Разработка устройства передачи данных о местоположении воздушных судов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Секция

«ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОСИСТЕМ И АВИОНИКИ»

УДК 621.396.932.1

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ О МЕСТОПОЛОЖЕНИИ

ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

А. Р. Акзигитов, А. С. Андронов, Д. Е. Строков, Р. А. Акзигитов Научный руководитель - В. М. Мусонов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Предложено использовать спутниковую группировку компании Iridium для обеспечения доступа к связи в труднодоступных районах полетов воздушных судов. Ключевая особенность спутников Iridium, а именно полный охват земной поверхности, стала определяющей при выборе резервного способа связи. Основными элементами разработанного экспериментального устройства являются: микроконтроллер, спутниковый модем Iridium 9602, модуль GSM, модуль GPS/ГЛОНАССMGGS2217, высокочастотные приемная и передающие антенны.

Ключевые слова: Iridium, устройство мониторинга, GSM.

DEVELOPMENT OF THE DEVICE OF DATA TRANSMISSION ABOUT LOCATION

OF AIRCRAFT

A. R. Akzigitov, A. S. Andronov, D. E. Strokov, R. A. Akzigitov Scientific Supervisor - V. M. Musonov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

It is offered to use satellite group of the Iridium for ensuring access to communication in remote areas of flights of aircrafts. Key feature of Iridium satellites is full coverage of a terrestrial surface, became the communication defining at the choice of a reserve way. Basic elements of the developed experimental device are: the microcontroller, the satellite Iridium 9602 modem, the GSM module, the GPS/GLONASS MGGS2217 module, a high-frequency reception and the transferring antennas.

Keywords: Iridium, monitoring device, GSM.

Спутниковый мониторинг подвижных объектов всё чаще находит свое применение у транспортных компаний. Он основан на активно развивающемся способе обмена информацией между объектами - машинном взаимодействии «Machine-to-machine» (M2M). Данный способ применяется для любых объектов, снабжённых устройствами, с которых необходимо получать оперативную информацию. Через канал GSM на частотных диапазонах 850/900/1800/1900 МГц возможно передавать данные о местоположении устройства мониторинга, размещенного на подвижном объекте. Местоположение устройства определяется по сигналам спутников GPS и ГЛОНАСС. Координаты объекта привязаны к показаниям датчиков. Однако для осуществления полноценного мониторинга воздушных судов одного лишь GSM канала недостаточно из-за ограниченного покрытия. Особенно актуальной эта проблема становится для восточных регионов Российской Федерации, включая приполярные зоны [1]. Наиболее известные компании спутниковой связи Iridium и Inmarsat предоставляют свои услуги для систем M2M. Отличие заключается в расположении спутниковых группировок. Система

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

Iridium имеет 66 низкоорбитальных спутников и 6 дополнительных. Передача данных осуществляется через межспутниковые связи и не требует промежуточных станций, а охват земной поверхности составляет 100 % [2]. Inmarsat имеет 11 геостационарных спутников, связь с которыми становится недоступной на широтах ±85° [3]. Спутниковая система Iridium отвечает поставленным при разработке устройства требованиям, а именно максимально возможный охват земной поверхности для замещения системы GSM в случае отсутствия её сигнала.

Трансивер Iridium 9602 представляет собой блок с разъёмами для антенн GPS и Iridium. Передача данных на модуль осуществляется на порт RS-232 в составе 20-контактного разъёма. Отдельно трансивер предназначен для приема пакетов данных с контроллера для передачи через спутниковый канал Iridium. Специальный протокол собирает данные о нескольких точках местоположения, которые при достижении объема в 340 байт отправляются по каналу Iridium. Это объясняется достаточно высокой стоимостью спутникового трафика [4], которая не позволяет использовать протоколы сжатия аналогичные GSM и отправлять данные с высокой периодичностью. Целесообразно c экономической точки зрения использовать канал Iridium для передачи данных местоположения только при нахождении устройства вне зоны покрытия сети GSM. На рисунке изображена структурная схема устройства с трансивером Iridium 9602.

Модуль MGGS2217 представляет собой плату с односторонним монтажом закрытого исполнения с 28 контактными площадками [5]. Модуль ведет параллельный прием и обработку сигналов с координатами и скоростью от спутников GPS и ГЛОНАСС на частотах 1575-1610 МГц. Передача информации со спутников на микроконтроллер по умолчанию производится с частотой 1 Гц. Прием данных со спутника может обеспечиваться через пассивную и активную антенны, подключаемые к высокочастотному разъему.

Взятая за основу конфигурация устройства мониторинга (см. рисунок) включает в себя антенну ГЛОНАСС/GPS, управляющий микроконтроллер и модуль GSM. Данные о местоположении вместе с показаниями датчиков передаются на НКУ. В работе [6] для мониторинга беспилотного летательного аппарата (БПЛА) авторами предлагалось использовать Iridium 9602 как основной модуль для передачи координат и высотно-скоростных параметров БПЛА. Однако стоимость отправки пакетов данных через одну только спутниковую связь может поставить под вопрос экономическую целесообразность подобного мониторинга при большой продолжительности полётов.

Структурная схема устройства мониторинга ВС

Для передачи данных о высоте, скорости и координатах ВС МК формирует пакеты данных, полученных с приемного модуля MGGS 2217. Каждые 5 минут МК опрашивает трансивер Iridium и модуль GSM. В случае отсутствия GSM сигнала, МК формирует пакет данных размером 340 байт и отправляет его на трансивер, который, в свою очередь, передаёт их на спутник. Питание устройства обеспечивается бортовой сетью постоянного тока 27 В.

Экспериментальная модель блока объединяет в себе использование наземных станций GSM как основных для мониторинга и в качестве резервного канала - спутниковую связь Iridium. Взятое за

Секция « Техническая эксплуатация электросистем и авионики»

основу готовое устройство УТП-М-01-8.004 имело только GSM канал для передачи координат. По результатам проведенного эксперимента, при котором устройство размещалось на борту вертолета МИ-8 МЧС, было выявлено, что при полетах на крейсерской скорости обеспечивается возможность передачи координат местоположения на диспетчерский пункт по обоим каналам - GSM и Iridium.

Библиографические ссылки

1. Кацура А. В., Моховиков И. С. Улучшение точностных и надежностных характеристик аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем в высоких широтах // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы VIII Всерос. науч.-техн. конф. В 2 т. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии. Сообщения школьников. Красноярск, 2012. С. 190-191.

2. Невдяев Л., Смирнов А. Персональная спутниковая связь. М. : Эко-Трендз, 1998. 216 с.

3. Fleet Broadband coverage [Электронный ресурс]. URL: http://www.inmarsat.com/wp-content/uploads/2013/10/Inmarsat_FleetBroadband_Coverage_Map.pdf (дата обращения: 15.12.2015).

4. Iridium SBD [Электронный ресурс]. URL: http://satphones.eu/en/content/24-iridium-sbd-rudics (дата обращения: 16.12.2015).

5. MGGS2217. Руководство по эксплуатации. Версия 1.2. [Электронный ресурс]. URL: http://glonassneva.com/sysfiles/MGGS2217-DS-RU_Glonass-Neva_ver_1_2.pdf (дата обращения: 16.12.2015).

6. Батурин Т. Н., Сушков А. А., Боев Н. М. Разработка автономного приемопередающего устройства спутниковой связи с функцией бортового регистратора для беспилотных летательных аппаратов // Современные проблемы радиоэлектроники : материалы Всерос. науч.-техн. конф. Красноярск, СФУ, 2014. С. 22-25.

© Акзигитов А. Р., Андронов А. С., Строков Д. Е., Акзигитов Р. А., 2016