Methods of aviation electrical communication between air traffic control authorities and UAV operators

Введение: В процессе полёта экипажи ВС ведут радиообмен с органами УВД, посредством различных средств связи. Каждый этап полёта сопровождается соответствующим органом УВД, который собирает информацию от экипажей, выдает команды в отношении управления траекторией ВС, а также реагирует на экстренные и критические ситуации. Сам процесс радиообмена же мгновенный, то есть после запроса или команды, поступает мгновенный ответ. Но данной возможностью обладают только пилотируемые ВС с имеющимся оборудованием, отсюда возникает вопрос как ввести связь с операторами беспилотников?

Предлагаемые способы связи между органами УВД и операторами БПЛА, другими научными исследователями:

1. Посредством передачи информации через сам БПЛА на пульт управления оператора;
2. Посредством передачи информации через наземные приёмопередающие станции на пульт управления оператора.

Рассмотрим подробнее первый вариант, в нем подразумевается, что сам беспилотный летательный аппарат, становится ретранслятором информации от органов УВД, непосредственно оператору на его пульт управления [1] (рис.1). В данном случае информация от цента УВД поступает на БПЛА и ретранслируется на пульт управления по линии связи C2 “command and control” (управлять и контролировать). Линия связи C2 это – линия передачи данных между дистанционно пилотируемым воздушным судном и пунктом дистанционного пилотирования в целях управления полётом [2]. Линия связи C2 обеспечивается наземным оборудованием по следующим частотам:

• 925 МГц, 113,250 МГц;
• В диапазоне частот 960-1164 МГц;
• В диапазоне частот 5030-5091 МГц.

Также эту линию связи обеспечивают спутниковые линии (рис. 2) в следующих диапазонах частот:

• 1545-1555 МГц;
• 1610-1626,5 МГц;
• 1646,5-1656,5 МГц;
• 5000-5150 МГц;
• 11-30 ГГц.

Рис. 1. Передача информации через БПЛА, по линии связи С2.

Рис. 2. Передача информации через спутник и линию связи C2.

Передача по линии С2 подразумевает только команды для управления беспилотного ВС, осуществление радиообмена невозможно, поскольку радиосообщения достаточно “тяжелы” и требуют соответствующих радиотехнических средств на борту ВС, под задачу радиообмена. Установка же этих средств на борт беспилотного ВС возможна, но встает вопрос о создании нового канала связи между БПЛА и пультом управления, что в свою очередь средство затратно и технически сложно, ведь информация должна быть надежно и точно передана. Но в настоящий момент на некоторых воздушных судах применяется технология “Controller–Pilot Data Link Communications” (CPDLC, в переводе связь пилот-диспетчер). Данная технология подразумевает передачу текстовых сообщений в двустороннем порядке [3]. Текстовые сообщения “легче” для передачи, чем стандартный радиообмен. Текстовые сообщения можно сжимать и разжимать, таким образом им требуется меньше места в канале связи, поэтому применять данную технологию можно через канал С2. Также со стороны оператора не требуется наличие устройств для вывода и ввода звуковой информации. Необходимо наличие монитора для вывода информации и клавиатуры для ввода, что имеется на пультах управления.

Достоинством данного способа является передача информации через имеющиеся средства, то есть без установки дополнительного оборудования и средств.

Недостатки:

• Задержка при передаче и получении информации от органов УВД;
• Ограниченная пропускная способность по каналу связи C2;
• Уязвимость к помехам и перехватам информации.

Теперь перейдём ко второму варианту, он предполагает создание наземных центров, в которые будет поступать информация от органов УВД и её дальнейшая передача на пульт управления посредством локальной сети (рис. 3) [4]. Здесь же подразумевается создание новой линии связи, по которой можно ввести, как и привычный радиообмен, так и передачу текстовых и графических сообщений.

Достоинства:

• Высокая помехоустойчивость, так как передача происходит по локальным сетям;
• Относительно большая пропускная способность;
• Низкая задержка при передаче информации;

Недостатки:

• Высокая затратность, дорогостоящие создание центров передачи и локальных сетей;
• Невозможность связи операторов, с мобильными пультами управления, с органами УВД.

Рис. 3. Передача информации через центр передачи информации на пульт управления по локальной сети.

Предлагаемый способ связи между органами УВД и операторами БПЛА авторами статьи

В современное время возможность находится в интернете обеспечивается различными сетями, в том числе сетями 4G, 5G, а также развивающеюся сетью 6G. Данные сети обладают высокой скоростью передачи данных, как и на стационарных так и на мобильных устройствах. Например, скорость передачи данных в сети 4G, может достигать 40 Мбит/c и выше [5], соответственно сети 5G и 6G обладают скоростями выше, чего вполне достаточно для введения радиообмена или передачи текстовых или графических сообщений. Схема предлагаемого способа выглядит следующим образом: (рис. 4).

1. Передача информации от центра УВД в сетевой центр по локальной сети, в свою очередь сетевой центр может быть как коммерческий, так и специально сформированный под задачи УВД;
2. Передача информации от сетевого центра на стационарный пульт управления БПЛА;
3. Передача информации от сетевого центра на вышку связи соответствующей сети, вышки связи могут быть как коммерческими при коммерческих центрах или специально сформированных центров, так сделанные только под задачи УВД;
4. Передача информации от вышки связи на мобильный пульт управления БПЛА;
5. Передача информации от сетевого центра на ретранслирующий спутник;
6. Передача информации с ретранслирующего спутника на мобильный пульт управления БПЛА.

Рис. 4. Схема предлагаемого способа связи.

Предлагаемый вариант подразумевает использование коммерческих предприятий для передачи информации, что должно оптимизировать передачу данных и сделать этот способ экономически выгодным, так как используется имеющиеся инфраструктура как частных, так и государственных предприятий.

Достоинства:

• Высокая помехоустойчивость в отношении стационарных ПУ;
• Большая пропускная способность из-за использования современных сетей для передачи данных;
• Низкая задержка при передаче информации;
• Многоканальность в отношении мобильных ПУ, в случае недоступности одного из вариантов передачи данных или его резкого выхода из строя, автоматический переход на другой вариант передачи информации, без её потерь;
• Экономическая целесообразность, так как подразумевается использование уже имеющихся технологий и технических средств, как частных, так и государственных;
• Всепогодность.

Недостатки:

• Возможность перехвата передаваемой информации и ее подмена, в отношении мобильных ПУ, необходимо обеспечить защищенность и целостность информации;
• Слабая помехоустойчивость в отношении мобильных ПУ, применение современных средств РЭБ может нарушить передачу информации.

Заключение

Новый способ, предложенный авторами данной статьи, предназначен для передачи информации через современные сети передачи информации от центров УВД операторам БПЛА, как и на стационарные так и на мобильные пульты управления. Данный способ должен повысить безопасность и эффективность воздушного движения.