Аппаратура новых средств связи (А. Рочерс, подполковник Е. Даниэл)

(Американский журнал "Арми", июнь 1964 года)

Появление современных новых средств связи связано с открытиями в области техники передачи сигналов (связь с использованием частотной модуляции) и микроволновой техники (применение в радиоаппаратуре клистронов и магнетронов), в области создания первичных источников электрической энергии большой емкости, полиэтиленовых диэлектриков для высокочастотных кабелей и новых искусственных материалов для покрытия полевого кабеля.

В результате многолетних исследований были разработаны новые средства связи для тактических звеньев управления, которые отвечают полевым требованиям по надежности, числу фиксированных частот, потребляемой мощности, размерам, весу и по другим характеристикам. К ним относятся радиостанции с частотной модуляцией AN/VRC-12, AN/ARC-54, AN/PRC-25, приемник AN/PRR-9 и передатчик AN/PRT-4.

Радиостанция AN/VRC-12 состоит на вооружении. Она имеет восемь модификаций, в которых используется сочетание трех основных блоков: приемопередатчика с кнопочным переключателем, приемопередатчика с ручной настройкой и запасного приемника. Радиостанция работает в диапазоне 30 - 75,95 Мгц, имеет 920 фиксированных частот и обеспечивает надежную связь на дальности до 32 км.

Радиостанция AN/ARC-54 - ультракоротковолновая, с частотной модуляцией; она предназначена для использования на легких самолетах и вертолетах. Конструкция станции выполнена на транзисторах; станция работает на 800 фиксированных частотах в диапазоне 30 - 69,95 Мгц. Ее вес составляет 11,5 кг.

Радиостанция AN/PRC-25 выпускается в трех модификациях: переносная AN/PRC-25, радиостанция AN/VRC-53, предназначенная для использования на боевых машинах, и комбинированный вариант AN/GRC-125, приспособленный для использования на боевых машинах и в качестве переносной радиостанции. Радиостанция AN/PRC-25 имеет такое же число фиксированных частот, как и радиостанция AN/VRC-12, весит около 9,5 кг, дальность ее действия составляет 8 км. Радиостанция AN/VRC-53 имеет дальность действия 11 км. В настоящее время радиостанции AN/VRC-12 и AN/PRC-25 поступают в войска.

Радиостанция, предназначенная для связи внутри отделения, состоит из малогабаритного приемника, монтируемого на каске, и передатчика весом около 800 г. Она имеет предварительную настройку на одну рабочую частоту из 200 возможных частот. Дальность действия радиостанции составляет около 1000 м. Создание таких малогабаритных радиостанций стало возможным в результате использования полупроводниковой техники и схем на твердом теле.

Необходимость повышения мобильности четырехканальных радио- и кабельных линий связи привела к появлению радиорелейных станций. Радиорелейные станции, используя новые устройства и материалы, стали одним из основных надежных средств связи на дальние расстояния. К ним, например, относятся станции AN/GRC-50 для использования в передовых эшелонах войск и AN/GRC-66 для обеспечения связи в тыловых районах.

Будущее развитие радиорелейных станций связано со значительным уменьшением их веса. В настоящее время разрабатывается радиорелейная станция AN/GRC-103 с аппаратурой уплотнения AN/TCC-53, обеспечивающей одновременную связь по 6 - 12 каналам. Основная цель разработки этой станции заключается в уменьшении размеров и веса аппаратуры, с тем чтобы разместить ее на 1U-T автомобиле.

Тропосферная радиорелейная станция AN/TRC-112 проходит эксплуатационные испытания. Полагают, что она будет размещаться на ³/₄-т автомобиле. Время, необходимое для ее развертывания, составит 30 мин. Эта станция работает с импульсно-кодовой модуляцией и частотным разделением каналов и предназначена для связи без ретрансляции на дальностях от 160 до 320 км. Характерной особенностью станции является использование в ней 1-квт клистрона и схемы на твердом теле. В состав тропосферной станции AN/TRC-112 войдет станция AN/GRC-66. Она выполнена на транзисторах, и в ней вместо параметрического усилителя используется усилитель на туннельных диодах, что позволило уменьшить общие размеры станции в четыре раза и снизить ее стоимость на 40%.

Радиорелейная станция AN/TRC-24 состоит на вооружении. С ней используется двенадцатиканальная аппаратура уплотнения AN/TCC-7. Станция устанавливается в кузове 2,5-т автомобиля.

На вооружении армии США находится также радиорелейная станция AN/GRC-50. С ней будет использоваться двадцатичетырехканальная аппаратура уплотнения AN/TCC-45. Ниже приводится сравнение характеристик радиорелейных станций с аппаратурой уплотнения.

Аппаратура AN/TCC-46 является сорокавосьмиканальной оконечной аппаратурой уплотнения. Два комплекта такой аппаратуры обеспечивают одновременную связь по 96 телефонным каналам.

При разработке будущей аппаратуры связи должны учитываться совместимость работы радиоэлектронных средств, а также вопросы надежности и стоимости. За последние 10 лет число излучающих устройств в полевой армии возросло с 58 тыс. до 80 тыс. Перенасыщение поля боя радиоэлектронными средствами и влияние взаимных помех при их работе могут привести к нарушению управления войсками. Имеются два пути решения этой проблемы. Во-первых, лучшее использование диапазона радиочастот и, во-вторых, использование в аппаратуре связи последних достижений науки и техники. Одновременно аппаратура должна иметь минимально возможный вес и объем при соответствующей надежности и стоимости. Чтобы создать аппаратуру, удовлетворяющую всем этим требованиям, в настоящее время переходят к использованию импульсной техники, цифровой передачи информации, а также к применению микроэлектроники.

Новые достижения в области микроэлектроники позволяют значительно уменьшить размеры и вес аппаратуры, снизить ее стоимость, повысить надежность и, кроме того, уменьшить потребляемую мощность. Считается, что в период 1965 - 1970 годов микроэлектроника найдет самое широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре. Микроминиатюризация аппаратуры может достигаться различными методами, в частности применением тонкопленочных микросхем и твердотельных элементов. Тонкопленочные микросхемы представляют собой схемы, на подложку которых наносятся в виде тонких пленок пассивные элементы (сопротивления, конденсаторы, индуктивности и соединения между ними). Твердотельный элемент - это крошечный кусочек полупроводникового материала, в котором находятся активные и пассивные элементы. Так, например, интегральная схема на кремнии включает в себя логические цепи, состоящие из шести транзисторов, 12 сопротивлений и шести конденсаторов. Ее размеры - 6,35 ×3,175×0,793 мм. Соединение между элементами осуществляется методом вкрапления алюминия. Подобные схемы станут применяться при конструировании новой аппаратуры связи. Существующие печатные схемы в настоящее время заменяются интегральными.

Будущее широкое применение техники цифровой связи обусловлено большими возможностями микроэлектроники. В начале 1966 года ожидается принятие на вооружение аппаратуры AN/TCC-45 и AN/TCC-46 с импульсно-кодовым уплотнением. Это будет первая аппаратура, применяющая цифровую форму передачи и предназначенная для тактического звена управления. Ее создание стало возможным благодаря использованию в конструкции миниатюрных активных и пассивных элементов. Накопление опыта по применению микроэлектроники постепенно позволит использовать все ее преимущества.

Несколько слов следует сказать и о методе обработки сигналов в аппаратуре уплотнения. Каждый входной телефонный канал последовательно квантуется во времени на 8000 уровней (элементов) для получения сигналов с амплитудно-импульсной модуляцией. Затем сигналы всех каналов объединяются и поступают в блок временного уплотнения. Каждый уровень (элемент) преобразуется в число, состоящее из шести двоичных знаков. Эти шесть двоичных знаков в кодированном импульсе определяют количество квантованных уровней (64). Так получается импульсно-кодовая модуляция, в которой амплитуда передаваемой волны преобразуется в число, а число передается в виде импульсов. Следует отметить, что для группы телефонных каналов используется только одно кодирующее устройство, потому что телефонные каналы уплотнены. С выхода кодирующего устройства передается серия чисел, состоящих из шести двоичных знаков, представляющих собой волну, имеющую два различных уровня. Передача сигналов с импульсно-кодовой модуляцией может осуществляться по кабельным и радиолиниям. Во время передачи этих сигналов на них накладываются шумы и помехи аппаратуры связи и среды передачи. На ретрансляционной станции или оконечной станции сигналы подвергаются анализу по уровню и восстанавливаются по амплитуде и времени. Затем сигнал может быть декодирован в первоначальную аналоговую форму и разделен по соответствующим телефонным каналам. Большие преимущества аппаратуры уплотнения с использованием метода временного уплотнения каналов и импульсно-кодовой модуляции являются результатом применения цифровой формы передачи сигналов. Передача сигналов в цифровой форме позволяет полностью изменят настройку и восстанавливать сигнал на ретрансляционных станциях, обеспечивает передачу высокого качества по каждому каналу на большие расстояния и решает проблему перегрузки каналов. Применение цифровых цепей для начальной обработки сигнала позволяет многократно использовать коммутирующие цепи, выполненные в виде модулей. Цени восстановления сигналов на ретрансляционных станциях необходимы только для разделения дискретных уровней в полученном сигнале. Этим достигается высокая устойчивость к шумам, помехам, искажениям, затуханиям и перекрестным помехам. Такая устойчивость обеспечивается использованием широкой полосы частот. Применение импульсно-кодовой модуляции дает высокое качество передачи и лучшее использование спектра радиочастот.

В настоящее время разрабатывается автоматическая электронная коммутирующая система для полевой армии. Ведется разработка двух электронных коммутаторов: универсальной электронной телефонной станции AN/TTC-12 на 300 абонентов и AN/TTC-14 на 100 абонентов. В них широко используются твердотельные элементы. Термин "универсальная" означает, что передача может осуществляться как по линейным цепям, так и по магистральным, в зависимости от выбора абонента.

Эти электронные коммутаторы используются с автоматическим телефонным аппаратом ТА-341/РТ. В нем номерной диск заменен тастатурой (рис. 61), с помощью которой набираются сигналы, управляющие работой автоматического коммутатора. Телефонная станция AN/TTC-12 будет монтироваться в кузове фургонного типа 2,5-т автомобиля, а станция AN/TTC-14 - в кузове ³/₄-т автомобиля.

Сравнение возможностей автоматической электронной коммутирующей аппаратуры с существующей аппаратурой с ручной коммутацией показало следующее. Опытный оператор, работающий на коммутаторе с ручным переключением, при благоприятных условиях потратит на один ответ в среднем 10 сек. Если же принять во внимание еще и время, необходимое абоненту для сообщения адресата, то для подключения абонента потребуется от 20 до 30 сек. Автоматической электронной телефонной станции для этих же целей в среднем требуется всего лишь 0,5 сек. Отключение абонентов в электронной системе происходит почти мгновенно, а в системах с ручной коммутацией оператор должен осуществлять отключение линии механически. Эффективность использования дорогостоящих магистральных линий находится в прямой зависимости от времени, необходимого для отключения абонента.

Рис. 61. Автоматический телефон TA-341/PT с тастатурой вместо номерного диска

Для увеличения скорости коммутации и уменьшения размеров аппаратуры в конструкции коммутаторов широко используются твердотельные элементы. Автоматическая электронная система коммутации намного превосходит системы с ручной коммутацией по скорости работы, а также имеет большие преимущества при обслуживании и ремонте.

Для повышения надежности работы аппаратуры была осуществлена обширная программа по установлению критерия выбора надежных компонентов в цепи. Разработана и испытана схема для проверки работы компонентов в пределах ожидаемых сроков их службы. Резервная цепь обеспечивала работу в случае выхода из строя общей аппаратуры. Встроенная аппаратура автоматического обнаружения неисправностей с визуальным оповещением позволяет быстро обнаруживать и устранять неисправности. Аппаратура цепи имеет модульную конструкцию. Модули, вышедшие из строя, могут быть легко заменены исправными.

Для обеспечения надежности в системах связи предусматриваются резервные линии на случай вывода противником отдельных частей системы или невозможности использовать данную систему из-за плохих условий распространения радиоволн или неисправностей аппаратуры.

Будущая аппаратура коммутаций по сравнению с используемой теперь будет иметь меньшие размеры и вес, меньше потреблять электрической энергии. Применение новых электронных устройств в будущей аппаратуре даст более высокие скорости коммутации без ухудшения надежности работы. В более отдаленном будущем возможно создание систем коммутации, в которых аппаратура будет одновременно осуществлять функции уплотнения и коммутации. Все сигналы будут преобразовываться в обычную цифровую форму и передаваться по системе связи. Применение одной формы сигнала повысит надежность всей системы и значительно снизит расходы по ее обслуживанию и снабжению.

В настоящее время разрабатывается автоматическая система связи RADA с постоянной возможностью вызова любого адресата, входящего в нее. Она предназначена для обеспечения связи в звене от батальона до дивизии и должна быть введена в действие после 1970 года. Основное назначение системы RADA - обеспечить надежную, гибкую и скрытную связь постоянного числа абонентов. Связь может осуществляться как по магистральным, так и по сетевым линиям. Для вызова нужного адресата достаточно будет набрать его номер. В системе будут использованы последние достижения в области цифровой связи с применением микроэлектроники и твердотельных устройств.

Существует несколько проектов системы связи с постоянной возможностью вызова любого адресата. Одним из наиболее распространенных вариантов является создание широкополосной системы связи.

В такой системе речевой сигнал, поступающий на вход приемника, преобразуется в дискретную форму, модулируется и кодируется так, что каждый импульс несет частичку информации. Затем импульс поступает на линии задержки с отводами и преобразуется в группу импульсов. Каждый импульс группы и интервал между импульсами группы зависят от отводов линий задержки, с которых они вышли. После прохождения линий задержки импульс группы импульсов поступает в группу генераторов поднесущих частот, настроенных на разные частоты. Образуется новая группа импульсов, которая состоит из определенных сдвигов по времени среди отдельных импульсов и определенной частоты для каждого импульса. Сигнал, посылаемый передатчиком, представляет собой цепь из групп импульсов, в которых содержится закодированное сообщение. Адрес вызываемого абонента содержится в комбинации несущей частоты каждого отдельного импульса и временных задержек между импульсами, образующими группу импульсов. На принимающей станции переданный сигнал обрабатывается в обратном порядке. Отдельные частоты сначала отфильтровываются и детектируются. Получившиеся импульсы поступают на соответствующие отводы линий задержки и каскады совпадений, в результате чего выделяются импульсы, соответствующие каждой группе импульсов. С выхода декодирующего устройства импульсы поступают на демодулятор, который восстанавливает первоначальное сообщение.

Для правильного получения переданной информации необходимо, чтобы на принимающей станции отводы линий задержки были настроены в соответствии с линиями задержки в передатчике, а фильтры поднесущих частот - с частотами генераторов поднесущих частот. Таким путем достигается дискретное адресование. При этом подпесущие частоты могут составлять фиксированную группу, все частоты которой используются для каждого адресата, или они могут составить большую группу частот, из которой выбирается часть частот для каждого адресата. На случай импульсных задержек внутри группы предусматривается достаточное количество отводов в линиях задержки для обеспечения больших изменений формы задержек группы импульсов и, следовательно, большое количество сочетаний для получения разных адресов.

Таким образом, возможно создание широкополосной системы связи, с помощью которой сравнительно большое число абонентов сможет надежно связываться друг с другом без взаимных помех, используя одновременно одну и ту же полосу частот. Свободный вызов адресата достигается в такой системе путем использования передачи импульсов групп, имеющих большое число импульсов, образующих различные дискретные адреса.

Для связи с нужным адресатом вызывающий абонент настраивает свой передатчик так, чтобы в передаваемой группе импульсов содержался кодированный адрес вызываемого абонента. Для опознавания и получения ответа от вызываемого абонента вызывающий может точно так же настроить свой приемник. Это осуществляется настройкой линий задержки и электронных цепей стробирования передающей и принимающей аппаратуры. Если требуется установить связь с адресатом, находящимся вне пределов дальности действия передатчика вызывающего абонента, то используется система радиорелейных станций и ретрансляционных устройств.

Новая серия аппаратуры тактической связи для всех звеньев управления, находящаяся в настоящее время в производстве, в значительной мере улучшит армейские средства связи. Размеры и вес аппаратуры в большинстве случаев уменьшились, что позволяет устанавливать ее на ³/₄-т автомобиле вместо 2,5-т и на 1U-т вместо ³/₄-т. Вес новой переносной аппаратуры также уменьшится.

Будущие средства связи для войск будут иметь лучшие характеристики по сравнению с современными, меньшие вес и размеры, повышенную надежность. Кроме того, их стоимость значительно снизится.