВЧ сигнала сотовой связи в сигнал ПЧ для передачи его в комплекс ВКС и сигнал ПЧ в высокочастотный для передачи его с комплекса ВКС в подсистему мобильной связи. В качестве такого приемопередатчика использовалась аналоговая часть стандартного цифрового радиотелефона (ЦР). Приемная часть ЦР представляет собой супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты.

На вход передающей части подается сигнал мобильной связи на первой ПЧ (90 МГц), который поступает на смеситель, преобразующий сигнал в высокочастотный. Для преобразования сигнала второй ПЧ (5 МГц) в сигнал первой (90 МГц) в УСК вводятся устройство преобразования и фильтрации, представляющее собой обычный преобразователь частоты с гетеродином, и двумя полюсовыми фильтрами на входе и выходе преобразователя.

Распространение сигнала ПЧ порядка 5 МГц по низкочастотному кабелю будет претерпевать затухание. Для кабеля (например, марки КНРТ) постоянная затухания на частоте 5 МГц составляет 0,0115 нп/м, или 0,1 дБ/м. При длине кабеля между отсеками от 10 до 100 м затухание сигнала составит от 1 до 10 дБ. Для компенсации потерь при распространении сигнала по кабелю между отсеками ПЛ используется усилитель ПЧ с коэффициентом усиления до 20 дБ.

С одной стороны подключаются внешние антенны или подается ВЧ-сигнал от приемопередатчика, а с другой - внутренние антенны. С помощью внутренних антенн репитер ретранслирует (передает) сигналы от сотовых телефонов, находящихся на небольшом расстоянии (площадь до 600 м²).

Корабельная подсистема сотовой подвижной связи работает следующим образом.

Абонент, находящийся в одном из отсеков ПЛ, начинает разговор по сотовому радиотелефону. ВЧ-сигнал через антенну радиотелефона, расположенную на его задней крышке, излучается в отсеке и принимается одной из антенн-ретрансляторов репитера. Репитер 2 принимает сигнал в заданной полосе частот и усиливает его в каналах Uplink и Downlink. ВЧ-сигнал попадает на вход приемопередатчика, усиливается в малошумящем усилителе, и происходит двойное преобразование частоты. С выхода усилителя второй ПЧ приемо-передатчика сигнал поступает на вход усилителя ПЧ с целью компенсации потерь при дальнейшем распространении его по низкочастотному кабелю комплекса 4 ВКС. Сигнал сотовой связи на второй ПЧ через УСК поступает в постовой кабель 4 а затем по нему в отсек, где установлено оборудование базовой станции. Через УСК сигнал передается на вход устройства преобразования и фильтрации, в котором осуществляется его преобразование в сигнал на ПЧ (порядка 90 МГц). Затем преобразованный сигнал с выхода усилителя попадает на передающий вход приемо-передатчика, где превращается в ВЧ-сигнал, который через антенный вход приемо-передатчика и усилитель мощности поступает на вход многоканального приемо-передатчика БС 6 и антенну БС 6. На этом сигнал сотовой связи завершает свой путь прохождения от абонента ПЛ до БС 6.

Обратно от БС 6 к абоненту ПЛ сигнал распространяется по пути: делитель мощности → приемо-передатчик → усилитель ПЧ → УСК → межпостовой кабель комплекса ВКС → УСК → устройство преобразования и фильтрации → передающий канал приемопередатчика → репитер → делитель мощности → антенна-ретранслятор - радиотелефон абонента.

Дальнейшее взаимодействие БС 6 и абонента ПЛ осуществляется стандартным образом. Сигнал может излучаться антенной БС во внешнее пространство, а также передаваться в другие отсеки ПЛ для связи с личным составом по аналогичному пути.