Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы

2-я Международная научно-практическая конференция
«Интегрированная модульная авионика и CNS/ATM»
Перспективы создания объединенной бортовой
радиосистемы CNS/ATM на базе технологий ИМА
В. Ю. Данилов
ФГУП ГосНИИАС
г. Жуковский, 29 августа 2013 г.
Содержание
1.
Развитие радиосистем связи, навигации и наблюдения в ходе
семейства НИР ИМА
2.
Применение принципов ИМА в радиосистемах
3.
Вопросы построения единой ИМА-системы CNS/ATM
4.
Будущее развитие единой ИМА-системы CNS/ATM
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 2
Содержание
1. Развитие радиосистем связи, навигации и наблюдения
в ходе семейства НИР ИМА
2.
Применение принципов ИМА в радиосистемах
3.
Вопросы построения единой ИМА-системы CNS/ATM
4.
Будущее развитие единой ИМА-системы CNS/ATM
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 3
Развитие радиосистем в ходе семейства НИР ИМА
Р/с МВ 1
Р/с ДКМВ 1
Комплект
SATCOM
Р/с МВ 2
Р/с ДКМВ 2
Комплект
АВСА
Р/с МВ 3
CMU
ИМА-система связи
(НПП Полёт)
Cвязь
MMR 1
DME 1
VOR-MB 1
MMR 2
DME 2
VOR-MB 2
РВ 1
АРК 1
РВ 2
АРК 2
ИМА-система
навигации и посадки
(ВНИИРА-Навигатор)
Единая ИМАсистема
CNS/ATM
Навигация и посадка
ВОРЛ 1
TAWS
ВОРЛ 2
TCAS
ИМА-система
наблюдения
(ВНИИРА-Навигатор)
МетеоРЛС
Наблюдение
Новые функции
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 4
Развитие радиосистем в ходе семейства НИР ИМА (2)
Федеративная архитектура:
ИМА 1 поколения
(отдельные системы связи,
навигации и наблюдения):
ИМА 2 поколения
(единая радиосистема
CNS):
Обработка данных:
В специализированных
вычислителях
В платформе ИМА в виде
приложения (модуля ФПО)
В платформе ИМА в виде
приложения (модуля ФПО)
Обработка сигналов:
В основном аппаратная, в
специализированных узлах
Аппаратно-программная в
специализированных
модулях ЦОС
Программная в
универсальных модулях
ЦОС (в виде модуля ФПО)
Радиотракт:
Специализированный,
одноканальный,
узкополосный
Специализированный, одноили многоканальный,
широкополосный
Универсальный,
многоканальный,
широкополосный
Системный интерфейс:
A429, A708, A818,
дискретные, аналоговые
Единый AFDX, остальные
типы для совместимости
Единый AFDX, остальные
типы для совместимости
Конструктив:
ARINC 600 или
специализированный
Крейты и модули VITA VPX,
выносные блоки ARINC 600
Крейты и модули VITA VPX,
выносные блоки ARINC 600
Число и вес блоков:
До 30 блоков разного типа,
До 25 антенн,
2000 соединений, >150 кг
До 8 крейтов + 8 блоков,
До 20 антенн,
700 соединений, 75 кг
3 крейта + 10-15 блоков,
13-17 антенн,
500 соединений, 50 кг
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 5
Содержание
1.
Развитие радиосистем связи, навигации и наблюдения в ходе
семейства НИР ИМА
2. Применение принципов ИМА в радиосистемах
3.
Вопросы построения единой ИМА-системы CNS/ATM
4.
Будущее развитие единой ИМА-системы CNS/ATM
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 6
Применение архитектуры ИМА в радиосистеме
Радиотехническая система ИМА
ПО обработки
сигналов 1
ПО обработки
сигналов M
Приложение 1
Приложение 2
Приложение N
Модульное функциональное ПО
Специализированная ОС РВ
Модули/блоки
РЧ
Модули ЦОС
ОС РВ ARINC 653
Вычислительные
модули
Интерфейсные
модули
Модули
общей памяти
Графические
модули
Вычислительная платформа
Сеть передачи данных VITA 49
Коммутируемая сеть AFDX
Новые компоненты
радиотехнической системы ИМА
Традиционные компоненты системы ИМА
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 7
Построение типовой радиосистемы ИМА SDR
2
Сигнальные отсчеты
ANSI/VITA 49
3
Пакетные данные
Протокол приложения
Сеть AFDX
Модуль ЦОС
Модуль
(блок) РЧ
Встроенные
приложения
CNS
M
3
2
1
M
3
2
1
M
3
2
1
M
3
2
1
Модем
Кодек
Модем
Кодек
2
3
Модем
Кодек
Аналоговая обработка,
ЦАП/АЦП
Обработка
данных
Марщрутизация
данных
Управление
режимами и
параметрами
M
РЧ тракт
Буферизация
1
Приемник
Передатчик
ЦАП/АЦП
Процессорный
модуль
Преобразование формы
1
Вычислительная платформа РТС
Обработка сигнала
Обработка данных
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Процессорный
модуль
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Управление
радиосистемой
Ядро ИМА
Приложения
Стр. 8
Пример реализации нескольких функций в радиосистеме ИМА
Радиотехническая система ИМА
ПО обработки сигналов ILS-г
ПО
настройки РЧ
узла MMR
ФПО приёмника MMR
(конфигурация с внешним ГНСС)
ПО обработки сигналов VDB
ПО MMR
ПО VOR-MB
ПО обработки сигналов ILS-к
ПО настройки
РЧ узла
VOR-MB
ПО
настройки РЧ
узла VHF
ПО р/с VHF
Настройка
конфигурации
Модуль РЧ
30…336 МГц
ПО обработки сигналов VOR
ФПО приёмника VOR-MB
ПО обработки сигналов MB
ПО обработки сигналов АМ
ФПО сетевого уровня VDL
ПО обработки сигналов VDR-0
ФПО коммутации VoIP
ПО обработки сигналов VDL-2
ФПО CMF
ПО обработки сигналов VDL-4
ФПО АВСА
Разделение
ресурсов
Разделение
ресурсов
Специализированная ОС РВ для
обработки сигналов
ОС РВ ARINC 653
Универсальный модуль ЦОС
Вычислительный модуль общего
назначения
Сеть передачи данных VITA 49
Коммутируемая сеть AFDX
Вычислительная платформа радиосистемы ИМА
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 9
Содержание
1.
Развитие радиосистем связи, навигации и наблюдения в ходе
семейства НИР ИМА
2.
Применение принципов ИМА в радиосистемах
3. Вопросы построения единой ИМА-системы CNS/ATM
4.
Будущее развитие единой ИМА-системы CNS/ATM
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 10
Предпосылки создания единой системы ИМА CNS/ATM
1.
Архитектура ИМА в системах связи, навигации и наблюдения: функциональные
приложения реализованы как модули ПО, AFDX является основным системным
интерфейсом.
2.
Конструктив VITA VPX опробован для радиосистем.
3.
Создан совмещенный приемопередатчик TCAS/ВОРЛ/АЗН-В в конструктиве ИМА
(ВНИИРА-Навигатор).
4.
Отработаны широкополосные приемовозбудители (НПП Полет).
5.
Стык AFDX и протокол VITA 49 опробованы для передачи сигнальных отсчетов
между РЧ-узлами и ЦОС
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 11
Ближайшие работы по созданию единой системы ИМА CNS/ATM
1.
Выработка проектов стандартов по системе ИМА CNS/ATM и ее компонентам
2.
Исследования вариантов архитектуры системы
3.
Разработка унифицированного сигнального процессора для обработки сигналов
связи, навигации, наблюдения
4.
Разработка широкополосного многоканального РЧ-узла диапазона МВ для
обработки сигналов связи и навигации
5.
Разработка приемопередатчика L-диапазона для обработки сигналов DME, ВОРЛ,
TCAS и АЗН-В
6.
Исследования вариантов внутрисистемного интерфейса
7.
Проработка вариантов ОС РВ для задач сигнальной обработки
8.
Разработка алгоритмов и компонентов ПО сигнальной обработки
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 12
Пример архитектуры единой системы ИМА CNS/ATM
Передача и прием: речь/данные ДКМВ и МВ
Прием: VOR, ILS, MKR, VDB, ADF
Передача и прием:
ВОРЛ, TCAS, АЗН-В, DME
Прием: GNSS, SBAS
Прием на несколько антенн +
уточнение по датчикам ИНС
Передача и прием:
речь/данные SATCOM,
AeroMACS/LTE
Ant coupler
AeroMACS/LTE
SATCOM
GNSS+ИНС
GNSS+ИНС
UHF #2
UHF #1
VHF #3
VHF #2
VHF #1
HF #2
HF #1
VITA 49
(сигнальные
отсчеты)
ЦОС #1
ЦОС #2
ЦОС #2
ЦОС #2
МУПД #1
МУПД #1
МУПД #1
МУПД #2
МУПД #2
МУПД #2
AFDX/IP
AFDX/IP
AFDX/IP
ВИП
ВИП
ВИП
Крейт #1
Метеонавигационные данные +
обзор земной поверхности
Крейт #2
РВ #3
Лидар
ЦОС #1
РВ #2
РВ #1
РЛС 3 мм
МН РЛС
ЦОС #1
Данные радиовысотомера
Крейт #3
К ядру ИМА и другим бортовым системам: сеть AFDX
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 13
Содержание
1.
Развитие радиосистем связи, навигации и наблюдения в ходе
семейства НИР ИМА
2.
Применение принципов ИМА в радиосистемах
3.
Вопросы построения единой ИМА-системы CNS/ATM
4. Будущее развитие единой ИМА-системы CNS/ATM
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 14
Будущее развитие: улучшение характеристик
Антенный и радиочастотный тракт:
•
•
•
•
Разнесенные антенные схемы
Антенные решетки
Расширение полосы РЧ тракта, АЦП-ЦАП свыше 1 ГГц
Активные антенные системы
• Сокращение числа антенн
• Улучшение радиочастотных характеристик
• Переход от выносных радиоблоков к активным антенным системам
• Унификация вычислительной платформы ядра ИМА и радиосистемы
Обработка сигналов:
•
•
•
Развитие специальных ОС РВ для сигнальной обработки
Оптимизация архитектуры ЦОС
В перспективе – унификация ЦОС и процессоров общего назначения
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 15
Будущее развитие: новые функции
Метеонавигационная РЛС с расширенной
функциональностью
• Полный набор функций МН РЛС по ARINC 708
• Трехмерная обработка метеонавигационных данных
• Обзор подстилающей поверхности с высоким разрешением
• Исполнение ИМА: выносной блок антенны/РЧ + ПО
обработки сигнала РЛС + функциональное ПО обработки
метеонавигационных данных
Высокоточный датчик ГЛОНАСС/GPS:
• Работа в СНС ГЛОНАСС, GPS, GALILEO
• Прием поправок SBAS WAAS, EGNOS, СДКМ…
• Разнесенный прием на 3/4 антенны
• Возможность объединения с датчиком ИНС
• Исполнение ИМА: компактные выносные модули + ПО
обработки сигналов СНС + функциональное ПО обработки
данных СНС
Лазерный измеритель скорости ветра
Функции
связи
Объединение
данных CNS/ATM:
• Улучшенная
экранная индикация
• Выработка
рекомендаций
экипажу
Функции
навигации
• Повышение
качества данных для
функции
самолетовождения
• Обнаружение приземного сдвига ветра
• Обнаружение турбулентности при ясном небе
• Обнаружение спутного следа
• Дополнение датчиков технического видения
• Исполнение ИМА: выносной блок лазера + ПО обработки
сигналов + функциональное ПО обработки данных сдвига
ветра
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Функции
наблюдения
Стр. 16
Будущее развитие: интеграция с техническим видением
Предупреждения
и сообщения
Комбинированное
изображение IVS
Экранная индикация
TCAS
РЛС
СПБЗ
АЗН
ASSAP
МВ
ДКМВ
SATCOM
CMU
LTE
АВСА
GNSS
GLS
ILS
MLS
VOR
DME
Подготовка
данных для IVS
ВОРЛ
Объединение данных CNS
ИМА-система CNS/ATM
ФПО индикации
ФПО IVS
Данные наблюдения
Формирование
изображения IVS
Предупреждения и сообщения
БД
рельефа
Навигационные данные
Уточненные навигационные
данные, предупреждения
FMS
Обработанные
НД, точки ПП
Анализ
изображения
Ядро ИМА
Датчик видео
Датчик ИК1
Датчик ИК2
РЛС ММ
Объединение и совместный анализ всех данных CNS
Дополнение изображения IVS данными наблюдения, предупреждениями и сообщениями
Уточнение навигационных данных на базе анализа изображений
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 17
Спасибо за внимание!
ФГУП ГосНИИАС
Данилов Владимир Юрьевич
Начальник сектора
Перспективные разработки и комплексирование авионики
Тел.
Факс
Email
Web:
+7 495 789 4603 доб. 1343
+7 499 157 0747
[email protected]
www.gosniias.ru
Перспективы создания объединенной бортовой радиосистемы CNS/ATM на
базе технологий ИМА
Стр. 18