Выпускная квалификационная работа на тему: «Разработка бортового УКВ приемопередатчика с возможностью работы в режиме YHF data link (YDL-4)» Ташкент-2014г (стр. 6 )

Антенный фильтр служит для подавления гармонических составляющих частоты сигнала и представляет собой фильтр нижних частот, состоящий из трех звеньев типа «m». Дроссель Др1 фильтра служит для защиты выхода высокочастотного тракта от статических зарядов, накапливающихся в антенне [18-21].

Рис.12. Принципиальная электрическая схема антенного фильтра радиостанции Баклан.

       

ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА БОРТОВОГО УКВ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РАБОТЫ В РЕЖИМЕ YHF DATA LINK

2.1. Основные принципы построения радиостанции с режимом VDL-2

Обзор системы

Цифровой УКВ канал передачи данных режима 2 (VDL-2) является одним из каналов сети авиационной электросвязи (ATN), основанной на 7-уровневой модели взаимодействия открытых систем (OSI) ISO.

Канал VDL-2 выполняет функции трех нижних уровней модели OSI (рис. 2-1).

• Уровень 1 (физический) обеспечивает управление частотой передачи, модуляцию и демодуляцию сигнала, а также функции уведомления.

Руководящие документы определяют модуляцию VDL-2 как дифференциальную восьмипозиционную манипуляцию фазовым сдвигом (D8PSK) со скоростью

10,5 кБод или 31,5 кбит/с.

• Уровень 2 (канальный) обеспечивает надежную передачу пакетов данных и доступ к физическому каналу, он разделяется на два подуровня и объект управления.

Подуровень управления доступом к среде передачи (MAC) использует метод множественного доступа с контролем занятости (CSMA).

Подуровень услуг канала данных (DLS) использует протокол управления авиационным ОВЧ каналом (AVLC), являющийся частным случаем высокоуровневого протокола управления каналом передачи данных (HDLC или ISO 3309). Главные функции этого протокола – сборка и разборка кадров, обнаружение и исправление ошибок, повторная передача искаженных кадров.

Объект управления каналом (LME) обеспечивает установку канала.

• Уровень 3 (сетевой) обеспечивает доступ к подсети ATN и определяется ISO 8208.

Этот протокол используется также в сетях Х.25 и отвечает за передачу пакетов в сети, восстановление в случае ошибок, управление потоком данных, фрагментацию и сборку пакетов, а также управление соединениями. Кроме основного режима связи точка-точка обеспечивается также однонаправленная широковещательная передача от наземной станции к нескольким бортовым.

Рисунок 2-1: Соответствие уровней VDL-2 уровням ATN/OSI.

Основной чертой VDL-2 является значительное повышение пропускной способности канала и эффективности использования радиочастотного спектра. В силу этого преимущества предполагается, что VDL-2 заменит имеющиеся системы ACARS. Однако, в течение переходного периода существует возможность использования физического канала VDL-2 в существующих системах.

2.1.1. Руководящие документы.

Требования к бортовой радиостанции с режимом VDL-2 определяются следующими документами:

1. ARINC Characteristic 750. VHF data radio.

2. EUROCAE ED-92. Minimum operational performance specification for an airborne

VDL mode-2 transceiver operating in the frequency range 118 – 136.975 MHz

3. DO-281. Minimum operational performance standards for aircraft VDL mode 2 physical, link, and network layer.

4. RTCA DO-224A. Signal-in-space minimum aviation system performance standards (MAPS) for advanced VHF digital data communication including compatibility with digital voice techniques.

5. ARINC Report 604. Guidance for design and use of built-in test equipment.

2.1.2. Возможные конфигурации оборудования

В руководящих документах определяются две основных конфигурации бортовых систем VDL-2 для ОВЧ-радиоканала: раздельная и интегрированная.

В первом случае функции системы разделяются между бортовой радиостанцией (VDR) и блоком управления соединениями (CMU). При этом радиостанция выполняет функции двух нижних уровней: физического (VDL-L1) и части канального (VDL-L2a).

Блок управления соединениями выполняет оставшиеся функции канального (VDL-L2b) и функции сетевого уровня (VDL-L3). Взаимодействие осуществляется через высокоскоростной стык ARINC-429 с использованием бит-ориентированного протокола передачи файла (ARINC-429-3) и протокола ASIP, определенного в ARINC-750. Данный вариант построения представлен на рис. 2.2. и соответствует рекомендациям ARINC-750.

Рисунок 2.2.: Раздельная конфигурация системы VDL-2.

Во втором случае (рис. 2.3) все функции интегрированы в одном устройстве, совмещающем радиостанцию и блок управления соединениями. Для управления функциями речевой связи предполагается наличие пульта управления. Однако, имеющиеся руководящие документы не определяют, как будет осуществляться взаимодействие с внешним оборудованием.

Рисунок 2.3.: Интегрированная конфигурация системы VDL-2.

Зарубежный опыт разработки оборудования VDL-2, отраженный в рекомендациях ARINC и RTCA, показывает, что наиболее востребованы радиостанции, совмещающие традиционные режимы речевой связи (DSB-AM) и передачи данных (ACARS) с перспективными режимами VDL-2 и VDL-3. Это позволяет внедрять новые технологии по мере необходимости, а также улучшать массогабаритные характеристики и обеспечивать резервирование оборудования.

В настоящее время зарубежными (в основном американскими) фирмами разработаны и выпускаются радиостанции с режимом VDL-2. Это радиостанции Rockwell Collins VHF-920 и VHF-4000, а также Honeywell RTA-50D. Все указанные радиостанции соответствуют раздельной конфигурации, определяемой ARINC-750. По имеющимся данным, стоимость радиостанции составляет от 30 до 50 тыс. USD.

2.1.3. Основные требования к радиостанции

В соответствии с ARINC-750 бортовая радиостанция МВ диапазона с режимом VDL-2 должна обеспечивать:

- двустороннюю симплексную речевую связь экипажа с наземными службами ОрВД, а также между экипажами самолетов в воздухе, при работе с сеткой частот 25 и 8,33 кГц, в том числе в режиме со смещенными несущими;

- автоматизированный обмен данными в линиях «земля-воздух» и «воздух-земля» со скоростью 2400 бит/с при использовании встроенного или внешнего модема AM-MSK для работы в системе ACARS;

- автоматизированный обмен данными в линиях «земля-воздух» и «воздух-земля» со скоростью 31500 бит/с при использовании встроенного модема D8PSK для работы в системе ATN;

- непрерывный контроль исправности радиостанции с точностью до оперативно сменного блока, с сохранением информации об обнаруженных неисправностях на последних 10 участках полета в энергонезависимой памяти, а также взаимодействие с бортовым модулем технического обслуживания или системой локализации отказов.

       Технические требования к радиостанции в режиме VDL-2, определяемые ED-92 и DO-281, гарантируют электромагнитную совместимость при работе на одном борту и в одном диапазоне частот нескольких радиостанций с режимами аналоговой и цифровой связи, а также взаимозаменяемость оборудования различных производителей. Таким образом, соответствие этим требованиям является главной задачей разработки.

2.2. Текущее состояние разработки

Разработка радиостанции «Орлан-85СТД» началась в 2001г., в рамках ОКР

«Разработка бортовых авиационных ДКМВ и МВ радиостанций телефонной связи и приёма-передачи данных в сетях HFDL», финансируемой Российским агентством по системам управления, в рамках федеральной целевой программы «Создание технических средств связи, телевидения и радиовещания». Так как работа не была профинансирована в требуемом объеме, в течение полутора лет, определяемых договором, был создан макет радиостанции и отработаны методики испытаний. В дальнейшем работа проводилась за счет собственных средств предприятия.

На сегодняшний день разработана конструкторская документация, которая согласована с представителем заказчика на предприятии. Изготовлены опытные образцы радиостанции, на которых проведены лабораторные испытания. В ходе испытаний были получены требуемые значения основных технических характеристик, но также выявлены проблемы, связанные обеспечением устойчивости передающего тракта при пониженной температуре окружающей среды. Для их устранения в настоящее время проводится коррекция аппаратной части и конструкторской документации.

Для сертификации радиостанции была подана заявка в авиационный регистр МАК, при этом выяснилось, что национальных квалификационных требований на этот режим не существует. Нами разработаны и согласованы на рабочей группе, назначенной авиационным регистром.

Квалификационные требования КТ-23-04. «Требования к эксплуатационным характеристикам бортового приемопередатчика УКВ-линии цифровой связи режима 2, работающего в частотном диапазоне 118 – 136,975 МГц (Физический уровень)», а также план-проспект сертификационного базиса, который в настоящее время находится на согласовании в ГосНИИ «Аэронавигация». Кроме того, разработана и согласована программа предварительных испытаний, которые планируется начать после завершения коррекции документации и доработки опытных образцов.

Для проведения испытаний в режиме VDL-2 требуется специализированное дорогостоящее оборудование. Для контроля параметров передатчика нами закуплены анализаторы сигнала и специальное программное обеспечение фирмы Agilent. В настоящее время приобретается векторный генератор для контроля параметров приемника.

Кроме того, в соответствии с квалификационными требованиями в процессе испытаний необходим имитатор оборудования верхнего уровня, т. е. аппаратура передачи данных соответствующая рекомендациям ARINC-758. Нами разработан имитатор блока управления соединениями (CMU) на базе компьютера, поддерживающий работу по протоколу ASIP в соответствии с рекомендациями ARINC-750. Следует отметить, что имеющаяся в настоящее время аппаратура передачи данных «Брик-324», разработанная НПП «Полет», позволяет использовать нашу радиостанцию только в режиме ACARS при работе с внешним модемом и не поддерживает протокол ASIP.