Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Сети

Беспилотные летательные аппараты

Возможный функционал применения беспилотных летательных аппаратов

БПЛА с наземным питанием

Беспилотник автономный

Возможности применения

Типы БПЛА

Беспилотники ближнего радиуса действия

Беспилотники средней дальности

Беспилотные комплексы дальнего радиуса действия

Аэростатные летательные аппараты

Система связи

Составные компоненты

Р-187П1 Азарт, радиостанция

Комплексы для использования до 100 метров.

Комплексы для использования свыше 100 метров:

Расчёты дальности связи

Распространение

Бюджет канала

Потери распространения

Уравнение Фрииса

Двухлучевая модель распространения радиоволн

Коэффициент отражения

Невосприимчивость к нежелательным RF-сигналам (блокировка/селективность)

Моделирование расстояния в Excel

Результаты

Заключение

Список используемых источников



Введение

В наше время, коммуникационная сеть приобрела размеры и области покрытия невероятных масштабов. Оборудование постоянное совершенствуется, качество связи неуклонно растет. Тем не менее, часто происходит ситуации, когда покрытие сети отсутствует, либо имеет неудовлетворительное качество. Например, в местах техногенных катастроф, военных мероприятий, поисково-спасательных операций и т.д. Проще говоря: тогда, когда необходимо установить качественный канал связи, но не рационально устанавливать стационарный комплекс связи или нет такой возможности (труднопроходимая местность).

Для решения данной проблемы, на помощь могут прийти беспилотные летательные аппараты. Так как в последнее десятилетие данный вид техники получил скачок в развитии характеристик, в виде прикладного программного обеспечения и составной-компонентной части, то благодаря им, можно временно установить радиоканал, удовлетворяющим необходимым требованиям.



Сети

«Тот, кто владеет информацией - владеет миром». В нашем сверхтехнологичном веке эти слова Натана Ротшильда уже стали аксиомой. Можно лишь внести небольшое дополнение: информацией желательно завладеть быстро, без потерь и особых усилий. На практике, оперативность и достоверность информации важны как нигде. Именно поэтому передача данных в последнее время становятся всё более востребованной.

Обычно передача осуществляется при помощи проводных сетей связи. Только далеко не всегда прокладка медного кабеля или оптоволоконного кабеля возможна: если требуется объединение удаленных абонентов, сетей, отдельных компьютеров между собой в малонаселенных или географически труднодоступных областях. В таких случаях беспроводная сеть передачи данных является оптимальным вариантом. Беспроводные сети возможно разрабатывать и создавать с нуля, а можно увеличить существующую кабельную сеть за счет беспроводных частей. С помощью беспроводного оборудования можно быстро присоединять пользователей к работающей кабельной сети или расширять беспроводной сегмент.

В настоящее время большинство телекоммуникационных услуг предоставляются через узкоспециализированные независимые друг от друга сети. Тем не менее, современные методы цифровой обработки сигнала предоставляют возможность конвергенции информационных потоков путем преобразования всех их видов в единый поток с возможностью его передачи по единой широкополосной сети связи. Одновременное предоставление пользователям широкого набора современных услуг связи настоятельно требует создания широкополосных сетей доступа.

Одним из эффективных решений этой проблемы является использование систем беспроводного широкополосного доступа - ШБД (BWA - Broadband Wireless Access)[1].



Рис. 1. Пример использования ШБД для удаленный труднодоступных объектов.

Создание информационно-телекоммуникационной инфраструктуры на базе сетей широкополосного доступа, в том числе беспроводных, является основой для создания телекоммуникационной сети. Беспроводные сети широкополосного доступа требуют выделения радиочастотного ресурса, достаточного для предоставления всех видов телекоммуникационных услуг. В соответствии с этим оборудование ШБД использует различные радиочастоты в диапазонах от 2 до 60 ГГц[11].

Основной целью развертывания сетей на базе систем ШБД является предложение экономически эффективных решений для создания широкополосных сетей доступа с целью доставки услуг связи. Они могут быть предназначены для работы как в одностороннем, так и в двухстороннем (интерактивном) режиме.

В виду постоянного совершенствования технологий, на данный момент времени, имеется множество решений создания широкополосной сети. Тем не менее, часто имеются ситуации, когда на определенной территории она отсутствует, а развертка её в стационарном виде экономически не целесообразна. В таких случаях, решением данной проблемы, все чаще, становится использование беспилотных летательных аппаратов, с использованием широковещательного оборудования, для создания сети.

Беспилотные летательные аппараты

Беспилотный воздушный механизм (UAV/БПЛА), обычно известный как беспилотник, является аппаратом без пилота на борту. БПЛА - компонент беспилотной системы; которые включают сам БПЛА, пункт наземного управления и систему связей между двумя. Полет БПЛА может работать с различной степенью автономностью: при дистанционном управлении оператором, полностью или периодически автономно.

По сравнению с пилотируемым самолетом, БПЛА первоначально использовались для миссий, представляющих опасность для людей. Сам же, этот тип техники появился, главным образом, в результате развития военных технологиях, но их использование быстро расширяется до коммерческих, научных, развлекательных, сельскохозяйственных, и других сфер, таких как безопасность и наблюдение, доставки продукта, аэрофотосъемка, сельское хозяйство, контрабанда и гонки на беспилотниках. Гражданские беспилотники теперь значительно превосходят численностью военные беспилотники примерно более чем на миллионы, в отношении проданных аппаратов в 2015. На данный момент имеются множество их модификаций, позволяющих выполнять немыслимые ранее задачи.

В настоящее время беспилотный авиационные системы переживают бурный рост во всем мире. На рынок этого сегмента современной техники выходят страны, ранее не осуществлявшие научной разработки и производства данных высокотехнологичных комплексов, а именно: Индия, Пакистан, Иран, Сирия, Польша, Чехия, Норвегия. Бесспорными лидерами являются США, Израиль, Германия, которые оставили далеко позади себя Россию. Отличительной чертой отечественного рынка беспилотных систем является слабое финансирование со стороны государства. Значительные средства на разработку и производства беспилотных комплексов выделяются только Министерством обороны.

Возможный функционал применения беспилотных летательных аппаратов БПЛА с наземным питанием

беспилотный летательный аппарат радиоволна

Возможны два варианта исполнения беспилотного комплекса. Первый -- с использованием квадрокоптера привязного типа, когда электрическая энергия для вращения винтов и питания полезной нагрузки подаётся по кабелю снижения с борта наземного транспортного средства. В этом случае время нахождения квадрокоптера на заданной высоте не ограниченно.

Беспилотник автономный

Второй вариант - это использование квадрокоптера в режиме автоматического выполнения вертикального взлёта и посадки на борт наземного транспортного средства. В отличии от первого случая, когда летательный аппарат зависает над местом расположения наземного робота в режиме автономного полёта (элементы питания летательного аппарата находятся на его борту), БПЛА может осуществлять горизонтальный полёт по маршруту, на значительном удалении от наземного пункта управления. По выполнении полётного задания или исчерпания заряда батарей, БПЛА возвращается к точке запуска в автоматическом режиме и осуществляет заряд собственных аккумуляторных батарей от энергетической установки наземного размещения.

Возможности применения

Беспилотный комплекс, состоящий из транспортной платформы и БПЛА вертикального взлета и посадки, в зависимости от полезной нагрузки, может быть использован для решения следующих задач:

· Дрон для видеонаблюдения территорий и периметров в различном диапазоне высот

Видеокамеры, размещённые на гиростабилизированном подвесе дрона, позволяют получить дальность наблюдения в несколько километров. Использование мультиспектральных камер, ИК и видимого диапазона, обеспечат круглосуточное видеонаблюдение и высокую вероятность обнаружения удалённых объектов. В режиме автономного полета дрон совершает облёт охраняемого периметра, и по мере истощения батарей питания, производит посадку на наземное беспилотное транспортное средство в ином месте, отличном от места взлета. Тем самым реализуется патрулирование территорий, сложных для наземного перемещения. Размещение видеокамер и передатчика видеосигнала на дроне позволяет передавать видеоизображение на значительные расстояния. Так, при высоте полета дрона 300 м, возможно говорить об устойчивом канале связи на расстоянии до 35 км.

· Квадрокоптер ретрансляции беспроводных каналов связи и организация временного радио покрытия.

Радио ретранслятор, поднятый на квадрокоптере, позволит быстро развернуть радиосеть для покрытия значительных территорий. Для таких применений целесообразно использование привязного исполнения БПЛА. В этом случае, питание квадрокоптера и ретранслятора обеспечивает бензиновый электрогенератор наземной установки, посредством кабеля снижения. Время, которое БПЛА сможет провести на заданной высоте не ограничено. Использование наземного беспилотного транспортного средства в качестве носителя летательного аппарата позволит не только обеспечить его питанием, но и выдвинуться на позицию, наиболее удобную с точки зрения размещения узла ретрансляции. Для данного способа использования, удобнее использовать роботизированное шасси внедорожного колесного беспилотного транспортного средства SRX 3, позволяющее удаленного управлять или задавать маршрут движения платформы, либо же внедорожного автомобиля в качестве наземного носителя на основе автомобиля типа «КАМАЗ-4350».

Группировка беспилотных комплексов с ретрансляторами на борту позволит организовать самоорганизующуюся MESH сеть, обеспечить её надёжное автоматическое функционирование в условиях возможного выхода из строя некоторых узлов-ретрансляторов. Доставку беспилотных комплексов-ретрансляторов, например, в зону стихийных бедствий, можно осуществлять на грузовом автомобиле повышенной проходимости. Причём, транспорт на шасси «КАМАЗ-6560» сможет обеспечить доставку 6 автономных ретрансляторов.

Рис. 2. Внешний вид платформы БПЛА совместно со станцией приёма/передачи в разрезе.



Рис. 3. Внешний вид станции с платформой в сборе

· Квадрокоптер для подсветки труднодоступных объектов в ночное время

Светодиодный прожектор, установленный на квадрокоптере, позволит оперативно организовать освещение объектов при проведении поисково-спасательных и иных работ. При использовании привязного летательного аппарата время подсветки неограниченно.

· БПЛА для радиационного и дозиметрического контроля опасных территорий и объектов

Беспилотный комплекс позволяет проводить удалённые обследования без риска для жизни оператора. Системы автоматического управления беспилотного комплекса оптимальны для проведения регулярных измерений в полностью автономном режиме.

Колёсное шасси обеспечивает перемещение на больших участках пути маршрута, в то время как БПЛА производит подлёт к труднодоступным местам и объектам и, по окончании процедуры замеров, возвращается на наземный носитель для перемещения к следующей точке взлета.

Для решения вышеперечисленных задач в условиях высоких широт и крайнего севера, летательный аппарат вертикального взлёта и посадки размещается в закрытом отапливаемом контейнере, обеспечивающем сохранность заряда аккумуляторных батарей и быстрый старт БПЛА в условиях низких температур [2].

Типы БПЛА

По классификации Министерства обороны выделяют 3 класса беспилотных комплексов по дальности действия:

1. До 25 километров (ближнего радиуса действия);

3. До 100 километров (среднего радиуса действия);

4. Более 100 километров (большого радиуса действия).

Востребованы любые аппараты этих областей: как дорогостоящие аппараты с большой длительностью полета (более суток), так и малобюджетные, представляющие собой мультироторные системы с относительно небольшим временем полета, но чрезвычайно компактные и мобильные.

Беспилотники ближнего радиуса действия

Преимуществом данного типа техники является их относительно невысокая стоимость, что сказывается на масштабируемость, но при этом их многофункциональность и разнообразии технических решений.

Масса аппарата «Элеон-3СВ» без целевой нагрузки - 4,3 кг. Его можно транспортировать в заплечном контейнере или автотранспортом. Продолжительность полета -- около 2 часов, высота полета - 5 км. Максимальная дальность передачи данных по цифровому видеоканалу - 25 км. Пуск аппарата происходит с помощью резинового жгута или пневматической направляющей, посадка -- на парашюте, отцепляющемся при посадке по радиокоманде [3].

«Элерн-10СВ» имеет продолжительность полета 2,5 часа при диапазоне скоростей 75-135 км/ч, передает данные на расстояние до 50 км. Садится аппарат с помощью парашюта в перевернутом на спину положении, что обеспечивает сохранность информации и хрупкой полезной нагрузки. Аналогичным образом приземляется израильский БЛА BirdEye-400, который закуплен российским Министерством обороны для изучения.

Рис. 4. Беспилотный летательный аппарат «Элерон-10СВ»

Для нужд служб специального назначения, таких как МЧС и МВД, для применения в городских условиях Московским авиационным институтом разработан мини-вертолет «Ворон» взлетной массой 32 кг. (масса полезной нагрузки до 16 кг). При 2-часовой продолжительности полета со скоростью 100-120 км/час, комплекс позволяет различать людей, номера машин… «Ворон» может применяться в сложных метеоусловиях, акустически мало заметен.

Так, компания «НЕЛК» (ЗАО НПЦ Фирма «НЕЛК») представила комплекс воздушного радиолокационного обнаружения наземных целей «Ротор» (видимо, ранее проект назывался «НЕЛК-ЛПП») -- привязной подъемной платформы вертикального взлета и посадки. Комплекс выполнен на основе шестироторного мультикоптера «НЕЛК-В6», являющегося, в свою очередь, версией БЛА «НЕЛК-В12». Летательный аппарат снабжен двенадцатью (шесть пар) электрическими двигателями, питание которых осуществляется от наземного источника с передачей электроэнергии по кабелю. БЛА обладает низкой акустической заметностью (шум на расстоянии 50 метров -- не более 60 dB). Способен нести на борту полезную нагрузку до 25 кг. и перемещаться со скоростью 60 км/ч, при потолке 2 км[4].



Рис. 5. Мультикоптер роторного типа «НЕЛК-В12» с комплектом РЛС «Ротор», версия станции «Фара».

Сильными конкурентами вертолетам являются беспилотники турбинного типа, которые относятся к аппаратам вертикального взлета и используются для выполнения задач, требующих видеонаблюдения с близкого расстояния, точной посадки в заданную точку. Они могут быть использованы где угодно, в т.ч. в условиях городской застройки и в лесу, т.к. несущий винт в таких аппаратах находится внутри корпуса.

Одной из не многих компаний, разрабатывающих подобные перспективные БЛА, является компания «Рисса». Наиболее известна ее разработка «Тайфун». Аппарат рассчитан на 50 минут полетного времени, может быть незаменим для исследования состояния зданий при неразрушающем контроле, для подъема аппаратуры на небольшие высоты, контроля движения на магистралях [9].

Рис. 6. БЛА «Тайфун»

Беспилотники средней дальности

Беспилотные комплексы среднего радиуса действия «Рейс-Д», находящиеся на вооружении российской армии, разработаны КБ им. Туполева. Сейчас ведется разработка проекта БЛА средней дальности на основе разведывательно-ударного комплекса с аппаратом Ту-300 (стартовая масса -- 3 т., скорость до 950 км/ч., дальность полета -- 300 км., способен нести вооружение массой до 1 т.).



Рис. 7. БПЛА «Рейс-Д» в момент старта с самоходной пусковой установки

Компания «Иркут» разработала комплекс «Иркут-200» (длина 4,53м, размах крыла-5,34м, дальность действия - до 200км). Конструктивно представляет собой высокоплан. Использование композитных материалов позволило снизить массу аппарата. БЛА берет нагрузку массой до 30кг. и до 60 кг. топлива, что позволяет совершать полеты продолжительностью до 12 часов. Взлет и посадка производится на площадку длиной до 250м. Достоинством комплекса является высокая степень автономности, а также низкая стоимость жизненного цикла и эксплуатации.

Более крупный аппарат -- БПЛА «Юлия» взлетной массой 550 кг. при полезной нагрузке до 100кг. -- разработан Московским НИИ «Кулон». Беспилотник рассчитан на полет в течение 12 часов и передачу информации на расстояние до 250 км. Взлёт и посадка осуществляются стандартным способом, с помощью взлетно-посадочной полосы.

Преимуществом данного типа техники является их соотношение стоимости к функциональности. Они не требуют больших затрат, как на технике дальнего радиуса действия, но выполняют схожий функционал.



Беспилотные комплексы дальнего радиуса действия

Вопросу обеспечения высокого качества передаваемой БЛА информации большое значение придают в компании «Транзас», являющейся разработчиком морских и авиационных навигационных систем. Эта проблема стала ключевой при создании комплекса «Дозор-3», относящегося к классу тяжелых средневысотных БЛА большой продолжительности полета. Полезной нагрузкой БЛА могут быть: видеокамеры и РЛС переднего и бокового обзора, тепловизор, автоматическая цифровая фотокамера высокого разрешения, система управления целевой нагрузкой и накопители информации. Для патрулирования морских и сухопутных границ, мониторинга стихийных бедствий, чрезвычайных ситуаций, обеспечения поисково-спасательных операций «Транзас» предлагает «Дозор-2» и «Дозор-4». «Дозор-4», в частности, используется пограничной службой ФСБ для облета магистральных газопроводов и аэрофотосъемки.

Использование «Транзасом» нанотехнологий позволяет сделать аппараты более устойчивыми и менее заметными для радиолокаторов.

Рис. 8. БПЛА «Дозор-3»

Большим преимуществом данных аппаратов является их многофункциональность, так как можно поднять их на большую высоту в любые погодные условия и вести ретрансляцию на обширной территории.

Из недостатков, это их дороговизна аппаратов. Разработка и поддержание работоспособности данного типа техники занятие трудоемкое и требует множество специалистов.

Аэростатные летательные аппараты

Аэростат - летательный аппарат, принцип действия которого основан на создание подъемной силы с помощью газа (горячий воздух, водород, гелий т.д.), заключенного в оболочку (с плотностью меньшей, чем плотность газа вне оболочки).

Делятся на следующие типы:

· Газовые - шарльеры

· Тепловые - монгольфьеры

· Комбинированные - розьеры

Данные тип техники малозаметен, относительно дешев и позволяет поднять полезную нагрузку на большие высоты.

Система связи

Данный тип системы относится к комплексам радиосвязи с использованием беспилотного летательного аппарата БПЛА дальнего и среднего радиуса действия. Фактический результат заключается в том, что дает возможность в расширении функциональных возможностей по осуществлению контроля состояния территории с отсутствующей инфраструктурой связи за счет обеспечения радиосвязи с использованием БПЛА, в том числе между разнотипными абонентами, разнесенными на большое расстояние. Комплекс обеспечения радиосвязи с использованием БПЛА, который содержит систему спутниковой связи, БПЛА, центр управления БПЛА, IP-камеру (так же при необходимости тепловизор), комплекс бортовых систем КБС БПЛА, в состав которого входят ретранслятор БПЛА и конвертор, который через коммутирующий маршрутизатор, осуществляющий связь с работающими в различных частотных диапазонах абонентами и, используя спутниковую систему связи центра управления, взаимодействует с контроллером, который производит контроль команд управления при движении по заданному маршруту, и диагностирование режимов работы БПЛА [5].

Система относится к комплексам радиосвязи с использованием БПЛА и может применяться на территории с разрушенной инфраструктурой связи в зонах стихийного бедствия и чрезвычайных ситуаций, в том числе межвидовой, между абонентами, находящимися как в зоне прямой радиовидимости, так и вне зоны радиовидимости, а также - для мониторинга состояния территории в труднодоступных местах, для повышения достоверности получаемой информации от контролируемых объектов, при этом коррекция траектории БПЛА и посадка осуществляются с удаленного пункта управления [6].

В настоящее время организация устойчивой связи в труднодоступных районах требует больших материальных затрат. Существующие автономные средства связи не удовлетворяют современным требованиям, и их использование для оперативной связи практически исключено. Проблемы многократно возрастают при организации кратковременной связи.

Наземные станции, способные организовать такого рода каналы связи, на сегодняшний день не в состоянии обеспечить требуемую дальность функционирования, они работают лишь в зоне прямой видимости. Так, например, применение радиорелейного оборудования или оборудования беспроводного широкополосного доступа ограничено условиями прямой видимости и допустимой излучаемой мощностью приемопередатчиков, а использование связных станций УКВ диапазона или тропосферных радиостанций на территории со сложным географическим рельефом связано с решением организационных и технологических задач.

Вследствие чего возникает необходимость создания комплекса связи для обеспечения локальной связи с мест аварий, чрезвычайных ситуаций, а также для проведения видеомониторинга местности и др.

Так же, в настоящее время известна существующая система видеонаблюдения с транспортного средства, находящегося в движении, имеющую установленную на ТС видеокамеру, подключенную через системную плату видеоввода к персональному компьютеру, к которому подключено также приемопередающее устройство ТС, обеспечивающее связь по радиоканалу через устройства командного пункта с персональным компьютером пользователя, либо GPS-приемник, имеющий возможность передачи по радиоканалу или по каналу сотовой связи информационных данных для отображения на карте своего места нахождения. Известна система видеофиксации окружающей обстановки на авто-дорогах, содержащая минимум одну видеокамеру, блок регистрации и управления[6].

Известны также системы связи, в состав которых входит передающая и принимающая станция, в которой множество абонентов произвольно расположены и в которой обеспечиваются коммутирующие схемы внутри самих станций для маршрутизации вызовов между станциями в сети с использованием других станций для передачи вызовов в место вызова, включающая средство прерывания вызова, который передается станцией, для приема нового вызова в станцию из следующей станции в сети (ЕА 000791 В1 20000424, Н04В 7/15, Н04В 1/04, Н04В 1/16; GB96/02380 (РСТ).

Минуса текущих систем является их крайне узкое назначение, они обладают ограниченными возможностями по осуществлению связи с абонентами и объектами, находящимися вне зоны прямой радиовидимости и по осуществлению видеомониторинга на различной территории.

Имеется разработанная система связи с мобильной станцией видеомониторинга и связи, которая содержит станцию спутниковой связи с антенной системой, автоматизированное рабочее место оператора (АРМО) станции, спутниковый модем, блок электронной коммутации, навигационный приемник GPS, УКВ-радиостанцию с антенной, автоматизированное рабочее место диспетчера в составе портативного компьютера и многофункционального устройства, УКВ-ретранслятор с антенной, носимые УКВ-радиостанции со встроенной антенной, спутниковый радиотелефон, автоматический коммутатор каналов, базовую станцию транкинговой связи с антенной системой, абонентские терминалы со встроенной антенной, видеорегистратор, телевизионный приемник, телевизионный передатчик, переносную видеокамеру, базовую станцию широкополосного беспроводного доступа (ШБД) с антенной, наземную станцию управления беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), состоящую из портативного компьютера и УКВ-радиостанции с антенной, малый БПЛА, содержащий стабилизированную платформу, на которой размещены УКВ-радиостанция с антенной, блок исполнительных устройств, абонентская станция ШБД с антенной, блок регистрации видеосигналов, цифровая видеокамера, тепловизор и фотоаппарат (патент на изобретение №2398353 от 28.08.2008, Н04В 7/26 (RU) [7].

Недостатками известного изобретения являются ограниченные функциональные возможности по осуществлению видеомониторинга территории на больших расстояниях, БПЛА используется в данном изобретении только в системе видеонаблюдения и как дополнительный абонент, что приводит к значительному удорожанию данной системы, особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи с ограничением на размер антенны и мощность передатчика, данная система сложна в устройстве и эксплуатации, дорогостоящая, требует большой штат обслуживающего и квалифицированного персонала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является система видеомониторинга и связи, которая содержит стационарную базовую станцию (БС) сети подвижной радиосвязи (СПРС), первую и вторую возимые абонентские станции (АС) СПРС, размещенные в малогабаритных автомобилях, первую и вторую группу носимых радиостанций СПРС, предназначенных для обеспечения радиосвязи персоналу аварийно-поисковых бригад, стационарный узел связи (СУС) центрального офиса, единую интегральную телекоммуникационную сеть (ЕИТКС), СУС регионального офиса, спутниковый ретранслятор, мобильную станцию видеомониторинга и связи (ВМиС), беспилотный летательный аппарат (БПЛА) дальней зоны видеонаблюдения, выносной комплект радиорелейной линии привязки и выносной комплект средств видеонаблюдения ближней зоны (Патент на изобретение №2387080 от 28.08.2008, Н04В 7/24 (RU)).

Техническая задача, состоит в обеспечении радиосвязи с использованием БПЛА на территории с доступом по секторам труднодоступном, в том числе - между разнотипными абонентами, разнесенными на большое расстояние, и расширении функциональных возможностей по осуществлению контроля состояния территории в труднодоступных местах, а также для повышения достоверности получаемой информации от контролируемых объектов и для организации видеомониторинга на различной территории.

Для достижения данного технического результата заявляется комплекс обеспечения радиосвязи с использованием беспилотного летательного аппарата БПЛА на территории, на которой не имеется других средств связи или нет возможности развернуть стационарные системы, включающий систему спутниковой связи ССС, БПЛА, центр управления БПЛА, при этом, дистанционно-пилотируемое управление движением БПЛА вне зоны прямой радиовидимости и передача данных о координатах и параметрах его движения, а также о координатах БПЛА относительно посадочной площадки, выбранной оператором, осуществляют через основой спутниковый канал связи, либо через установленное устройство широкополосного доступа со стационарного или подвижного центра управления ЦУ, для обеспечения безопасной посадки БПЛА, проведения видеомониторинга местности, исследования территории, БПЛА дополнительно оборудуют IP-камерой, а для обеспечения локальной связи между абонентами, БПЛА оснащен комплексом бортовых систем КБС БПЛА. В состав комплекса бортовых систем КБС БПЛА входят ретранслятор БПЛА и конвертор, который через коммутирующий маршрутизатор КМ, осуществляющий связь с работающими в различных частотных диапазонах абонентами как внутри локальной сети, так и между абонентами и пунктом управления и, используя спутниковую систему связи центра управления ЦУ, взаимодействует с контроллером, который производит контроль команд управления при движении по заданному маршруту, и диагностирование режимов работы БПЛА, при этом для обеспечения радиосвязи между находящимися вне зоны радиовидимости и работающими в различных частотных диапазонах радиоволн абонентами и/или используют спутниковую систему связи ССС, а информация передается от абонентов, сигналы которых переносятся на частоты спутниковой линии связи конвертором, находящимся на БПЛА.

Кроме того, в комплекс бортовых систем КБС БПЛА входит ретранслятор БПЛА, который состоит из последовательно соединенных приемной антенны, приемника, демультиплексора, устройства обработки информации, конвертора, мультиплексора, передатчика и передающей антенны, при этом информационные сигналы по выделенному каналу связи после демодулирования и декодирования в конверторе, поступают на коммутирующий маршрутизатор БПЛА, в котором под каждый вид связи выделен свой отдельный канал, при этом если внешний интерфейс передачи данных связующих абонентов совпадает, то информация передается абоненту, находящемуся в сети с данным видом связи, в случае, когда абонент не отвечает на запросы, маршрутизатор передает информацию, полученную от абонента в другой канал связи, определяемый центром управления БПЛА.

Признаки, отличающие предлагаемое изобретение от своих ближайших аналогов и прототипа, характеризуют наличие мобильной базовой станции. Предлагаемый комплекс может использоваться для обеспечения связи с абонентами, находящимися в зоне и вне зоны прямой радиовидимости. В данном комплексе предусмотрена конвертация различных диапазонов радиочастот, при этом связь с абонентами осуществляется через мобильную станцию и спутник по командам с пункта управления, данный комплекс более прост в устройстве и эксплуатации, не требует большого штата обслуживающего персонала, а ретранслятор БПЛА необходим для обеспечения связи между абонентами.

Функциональная схема радиосвязи показана на рис. и состоит из центра управления (ЦУ), системы спутниковой связи (ССС) и БПЛА.

Рис. 9. Функциональная схема системы связи

Дистанционно-пилотируемое управление движением БПЛА производится по спутниковым каналам связи, что позволяет использовать летательный аппарат в сложных условиях с непрерывно изменяющейся полетной ситуацией. Также по спутниковым каналам связи обновляется координатная информация о положении и параметрах объектов связи - абонентов, работающих с разнотипными средствами связи.

Беспилотный летательный аппарат в этом случае рассматривается как часть спутниковой системы связи, одна из основных задач которого, как координирующего центра - оперативный обмен информации между абонентами. Маршрут БПЛА определяется положением абонентов, между которыми устанавливается связь по их запросам.

Преимуществами осуществления связи по заявляемому способу являются оперативное развертывание ее в местах с отсутствующей или разрушенной инфраструктурой связи. А также минимальное время, затрачиваемое на организацию сети, обеспечение межвидового взаимодействия, осуществление связи не только с абонентами временной локальной сети, но и с центром. Для обеспечения связи с обнаруженными объектами на значительных расстояниях на БПЛА устанавливаются пространственно стабилизированные антенные системы, которые используются также для повышения помехозащищенности за счет пространственной селекции и для обеспечения связи с обнаруженным объектом на значительных расстояниях.

Для обеспечения локальной связи между группами абонентов, находящихся вне зоны прямой радиовидимости, используются две линии передачи данных:

* для ближней связи - через ретрансляторы БПЛА,

* для дальней связи - через спутниковую систему связи (например, Экспресс АМ22).

При этом через спутниковую систему связи передается информация от абонентов, сигналы которых переносятся на частоты спутниковой линии связи конвертором, расположенным на БПЛА.

Ретранслятор БПЛА может осуществлять связь по следующим линиям:

* транкинговые линии связи;

* радиорелейные линии связи;

* беспроводной широкополосный радиодоступ, в том числе - Wi-Fi;

* УКВ диапазонам, в частности - GSM (Groupe Special Mobile) [17].

Беспилотный летательный аппарат для обеспечения радиосвязи оборудован следующими функциональными устройствами: контроллер (К), IP-камера, коммутирующий маршрутизатор (КМ), комплекс бортовых систем БПЛА (КБС БПЛА), система обеспечения связи с пунктом управления и назначения адреса пункта приема информации [24].

Контроллер предназначен для:

- выдачи команд управления полетом по заданию,

- приема и разделения команд от оператора (управление полетом и режимами работы всех систем БПЛА),

- передачи данных оператору - о полете, режимах работы и диагностики, данных диагностирования режимов работы - для проверки и работоспособности всех систем управления БПЛА, а также производит контроль команд управления по заданному маршруту и, в случае необходимости, изменение маршрута.

В нем реализованы такие функции, как:

* определение необходимого положения БПЛА в пространстве и подача сигналов на сервоприводы;

* автопилот - для приема, хранения и выдачи информации полетного задания;

* реализация выбора управления полетом через спутниковый канал радиосвязи между дистанционно-пилотируемым и автопилотируемым режимами полета;

* сбор данных с датчиков, находящихся на борту БПЛА, и со спутниковой системы GLONASS/GPS; оценки достоверности полученных значений; расчета значений, составляющих вектора скорости движения самолета, координат и высоты через параметры, отслеживаемые датчиками; сравнения погрешности рассчитанных данных с параметрами, полученными со спутниковой системы.

IP-камера позволяет совершить точную посадку беспилотного летательного аппарата на площадку, выбранную оператором, а также используется для видеомониторинга исследуемой территории.

Комплекс бортовых систем БПЛА (КБС БПЛА) также позволяет объединить существующие разнотипные средства связи в единую систему. Через данное устройство осуществляется межвидовая связь разнотипных абонентов по данным пункта управления. Сигналы конкретных абонентов разделяются входными фильтрами, а совместная передача информации от нескольких абонентов обеспечивается мультиплексором.

На рис. рассмотрена схема устройства ретранслятора, состоящего из последовательно соединенных приемной антенны, приемника, демультиплексора, устройства обработки информации, конвертора, мультиплексора, передатчика и передающей антенны. Информационные сигналы по выделенному каналу связи после демодулирования и декодирования в конверторе поступают на коммутирующий маршрутизатор БПЛА, в котором под каждый вид связи выделен свой отдельный канал. Если внешний интерфейс передачи данных связующих абонентов совпадает, то информация передается абоненту, находящемуся в сети с данным видом связи, а если - не совпадает, и абонент не отвечает на запросы, маршрутизатор коммутирует информацию, полученную от абонента в другой канал связи, определяемый центром управления БПЛА.

Рис. 10. Схема ретранслятора на БПЛА



Характеристики приемного устройства определяются решаемой задачей, то есть параметрами объектов, с которыми устанавливается связь (например, прием сигналов в УКВ диапазоне, с БШРД и т.д.).

Устройство ретрансляции с переносом канала передачи информации на другую частоту делает линию связи существенно более помехозащищенной от воздействия преднамеренных помех. В свою очередь, устройство позволяет осуществлять межсистемную связь, когда системы связи включают подсистемы, несовместимые по внешнему интерфейсу, например, радио интерфейсу.

Функции совмещения разных систем проводятся через коммутирующий маршрутизатор (КМ) по данным пункта управления.

Первичное разделение каналов между абонентами осуществляется на физическом уровне. После демодулирования и декодирования информационных сигналов в конверторе, они отправляются на коммутирующий маршрутизатор, где линия связи назначается пунктом управления. Маршрутизатор по данным пункта управления определяет, по какому типу связи была принята и должна будет передана информация.

Коммутирующий маршрутизатор (КМ) осуществляет связи между абонентами, работающими с разными видами радиосвязи внутри локальной сети, а также между абонентом и центром управления (ЦУ), используя спутниковую систему связи. Маршрутизация информационного и служебного трафика, а также разграничение прав доступа определяется приоритетами, которые устанавливает оператор, в зависимости от решаемых задач в каждом конкретном случае.

Соответственно высший приоритет будет отдаваться служебному трафику управления БПЛА, если он не находится на автопилоте в режиме барражирования. При всех прочих равных условиях перераспределение аппаратно-вычислительных ресурсов ретранслятора будет подчиняться правилам радиосвязи подвижной службы, если оператором не установлен конкретный адрес абонента.

Таким образом, разработанный комплекс позволяет обеспечивать связь между группами абонентов, находящимися как в зоне, так и вне зоны прямой радиовидимости - до 100 и более километров, с целью:

• ведения мобильными абонентами радиосвязи, обмена данными и доступа к информационным ресурсам сетей связи различного назначения по спутниковой, радиорелейной, с помощью средств транкинговой связи, БШРД или GSM;

• ведения защищенной радиосвязи мобильными абонентами в составе отдельной выделенной группы с абонентами других групп, с координирующим центром управления и сетями ведомственных служб;

• информационного обмена между абонентами одной выделенной группы, различных групп и абонентами стационарных сетей;

• возможности ведения связи между мобильными абонентами с разнотипными средствами связи с использованием ретранслятора-конвертора и коммутирующего маршрутизатора с выделением канала для организации связи взаимодействия;

• возможности пункта связи и управления посадкой и траекторией полета БПЛА с передачей видеоинформации через спутниковый канал связи в режиме реального времени.

1. Комплекс обеспечения радиосвязи с использованием беспилотного летательного аппарата БПЛА на территории с труднодоступной, включающий систему спутниковой связи ССС, БПЛА, центр управления БПЛА, при этом, дистанционно-пилотируемое управление движением БПЛА вне зоны прямой радиовидимости и передача данных о координатах и параметрах его движения, а также о координатах БПЛА относительно посадочной площадки, выбранной оператором, осуществляют через основной спутниковый канал связи со стационарного или подвижного центра управления ЦУ, для обеспечения безопасной посадки БПЛА, проведения видеомониторинга местности, исследования территории БПЛА дополнительно оборудуют IP-камерой, а для обеспечения локальной связи между абонентами, БПЛА оснащен комплексом бортовых систем КБС БПЛА, в состав которого входят ретранслятор БПЛА и конвертор, который через коммутирующий маршрутизатор КМ, осуществляющий связь с работающими в различных частотных диапазонах абонентами как внутри локальной сети, так и между абонентами и пунктом управления и, используя спутниковую систему связи центра управления ЦУ, взаимодействует с контроллером, который производит контроль команд управления при движении по заданному маршруту, и диагностирование режимов работы БПЛА, при этом для обеспечения радиосвязи между находящимися вне зоны радиовидимости и работающими в различных частотных диапазонах радиоволн абонентами используют спутниковую систему связи ССС, а информация передается от абонентов, сигналы которых переносятся на частоты спутниковой линии связи конвертором, находящимся на БПЛА.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что ретранслятор БПЛА, входящий в комплекс бортовых систем КБС БПЛА, состоит из последовательно соединенных приемной антенны, приемника, демультиплексора, устройства обработки информации, конвертора, мультиплексора, передатчика и передающей антенны, при этом информационные сигналы по выделенному каналу связи после демодулирования и декодирования в конверторе поступают на коммутирующий маршрутизатор БПЛА, в котором под каждый вид связи выделен свой отдельный канал, при этом - если внешний интерфейс передачи данных связующих абонентов совпадает, то информация передается абоненту, находящемуся в сети с данным видом связи, в случае, когда абонент не отвечает на запросы, маршрутизатор передает информацию, полученную от абонента в другой канал связи, определяемый центром управления БПЛА.



Составные компоненты

Список составных компонентов может быть различен (например, тепловизор - для поиска тепловых объектов, различные системы обнаружения и подавления), так как, с текущим разнообразием технических решений, можно выбрать полезную нагрузку для решения конкретно стоящего технического задания и под конкретный аппарат. На данном теоретическом примере использовалась радиостанция Азарт Р-187П1 ПАКД.464113.005 (для высот до 100 метров, так как далее искажения, вызванные в кабеле, будут слишком большие) и его более мощная модель модификация Азарт Р-187Н.

Р-187П1 Азарт, радиостанция

Производство: Россия. Компания: Ангстрем НПО, ОАО

Цифровые радиостанции 6-го поколения «Азарт» предназначены для обеспечения защищенной, засекреченной и помехоустойчивой радиосвязи в тактическом звене управления.

Радиостанция обеспечивает следующие виды и режимы работы:

* передача речи как в аналоговой форме (ЧМ) так и в преобразованной в цифровую форму (TETRA, ППРЧ) в симплексном режиме ведения переговоров;

* передача речи в дуплексном режиме ведения переговоров (при наличии инфраструктуры TETRA);

* передача данных со скоростью до 7,2 кбит/с;

* псевдослучайная перестройка частоты со скоростью 20000 скачков в секунду;

* определение координат с помощью космических радионавигационных систем (КРНС) ГЛОНАСС/GPS с точностью определения местоположения не хуже 25 м по широте и долготе и 40 м по высоте (с использованием только C/A -- кода);

* сканирующий приём по заранее заданным частотам (ЧМ);

* дежурный приём; -- дежурный приём с экономайзером;

* ретрансляция с временным разделением каналов (TETRA);

* передача текстовых сообщений (TETRA);

* сигнально-кодовая связь;

* автоматизированный ввод радиоданных по проводному и беспроводному каналу.

Изделие обеспечивает следующие операции с радиоданными и настройками:

* автоматизированный ввод по беспроводному Bluetooth и инфракрасному каналу;

* автоматизированный ввод по проводному каналу;

* ручной ввод с передних панелей;

* автоматизированный контроль работоспособности;

* ввод по каналу связи;

* экстренное стирание.

Радиостанция ПАКД.464113.005 изделия имеет стыки для настройки (конфигурирования) RS-485, USB2.0.

Устройство ввода радиоданных по USB интерфейсу обеспечивает чтение и запись информации, максимальный объём хранимой информации 512МБ.

Дальность связи изделия при работе в режиме ФЧ с однотипными радиостанциями и при максимальной выходной мощности приёмопередатчика составляет не менее 4 км и обеспечивается в течение 99% времени суток, в любое время года и на 90% местности, на частотах свободных от помех, на стоянке и в движении на среднепересеченной местности [30].

Устройство обеспечивает следующий вид услуг:

* передача речи в дуплексном режиме ведения переговоров между 2 абонентами (при наличии инфраструктуры TETRA);

* файловый обмен в режиме TETRA;

* передача речи в симплексном режиме ведения переговоров между несколькими абонентами одновременно (циркулярная связь);

* передача речи в симплексном режиме ведения переговоров между 2 абонентами;

* обмен навигационной информацией в режиме TETRA;

* передача текстовых сообщений в реальном масштабе времени в режиме TETRA;

* сигнально-кодовая связь в режиме TETRA;

Изделие обеспечивает задаваемую перестройку по псевдослучайному закону частотных каналов (скачков по частоте), с максимальной скоростью не менее 20000 скачков в секунду.

Изделие обеспечивает встречную работу на совпадающих участках частотного диапазона с радиостанциями Р-163, Р-168, Р-169 и «Дуэт» в режиме ФЧС [23].

Таблица 1. Технические характеристики

Диапазон рабочих частот	МВ диапазон 27…220 МГц ДМВ1 диапазон 220…520 МГц
Шаг сетки рабочих частот	МВ диапазон 1; 6,25; 8,33; 12,5; 25 кГц ДМВ1 диапазон 25; 250; 500; 1000 кГц
Габариты приёмопередатчика	не более 195Ч70Ч40 мм
Диапазон рабочих температур	от - 30 до + 55 градусов С
Диапазон предельных температур	от - 50 С до + 55 градусов С



Рис. 11. Внешний вид радиостанции Р-187П1.

Комплексы для использования до 100 метров.

Беспилотный летательный аппарат привязного типа Air-Q8.

Для данных типов работ по ретрансляции и наблюдению за территорией, практичнее использовать беспилотный летательный аппарат привязного типа. Они могут находиться долгое время в воздухе на все время работы на месте. Ему необходим только источник питания, расположенный под ним в виде центра управления. Что более удобно, если на БПЛА имеется дополнительная полезная нагрузка в виде видеокамер, тепловизоров и т.д. (до 60 кг, но следует помнить, что 100 метров двух жильного кабеля весит около 20 кг). Но также можно подсоединить аккумуляторную батарею высокой емкости и программной частью задать определенный сектор, куда необходимо вывести аппарат, чтобы он перекрыл нужный сектор. Как в следствии имеет высокую скорость перемещения и развертки системы на месте.

Аппарат вертолетного типа, выполненный по многовинтовой схеме. (но при желании можно заменить на любой). Размещается вместе с модулем управления в контейнере, может поднять на высоту 50-100 м. При этом реальная грузоподъемность российской платформы - около 60 кг.

Областями применения системы могут стать разнообразные военные, гражданские и ведомственные задачи: например, охрана государственной границы или периметров различных объектов.

Особенностью системы управления комплекса является стабилизация относительно наземной станции без использования ГЛОНАСС или GPS, которая предусматривает передвижение или дрейф наземной станции.

Российский БЛА предназначен для проведения разведки местности, осуществления наблюдательных и патрульных полётов, выполнения мониторинговых работ, аэрофотографирования местности и проведения аэросъёмки, и пр., однако, важно учитывать, что этот дрон относится к классу привязанных дронов, в виду чего его перемещение весьма ограничено, однако возможно совместно с передвижением наземной станции.

Беспилотное воздушное средство модели Air Q8 может использовать в любых погодных условиях, и практически в любых климатических условиях, что делает его весьма эффективным в плане своего использования.

Данное устройство оснащено средствами наблюдения, и может использоваться как в дневное, так и в ночное время, при этом, автономность данного летательного аппарата составляет 24 часа непрерывного полёта.

Силовая часть российского военного БПЛА Air Q8 представлена восьмью электрическими вентиляторными двигателями, основной задачей которых является не придание воздушному средству скорости, а поддержание его в режиме полёта, в том числе с учётом стабилизации БПЛА относительно уровня наземной станции [8].



Рис. 12. БЛА «Air-Q8»

Комплексы для использования свыше 100 метров:

Для высоты свыше 100 метров практичнее использовать системы аэростатного типа, так как срок службы больше, а расходы на обслуживание существенно ниже.

Высотный аэростат «Вал» АО «ДКБА»

· оболочка;

· парашютно-подвесная система;

· балка;

· уголковый отражатель;

· аппаратура управления полетом;

· балластница;

· оборудование аэронавигационное светосигнальное;

· коммутационный блок;

· контейнер питания;

· комплект групповой аппаратуры и оборудование безопасности полета.

Таблица 2. Характеристика аэростата «Вал»

Объем оболочки	180000 м3
Начальный объем газа (водорода)	1950 м3
Полезный вес аэростата	1785 кг
Максимальный вес полезной нагрузки	900 кг
Максимальный расчетный вес подвески	1400 кг
Высота первой зоны равновесия	30 км
Высота зоны равновесия без балласта	33,5 км
Продолжительность полета	13 суток
Вертикальная скорость приземления на парашюте подвески весом 600 кг	7 м/с
Высота начала ссыпа балласта	23 км
Температура окружающей среды	-60...+50 °С
Влажность воздуха (при t=30°С)	до 98%
Давление (при to, соответствующей Н=35км)	до 5 мм рт.ст.
Сохраняет работоспособность после воздействия ударных нагрузок с ускорением	до 3g

Данная платформа обеспечивает:

· выполнение научно-экспериментальных работ в процессе полета;

· поддержание минимально заданной высоты полета;

· возможность отделения от подвески специального груза весом 250 кг по радиокоманде с наземного пункта управления полетом, при этом оболочка не разрушается и обеспечивает продолжение полета;

· отделение полезной нагрузки весом до 800 кг от спускающейся на парашюте подвески изделия на высоте 2000 - 4000 м, при этом работоспособность парашютно-подвесной системы, аппаратуры и оборудования не нарушается;

· спуск подвески и безопасное ее приземление на парашютно-подвесной системе;

· прекращение полета по заданному программой времени с последующим снижением аппаратуры и оборудования на парашюте;

· принудительное прекращение полета изделия по радиокоманде с наземного (воздушного) пункта управления;

· возможность автоматического прекращения полета при нарушении заданных высотных режимов по истечении времени, отведенного на взлет;

· пеленгацию и опознавание по сигналам радиопередатчика;

· управление подачей радиокоманд на ссып балласта;

· регистрацию высоты полета, работы системы балластирования, температуры окружающего воздуха, температуры в контейнерах и др. параметров;

· поиск и обнаружение приземлившейся аппаратуры по сигналам радиомаяка;

· отслеживание системами видеонаблюдения и радионаблюдения в режиме реального времени оперативной обстановки на акваториях, государственных границах, транспортных магистралях, в жилом секторе, местах расположения достопримечательностей и проведения спортивных и общественно-зрелищных мероприятий;

· проведение поисково-спасательных операций;

· проведение мониторинга оперативного состояния лесного и сельского хозяйства;

· ведение и ретрансляцию связи;

· проведение экологического мониторинга;

· проведение наблюдения за состоянием опасных производств, магистрального нефтегазового трубопроводного транспорта;

· освещение объектов в темное время суток;

· проведение гидрографических и географических исследований;

· проведение рекламных мероприятий.



Расчёты дальности связи

Для того, чтобы добиться оптимальной дальности связи по радиоканалу при работе с радиомодулями станции «Азарт» производства «Ангстрем», надо просчитать необходимые значения с помощью программного обеспечения MS Excel.

Устойчивая приемо-передача радиосигнала для одинаково настроенных трансиверов в значительной степени зависит от окружающего пространства. Энергетический бюджет радиоканала, позиционирование антенн и их расстояния от поверхности Земли -- это первостепенные параметры для обеспечения максимальной дальности связи. В общем случае заданное расстояние никогда не может быть определено или гарантировано для любого типа радиосвязи, пока среда распространения радиоволн не определена. Оценка ожидаемой дальности связи -- задача трудоемкая и вычисления с помощью процессора Excel [12] помогают рассчитать примерно реальное расстояние, которое может быть достигнуто для заранее известной среды.