Использование радиомодемов УКВ-диапазона в интересах применения воздушных (космических), наземных (подземных) и надводных (подводных) роботов

В настоящем техническом бюллетене представлена краткая информация об использовании радиомодемов диапазона ультракоротких волн¹ (УКВ) для обеспечения функционирования роботов², предназначенных для решения широкого круга задач на земле, под землей, на воде, под водой, в воздухе и космосе. Материал предназначен для технических специалистов, занятых созданием и эксплуатацией робототехнических систем различного назначения.

1. Командно-управляющая радиосеть для БЛА

Предполагается, что для работы командно-управляющих радиосетей для БЛА будут выделены следующие диапазоны радиочастот: 118-137; 390-399,9; 860-876; 902-915 и 921-925 МГц.

Основные виды информации, передаваемой в командно-управляющей радиосети между пунктом управления и БЛА, включают в себя:

• сигналы управления полетом (передаются в направлении «ПУ-борт»);

• доклады о ходе полета, включая навигационную информацию («борт-ПУ»);

• сигналы управления полезной нагрузкой («ПУ-борт»);

• доклады об использовании полезной нагрузки («борт-ПУ»);

• запросы о техническом состоянии подсистем и агрегатов БЛА («ПУ-борт»);

• доклады о техническом состоянии подсистем и агрегатов БЛА («борт-ПУ»);

• запросы о техническом состоянии полезной нагрузки («ПУ-борт»)

• доклады о техническом состоянии полезной нагрузки БЛА («борт-ПУ»).

Дополнительно могут передаваться аварийные сигналы, генерируемые на борту БЛА. Объём передаваемой в командно-управляющей радиосети данных является относительно небольшим, но даже незначительные задержки при ее доставке, как правило, являются критическими для выполнения поставленной задачи. Передача ведется короткими импульсами со значительными перерывами (соотношение времени работы на передачу/излучение и приём может колебаться от 1:30 до 1:1000 в зависимости от решаемой задачи, при этом обмен данными ведется по команде стационарного или подвижного наземного, воздушного либо надводного пункта управления. Для обеспечения обмена данными в таком режиме лучше всего подходит узкополосное оборудование, работающее на невысоких скоростях и имеющее достаточно большую выходную мощность. В этом случае достигаются наилучшие параметры по критерию «дальность связи — пропускная способность радиосети», то есть для оперативной передачи необходимого объёма информации обеспечивается максимальная дальность. Намеренное нарушение работы такой радиосети связано с определенными трудностями даже при отказе от применения средств помехоустойчивого кодирования в работе радиосети.

Радиомодем «Гепард-100И» представляет собой «прозрачное»³ устройство, использующее в качестве основных последовательные интерфейсы RS-232/422/485 и имеющее служебный порт стандарта USB (используется для настройки и диагностики). Кроме того, в состав изделия включен преобразователь Ethernet/RS-232, обеспечивающий подключение к радиомодему внешних устройств с сетевым интерфейсом. Радиомодем «Гепард-100И» полностью совместим с уже применяемым в составе радиосетей управления БЛА американским радиомодемом Integra-TR 242-4018-550 при работе в диапазоне 146-174 МГц с шагом сетки радиочастот 25 и 12,5 кГц на скоростях обмена данными 4,2, 9,6 и 19,2 кбит/с.

Радиомодем «Гепард-100С» представляет собой «пакетирующее»⁴ устройство. В дополнение к вышеупомянутым последовательным интерфейсам он имеет полноценный сетевой порт Ethernet, дополнительные встроенные средства обмена данными для работы в составе сетей сотовой связи стандартов 3G/4G, а также WiFi (IEEE 802.11b/g/n). При этом, в зависимости от встроенного программного обеспечения, он может быть настроен для совместной работы с «прозрачными» радиомодемами в единой радиосети на скоростях 4,8, 9,6 и 19,2 кбит/с при подключении оконечных устройств по протоколу TCP/IP.

Таким образом, в ближайшее время значительная часть ограничений, связанных с применением в составе командно-управляющих радиосетей для БЛА радиотехнического оборудования зарубежного производства ОВЧ диапазона будет снята за счет внедрения отечественного оборудования.

Радиомодемы семейства «Гепард» ОВЧ диапазона cмогут применяться на БЛА всех типов за исключением микро и мини БЛА ближнего действия по российской универсальной классификации.

С появлением малогабаритных летательных аппаратов − микро и мини БЛА ближнего действия — возникла необходимость создания соответствующей беспроводной аппаратуры обмена данными для управления такими аппаратами (организации командно-управляющей радиосети) и передачи данных от установленной на их борту полезной нагрузки (формирования информационной радиосети). К такой аппаратуре предъявляются более жесткие требования в части массогабаритных характеристик, поэтому она должна использовать более высокую часть радиодиапазона: верхнюю часть диапазона ОВЧ (как правило, 1000-3000 МГЦ) или диапазон СВЧ.

Выбранный рабочий диапазон определяет ограничения по массогабаритным характеристикам использующего данный диапазон изделия. Так длина волны 300 МГц составляет один метр, а 3 ГГц — всего 10 см. Соответственно, все линейные размеры радиотехнических средств в диапазоне СВЧ будут также значительно меньше, чем в диапазоне ОВЧ. При этом допускается использование более широких каналов связи, что позволяет на порядки увеличить пропускную способность радиосети и полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым современными полезными нагрузками (бортовой оптической и тепловизионной аппаратурой). Ограничения по дальности связи для микро и мини БЛА ближнего действия оказываются не принципиальными, поскольку дальность действия таких БЛА является относительно небольшой.

В составе радиотехнической платформы «Гепард» имеются изделия, предназначенные для создания технологических радиосетей обмена данными вышеуказанных типов БЛА. Разработка данных изделий выполнена специалистами АО «ВНИИ «Вега» (https://vniivega.ru). Для развертывания и поддержания работы командно-управляющей радиосети применяется радиомодем «Гепард-1500», работающий в УВЧ диапазоне. На борту БЛА используется малогабаритный радиомодем «Гепард-1500БЛА», поддерживающий работу как командно-управляющей, так и информационной подсетей. Для увеличения дальности работы на борту БЛА может дополнительно устанавливаться усилитель мощности. Основные технические характеристики наземного и бортового оборудования для микро и мини БЛА ближнего действия представлены в Таблицах 5 и 6.

4. Основные технические характеристики радиомодема «Гепард-1500» для пункта управления.

5. Основные технические характеристики бортового радиомодема «Гепард-1500БЛА».

Следует отметить, что оборудование для микро и мини БЛА имеет более низкую выходную мощность, что обусловлено не только техническим ограничениями платформы-носителя, но и относительно небольшой зоной их оперативного применения.

Формируемая с помощью радиомодемов «Гепард-1500БЛА» и «Гепард-1500» радиосеть может использоваться также в качестве информационной для обслуживания отдельных видов полезной нагрузки.

2. Информационная радиосеть для БЛА

Предполагается, что для работы информационных радиосетей для БЛА будут выделены следующие диапазоны радиочастот: 1427-1535; 2214-2226; 2328-2340, 2400-2500 и 2580-2592 МГц.

Основные виды информации, передаваемой в информационной радиосети между пунктом управления и БЛА, включают в себя:

• оперативную информацию от бортовой полезной нагрузки (передается в направлении «борт-ПУ»);

• команды на использование бортовой полезной нагрузки («ПУ-борт»).

Объём такой информации достаточно большой, но незначительные задержки при ее доставке, как правило, не являются критическими для выполнения поставленной задачи. Передача ведется практически непрерывно в пакетном режиме (соотношение времени работы на передачу/излучение и приём может колебаться от 100:1 до 1000:1 в зависимости от решаемой задачи, при этом основной объём данных передается со стороны БЛА. Для обеспечения обмена данными в таком режиме подходит только широкополосное оборудование, работающее на высоких скоростях обмена данными. В этом случае достигаются наилучшие параметры по критерию «дальность связи — пропускная способность радиосети», то есть для оперативной передачи необходимого объёма информации обеспечивается максимальная дальность. Намеренное нарушение работы такой радиосети представляется достаточно простой задачей, поэтому оборудование для информационной радиосети предусматривает использование дополнительных средств помехоустойчивого кодирования.

Программа создания отечественной радиотехнической платформы «Гепард» предполагает разработку оборудования для широкополосных радиосетей обмена данными, разработка которого выполняется специалистами АО «ВНИИ «Вега». Для обеспечения работы информационных радиосетей робототехнических комплексов различного назначения, включая беспилотные летательные аппараты, предполагается применение широкополосных радиомодемов «Гепард-2900» и «Гепард-2900БЛА», основные технические характеристики которых представлены в Таблицах 7 и 8.

6. Основные технические характеристики широкополосного радиомодема «Гепард-2900».

7. Основные технические характеристики бортового радиомодема «Гепард-2900БЛА».

Формируемая с помощью радиомодемов «Гепард-2900БЛА» и «Гепард-2900» радиосеть может использоваться также в качестве командно-управляющей.

Вспомогательное оборудование, предназначенное для совместного использования с радиомодемов «Гепард-2900» включает в себя ретранслятор, усилитель мощности и комплект антенно-фидерного устройства. Внешний вид вспомогательного оборудования представлен на Рис. 3.

3. Вспомогательное оборудование радиомодема Гепард-2900».

Данный радиомодем позволяет производить обмен данными с бортовым радиомодемов «Гепард-БЛА», обеспечивая приём транслируемой с устанавливаемых на борту полезных нагрузок практически любой мультимедийной информации. Вышеуказанные полезные нагрузки широко применяются и на БЛА других типов, имеющих существенно больший радиус действия и дальность полета. В связи с этим возникает необходимость согласования работы командно-управляющей и информационной радиосетей. Эта задача решается в рамках платформы «Гепард».

(Продолжение следует)