Глава 7. Линии передачи данных в системе "Сейдж"

§ 1. Используемые линии связи и их общая характеристика

В автоматизированной системе ПВО линиям передачи данных отводится очень важная роль. Объем передаваемой входной и выходной информации настолько велик, что для ее передачи необходима обширная сеть линий связи. Указывалось, что только в одном секторе ПВО для связи между оперативным центром наведения и всеми источниками и потребителями информации требуемое число линий достигает 600. Вторым важным фактором является скорость передачи данных. Быстрое изменение воздушной обстановки требует передачи данных в реальном масштабе времени. Большой объем информации и необходимость передачи его с большой скоростью накладывают жесткие требования на пропускную способность используемых линий связи.

Важность передаваемой информации для конечного результата работы системы ПВО предъявляет к применяемым линиям связи высокие требования по помехоустойчивости и надежности передачи данных, по живучести и боевой устойчивости. При обширной сети линий связи серьезное значение приобретают вопросы стоимости, стандартизации и универсальности линий (возможности использования линий для передачи информации различного назначения).

Как уже указывалось, информация, которую необходимо передавать по линиям связи в автоматизированной системе ПВО типа "Сейдж", по своему характеру или назначению разделяется на следующие основные категории: радиолокационная информация о воздушной обстановке, информация о состоянии и боеготовности боевых средств, распоряжения и донесения по инстанциям, команды управления и наведения активных средств.

Каждый вид передаваемой информации имеет свои характерные особенности и отличается по объему, важности, способу и скорости передачи и другим показателям. Для передачи каждого вида информации могут быть использованы различные типы линий связи.

По характеру сигнала информация делится на два основных вида: некодированную (речевую) и кодированную (дискретную или цифровую). В зависимости от этого она может передаваться по различным линиям связи, которые по степени автоматизации передачи могут быть телефонными и телетайпными линиями или линиями автоматической передачи данных.

Все из указанных линий по физическим и конструктивным характеристикам можно разделить на проводные и радиолинии. Проводные в свою очередь делятся на воздушные и кабельные, а радиолинии в зависимости от характера канала могут быть прямыми и релейными (те и другие могут использовать явление тропосферного рассеяния, а по диапазону разделяться на сантиметровые, дециметровые и УКВ).

Для передачи радиолокационных данных можно было бы использовать широкополосные микроволновые радиолинии. Однако такая система, помимо ее большой стоимости, была бы совершенно неэффективной ввиду того, что машины по обработке данных имеют дело только с информацией дискретного характера, создаваемой РЛС от обзора к обзору. Эту информацию можно передать в полосе частот примерно в 1000 раз более узкой, чем ширина полосы, необходимая для выходного сигнала радиолокационного приемника. Следовательно, для передачи цифровой информации по телефонным линиям необходимо было создать систему, способную квантовать и хранить данные, полученные РЛС, а также аппаратуру связи с пропускной способностью (скоростью передачи) не меньше средней скорости получения информации. Поэтому информация, которая должна быть передана по каналу связи в единицу времени, предварительно обрабатывается с таким расчетом, чтобы ее количество не превышало определенных величин.

В экспериментальной системе ПВО "Кейп Код", в которой радиолокационная информация обрабатывалась с помощью аппаратуры SDV (машина AN/FST-1), для передачи данных использовались обычные телефонные линии. Ввиду того что в системе SDV обработка и передача данных производилась в реальном масштабе времени, скорость передачи определялась скоростью сканирования РЛС и была принята равной 1600 дв. ед./сек.

Применявшиеся в то время телефонные линии, несмотря на большой уровень шумов, оказались пригодными для работы с радиолокаторами небольшой дальности действия. При использовании радиолокаторов дальнего действия сразу обнаружились недостатки как аппаратуры обработки данных, так и линий передачи данных. Когда в системе "Сейдж" стали применяться РЛС дальнего действия, для обработки данных, как уже указывалось, была разработана система FGD (машина AiN/FST-2), которая более полную информацию о целях вместе со временем наблюдения хранит в запоминающем устройстве в двоичном коде. Кроме обработки сигналов поисковых радиолокаторов, эта машина обрабатывала и хранила информацию от аппаратуры опознавания и высотомеров.

Для передачи такого объема цифровой информации в оперативный центр потребовались линии связи более высокого класса. Телефонные же линии, использовавшиеся при испытаниях системы "Кейп Код", оказались непригодными по следующим причинам:

- скорость передачи данных по этим линиям значительно ограничивалась амплитудными и фазовыми искажениями;

- в линиях наблюдались импульсные помехи, которые не имели существенного значения при передаче речи, но вызывали значительные искажения при передаче цифровой информации;

- трассы арендуемых линий могли произвольно переноситься телефонными компаниями, а сами линии заменяться, что хотя и не ухудшает условий для передачи данных, но оставляет некоторую неопределенность в обслуживании.

Испытания показали, что обычные телефонные линии не пригодны для передачи информации в системе "Сейдж", так как средняя погрешность при передаче по таким каналам лежит в пределах 0,38-24,4 ошибки на 100000 двоичных единиц переданной информации. Для того чтобы сделать их пригодными, было необходимо:

- улучшить выравнивание частотных характеристик затухания и запаздывания;

- уменьшить фазовые искажения;

- ограничить уровень шумов;

- улучшить стабильность передачи.

Таким образом, испытания системы "Кейп Код" показали необходимость создания новой системы передачи данных, охватывающей территорию всей страны и требующей решения совершенно новых задач в общегосударственной системе связи.

Вследствие чрезвычайно большой территориальной разобщенности элементов системы "Сейдж" и значительного количества необходимых для ее работы линий передачи данных в США была поставлена задача максимального использования существующей сети телефонных линий и уменьшения до возможного минимума количества специальных требований, предъявляемых к линиям передачи.

Хотя выполнение этих требований было довольно трудным, однако оно вполне оправдано, так как давало значительные экономические выгоды.

Специально усовершенствованные линии дают 0,001-0,15 ошибки на 100000 двоичных единиц переданной информации в системе "Сейдж".

Для передачи входной и выходной цифровой информации любого назначения требуются системы с пропускной способностью, по крайней мере соответствующей средней скорости генерирования (выработки) информации. Переход от скорости генерирования к средней скорости передачи осуществляется с помощью накопительного и кодирующего устройств, преобразующих информацию в форму, пригодную для передачи по каналам связи.

Что касается ошибок при передаче данных, то они, как показали исследования, обусловлены главным образом действием импульсных помех, выбросы которых часто соизмеримы или превышают уровень передачи. Ввиду этого для уменьшения ошибки передачи основное внимание должно быть направлено на уменьшение уровня импульсных помех. Число импульсных выбросов с уровнем, равным или превосходящим 18 дб по отношению к уровню хронирующего сигнала, не должно превосходить одного в минуту. При скорости передачи данных 1300 дв. ед./сек это соответствует примерно искажению одной двоичной единицы (одного импульса) на 100000 переданных или вероятности сбоя 10-5. Однако эта цифра, как показали исследования, является весьма приближенной.

Важное значение при оценке качества системы передачи приобретает возможность обнаружения ошибок на приемном конце до ввода данных в вычислительную машину. При своевременном обнаружении ошибки происходит в основном только потеря части сообщения. Следовательно, очень важно и практически необходимо включать устройства обнаружения ошибок в состав аппаратуры передачи и обработки данных. Из таких устройств можно упомянуть детектор неисправностей для мгновенного переключения с одной линии на другую при всяких нарушениях работы первой линии и контролер четности, обнаруживающий потерю или добавление отдельных импульсов сообщения, что также указывает на неисправность канала.

При сопоставлении всех требований к системе "Сейдж" оказалось, что наиболее приемлемой для целей общего применения является скорость передачи, равная 1300 дв. ед./сек, за исключением случаев передачи данных от РЛС с машиной съема типа AN/FST-1. Используя один или два таких канала, можно удовлетворить всем требованиям системы "Сейдж", включая передачу данных от РЛС дальнего действия, использующих машины съема типа AN/FST-2. Несколько пониженная скорость передачи (по сравнению со скоростью 1600 дв. ед./сек) легче согласуется с шириной полосы телефонного канала и предъявляет менее жесткие требования при выравнивании фазовой задержки. Кроме того, меньшая скорость передачи дает некоторые дополнительные возможности снижения числа ошибок.

Для передачи цифровой информации в системе "Сейдж" воздушные проводные линии связи могут быть применены в том случае, если уровень шумов в паре линий будет ниже уровня стартового сигнала не менее чем на 40 дб. Число шумовых импульсов, превышающих уровень 19 дб относительно уровня стартового сигнала, не должно быть больше одного импульса в минуту.

Многие кабельные пары, пригодные для междугородной связи, могут оказаться непригодными для передачи данных в системе "Сейдж" вследствие большого урорня импульсных помех. Хорошо рассчитанные и установленные для целей междугородной связи кабели, не имеющие ответвлений на всем своем протяжении, обычно подходят для использования в системе "Сейдж". При этом нагруженный кабель требует существенного выравнивания частотно-фазовых характеристик. По этой причине длина кабеля некоторых типов не должна превышать 320 км в любых звеньях системы "Сейдж".

Радиолинии сантиметрового диапазона оказались весьма пригодными для передачи данных в системе "Сейдж". Они обладают малыми импульсными помехами. Получение высоких технических характеристик радиотелефонных каналов сопряжено с большими начальными затратами, однако они быстро окупаются легкостью обслуживания и малыми эксплуатационными расходами.

Радиолинии обладают существенным недостатком - на частотах выше 1000 Мгц сигналы часто замирают (фединги). Применяемый в больших многоканальных радиолиниях разнос по частоте частично устраняет этот недостаток. Возникающие иногда глубокие фединги требуют сокращения расстояния между ретрансляторами. При построении радиолиний большой протяженности это экономически невыгодно.

Для связи между объектами системы "Сейдж", находящимися на больших расстояниях, предусматривается система релейной связи на дециметровых волнах с использованием эффекта тропосферного рассеяния, проект которой известен под названием "Белая Алиса" (White Alice). Первый участок такой релейной связи на Аляске протяженностью около 5300 км вступил в строй в 1956 г. и с тех пор находится в эксплуатации. Система связи состоит из ряда станций, расположенных одна от другой на расстоянии около 320 км (рис. 7.1). На станциях используются установленные на высоких башнях большие антенны, позволяющие работать очень тонкими лучами, что значительно повышает помехозащищенность этих линий (рис. 7.2). С помощью таких линий обеспечивается связь между арктическими радиолокационными станциями и командными пунктами ПВО.

Рис. 7.1. Схема расположения станций радиорелейной связи по проекту 'Белая Алиса'

Передача информации на важных направлениях в системе "Сейдж" для надежности ведется по дублированным каналам, проходящим по разным трассам. При повышенном уровне ошибок в одном канале система с помощью устройства управления и контроля автоматически переключается на другой канал.

Рис. 7.2. Антенна станции радиорелейной связи по проекту 'Белая Алиса'

Линии связи являются только частью комплекса средств, составляющих систему передачи данных. Кроме линий, в систему передачи данных входят: преобразующие устройства, передающие и приемные оконечные устройства, устройства обнаружения и сигнализации о неисправностях и другие элементы.