 |
Ученые Пермского Политеха разработали надежную радиостанцию, устойчивую к помехам
В условиях чрезвычайных ситуаций, при работе в удаленных условиях важен вопрос о том, как передавать информацию друг другу без телефона. Связи необходимо быть надежной, защищенной от сбоев и потери данных. Ученые ПНИПУ представили переносную цифровую радиостанцию, которая обеспечивает высокую надежность и достоверность передаваемой информации.
В условиях чрезвычайных ситуаций, техногенных и природных помех, при работе в удаленных условиях – шахты, стройки, связь в горах, тайге и пустынях – важен вопрос о том, как передавать информацию друг другу, если нет возможности связаться по телефону или через интернет. Связи необходимо быть надежной, защищенной от сбоев и потери данных, ее не должна прерывать гроза или физическое препятствие (например, бетонная стена). Ученые Пермского Политеха представили инновационную переносную цифровую радиостанцию, которая обеспечивает высокую надежность и достоверность передаваемой информации – это достигается за счет передачи речи и данных в двух сетях MANET одновременно в двух частотных диапазонах. Также рация обладает повышенной скоростью: до 300 кбит/с в низкоскоростном (у аналогов до 128-256 кбит/с) и до 54 Мбит/с в высокоскоростном (у аналогов до 15-20 Мбит/с) канале, имеет возможность работы в режиме ретранслятора и узла сети MANET. Это устройство открывает новые возможности для использования в промышленности, экстремальном туризме и спасательных операциях.
На изобретение выдан патент №2841996. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Портативная или переносная радиостанция – это компактное беспроводное устройство для двусторонней радиосвязи, предназначенное для работы «в поле». Она выглядит как небольшая рация с антенной, экраном, кнопками, разъемом для зарядки и гарнитуры, а также аккумулятором. Это незаменимый инструмент там, где нет мобильной связи или интернета – в лесах, горах, шахтах или на удаленных объектах. Такие устройства необходимы для служб спасения, через них общаются охранники, их могут использовать в экстремальном туризме.
Радиостанции работают по принципу передачи и приема радиоволн, которые несут в себе информацию – звук, данные или иные сигналы. Микрофон улавливает голос и преобразует его в электрический сигнал, модулятор изменяет его частоту, передатчик усиливает и отправляет его через антенну в виде радиоволн, а приемник другой рации улавливает волны, декодирует сигнал и воспроизводит его через динамик. Дальность и качество связи зависит от мощности передатчика, частоты, которую использует рация, и физических препятствий (здания, деревья, рельеф), поскольку не каждая радиоволна может проходить через них. Существующие в России переносные радиостанции, как правило, работают в узкополосных каналах связи, которые очень подвержены помехам (в отличие от широкополосных). Это ограничивает их возможности: например, в лесу или в городе связь может пропадать, а возникающие помехи будут мешать обмениваться информацией.
Ученые Пермского Политеха разработали автономную переносную цифровую радиостанцию «ХИТ МАНЕТ», которая способна передавать одни и те же данные одновременно в двух частотных диапазонах (трактах). В результате такого изобретения повышается надежность и достоверность передачи данных, поскольку при отказе или наличии помех в первом тракте второй продолжит работу.
Устройство выглядит как обычная рация, но с двумя антеннами для разных частотных диапазонов, имеет экран, кнопки и разъемы. Внутри есть микропроцессор, который управляет всеми функциями: цифровая обработка голоса и данных, фильтрация звука, работа с интерфейсами Wi-Fi, Bluetooth.
В рацию встроены два трансивера – это такие устройства-микрочипы, которые объединяют и передатчик, и приемник. Один из них, низкоскоростной, работает в метровом диапазоне радиоволн – 130-1000 МГц, а другой, высокоскоростной, – в дециметровом – 2400-2500 МГц. Они обеспечивают лучшее покрытие в различных условиях: радиоволны метрового диапазона огибают природные препятствия, такие как холмы или рощи, а дециметрового – проходят сквозь бетонную стену с металлической арматурой. Это позволяет поддерживать стабильную связь даже в сложных условиях – например, в городах с плотной застройкой, в горах, шахтах.
В низкоскоростном трансивере используется метод расширения спектра сигнала связи, который повышает устойчивость к помехам. Это происходит благодаря тому, что мощность сигнала «размывается» по спектру и при наложении узкополосных помех теряется только одна часть передаваемого сигнала, так что информация может быть затем восстановлена в приемнике, причем такое возможно даже при сигнале ниже уровня шумов. Это обеспечивает увеличение дальности связи и одновременно снижение мощности передатчика.
Высокоскоростной трансивер использует современные способы модуляции сигнала (BPSK, QPSK и М-QAM), а также технологию OFDM, которая повышает помехоустойчивость. Это особенно важно для городских районов с многоэтажной застройкой, где возникают дополнительные помехи из-за многолучевого переотражения радиоволн – ситуации, когда радиоволны многократно отражаются от поверхностей (стен домов), складываются и как бы искажают сами себя, в результате чего приемник не может принять сигнал.
– Главным отличием нашей разработки от современных аналогов, таких как, например, рации Р-187-П1 Азарт производства НПО Ангстрем, AN/PRC-163 от L3HARRIS и других, является то, что мы используем не одну сеть MANET, а две, причем одновременно на двух частотных диапазонах. Это делает связь более надежной. Сеть MANET (Mobile Ad Hoc Network) – это такая технология связи, благодаря которой рации соединяются между собой напрямую, то есть без вышек или центрального управления. Ее главное преимущество – в том, что отказ одного или нескольких устройств не приведет к полной потери связи. Это делает сеть более гибкой. Использование двух блоков MANET в радиостанции повышает надежность связи в случае сбоя одного из них, а также позволяет покрывать большую территорию, улучшая качество сигнала и доступность сети, – рассказывает Сергей Тюрин, старший преподаватель кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ.
Например, если пожарные в многоэтажном здании потеряют связь с командным пунктом через сотовую сеть, то все равно сохранят ее между своими устройствами благодаря MANET.
Еще одним отличием от аналогов является применение методов «когнитивного радио»: рация может анализировать, какие частоты заняты помехами, и автоматически переходит на свободные. В устройстве также есть и дополнительные функции, отсутствующие в упомянутых выше существующих моделях: адаптивное понижение мощности передачи (для того, чтобы сигнал сложнее было перехватить), защищенный мессенджер и поддержка смартфонов через Bluetooth, две кнопки включения передачи на разных каналах, клонирование настроек и другие функциональные улучшения.
Радиостанция «ХИТ МАНЕТ» обладает и улучшенными техническими характеристиками. Среди них повышенная скорость передачи данных, энергетическая и структурная скрытность (затруднение пеленгации) за счет модуляции с расширением спектра, режим ППРЧ (когда сигнал рации много раз в секунду перепрыгивает по рабочим частотам по особым законам для повышения скрытности), а также информационная скрытность радиопереговоров за счет шифрования AES-256. Мощность передатчиков адаптивно изменяется от 10 мВт до 8 Вт, что обеспечивает дальность связи между соседними узлами сети до 5-30 км. Полного заряда аккумулятора хватит на 3 дня работы в условиях рабочего диапазона температур от -25°С до 55°С.
Новая радиостанция превосходит существующие по надежности передачи данных, повышению достоверности передаваемой информации и помехоустойчивости. Создание такой радиостанции особенно актуально в условиях отсутствия сотовой связи: во время чрезвычайных ситуаций, в спасательных операциях, при работе в удаленных районах.
Контактное лицо: Лидия Евгеньевна Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 00:00, 20.07.2025
Количество просмотров: 201
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха рассказали, как боль в суставах связана с погодой, ПНИПУ, 22:32, 08.09.2025, Россия |
172 |
| По данным ВОЗ, каждый 10 россиянин страдает от проблем с суставами. Причем, многие испытывают обострение симптомов в холодную и дождливую погоду. Эксперты Пермского Политеха объяснили, почему это не миф, кто больше всего подвержен метеочувствительности, какой спорт поможет решить проблему и почему даже дети могут реагировать на магнитные бури. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, что стоит за трендом «шрекинга» в отношениях, ПНИПУ, 22:42, 03.09.2025, Россия |
199 |
| Зумеры распространяют новый тренд под названием «шрекинг». Это социокультурный феномен, когда человек выбирает романтического партнера, которого он считает менее привлекательным по внешности или другим критериям. Ученые Пермского Политеха рассказали, почему это явление набирает популярность, и может осложнять семейные отношения. |
|
|
|
