Модели, методы и методики повышения скорости обмена данными в сетях воздушной радиосвязи управления авиацией Военно-воздушных сил

М. С. Иванов, С. И. Макаренко 
 
 
 
Модели, методы и методики повышения 
скорости обмена данными в сетях воздушной 
радиосвязи управления авиацией 
Военно-воздушных сил 
 
 
 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Санкт-Петербург 
Наукоемкие технологии 
2025 
 

УДК 623.61 
ББК 68.517 
И20 
 
 
Рецензенты: 
Войткевич К. Л., доктор технических наук, профессор; 
Милов В. Р., доктор технических наук, профессор; 
Меркулов В. И., доктор технических наук, профессор; 
Цимбал В. А., доктор технических наук, профессор. 
 
 
 
И20 Иванов М.С., Макаренко С.И. 
Модели, методы и методики повышения скорости обмена данными в сетях воздушной радиосвязи управления авиацией Военно-воздушных сил. 
Монография. – СПб.: Наукоемкие технологии, 2025. – 532 с. 
 
ISBN 978-5-00271-008-9 
 
В монографии представлены описательные и формальные модели, методики 
и методы повышения скорости обмена данными в сетях воздушной радиосвязи 
управления авиацией Военно-воздушных сил. Данные результаты учитывают 
современное состояние и тенденции развития технологий связи, средств вооружения и способов их применения. Повышение скорости обмена данными 
обеспечивается за счет использования избыточности пространственного, энергетического и сигнального ресурсов на физическом уровне, временного и частотного ресурсов на канальном уровне и топологического ресурса на сетевом 
уровне модели OSI. 
Монография будет полезна ученым, конструкторам и разработчикам при 
разработке проектов в области радиосвязи, а также управления пилотируемой и 
беспилотной авиацией. 
 
УДК 623.61 
ББК 68.517 
 
 
 
 
 
 
 
Напечатано с оригинал-макета, подготовленного авторами. 
 
© Иванов М.С., Макаренко С.И., 2025 
© Издательство «Наукоемкие технологии», 2025
 
ISBN 978-5-00271-008-9 

Оглавление 
Введение ................................................................................................................. 15 
ЧАСТЬ I. АНАЛИЗ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ НАУКИ И ПРАКТИКИ 
УПРАВЛЕНИЯ АВИАЦИЕЙ ВВС И ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В СВРС ............... 24 
1. Анализ задач авиации ВВС, организации управления ЛА, разработки технических средств и технологических решений организации 
радиосвязи .......................................................................................................... 24 
1.1. Анализ задач, выполняемых ЛА различных родов авиации ВВС .... 24 
1.1.2. Анализ задач фронтовой бомбардировочной и штурмовой 
авиации ....................................................................................................... 24 
1.1.3. Анализ задач истребительной авиации ........................................ 27 
1.1.4. Анализ задач дальней и стратегической авиации........................ 29 
1.1.5. Анализ задач военно-транспортной авиации ............................... 30 
1.1.6. Анализ задач разведывательной авиации ..................................... 31 
1.1.7. Анализ задач БЛА ........................................................................... 35 
1.2. Анализ организации управления ЛА ВВС .......................................... 41 
1.2.1. Организация управления ЛА авиации ВВС с наземных ПУ ...... 41 
1.2.2. Организация управления ЛА авиации ВВС с воздушного 
ПУ – АК РЛДН .......................................................................................... 44 
1.2.3. Организация управления ЛА разведывательной авиации и 
обработки разведданных .......................................................................... 49 
1.2.4. Особенности управления БЛА ...................................................... 51 
1.3. Сети воздушной и воздушно-космической радиосвязи как техническая основа системы управления ЛА авиации ВВС .......................... 56 
1.3.1. Воздушный эшелон, его роль и место в системе связи Вооруженных сил .......................................................................................... 56 
1.3.2. СВРС как основное средство управления авиацией ВВС .......... 58 
1.3.2.1. Организация СВРС на основе наземных ПУ ........................ 58 
1.3.2.2. Организация сети воздушной радиосвязи на основе воздушного ПУ – АК РЛДН ...................................................................... 60 
1.3.2.3. Организация обмена данными через спутниковые системы связи в интересах обеспечения глобальности управления 
авиацией ВВС ........................................................................................ 63 
1.4. Анализ технических средств и технологических решений при 
организации отдельной СВРС управления ЛА .......................................... 66 
1.4.1. Авиационные командные радиолинии управления и системы обмена данными .................................................................................. 66 

1.4.2. Станции спутниковой связи ........................................................... 69 
1.4.3. Технологические решения построения воздушного эшелона .... 70 
1.4.4. Технологические решения по множественному доступу ........... 72 
1.5. Анализ методов множественного доступа и уплотнения, используемых в СВРС ...................................................................................... 75 
1.5.1. Множественный доступ с временным разделением (TDMA) .... 77 
1.5.2. Множественный доступ с частотным разделением (FDMA) ..... 78 
1.5.3. Технология OFDM .......................................................................... 78 
1.5.4. Спектрально-эффективное мультиплексирование с частотным разделением (SEFDM) ...................................................................... 79 
1.5.5. Неортогональный множественный доступ с разделением по 
мощности (PD-NOMA) ............................................................................. 80 
1.5.6. Множественный доступ с ортогональным кодовым разделением (CDMA) ............................................................................................. 82 
1.5.7. Многопользовательские технологии MIMO ................................ 83 
1.5.8. Множественный доступ с разделением лучей (BDMA) ............. 85 
1.5.9. Множественный доступ с поляризационным разделением ........ 86 
2. Анализ существующего научно-методического аппарата и известных 
результатов исследований в области повышения эффективности сетей 
воздушной и космической связи, повышения скорости обмена данными 
в них ........................................................................................................................ 89 
2.1. Организация сетецентрического управления на ТВД ............................ 89 
2.2. Основы организации радиоуправления ЛА ............................................. 89 
2.3. Вопросы организации управления авиацией с АК РЛДН ..................... 90 
2.4. Особенности управления БЛА .................................................................. 90 
2.5. Общие проблемы и вопросы совершенствования СВРС управления авиацией ...................................................................................................... 91 
2.6. Исследование спутниковых сетей связи .................................................. 94 
2.7. Вопросы уязвимости и живучести БЛА ................................................... 95 
2.8. Анализ и управление ресурсами СВРС ................................................... 95 
2.9. Маршрутизация и ретрансляция информационных потоков в СВРС ...... 96 
2.10. Оценка интенсивности трафика, передаваемого в СВРС .................... 98 
2.11. Помехозащищенность СВРС .................................................................. 98 
2.12. Исследование неортогонального множественного доступа в СВРС ... 100 
2.13. Вопросы организации и ведения воздушной разведки ...................... 105 
2.14. Выводы по итогам анализа существующего научно-методического аппарата и известных результатов исследований ............................... 105 

3. Обоснование необходимости повышения скорости обмена данными в 
сетях воздушной и воздушно-космической радиосвязи управления авиацией ВВС как актуальной цели работы. Постановка научной проблемы 
исследования ........................................................................................................ 106 
3.1. Основные формальные положения исследования ................................ 106 
3.2. Частные научные задачи ......................................................................... 110 
3.3. Обоснование общей схемы проведения исследования и частных 
научных результатов ....................................................................................... 113 
3.4. Основные рамки исследования ............................................................... 116 
ЧАСТЬ II. КОМПЛЕКС МОДЕЛЕЙ И МЕТОДИК ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В СВРС УПРАВЛЕНИЯ АВИАЦИЕЙ 
ВВС ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И СИГНАЛЬНОГО РЕСУРСОВ 
НА ФИЗИЧЕСКОМ УРОВНЕ МОДЕЛИ OSI .................................................. 119 
4. Методики повышения скорости обмена данными в СВРС управления авиацией за счет использования пространственного ресурса путем 
адаптивного выбора маршрутов полета ЛА в обход зон РЭП и ПВО ....... 121 
4.1. Актуальность, роль и место разрабатываемых вопросов ................ 121 
4.2. Постановка частной научной задачи разработки методик .............. 122 
4.3. Методика кластеризации полетных зон ТВД по степени устойчивости управления .................................................................................... 124 
4.3.1. Формализация зоны полетов на ТВД в виде геотопологической модели .......................................................................................... 124 
4.3.2. Постановка задачи формирования полетных зон ...................... 126 
4.3.3. Формирование полетных зон на основе модификации алгоритма иерархической кластеризации Ланса-Вильямса ....................... 128 
4.4. Методика формирования маршрутов полета ЛА в обход зон 
РЭП и ПВО .................................................................................................. 133 
4.4.1. Обоснование пути решения ......................................................... 133 
4.4.2. Формирование маршрутов полета ЛА на основе модификации алгоритма Дейкстры .................................................................... 134 
4.5. Методика оценивания устойчивости маршрутного управления 
ЛА в условиях применения средств РЭП и ПВО .................................... 137 
4.5.1. Постановка задачи на разработку методики .............................. 137 
4.5.2. Формализация методики .............................................................. 138 
4.5.3. Формализация показателя выигрыша в устойчивости маршрутного управления ЛА .......................................................................... 139 
4.6. Исследование формирования маршрутов полета ЛА и оценка 
выигрыша по показателю устойчивости маршрутного управления ..... 140 
4.7. Выводы по четвертой главе ................................................................ 143 

5. Модели и методика повышения скорости обмена данными в СВРС 
за счет адаптивного совместного использования энергетического и 
сигнального ресурсов ...................................................................................... 146 
5.1. Актуальность, роль и место разрабатываемых вопросов ................ 146 
5.2. Постановка частной научной задачи разработки моделей и 
методики ...................................................................................................... 147 
5.3. Модель энергетического бюджета радиолиний СВРС при использовании пространственно направленных антенн ............................. 150 
5.3.1. Анализ бюджета радиолинии в СВРС ........................................ 150 
5.3.2. Обоснование требований к антенной системе в интересах 
компенсации нестабильности ее пространственного положения ...... 155 
5.3.3. Использование многоэлементной кольцевой антенны с 
управляемой диаграммой направленности .......................................... 157 
5.3.4. Использование многоэлементной фазированной антенной 
решетки с управляемой диаграммой направленности ........................ 157 
5.3.5. Использование нескольких переключаемых антенн с узкой 
диаграммой направленности .................................................................. 159 
5.3.6. Использование параболической антенны на опорно-поворотном устройстве ................................................................................... 162 
5.4. Модель адаптивного выбора вида сигнала и скорости кодирования в отдельном канале СВРС ............................................................... 165 
5.4.1. Обоснование использования QAM сигналов как рационального способа повышения скорости обмена данными в отдельном 
канале сети воздушной радиосвязи ....................................................... 166 
5.4.2. Анализ аналитических оценок помехозащищенности PSK и 
QAM сигналов, а также проверка их адекватности на основе 
экспериментальных исследований ........................................................ 170 
5.4.3. Коррекция аналитических оценок помехозащищенности PSK 
и QAM сигналов на основе экспериментальных исследований с 
учетом многолучевого распространения радиоволн ........................... 172 
5.5. Методика повышения скорости обмена данными в СВРС за 
счет адаптивного совместного использования энергетического и 
сигнального ресурсов сети ......................................................................... 176 
5.5.1. Схема методики ............................................................................. 177 
5.5.2. Выбор антенной системы ............................................................. 177 
5.5.3. Компенсация пространственных и временных параметров колебания точки прицеливания направленной антенной системы ЛА .... 179 
5.5.4. Формирование вариантов адаптивного выбора вида сигнала 
и скорости помехоустойчивого кодирования для отдельного час

тотного канала СВРС при различных моделях распространения 
радиоволн ................................................................................................. 183 
5.6. Исследование повышения скорости обмена данными в отдельном канале СВРС при реализации предлагаемой схемы адаптивного 
выбора вида сигнала и скорости кодирования в условиях случайного множественного доступа абонентов ................................................ 186 
5.7. Выводы по пятой главе ........................................................................ 189 
6. Модели и методики компенсации неортогональных помеховых сигналов в СВРС с целью повышения эффективности использования частотного ресурса за счет применения неортогональных конструкций 
сигналов ............................................................................................................ 192 
6.1. Актуальность, роль и место разрабатываемых вопросов ................ 192 
6.1.1. Основные положения и посылки ................................................. 193 
6.1.2. Оптимальное детектирование неортогональных сигналов ...... 193 
6.1.2.1. Оптимальное детектирование по критерию минимума 
вероятности ошибки на групповой символ ...................................... 198 
6.1.2.2. Оптимальное детектирование по критерию минимума 
вероятности ошибки на символ пользователя ................................. 199 
6.2. Постановка частной научной задачи разработки моделей и 
методики ...................................................................................................... 200 
6.3. Модели сигналов BPSK и QPSK, применяемых в перспективных СВРС, и структурной помехи, подобной полезному сигналу .. 201 
6.4. Модель распределения дискретных состояний группового сигнала пользователей в СВРС, функционирующей в условиях действия структурной помехи ............................................................................. 204 
6.5. Методика компенсации неортогональных помеховых сигналов 
в СВРС .......................................................................................................... 209 
6.6. Методика компенсации неортогональных помеховых сигналов, 
подобных по структуре полезному сигналу, в условиях псевдослучайной перестройки рабочей частоты ...................................................... 213 
6.7. Техническое средство компенсации структурной помехи – демодулятор авиационного приемника .............................................................. 216 
6.8. Исследование компенсации неортогональных помеховых 
сигналов ....................................................................................................... 224 
6.8.1. Исследование потенциальной помехоустойчивости демодулятора с компенсацией структурных помех......................................... 224 
6.8.2. Исследование демодулятора с компенсацией неортогональных помеховых сигналов в различных помеховых условиях ............ 228 
6.8.2.1. Цели и задачи имитационного моделирования .................. 228 
6.8.2.2. Условия имитационного моделирования ............................ 229 

6.8.2.3. Структурно-логическая схема функционирования программной модели .................................................................................. 230 
6.8.3. Исследование допустимого отношения помеха/сигнал ............ 233 
6.8.4. Исследование влияния отношения помеха/шум ........................ 235 
6.8.5. Исследование влияния рассогласования по фазе тактового 
колебания ................................................................................................. 236 
6.8.6. Исследование влияния рассогласования по тактовой 
частоте ...................................................................................................... 238 
6.8.7. Исследование влияния рассогласования по несущей частоте . 239 
6.9. Статистические испытания демодулятора BPSK сигналов с компенсацией структурной помехи ................................................................. 240 
6.10. Выводы по шестой главе ................................................................... 246 
ЧАСТЬ III. КОМПЛЕКС МОДЕЛЕЙ И МЕТОДИК ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В СВРС УПРАВЛЕНИЯ АВИАЦИЕЙ 
ВВС ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОСТИ ВРЕМЕННОГО И 
ЧАСТОТНОГО РЕСУРСОВ НА КАНАЛЬНОМ УРОВНЕ МОДЕЛИ OSI ..... 250 
7. Модели и методика повышения скорости обмена данными в СВРС 
управления ЛА за счет адаптивного распределения временного ресурса сети ............................................................................................................. 251 
7.1. Актуальность, роль и место разрабатываемых вопросов ................ 251 
7.2. Постановка частной научной задачи разработки моделей и 
методики ...................................................................................................... 252 
7.3. Модель трафика, передаваемого в канале управления ЛА при 
управлении им в процессе выполнения целевых задач .......................... 253 
7.3.1. Анализ задач, решаемых ЛА, способов управления и этапности его полета, влияющих на интенсивность трафика в канале 
управления ............................................................................................... 253 
7.3.2. Анализ интенсивности трафика, передаваемого в канале управления ЛА ............................................................................................. 256 
7.3.3. Формализация показателя интенсивности нестационарного 
трафика на различных этапах полета .................................................... 258 
7.4. Модель экстраполяции и прогнозирования интенсивности нестационарного трафика ............................................................................... 261 
7.4.1. Выбор метода решения задачи экстраполяции .......................... 263 
7.4.2. Определение типа используемой экстраполирующей функции ............................................................................................................. 265 
7.4.3. Определение параметров линейной экстраполирующей 
функции .................................................................................................... 267 
7.4.4. Определение параметров параболической экстраполирующей функции ............................................................................................ 269 

7.4.5. Проверка адекватности функции экстраполяции интенсивности трафика .......................................................................................... 270 
7.4.6. Формирование итоговой оценки интенсивности нестационарного потока трафика в канале управления ЛА на следующий 
цикл управления ...................................................................................... 273 
7.5. Модель функционирования СВРС со случайным множественным доступом .............................................................................................. 279 
7.5.1. Алгоритм функционирования абонента в процессе случайного множественного доступа к каналу связи ..................................... 279 
7.5.2. Формирование исходных данных для моделирования ............. 279 
7.5.3. Формализация процесса случайного множественного доступа абонентов к отдельному частотному каналу СВРС ....................... 281 
7.6. Модель управления ЛА при наведении его на воздушную цель с 
учетом своевременности передачи трафика ............................................ 285 
7.6.1. Постановка частной задачи на моделирование ......................... 285 
7.6.2. Формализация модели .................................................................. 286 
7.6.3. Оценивание зависимости вероятности наведения ЛА на воздушный объект от своевременности передачи трафика в канале 
управления ............................................................................................... 288 
7.6.4. Исследование вероятности наведения ЛА на воздушный 
объект от своевременности передачи трафика в канале управления ......................................................................................................... 289 
7.7. Методика повышения скорости обмена данными в СВРС управления ЛА за счет адаптивного распределения сетевого временного 
ресурса с учетом интенсивности передаваемого трафика ...................... 290 
7.7.1. Основные положения и посылки ................................................. 290 
7.7.2. Расчет необходимой скорости канала управления ЛА ............. 293 
7.7.3. Адаптивное распределение временного ресурса канала множественного доступа СВРС управления ЛА ........................................ 296 
7.7.4. Обоснование необходимости дополнительного распределения частотного ресурса в СВРС управления ЛА ................................. 300 
7.8. Исследование повышения скорости обмена данными в СВРС 
управления ЛА за счет адаптивного распределения временного ресурса.............................................................................................................. 301 
7.8.1. Исследование повышения скорости обмена данными в 
СВРС при управлении группой ЛА ...................................................... 301 
7.8.1.1. Исследование необходимой скорости канала управления ЛА с учетом параметров СВРС .................................................. 301 
7.8.1.2. Исследование повышения скорости обмена данными в 
СВРС при различных вариантах применения группы ЛА ............. 304 

7.8.2. Исследование рамок целесообразного применения методики повышения скорости обмена данными в СВРС управления ЛА 
за счет адаптивного распределения сетевого временного ресурса 
с учетом интенсивности передаваемого трафика ................................ 310 
7.8.2.1. Исследование повышения своевременности передачи 
команд и данных в канале управления ЛА ....................................... 311 
7.8.2.2. Исследование повышения вероятности наведения ЛА в 
район выполнения целевой задачи. Формирование рамок целесообразного применения методики ................................................... 313 
7.9. Выводы по седьмой главе ................................................................... 315 
8. Модель и методика повышения скорости обмена данными в СВРС 
управления ЛА за счет адаптивного распределения частотного ресурса ..... 318 
8.1. Актуальность, роль и место разрабатываемых вопросов ................ 318 
8.2. Постановка частной научной задачи разработки модели и методики ............................................................................................................... 320 
8.3. Модель адаптивного использования частотного ресурса СВРС и 
организации доступа абонентов к сетевой среде ..................................... 320 
8.3.1. Формирование исходных данных для моделирования процесса распределения частотных каналов СВРС .................................. 321 
8.3.2. Моделирование процесса случайного множественного доступа абонентов к отдельному каналу СВРС......................................... 323 
8.3.3. Формализация процесса распределения частотных каналов 
в многоканальной СВРС ......................................................................... 325 
8.3.4. Формализация показателей качества обслуживания при распределении частотных каналов в многоканальной СВРС .................. 326 
8.3.5. Выводы по результатам моделирования организации доступа абонентов к СВРС .............................................................................. 329 
8.4. Методика определения необходимого числа частотных каналов 
для СВРС, достаточного для обеспечения управления заданным 
числом ЛА и обмена данными с требуемым качеством обслуживания ............................................................................................................. 329 
8.5. Исследование повышения скорости обмена данными в СВРС 
управления ЛА за счет адаптивного распределения энергетического, 
сигнального, временного и частотного ресурсов сети ............................ 330 
8.5.1. Исследование качества обслуживания в отдельном канале 
СВРС при реализации в нем схемы адаптивного выбора вида 
сигнала и скорости кодирования в условиях случайного множественного доступа абонентов .................................................................... 332 
8.5.2. Исследование процесса распределения частотных каналов в 
СВРС ......................................................................................................... 336 
8.6. Выводы по восьмой главе ....................................................................... 343