Современные технологии и технические средства радиосвязи для автотранспорта на крайнем севере

УДК 621.396.93

В.А. Березовский, к.т.н., ОНИИП, г. Омск / В.В. Робустов, к.т.н., СибАДИ / В.А. Майстренко, д.т.н., В.Л. Хазан, д.т.н., ОмГТУ

В настоящее время одной из самых насущных задач российской транспортной стратегии является вопрос повышения безопасности автотранспортных средств, и в том числе эксплуатируемых в условиях низких отрицательных температур [1, 2]. Поскольку своевременное сообщение о чрезвычайной ситуации на дороге дает возможность оперативно оказывать пострадавшим необходимую помощь и спасать жизни людей, радиосвязь здесь играет не последнюю роль. Эта проблема особенно актуальна для регионов Сибири и Крайнего Севера, где автотранспорт часто работает вдали от транспортной базы и населенных пунктов, а в зимних условиях и при морозе ниже минус 35 С [3]. Актуальность данной проблемы всё более обостряется в связи с расширением фронта работ по освоению шельфа Северного Ледовитого океана.

На рис. 1а и 1б показаны критические ситуации, которые встречаются на зимних дорогах Крайнего Севера.


Рисунок 1. Примеры критических ситуаций на зимниках Крайнего Севера

В этих чрезвычайных ситуациях только оперативная радиосвязь с транспортной базой в состоянии обеспечить необходимые экстренные меры по спасению экипажа, груза и транспортного средства.

В транспортной стратегии Российской Федерации, утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 22 ноября 2008 г. № 1734-р указано, что важным направлением развития инфотелекоммуникационных технологий в сфере транспорта является оснащение сухопутного и водного транспорта России новыми средствами связи, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS.

Вместе с тем следует четко представлять, что ни система ГЛОНАСС, ни система GPS сами по себе средством спасения экипажа автотранспорта не являются. С помощью этих спутниковых навигационных систем можно лишь определить координаты транспорта при условии, что этот транспорт оснащен спутниковым приемником-навигатором. Принимая одновременно сигналы не менее чем от четырех спутников навигационных систем ГЛОНАСС или GPS, навигатор определяет собственное местоположение (и только!), как показано на рис. 2.


Рисунок 2. Определение местоположения автомобиля по сигналам спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS

Таким образом, навигационные спутниковые системы дают возможность своим пользователям определять всего лишь координаты их местонахождения.

Экипажу автотранспорта, застрявшему зимой на пустынных трассах Крайнего Севера, от знания координат места своей возможной гибели легче не становится, а на транспортную базу при этом не поступают никакие сведения ни о координатах автомобиля, ни о степени сложившейся на нем критической ситуации.

Для того, чтобы сообщить на транспортную базу значения координат собственного местонахождения и информацию о сложившейся чрезвычайной ситуации, экипажу автотранспорта, кроме навигационной аппаратуры, необходимо дополнительно иметь аппаратуру радиосвязи. Эта же аппаратура способна будет обеспечить функционирование постоянно действующей транспортной мониторинговой системы, которая периодически в автоматическом режиме сообщает на транспортную базу данные с цифровых датчиков о состоянии отдельных параметров автомобиля (запас горючего, движение или остановка и т. д.). В этом случае транспортная база будет иметь полную информацию и даже упреждать опасное развитие многих критических ситуаций, связанных, например, с нехваткой горючего, поломкой отдельных узлов в автомобиле и т. п.

В зонах, обслуживаемых сотовыми или транкинговыми системами связи, работающими в дециметровом диапазоне радиоволн, вопрос радиосвязи автомобиля с транспортной базой решается легко. Это возможно осуществить без каких-либо проблем с помощью обычного сотового (транкингового) приемопередатчика. Однако как сотовые, так и транкинговые системы способны обеспечивать связь только с абонентами, находящимися в пределах прямой видимости по отношению к антенне базовой радиостанции, ибо как сотовая, так и транкинговая базовые радиостанции, даже при антенне, поднятой на высоту 100 метров, способны обслуживать зону с радиусом всего лишь 40 км.

На заполярных трассах Крайнего Севера приемлемым вариантом связи автомобиля с транспортной базой является вариант спутниковой радиосвязи с использованием систем Иридиум и Глобалстар. Однако услуги спутниковой радиосвязи все еще очень дороги (от 1 до 10 $ и более за минуту разговора). Высокая стоимость времени объясняется большими материальными затратами для вывода спутников связи на орбиту (например, один геостационарный спутник стоит порядка 200-250 млн. $). Кроме того, используемые в России системы спутниковой связи принадлежат зарубежным компаниям и не все из них (например, Инмарсат и Турайя) обслуживают зоны за пределами полярного круга. Не следует забывать и о том, что в случае ухудшения межгосударственных отношений спутниковую связь с Россией могут просто отключить.

Наиболее рациональным, простым и экономически выгодным для регионов Крайнего Севера является вариант коротковолновой радиосвязи [4]. Она более чем на два порядка дешевле спутниковой и способна с помощью относительно простых антенн обеспечивать передачу сообщений как на ближние, так и на дальние расстояния. Нужно заметить, что Вооруженные силы Министерства обороны широко применяют подобные коротковолновые средства связи. Например, радиопередатчик «ОКОЛЫШ» (Р-3970К) [5] мощностью 1 Вт и весом 2,1 кг (с блоком питания) работает в диапазоне коротких радиоволн и обеспечивает передачу сообщений на удаленный приемный центр, расположенный от корреспондента на расстоянии порядка 1500-3000 км. Имеются и более совершенные средства радиопередачи.

Радиоволны коротковолнового диапазона распространяются на дальние расстояния за счет отражения от ионизированных слоев атмосферы [6].

В табл. 1 указаны функции спутниковых систем навигации и различных систем радиосвязи при решении задачи транспортного мониторинга.

Таблица 1. Функциональная роль навигационных систем и систем радиосвязи при транспортном мониторинге


Рисунок 2. Определение местоположения автомобиля по сигналам спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS

Известно, что мощность передатчика, при которой обеспечивается заданное качество коротковолновой радиосвязи, зависит от длины радиотрассы [4]. В нижеприведенной табл. 2 показана энергетическая зависимость радиосигналов от длины радиотрассы при условии сохранения качества принимаемого сообщения.

Таблица 2. Энергетическая зависимость радиосигналов от длины радиотрассы


Из табл. 2 следует, что минимальная мощность передатчика в коротковолновых системах связи требуется в случае, когда связь ведется на расстоянии 2000-3000 км. На ближних расстояниях до 1000 км коротковолновую связь целесообразно организовывать через удаленные базовые ретрансляторы [7], которые располагаются на расстоянии 2000-3000 км от взаимодействующих абонентов, как показано на рис. 3.


Рисунок 3. Организация коротковолновой радиосвязи между автомобилями (1) и (2) (в ближней зоне) и этих же автомобилей с транспортной базой (3) через удаленный коротковолновый базовый ретранслятор (4) при наличии дополнительных приемных центров (5)

Коротковолновый (КВ) базовый ретранслятор (4) имеет достаточно мощный передатчик (1-10 кВт) и передает сигналы, имеющие относительную фазовую манипуляцию (ОФМ), со скоростью 500 бит/с.

более перспективном варианте реализации сети радиосвязи транспортного мониторинга с КВ базовым ретранслятором для более надежной передачи сообщений со стороны автотранспорта целесообразно дополнительно установить несколько территориально-разнесенными приемных центров (5), удаленных от ретранслятора и друг от друга на расстояние сотен километров [4]. Эти приемные центры связаны с ретранслятором внешними линиями связи и способны обеспечить передачу сообщений необходимого качества.

Автомобильные радиостанции (1) и (2) (рис. 3) могут иметь сравнительно малую мощность (2-20 Вт), которая допускается энергетикой автотранспорта. Учитывая низкую эффективность автомобильных антенн, скорость манипуляции сигнала целесообразно брать предельно низкой, например, 4 бита/с и передавать сигналы с частотным разнесением методом частотной манипуляции (ЧМ) при большой девиации 3000 Гц.

Прием сигналов на базовом ретрансляторе (4) на поднесущих частотах в этом случае необходимо вести как прием частотно-разнесенных сигналов с амплитудной манипуляцией. Этот способ манипуляции обеспечивает декорреляцию условий связи на поднесущих частотах и гарантирует максимально достижимую надежность передачи сообщения.

Конструкция автомобильной радиостанции должна быть быстросъёмной для удобства её демонтажа и превращения в носимую радиостанцию (мощностью порядка 1-2 Вт с комплектом батарей питания). Это необходимо в случае резкого наступления критической ситуации (провал на зимнике и т.п.), когда экипаж будет вынужден быстро покинуть попавший в аварию автомобиль, но сохранить возможность связи с базой.

На транспортной базе (3) энергетика позволяет использовать передатчики намного более мощные по сравнению с автомобильными (20-200 Вт).

Наиболее высокое качество передачи достигается, когда коротковолновый базовый ретранслятор и база имеют внешние проводные или спутниковые каналы связи. В этом случае доставка сообщения и со стороны транспортных средств на базу будет осуществляться с более высокой надежностью.

За полярным кругом в зимний период при изменении условий отражения радиоволн от ионосферы имеет смысл для обслуживания, например, Ямало- Ненецкого АО, использовать наземные ретрансляторы, размещенные в г. Волгограде (обслуживаемая этим ретранслятором зона (рис. 4) заштрихована горизонтальными линиями) и в г. Улан-Удэ (обслуживаемая этим ретранслятором зона заштрихована вертикальными линиями, полярный круг изображен на карте жирной синей линией). Точки отражения радиоволн от ионосферы для указанных ретрансляторов находятся южнее полярного круга в областях, которые на карте окрашены в желтый цвет. Такое расположение базовых ретрансляторов обеспечивает обслуживание всего заданного региона, включая заполярную зону в зимний период времени года. Эти же ретрансляторы полностью обслуживают зону, соответствующую Ханты-Мансийскому АО (на карте Ханты-Мансийский АО окрашен в розовый цвет).


Рисунок 4. Зоны покрытия коротковолновой сетью радиосвязи с ретрансляторами в г. Волгограде и в г. Улан-Удэ, соответствующие Ямало-Ненецкому АО и Ханты-Мансийскому АО

Аналогичным образом базовые ретрансляторы, расположенные в г. Калининграде и в г. Красноярске могут обеспечивать связью Ненецкий автономный округ. Базовый ретранслятор в г. Уфе может обслуживать Карелию и Таймырский (Долгано-Ненецкий) автономный округ.

Вышеописанный способ коротковолновой радиосвязи позволяет уже сегодня решать для автотранспорта РФ, в том числе для транспорта Крайнего Севера, все основные задачи по оснащению автомобилей современными и экономичными средствами экстренной связи, используемыми как для проведения спасательных операций, так и для организации транспортного мониторинга.

Естественно, что описанные варианты коротковолновой радиосвязи могут использоваться не только на автомобильном транспорте, но и на речных судах, судах на воздушной подушке, а также на вертолетах и самолетах, которые эксплуатируются в условиях Крайнего Севера.

Таким образом, при оказании помощи экипажу автомобиля, попавшему в критическую ситуацию, могут участвовать база, автомобиль и вертолёт, оснащённые одинаковым типом коротковолновой радиосвязи, обеспечивающей необходимую оперативность и успешный результат спасательной операции.

С учетом вышеизложенного, считаем необходимым уточнить технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств» в части оснащения транспортных средств, используемых для перевозки пассажиров, специальных и опасных грузов, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС, GPS.

В целях обеспечения транспортного мониторинга и оказания экстренной спасательной помощи экипажу и пассажирам автомобиля при чрезвычайных ситуациях в суровых климатических условиях предлагаем оснащать АТС аппаратурой КВ-радиосвязи совместно с аппаратурой ГЛОНАСС, GPS .

Считаем также необходимым разработать Федеральную Программу по созданию коротковолновой радиосвязи для спасения терпящих бедствие экипажей транспортных средств в критических ситуациях на пустынных ледовых трассах Крайнего Севера, а также для обеспечения мониторинга технического состояния АТС.

Разработку технических средств коротковолновой радиосвязи на основе перспективных цифровых технологий целесообразно поручить Омскому НИИ приборостроения (ОНИИП), который имеет большой опыт в проектировании и создании высоконадежных коротковолновых систем связи для различных пользователей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. РЕШЕНИЕ 68-й международной научно-технической конференции ААИ «Техническое регулирование в области автотранспортных средств» // Журнал ассоциации автомобильных инженеров.2010. № 1 (60). 46-49 с.

2. Постановление Правительства РФ от 10 сентября 2009 г. № 720 «О безопасности колесных транспортных средств».

3. Робустов В.В. О критической ситуации экипажа застрявшего автомобиля при морозе ниже -35°С вдали от базы. // Омский научный вестник. 2010. (В печати).

4. Березовский В.А., Майстренко В.А., Хазан В.Л., Робустов В.В. Радиосвязь для автомобилей Крайнего Севера. // Журнал ассоциации автомобильных инженеров.2010. № 2 (61). 46-49 с.

5. Особенности разведывательно-боевой деятельности частей и подразделений специальной разведки в условиях Афганистана [Электронный ресурс].

URL: http://www.vrazvedka.ru/main/learning/last-confl/afgan-03_07.shtml (дата обращения 02.04.2010)

6. Девис К. Радиоволны в ионосфере. — М.: МИР, 1973. — 502 с.

7. Хазан В.Л. Система декаметровой мобильной автоматической радиосвязи «МАРС» //Техника радиосвязи. 1998. Вып. 4. 59-66 с.