19-05-2011ispravleno - MSTUCA

advertisement
Введение
В настоящее учебное пособие включены вопросы, которые должны
рассматриваться как продолжение материалов, излагаемых в первой части –
«Принципы анализа электромагнитного взаимодействия РЭО».
Обеспечение достоверности, точности и целостности информации,
формируемой РЭО, функционирующем в сложной электромагнитной
обстановке (ЭМО), является одной из сторон деятельности инженерного
состава, занимающегося информационной безопасностью.
Используемые математические модели для амплитудной и частотной
оценки восприимчивости приемно-анализирующих трактов по различным
каналам приема, характеристик излучения и параметров антенно-фидерных
устройств позволяют с определенной степенью точности получать
квалиметрические оценки результата воздействия помех на различные виды
оборудования.
Однако наряду с этим необходимо агрегировать методики оценки ЭМО,
позволяющие производить оценки параметров ЭМС РЭО по результатам
различных измерений. К последним, рассматриваемым в настоящем пособии,
относятся полевые и трактовые методы, а также методы измерений в
лабораторных условиях.
Особое внимание вызывает аппаратура, использующая цифровые методы
обработки информации. При анализе данных устройств необходимо
использовать оценки, опирающиеся на вероятностные метрики и,
следовательно, производить декомпозицию расчетов для различных
функциональных элементов.
Для выбора норм частотно-территориального разноса необходима
организация радиоконтроля, который должен учитывать ЭМО в районах
функционального использования РЭО.
Особое внимание при этом следует уделять спутниковым системам
навигации и связи, все более используемых в различных информационных
структурах и наряду с этим производить расчет параметров ЭМС ССНС.
Эти и другие вопросы рассматриваются в настоящем учебном пособии.
4
1. Методология оценки ЭМС ТКС ГА
1.1. Принципы комплексного анализа ЭМВ ТКС и расчета
количественных характеристик ЭМС
Количественные методы анализа состояния и прогнозирования (оценки)
возможностей ЭМС РЭС ГА предполагают учет большого количества ТТХ
РЭС, а именно, при определении состава и значений исходных данных
учитываются данные об ИП, о ПРМ, об АФУ ИП и ПРМ и другие
дополнительные сведения.
Само прогнозирование ЭМО производится при оценке временных режимов
работы РЭС, т.е. при T1  Ti  0 , где:
– временной интервал
функционирования рассматриваемого средства,
– временные интервалы
функционирования РЭС, являющихся источниками НЭМП.
Затем производится частотная и амплитудная оценки помех (ЧОП и АОП).
Полученные результаты корректируются при полном учете факторов,
определяющих ЭМО для конкретных условий.
Алгоритм прогнозирования ЭМС РЭС ГА сводится к структуре,
изображенной на рис. 1.1.
Исходные
данные
1.
5.
Анализ временных
рядов
T1  Ti  0
3.
АОП
W ( Pn  Pдоп )  WSK
Да
Нет
ЧОП
Да
( f  a)  ( f  b)
Ввод дополнительных
ограничений
к 1 или 3 или 5
Нет
Рис. 1.1. Упрощенный алгоритм прогнозирования ЭМС РЭС
5
Практическая реализация приведенного алгоритма возможна при
использовании современных вычислительных средств. В США, например, для
решения задач оценки ЭМС РЭО разрабатывается специальное программное
обеспечение.
Существует большое количество алгоритмизированных методик оценки
ЭМС РЭС [1,2,3]. Наиболее общими характеристиками каждой является
обязательный массив данных, включающий в себя: для источников помех –
мощность ПРД, класс и частоту основного излучения, расстояние между ПРД и
ПРМ, длительность и частоту повторения импульсных помех в случае анализа
последних: для ПРМ – рабочую частоту приема, ширину полосы пропускания,
чувствительность ПРМ, промежуточную частоту; для АФС – КНД по
основному и боковым лепесткам ДНА, вид поляризации сигнала, к.п.д. АФТ.
Отметим, что в ряде методик используются дополнительные данные:
восприимчивость ПРМ на частотах ПКП; уровни мощности на выходе АФС;
различные ХЧИ ПРМ и т.д.
Сам энергетический анализ или оценка мощности излучения не учитывает,
как правило, взаимодействие РЭС, находящихся в ближней зоне. При оценке
используется формула связи [4]:
,
(1.1)
где:  F1 , F2  - минимальный промежуток частот; 1 ( f ), 2 ( f ) - коэффициенты
передачи АФТ ПРД; G1 - коэффициент усиления соответствующей антенны;
 - коэффициент поляризационных потерь.
F
2
S  Pc  S ( f , f )df .
0
1
F
1
(1.2)
Непосредственный расчёт по формуле (1.1) крайне затруднен ввиду
исключительно большого числа факторов, определяющих масштабность
помехи. Для упрощения расчётов постараемся заменить подынтегральные
функции подходящей аппроксимизацией с последующей аппроксимацией РП
от указанных параметров.
Сама процедура реализуется на ЭВМ с помощью известных численных
методов.
Частотный  f p  и территориальный  z p  разносы РЭС ведутся с учетом
6
ограничения расстояния между РЭС и значениями углов ориентации ДНА.
Норма разноса определяется из соотношения:
F  f , r   W ,
p
0
 
(1.3)
где F  f , r  - вероятность W  PП  PПдоп  , определяемая как функция
p
 
расстройки частот f и территориального разноса rp ; W0 - требуемая
вероятность обеспечения ЭМС.
Величина f имеет тот же смысл, что и при вычислении мощности помехи.
При этом   f 2  определяется соотношением
 2   1p  mn f2  n m z f ПЧ  ,
 f
(1.4)
где величины p, m, n, z,определяют помеховую комбинацию частот.
Результат решения (1.3) определяется с помощью ЭВМ при расчете неявно
заданных функций.
1.2. Функционирование РЭО в условиях воздействия
непреднамеренных электромагнитных помех (НЭМП)
Современные РЭК являются сложными системами, представляющими
собой совокупности функционально взаимосвязанных радиоэлектронных и
других средств. Для определения степени влияния НЭМП на качество
функционирования РЭК целесообразно выполнить декомпозицию процесса
функционирования
РЭК
на
основе
многоуровневого
процесса
функционирования комплекса (эксплуатации).
Первый (тактический) уровень описания предусматривает разбиение всего
процесса функционального использования РЭК, отличающихся друг от друга
целевыми задачами функционирования. Дискретность представления процесса
функционирования выбирают из соображений неизбежности оценки ЭМО на
каждом этапе эксплуатации.
Второй (функциональный) уровень описания предусматривает выражение
главной целевой задачи, возлагаемой на комплекс в виде совокупности частных
функциональных задач, в число которых входят, например, задачи обеспечения
радиосвязи, радиолокации, радионавигации, телеметрии. Перечень частных
7
функциональных задач вытекает из анализа технических методов получения
(извлечения) полезной информации и принципов работы всех элементов
комплекса.
Соответствие частных функциональных задач выполнению главной целевой
задачи РЭК по этапам отражается матрицей
L  l ,
ф
ki
(1.5)
строки которой указывают на этапы функционирования РЭК, а столбцы – на
частные функциональные задачи, решаемые на каждом из этапов. Размеры
матрицы (1.5) определяются количеством km этапов функционирования РЭК и
числом im (полным перечнем) частных функциональных задач.
Элементы матрицы (1.5):
1, если i -я частная задача должна выполняться на k -м этапе.
lki  
0, в противном случае.
Четвертым является методический уровень описания РЭК, связанный с
многообразием методов (способов) решения частных задач. Взаимосвязь между
частными функциональными задачами и способами их решения выражается
матрицей выбора способа:
B   .
k
i
(1.6)
Строки матрицы (1.6) соответствуют частным функциональным задачам,
столбцы – способам (методам) их решения, а элементы  i  1,2,..., im ;
  1,2,..., m  обозначают факт использования   го способа для решения i  й
задачи и принимают значения «единица» или «ноль».
Следующий, пятый (операционный) уровень описания относится к
декомпозиции способа решения частной функциональной задачи в форме
совокупности трёх последовательных операций: разрешающей, управляющей и
исполнительной.
Соответствие между условиями и способами решения частной
функциональной задачи устанавливается матрицей
Г 

,
(1.7)
где:   порядковый номер способа решения i  функциональной задачи;
  вариант внешних условий.
8
Разрешающая операция связана с возможностью реализации того или иного
способа решения частной функциональной задачи в заданных внешних
условиях, не зависящих от ЭМО.
Управляющая операция отражает возможность выбора способа решения
частной задачи в зависимости от возможной ЭМО.
Исполнительная операция обеспечивает собственно решение частной
функциональной задачи одним способом или сочетанием нескольких средств,
которые соответствуют способу, обусловленному первыми двумя видами
операций.
Соответствие между вариантами внешних условий и вариантами ЭМО при
реализации   го способа решения частной функциональной задачи
устанавливается матрицей
E  

 
,
(1.8)
где   порядковый номер варианта ЭМО.
Завершающим, шестым (техническим) уровнем является описание РЭК,
которое устанавливает взаимосвязь между каждым из видов исполнительной
операции и средством (или набором средств), которое реализует этот вид
операции с учетом вариантов внешних условий и вариантов ЭМО. Шестой
уровень описания устанавливает взаимосвязь между исполнительным
элементом РЭК и способом реализации частной функциональной задачи.
Это соответствие устанавливается матрицей
Z z

,
(1.9)
где   порядковый номер средства.
На рис. 1.2 приведена обобщающая схема декомпозиции процесса
функционирования РЭК, позволяющая систематизировать все функциональные
задачи и операции, выполняемые РЭО и другими элементами РЭК.
9
Рис. 1.2. Схема декомпозиции процесса функционирования
радиоэлектронного комплекса
1.3. Сетевая модель функционирования сложных ТКС
Порядок выполнения комплексом функциональных задач v операций, а
также их взаимосвязь выражаются сетевой моделью (рис. 1.3). Сетевая модель
функционирования РЭК представляет собой направленный граф [3], состоящий
из множества вершин (кружки на рисунке) и множества ребер, соединяющих
вершины. Вершины соответствуют состояниям выполнения частных функциональных задач и операций, а ребра — переходу из одного состояния в
другое. Сетевая модель представляет собой непрерывную структурную схему,
которая начинается исходной вершиной и заканчивается конечной вершиной.
Исходная вершина схемы соответствует нерешенному состоянию главной
целевой задачи комплекса, а конечная вершина — ее решенному состоянию.
10
Соответственно вершина в начале ребра означает нерешенное состояние
частной функциональной задачи (кружок с двумя концентрическими
окружностями) или начало операции (кружок с одной окружностью) , а
вершина в конце ребра означает решенное состояние функциональной задачи
или выполненную операцию. Поскольку каждая из вершин внутри схемы
связана, по крайней мере, с двумя ребрами, из которых одно заканчивается на
данной вершине, а второе — начинается в ней, то каждая внутренняя вершина
соответствует двум состояниям: завершению предшествующей операции и
началу последующей операции. Упорядоченность и однозначность структуры
модели обеспечиваются последовательной нумерацией вершин модели (1, 2...)
и ребер  d12 , d 25 ,... .
Рис. 1.3. Сетевая модель выполнения функциональной задачи
В сетевой модели решение общей функциональной задачи, возложенной на
комплекс, представляется в виде последовательного выполнения всех частных
функциональных задач, учтенных функциональной матрицей.
Для описания всех этапов функционирования РЭК используется одна
модель, а отсутствие каких-либо частных функциональных задач на этапе
учитывается дополнительным ребром, замыкающим вершины этой частной
функциональной задачи. Например, это вершины 8 и 14 на рис. 1.3.
Частная функциональная задача, как это следует из матрицы, может
выполняться различными путями. Поэтому в модели предусмотрены
параллельные пути решения частных задач. Так, на рис. 1.3 первая частная
задача (вершины 1—8) имеет четыре пути решения (1—2—5—8, 1—3—6—8,
1—3—7—8, 1—4— 7—8).
Количество путей решения каждой функциональной задачи не может быть
меньше числа вариантов внешних условий, которые выражаются множеством
разрешающих операций и которые идентичны для всех частных
функциональных задач.
11
Важным является свойство сетевой модели отображать решение каждой
частной функциональной задачи в форме совокупности трех последовательных
операций: разрешающей, управляющей и исполнительной. Это выражается
трехзвенной структурой каждого из путей, который обозначает на схеме
решение частной функциональной задачи. Например, на рис. 1.3 первая
функциональная задача 1—8 решается первым путем 1—2—5—8 посредством
выполнения разрешающей операции 1—2, управляющей операции 2—5 и
исполнительной операции 5—8. Исполнительные операции на схеме
обозначают простым (стрелка с одной чертой) или сложным (стрелка с двумя
чертами) звеном, в зависимости от того, как они реализуются: одним или
несколькими элементами РЭК. Количество исполнительных операций по
каждой частной функциональной задаче равно числу способов ее решения, а
последовательность исполнительных операций при решении частной задачи
соответствует шестому уровню декомпозиции процесса функционирования
РЭК и отражает связь способа решения частной функциональной задачи с
техническими устройствами, обеспечивающими решение этих задач.
Характерной особенностью звеньев внутри каждого из трех видов
подмножеств (разрешающих, управляющих и исполнительных) является их
несвязанность.
Для объединения этапов функционирования комплекса, частных
функциональных задач и операций выполнения последних в единую модель
процесса функционирования и представления ее в математической форме
используют две логические операции:
конъюнкцию, которая представляет собой двухместную логическую
операцию, соответствующую союзу «И» («и тот, и другой») в обычном языке
(математическое обозначение операции конъюнкции —  );
дизъюнкцию, которая представляет собой двухместную логическую
операцию, соответствующую союзу «ИЛИ» («или тот, или другой», но не оба
вместе) в обычном языке (математическое обозначение операции
дизъюнкции—  ).
Взаимосвязь звеньев с учетом отмеченных выше свойств представляется
следующей:


связь разрешающих звеньев — дизъюнкция d12  d13 ; связь управляющих
звеньев
—
 d36  d37  ; связь разрешающих звеньев
конъюнкция  d12  d 25  ; связь управляющих звеньев
дизъюнкция
управляющими —
с
с
12


исполнительным — конъюнкция d 25  d58 .
Запись процесса выполнения частной функциональной задачи (например,
первой, обозначенной на рис. 1.3 вершинами 1—8) с учетом вышеуказанных
видов взаимосвязи разрешающих, управляющих и исполнительных звеньев
имеет вид:


A1 : d12   d25  d58   d13   d36  d68    d37  d78    d14   d47  d78  (1.10)
Общая функциональная задача РЭК на fe-м этапе функционирования
представляется как решение всех частных функциональных задач на этом
этапе:
(1.11)
B : A  A  ...  A ,
k 1k
2k
l k
m
а общая функциональная задача с учетом всех k последовательных этапов
функционирования выражается в виде:
B : B  B  ...  B  ...  B .
1
2
k
k
m
(1.12)
Рис. 1.4. Вариант сетевой модели частотно-территориального разноса
функционирования комплекса
Заметим, что как частная функциональная задача, так и главная целевая
задача могут решаться различными путями, каждому из которых на сетевой
модели соответствует своя (отличающаяся хотя бы одним звеном) непрерывная
последовательность звеньев от первой до последней вершины.
Так, применительно к (1.10) первая частная функциональная задача может
13
решаться
 2 : d
первым
13
36
d
1
A :d  d  d ,
1
12
25
58
или
вторым
путем
 3 : d
 d  d , или
68
13
37
78
 4
четвертым путем A : d  d  d .
1
14
47
78
Сетевая модель может быть выражена аналитически в форме матрицы
непосредственных путей [3]. Это квадратная матрица, строки и столбцы
которой обозначают номера вершин сетевой модели, а элементы d gh , стоящие
A
1
d
путем
,
или
третьим
путем
A
1
на пересечении g  й строки и h  го столбца, обозначают ребра, соединяющие
g  ю и h  ю вершины схемы. Матрица непосредственных путей для сетевой
модели, представленной на рис. 1.4, имеет вид:
0 d
12
0 0
d
gh
 0
0
0
0
0
0
d
d
13 14
d
0
23
0 d
34
0
0
0
0
0
d
25
d .
35
d
45
0
(1.13)
Порядок матрицы равен числу вершин в сетевой модели. Элементы главной
диагонали матрицы равны нулю. Если начало ребра примыкает к вершине с
меньшим номером, чем его конец, т.е. нумерация вершин в сетевой модели
отвечает последовательности выполнения операций и решения частных
функциональных задач, то матрица непосредственных путей будет
треугольной.
1.4. Комплексная оценка ЭМС ТКС на объектах и локальных
группировках
Объект представляет собой совокупность функционально связанных между
собой РЭС, размещенных в ограниченном объеме и обеспечивающих
выполнение общей задачи. Например, РЭС, размещаемые в районе аэропорта.
Локальная группировка представляет собой совокупность РЭС или
объектов, размещенных в локальной области свободного пространства или в
одном ограниченном территориальном районе и обеспечивающих выполнение
одной или нескольких взаимосвязанных задач.
Метод комплексной оценки предусматривает оценку ЭМС в варианте
воздействия совокупности непреднамеренных помех нескольких РЭС на
14
совокупность приемников, входящих в состав РЭС объекта или ЛГ. Таким
образом, в процессе функционирования объекта или ЛГ создается сложная
помеховая обстановка, характеризуемая множеством состояний.
Каждому   му состоянию ПО на объекте соответствует определенный
уровень мощности непреднамеренной помехи, который рассчитывается
методом парной или групповой оценки. Поскольку РЭК может
функционировать либо с простой, либо со сложной логикой взаимосвязи, то
комплексная оценка ЭМС формируется путем сочетания всех вариантов
парного и группового методов с каждым из видов логики, что дает шестнадцать
вариантов комплексного метода оценки ЭМС 3 .
Логика комплексирования ТКС учитывается сетевой моделью, а
комплексная оценка ЭМС ТКС выполняется по показателю качества
функционирования эффективности радиоэлектронного комплекса.
Показатель качества функционирования комплекса РЭС Qk в общем виде
представляет собой функцию, зависящую от качества функционирования
отдельных ТКС, состояний ПО и внешних условий функционирования, т.е.


Q  f W ,  , ,
(1.14)
k
i
где   состояния внешних условий.
При детерминированной ПО показатель качества функционирования
комплекса определяется для тех состояний ПО, в которых он будет
функционировать:


Q
 f W
,  .
(1.15)
k  
i





При случайном возникновении состояний ПО качество функционирования
комплекса определяется как усредненный показатель по всем возможным
состояниям:
(1.16)
Q   p Q
,
k
 k  
 
где p  вероятность   го состояния.
Оценка обеспечения ЭМС РЭС объекта или ЛГ определяется по степени
снижения качества функционирования при воздействии непреднамеренных
помех,
характеризуемой
коэффициентом
сохранения
качества
функционирования:
(1.17)
 Q Q ,
k
k k0
где Qk 0  качество функционирования комплекса без учета воздействия НЭМП.
15
Электромагнитная совместимость комплекса считается обеспеченной, если
(1.18)
 
.
k
k тр
При   
можно определить степень недостаточности обеспечения
k
k тр
ЭМС комплекса ТКС:
(1.19)

  .
эмс
k
k
0
k
Значение 
позволяет оценить необходимость применения мер по
эмс
k
обеспечению ЭМС.
1.5. Точностные характеристики решения расчетных задач
Результаты решения рассмотренных основных задач по ЭМС РЭО
выдаются в виде количественных оценок. При этом возможные погрешности
результатов расчета возникают из-за неточности используемых исходных
данных, упрощения расчетных соотношений и ошибок собственно вычислений.
Результаты расчета во всех рассмотренных задачах ЭМС являются
функцией f  x1, x2 ,..., n  многих (счетного числа n ) параметров (видов
исходных данных). В пределах необходимой точности получения выходных
данных (порядка единиц процентов) можно считать, что функция f  x1, x2 ,..., n 
по области возможных ошибок аргументов мало отличается от линейной, а
ошибки аргументов мало зависимы между собой. При этом ошибки расчета
величины функции f  x1, x2 ,..., n  выражаются соотношением
n f
f  
x ,
(1.20)
i

x
i 1
где: xi  отклонение (ошибка) i  го параметра; f xi  частная производная
функции f  x1, x2 ,..., n  по i  му параметру.
При случайных ошибках значений
вычислений оценивается дисперсией
параметров
 f
результата
2
 f 
  f       2  xi m ,
i 1  xi  m
(1.21)
xi m  частная производная функции
f  x1, x2 ,..., n  по i  му
n
2
где:
ошибка
параметру в точке , соответствующей математическому ожиданию параметров;
 2  xi m  дисперсия i  го параметра в этой точке.
16
Производные вычисляют путем дифференцирования полных расчетных
формул для соответствующей задачи. В случае использования при расчетах
графических соотношений такое дифференцирование можно выполнять по
графикам либо с помощью ЭВМ, если графические соотношения переведены в
память ЭВМ. Для получения значений частных производных ЭВМ удобно
использовать и в тех случаях, когда аналитические вычисления производной
сложно выполнять по имеющимся формульным зависимостям, а эти
зависимости используются в ЭВМ для основных расчетов.
Важным свойством показателя обеспечения ЭМС РЭС при парной оценке
является линейность функции по отношению к параметрам, входящим в
расчетное соотношение.
Аналогичное положение имеет место и при комплексной оценке ЭМС РЭС,
где целевая функция оценки качества радиоэлектронного комплекса линейна по
отношению к вероятностным показателям качества функционирования
отдельных РЭС.
Это свойство упрощает оценку погрешностей выходных данных и
превращает первое приближение (1.20), (1.21) общего случая в точную оценку
рассматриваемых случаев.
1.6. Дополнительная оценка помех и корректирующие алгоритмы
При оценке ЭМС РЭО необходимо учитывать четыре ситуации возможного
совпадения частот ИП и ПРМ:
ОО – помеха от основного радиоизлучения мешающего ПРД действует по
ОКП ПРМ;
ОП – помеха от основного радиоизлучения мешающего ПРД действует по
ПКП ПРМ;
ПО – помеха от ПК радиоизлучения мешающего ПРД действует по ОКП
ПРМ;
ПП – помеха от ПК радиоизлучения мешающего ПРД действует по ПКП
ПРМ (комбинационный канал).
Для определения и оценки ЭМО в указанных выше ситуациях вычисляют
минимальные и максимальные частоты ПКИ и ПКП и необходимый разнос
между основными частотами ИП и ПРМ.
Минимальные и максимальные частоты ПКИ и ПКП для РЭС с различными
АФТ определяются в соответствии с табл. 1.1.
Необходимый разнос между основными (рабочими) частотами ИП и ПРМ,
при котором не возникает ситуация ОО, определяется выражением:
17
(1.22)
Таблица 1.1
Определение побочных каналов РЭС
Частоты ПК
f min
f max
f min
f max
Характеристика РЭС
ПКИ
0,2 f 0
5,0 f 0
0,8 f 0
5,0 f 0
ИП
ПКП
0,2 f 0
5,0 f 0
0,8 f 0
5,0 f 0
ПРМ
АФТ
коаксиальный
волноводный
–
Для возникновения ситуации ПП должны выполняться следующие
неравенства:
(1.23)
Если любое из неравенств (1.23) не выполняется, то НЭМП от ИП на
выходе ПРМ отсутствует и на этом анализ данной пары ИП – ПРМ
заканчивается. В противном случае переходят к определению наличия других
ситуаций, имеющих место при условиях:
ПО:
(1.24)
ОП:
(1.25)
В случае отсутствия условий выполнения неравенств (1.24) и (1.25)
ситуацию ОО не рассматривают, т.к. для нее должно выполняться следующее
условие:
(1.26)
В соответствии с алгоритмом оценки ЭМС РЭО, изображенном на рис. 1.1,
после проведения ЧОП, переходят к амплитудной оценке помех, начиная с
ситуации ОО. Если уровень ЭМП в этом случае не превышает допустимый, то
необходимость в анализе других ситуаций естественно отпадает. В противном
случае по известной выходной мощности ИП РИП  f 0  вычисляют мощность
мешающих излучений на ПК, пользуясь упрощенным выражением:
18
(1.27)
Все значения определяются в дБ, причем в предположении, что уровень
излучений на гармониках одинаков и ниже основного радиоизлучения на 60 дБ.
Коррекция полученных результатов приводится далее.
Значения коэффициентов усиления антенн для РЭС с неподвижными
антеннами находят только для направления ИП – ПРМ, а для РЭС со
сканирующими антеннами уровни главных и боковых лепестков ДНА
определяются для четырех ситуаций взаимодействия. В случае, если уровни
боковых лепестков ДНА неизвестны, то их находят по значению G  f 0  с
помощью поправочных коэффициентов.
Потери на распространение   R, f  определяются по данным о f 0,ИП и
расстояния R между ИП и ПРМ (рис. 1.5).
Таблица 1.2
Значение уровней боковых лепестков ДНА
№
Диапазон частот, ГГц
Поправочный коэффициент, дБ
1
1…2
-13
2
2,4…6
-11
3
4…6
-13
Мощность помехи на входе ПРМ Pп вх  f  находят суммированием данных
по уровню P ПК, ИП или P ПРД, G ИП – ПРМ, G ПРМ – ИП,  .
Рис. 1.5. Зависимость ослабления мощности помехи от расстояния и
частоты в свободном пространстве
19
Для ИП с непрерывным радиоизлучением, частота которого удовлетворяет
условию (1.27) уровень мощности на входе необходимо сравнивать с
восприимчивостью ПРМ по блокированию имеющие следующие значения в
дБмВт:
Большая часть РЭС ГА работает в СВЧ-диапазоне. Для него характерно
значение PБл  30 дБмВт. В случае, если НЭМП превышает указанные
значения восприимчивости ПРМ, то РЭС несовместимы по блокированию.
Восприимчивость ПРМ на ПКП рассчитывается по формуле:
(1.28)
Если допустимое значение помехи неизвестно, то для большинства РЭС
считают его равным -10 дБ.
Если полоса излучения ПРД не превышает полосы пропускания ПРМ,
необходимо провести коррекцию результатов, полученных на предварительных
этапах.
Постоянно оценивается тот факт, что лишь часть мощности излучения
проникает на выход ПРМ для всех ситуаций взаимодействия.
Затем детализируются точные или статистические значения уровней ПКИ и
восприимчивости по ПКП, вид модуляции помеховых сигналов, поляризации
сигналов для главных лепестков ДНА ИП и ПРМ на основных частотах.
Поправочный коэффициент для ПКИ определяется в соответствии с
выражением:
(1.29)
а для восприимчивости конкретного ПРМ по ПКП в виде:
20
Поправочные коэффициенты, учитывающие вид модуляции и поляризацию
сигналов, представлены в таблицах (1.3) и (1.4) соответственно.
Таблица 1.3
Учет вида модуляции сигналов
Вид модуляции
Расчетная формула
ИМ

АМ
20lg  f ИП  f ПРМ  2f
ЧМ
40lg  f ИП  f ПРМ  2f
Таблица 1.4
Поправочные коэффициенты, учитывающие поляризацию сигналов
Поляризация антенны
ПРМ
G  10 дБ
G  10 дБ
G  10 дБ
Вертикальная
G  10 дБ
Круговая
Горизонтальная
Поляризация антенны ПРД
Горизонтальная
Вертикальная
G  10 д G  10 д G  10 д G  10 д Круговая
Б
Б
Б
Б
0
0
-16
-16
-3
0
0
-16
-20
-3
-16
-16
0
0
-3
-16
-20
0
0
-3
-3
-3
-3
-3
0
По
значениям
превышения
помехи
над
восприимчивостью
(чувствительностью) приемника  П  можно сделать следующие выводы:
1. Существование помехи маловероятно, если П  10 дБ или П не
превосходит допустимого значения.
2. Наличие помехи на выходе ПРМ вероятно, если 10 дБ  П  10 дБ.
3. Присутствие помехи на выходе ПРМ весьма вероятно, если П  10
дБ.
Интермодуляционные помехи возникают в том случае, когда сумма или
разность ОКИ ИП или их гармоник с точностью, определяемой шириной
полосы пропускания ПРМ и шириной спектров сигналов ИП, равна частоте
21
настройки ПРМ.
Для двух ИП это условие запишем в виде:
(1.30)
1.7. Система расчетных методик. Структура расчетных методик
Система взаимосвязанных расчетных методик представляет собой
упорядоченный набор частных методик (модулей), которые реализуют
расчетные соотношения и которые взаимосвязаны между собой так, что
обеспечивают решение всех расчетных задач по оценке электромагнитной
совместимости радиоэлектронного оборудования с разным уровнем
детальности.
Система расчетных методик имеет иерархическую структуру. Верхний уровень системы составляют модули (1 – 9) исходных данных, включающие: 1 –
условия выполнения функциональных задач комплексом РЭС; 2,3 – состав РЭО
(матрицы штатного оснащения) объекта и координаты приемных и передающих антенн на объекте или пространственные характеристики размещения РЭС
в группировке (наземной, воздушной или морской); 4 – матрицу
непосредственных путей решения функциональных задач комплексом РЭО; 5 –
технические характеристики РЭО в объеме данных, необходимых для решения
всех расчетных задач по оценке ЭМС; 6,7 - уровни (нормы) побочных
излучений и восприимчивости побочных каналов приема; 8 – характеристики
помехоустойчивости РЭС в виде вероятностных характеристик эффективности
РЭО (Ф – характеристик) при влиянии непреднамеренных помех и (или)
защитных отношений; 9 – постоянные параметры и константы.
Большинство исходных данных удобно задавать и хранить в памяти ЭВМ в
матричной форме.
Второй уровень системы составляют расчетные модули (10 – 20), реализующие частные расчетные методики и вычислительные операции при выполнении парной (групповой) оценки ЭМС РЭС. Они обеспечивают: 10 –
предварительную
частотно-энергетическую
оценку;
11
–
логикоматематическую оценку варианта сочетания лепестков ДНА выбранной пары
приемник–передатчик; 12 – выявление расчетных аналогий и определение
степени детальности расчета ЭМС РЭО; 13 – анализ (расчет) частотных
совпадений; 14 – расчет коэффициента затенения (ослабления) между
антеннами РЭО, установленных на объекте; 15 – расчет коэффициентов
22
ослабления радиоволн; 16 – расчет параметров спектра внеполосного излучения
и частотного разноса; 17 – расчет энергетических соотношений полезного
радиосигнала и непреднамеренной помехи; 18,19,20 – расчет вероятностей
временных, пространственных и частотных совпадений соответственно.
Третий уровень системы методик образуют модули выходных данных при
выполнении парной (групповой) оценки ЭМС РЭО (модуль 21), расчета норм и
требований по частотно-территориальному разносу РЭО (модуль 22) и решения
информационных задач (модуль 23).
Далее следуют уровни комплексной оценки ЭМС РЭО, в которых
осуществляются расчет и выдача результатов по оценкам ЭМС комплексов
РЭС.
Четвертый уровень системы образуют расчетные модули (24 – 27),
реализующие частные методики и расчетные соотношения комплексной оценки
ЭМС: 24 – расчет априорных вероятностей состояний ЭМО; 25 – расчет
усредненных вероятностей эффективности простых звеньев комплекса РЭО;
26 – расчет и формирование матрицы вероятностей эффективности сложных
звеньев комплекса РЭС; 27 – расчет вероятностных показателей качества
функционирования комплекса РЭО.
Пятый (нижний) уровень содержит два модуля (28, 29) выходных данных по
типовым видам объектов, что соответствует решению задач по комплексной
оценке ЭМС РЭО на объекте (модуль 28) и в группировке РЭО (модуль 29).
При выполнении расчетов по комплексной оценке ЭМС используются как
модули исходных данных (модули первого уровня), так и модули двух
последующих уровней, обеспечивающих в интересах комплексной оценки
ЭМС получение необходимых данных по ЭМС РЭО, составляющих
рассматриваемый комплекс. Основные взаимосвязи модулей, отражающие их
последовательное использование при решении расчетных задач, показаны на
рис. 1.6 и детализированы ниже.
В системе предусматривается централизованное управление решением
задач (нулевой уровень на рис. 1.6). Оно обеспечивает в соответствии с видом и
особенностями решаемой расчетной задачи выбор соответствующих модулей и
устанавливает последовательность их использования. Решение каждой задачи
обеспечивается модулем управления (модуль 0).
Модуль управления и решения частных задач. Порядок решения
комплексных задач обеспечивается модулем управления (модуль 0), работа
которого связана с установлением связи между всеми программными модулями
различного уровня, с обеспечением ввода и контроля поступающей исходной
23
информации, ее последующей передачи между модулями частных расчетных
задач как одного уровня, так и различных уровней сложности решения задач, а
также формирование выходных данных в удобовоспринимаемой форме.
Модуль управления обеспечивает поэтапный способ оценки ЭМО и
формированию конкретных мер по обеспечению ЭМС, выраженных в
количественной мере для складывающихся условий. Поэтапный способ
существенно упрощает вычисления (особенно при большом количестве РЭО).
Суть данного метода управления заключается в проведении ориентировочной
оценки всех возможных параметров непреднамеренной помехи и исключения
на различных этапах решения расчетных задач тех помех, которые в данном
приближении не влияют на работу приемника. Число этапов и специфика
каждого из них определяются конкретными условиями работы (эксплуатации)
РЭО, решаемой задачей по ЭМС и уровнем детальности проводимых расчетов.
В процессе работы головной программы (модуля управления):
осуществляется ввод в электронно-вычислительную машину запроса
(задания) на решение расчетной задачи;
проводится анализ решаемой задачи с целью установления связей между
расчетными модулями и уровень детальности, а также режима работы
программы;
производится отбор и ввод необходимой (в зависимости от решаемой
задачи) переменной информации (модули 1 – 3) с обязательным внутри
программным контролем;
формируется порядок выполнения расчетов (последовательность
использования расчетных модулей).
Поэтапный способ оценки решения задачи ЭМС РЭО организуется путем
перебора всех сочетаний пар приемник–передатчик, анализируемых в данной
задаче, с последующим поиском в банке исходных данных и вводом в
расчетные модули условно-постоянной информации (модули 5 – 8). После
проведения расчетной оценки модуль управления вызывает (с учетом признака
решаемой задачи) один из модулей формирования выходных данных, который
обеспечивает размещение полученной расчетной оценки на носителях в
заданной форме.
Модуль управления, в зависимости от решаемой задачи имеет особенности,
которые связаны:
с управлением задачи оценки ЭМС в складывающейся ЭМО;
с управлением задачи расчета норм ЧТР;
с управлением задачи комплексной оценки ЭМС.
24
Управление задачей оценки ЭМС РЭО в складывающейся обстановке
реализует отборочную модель с учетом размещения объектов на ограниченной
территории или в ограниченном пространстве. На каждом этапе расчетной
оценки ЭМС с учетом степени детальности проводимых расчетов проверяется
условие обеспечения ЭМС, т.е. факт превышения мощности непреднамеренной
помехи допустимого уровня. Оценка ЭМС проводится для каждой пары
приемник–передатчик из всей совокупности РЭО и включает в себя:
расчет угловых координат объектов (РЭО) в пространстве, удаления между
ними и предварительную частотно-энергетическую оценку (модуль 10);
логико-математический выбор варианта сочетания лепестков ДНА
приемника и передатчика в складывающихся условиях их эксплуатации
(модуль 11);
поиск аналогии в пространственном размещении объектов (РЭС) (с учетом
выполненных раннее расчетов) и определение степени детальности расчетов
(модуль 12);
анализ частотных совпадений каналов приема и передачи (модуль 13),
расчет спектра внеполосных излучений (модуль 16) и энергетических
соотношений полезного сигнала и непреднамеренной помехи (модуль 17).
В зависимости от места размещения РЭС (либо на объекте, либо в
группировке) модуль управления подключает модули расчета коэффициентов
ослабления помехи (модуль 14 или 15).
Если при выполнении расчетных задач в задании указано произведение
вероятностной оценки ЭМО, то модуль управления использует методики
вероятностной оценки (модуль 18,19,20). Результаты расчетов помещаются в
таблицы ЭМС (модуль 21).
Управление задачей расчета норм ЧТР распадается на решение двух
самостоятельных, но взаимосвязанных задач: отбор потенциально
несовместимых пар приемник–передатчик и расчет норм ЧТР для каждой
потенциально несовместимой пары РЭС. Результатом решения данной задачи
является установление количественных норм ЧТР, при которых ни одно
средство не влияет на другое.
Для отбора потенциально несовместимых РЭС необходимо:
провести анализ частотных совпадений (модуль 13);
задать вариант совпадения лепестков ДНА приемника и передатчика путем
последовательного перебора всех сочетаний лепестков (модуль 11);
осуществить расчет вероятности пространственных совпадений ДНА
(модуль 19);
25
провести расчеты, предписанные в модуле оценки параметров спектра
внеполосных излучений (модуль 16) и энергетической оценки (модуль 17).
Если для анализируемой пары РЭС и выбранного варианта совпадения
лепестков ДНА имеет место превышение мощности помехи относительно
заданного ее уровня P  P P
, то проводится расчет норм ЧТР для
ij
ij ijзад
данной пары j  го передатчика и i  го приемника. В противном случае расчет
норм не проводится и модуль управления переходит к рассмотрению очередной
пары РЭС.
Для расчета ЧТР необходимо определить величину территориального
разноса по формуле:
r  r P ;
тр ij
ij
(1.31)
определить частотный разнос путем использования расчетных модулей 16 и
17, работающих под контролем модуля управления в режиме расчета
частотного разноса;
разместить полученные результаты в соответствующие таблицы норм ЧТР
(модуль 22).
Если анализируемая пара приемник–передатчик размещаются на земле, то
количественное значение r уточняется с учетом коэффициентов ослабления
тр
k 3 (модуль 15).
Управление задачей комплексной оценки ЭМС осуществляется путем
последовательного вызова модулей решения задачи оценки ЭМС в
складывающейся ситуации, расчета характеристик ЭМО (модуль 24), простых
(модуль 25) и сложных звеньев (модуль 26) сетевой модели процесса
функционирования комплекса и показателя эффективности функционирования
комплекса (модуль 27) в этих условиях. При этом частные расчетные модули
решения задачи оценки ЭМС (модули 10 – 20) используются для оценки
складывающейся ЭМО, а частные расчетные модули более высокого уровня
сложности (модули 24 – 27) характеризуют реакцию приемной стороны
комплекса
на складывающуюся ЭМО с учетом характеристик
помехоустойчивости приемников (модуль 8) и их взаимосвязи между собой
(модуль 4). Результаты комплексной оценки помещаются в специальные
таблицы, формируемые модулями выходных данных комплексной оценки
(модули 28-29). Задача комплексной оценки ЭМС является задачей более
высокого уровня сложности. Подтверждением тому служит то обстоятельство,
что выходные данные задачи оценки ЭМС для задачи комплексной оценки
26
являются исходной информацией. В этом случае модуль выходных данных
оценки ЭМС (модуль 21) не используется.
Модули входных данных. Используемые в расчетных задачах входные
данные (исходная информация) условно можно разделить на следующие
категории:
переменные (пространственно-временные характеристики условий
эксплуатации РЭС, условные номера решаемых задач, режим работы
программных модулей и т.д.);
условно-постоянные (характеристики, изменяющиеся от объекта к объекту
или от одного РЭС к другому);
постоянные (константы, вводимые в различные формулы и не зависящие от
решаемых задач).
Переменные данные включают в себя содержимое модулей (1 – 3), а также
условный номер задачи и режим работы программы (отладочный или рабочий
режим) и ряд вспомогательных числовых характеристик, определяющих объем
вычислений (количество анализируемых приемников, передатчиков, объектов и
т.д.). Эти данные при каждом обращении потребителя к расчетным задачам
подготавливаются вручную на физических носителях (перфокартах, лентах)
или вводятся с дисплеев каждый раз перед началом решения каждой задачи.
Условно-постоянная информация (данные) включает в себя содержимое
модулей (4 – 8) и условные номера типов объектов, характеризующие типовой
штатный состав установленных (размещаемых на них РЭС или другого
оборудования (матрица комплектования). Постоянная исходная информация
(модуль 9) хранится отдельно (например, в оперативной памяти ЭВМ) и для
потребителя, как правило, недоступна. Однако программой решения
предусматривается возможность изменения отдельных ее параметров.
Исходная информация в каждом модуле верхнего уровня системы хранится и
вводится в следующей форме:
модуль 1 представляет собой трехмерную матрицу исходных данных,
которая формируется из функциональной матрицы Aф , матрицы выбора
способа решения Вk , и их внутреннее содержание состоит из нулей и единиц;
модули 2,3 представляют собой таблицы, в которых строки соответствуют
координатам x, y, z в заданной системе координат и условному номеру типу
объекта, а по столбцам располагаются объекты (или РЭС), последние из
которых пронумерованы в произвольном порядке;
модуль 4 представляет собой матрицу непосредственных путей сетевой
модели функционирования радиоэлектронного комплекса или системы;
27
модуль 5 – это массив параметров, представляющий собой непрерывный
поток символов (количественные значения технических характеристик РЭС);
модуль 6 является матрицей, в которой строки соответствуют типам
электровакуумных (полупроводниковых) приборов, используемых в выходных
каскадах передающих устройств, а столбцы – номерам гармоник;
модуль 7 представляется в форме матрицы, в которой строки соответствуют
номерам гармоник сигнала при образовании каналов побочного приема, а
столбцы – номерам гармоник гетеродина приемника;
модуль 8 – это таблица, в которой строки соответствуют классам
приемников РЭС, а столбцы – видам помеховых сигналов; в этот же модуль
входят зависимости Ф-характеристик для каждого типа (класса) приемника;
модуль 9 включает в себя как отдельные данные (числа), так и массивы и
матрицы.
При решении задач первого уровня сложности (оценка ЭМС РЭС и расчет
норм ЧТР) из всей совокупности условно-постоянных входных данных
используются только модули 5 – 8, а также модуль постоянных данных (модуль
9), а переменные данные используются в зависимости от предмета
исследования: либо оценка ЭМС на объекте (модуль 2), либо оценка ЭМС в
группировке РЭС (модуль 3). При решении задач второго (более высокого)
уровня сложности – комплексной оценки ЭМС РЭС объекта (группировки)
используются все модули входных данных условно-постоянной и постоянной
информации, модуль 1 переменной информации и один из модулей 2 или 3 (в
зависимости от предмета исследования).
Модуль выходных данных. Выходные данные решения задачи оценки ЭМС
(модуль 21) представляются в виде матриц ЭМС с выдачей
систематизированных таблиц для каждого типа объекта (группировки РЭС). В
заголовке матрицы указывается информация об анализируемой паре РЭС
(приемники и передатчики по их учетным номерам). Вывод результатов
расчетов включает в себя следующую информацию:
канал влияния помехи по принципу: характер излучения (основное или вид
побочного) и характер приема (основной или вид побочного);
вариант совпадения лепестков ДНА (главных лепестков или фона);
превышение мощности помехи допустимого уровня;
меры обеспечения ЭМС в данных условиях функционирования пары РЭС
(необходимы территориальный и частотный разносы);
вероятность возникновения данной помеховой ситуации.
Результаты решения задачи определения норм ЧТР (модуль 22)
28
представляются в форме упорядоченных таблиц, обеспечивающих возможность
построения графических зависимостей. Вывод результатов осуществляется в
два этапа. Сначала выводится информация об анализируемой паре РЭС (их
учетные номера), варианте совпадения лепестков ДНА с указанием вероятности
их совпадения, а также количественное значение территориального разноса.
Далее для каждого выявленного в результате анализа канала воздействия
помехи выводится информация о частотном разносе как функция от расстояния
между анализируемой парой РЭС. Эта информация помещается в таблицу. При
этом максимальное удаление между приемником и передатчиком, при котором
частотный разнос равен нулю, соответствует территориальному разносу. По
мере уменьшения расстояния между РЭС значение частотного разноса
возрастает.
Информационные задачи (модуль 23) включают в себя вывод по желанию
потребителя информации о технических характеристиках приемника и
передатчика (из модуля 5), уровней побочного излучения (восприимчивости
каналов побочного приема) или их норм (из модулей 6,7), характеристик
помехоустойчивости (из модуля 8) и т.д. Вывод информации осуществляется в
форме упорядоченных таблиц.
Выходные данные решения задачи комплексной оценки ЭМС (модули
28,29) выдаются в виде количественных значений характеристик качества
(эффективности) функционирования комплекса (системы) в заданной (или
складывающейся) ЭМО. При этом выдается также информация,
характеризующая условия, при которых эти характеристики определялись.
Расчетные модули. Состав расчетных модулей выбран таким образом,
чтобы обеспечить поэтапный способ решения задач по ЭМС РЭС. Каждой
задаче соответствует определенный набор частных расчетных модулей,
определяемый модулем управления. В их числе имеются программы решения
задачи, которые используются практически во всех расчетных модулях. Эти
модули образуют ядро частных расчетных задач, к которым примыкают
остальные расчетные модули, дополняя их необходимыми вычислениями. Ядро
данного комплекса расчетных задач составляют следующие расчетные модули:
предварительной частотно-энергетической оценки (модуль 10);
анализа частотных совпадений (модуль 13);
расчета параметров спектра внеполосных излучений (модуль 16);
расчета энергетических соотношений (модуль 17).
Остальные расчетные модули используются в зависимости от решаемой
задачи и начальных условий. Выходные параметры частных расчетных
29
модулей 10 – 20 являются входными параметрами для частных модулей 24-27
при проведении комплексной оценки ЭМС.
Предварительная частотно-энергетическая оценка (модуль 10) проводится с
целью отбора РЭС (пар приемник–передатчик) для последующего анализа
ЭМС. В процессе предварительного частотного отбора исключаются из
дальнейшего анализа сочетания РЭС (приемник–передатчик), у которых в
значительной степени различаются диапазоны рабочих частот. С этой целью
используется вспомогательная прямоугольная система координат (рис. 1.6). По
оси абсцисс откладываются рабочие частоты fi i  го приемника, а по оси
ординат –
f j  го передатчика. Для проведения анализа используются
вспомогательные коэффициенты:
k
f
f ; k
f
f ; k
 ; k
1  ,
f
огр 2
f
j,2 i,1 min  i, j 
i,2 j,1 огр 1
max  i, j 
где:
fi1 , fi 2  минимальная и максимальная частоты рабочего диапазона
перестройки i  го приемника; f , f  минимальная и максимальная частоты
j1 j 2
рабочего
диапазона
перестройки
j  го
передатчика;
 f  заданное
соотношение граничных частот.
Возможность исключения выбранной пары РЭС проверяется по условиям
(1.32)
k
k
, k
k
.
max  i, j  огр 1
min  i, j  огр 2
При невыполнении хотя бы одного из условий (1.32) выбранная пара
приемник-передатчик подвергается последующему предварительному анализу
по энергетическим характеристикам. Для этого определяется расстояние между
РЭС анализируемой пары i  го приемника и j  го передатчика
r 
ij
по
исходным данным модуля 2 или модуля 3. Для случая прямой видимости
между антеннами РЭС расстояние rij вычисляется по формуле:
r 
ij
 xl  xk    yl  yk    zl  zk 
2
2
2
(1.33)
где: x , y , z , x , y , z  координаты l  1-го объекта с установленным на нем
l l l k k k
j  м передатчиком и координаты k  го объекта с i  м приемником
соответственно.
В случае размещения приемника и передатчика на одном объекте или вне
прямой видимости расстояние между антеннами rij определяется по
специальным формулам в модулях 14 и 15. Предварительный отбор
заканчивается исключением из всей совокупности РЭС, находящихся в
30
рассматриваемой группировке (районе, на объекте), тех пар приемникпередатчик, которые функционируют на удалениях, превышающих граничную
 
 rp 
дальность rij
. Граничная дальность – это расстояние между приемником и
передатчиком, при котором мощность помехового сигнала равна или меньше
чувствительности приемника. Граничную дальность можно легко определить
по известной формуле радиосвязи [15]. При выполнении условия
r 
 p
r  r 
ij ij
(1.34)
выбранная пара РЭС из дальнейшего анализа исключается. В противном случае
проводится точная энергетическая оценка. Исходными данными для
выполнения анализа являются:
матрицы комплектования (из модулей 2 или 3);
диапазоны перестройки рабочих частот приемника и передатчика (из
модуля 5);
координаты объектов (РЭС) или антенн РЭС в принятой системе координат
(из модуля 2 или 3);
мощность передатчиков, чувствительность приемников и коэффициенты
усиления приемных и передающих антенн по главному лепестку ДНА и углы
их сканирования (из модуля 5).
Выходными параметрами модуля 10 являются перечень пар i  x
приемников и j  х передатчиков, которые подлежат дальнейшему анализу,
вспомогательные коэффициенты и граничные частоты рабочих диапазонов,
удаление между РЭС  rij  , секторы излучения и приема антенн РЭС.
Анализ частотных совпадений (модуль 13) выполняется с целью
определения неосновных каналов воздействия непреднамеренных помех (в том
числе по основному и зеркальному каналам приема). В результате анализа
определяются ближайшая частота настройки приемника и ширина полосы
совпадения спектра излучения j  го передатчика с полосой пропускания i  го
приемника. Для проведения анализа частотных совпадений используются следующие исходные данные: диапазон рабочих частот приемника и передатчика
(из модуля 10); промежуточная частота, настройка гетеродина и ширина
полосы пропускания первого УПЧ приемника, а также ширина полосы
излучения передатчика (из модуля 5); степень детальности частотного анализа,
исходя из условий эксплуатации РЭС (из модуля 12).
31
Рис 1.6. Предварительный частотный анализ
Выходными параметрами модуля 13 являются значения рабочих частот
приемника и передатчика, при которых образуются каналы проникновения
помех на входе приемника, их частотная расстройка.
Расчет параметров спектра внеполосных излучений (модуль 16) проводится
с целью определения вида спектра для различных классов излучений,
позволяющий с большей степенью детальности определить энергетические
параметры помехового сигнала и величину частотного разноса (обратная
задача) при решении задачи ЧТР с учетом реальной формы спектра излучения.
При этом модель типового спектра излучения представляется в виде кусочноломаной линии. Каждый участок огибающей спектра излучения между точками
изменения наклона огибающей характеризуется распределением мощности в
частотном диапазоне и определяется по формуле 5 , дБ/Вт.
S z  f   lg  f 0 K Z  Z  N Z ,
L
(1.35)
где: Z  0,1,2,...,n  условный признак класса излучения; LZ , K Z , N Z  величины,
характерные для определенного Z  го класса излучения; f 0  частотная
расстройка.
Мощность непреднамеренной помехи определяется путем интегрирования
участка кусочно-ломаной линии модели спектра, которая попадает в полосу
пропускания приемника (с учетом f 0 ):
32
(1.36)
где: f1 , f 2  точки, лежащие на частотной оси, изменения наклона огибающей
спектра излучения.
Исходными данными для выполнения расчета являются тип модуляции, тип
передачи, тип выходного электровакуумного (полупроводникового) прибора
передатчика, характеристики излучения на уровне -3, -30, -60 дБ (из модуля 5)
и частотная расстройка (из модуля 13). Выходным параметром модуля 16 в
зависимости от решаемой задачи является либо коэффициент ослабления
помехи k12 из-за несовпадения рабочих частот РЭС, либо величина частотного
разноса.
Энергетическая оценка (модуль 17) проводится в интересах определения
количественных значений отношений мощности непреднамеренной помехи на
входе
приемника,
с
учетом
пространственного
расположения
пространственного и мешающего передатчиков относительно приемника, что
соответствует   му состоянию ЭМО.
Если в результате частного анализа (модуль 13) установлено, что
непреднамеренная помеха проходит по внеполосным каналам приема, то ее
влияние
оценивается
путем
расчета
эквивалентной
мощности
интермодуляционной помехи либо допустимой мощности по перекрестным
искажениям или блокированию соответственно. Исходными для расчета
энергетических соотношений являются: мощность j  го мешающего
передатчика и мощность полезного передатчика (из модуля 5); коэффициент
усиления антенн (из модуля 5) с учетом признака сочетания лепестков ДНА (из
модуля 11); расстояния между РЭС (из модуля 10); коэффициенты ослабления
помехи (из модулей 6,10,14,15,16); уровни восприимчивости каналов побочного
приема (из модуля 7), характеристики частотной избирательности приемников
(из модуля 5); коэффициент защитного отношения или Ф-характеристики
приемников (из модуля 8).
При выполнении детерминированной оценки ЭМС РЭС в складывающейся
обстановке (а также расчета норм ЧТР) помимо ядра расчетных задач
дополнительно используются частотные модули, описание которых приводится
ниже.
Выбор коэффициентов усиления антенн (модуль 11) проводится путем
логико-математического анализа вариантов сочетания лепестков ДНА
приемника и передатчика. Необходимым условием при проведении данного
33
анализа является однозначное соответствие местоположения объектов и
ориентации лепестков ДНА в связанной системе координат. Анализ совпадения
лепестков ДНА проводится при условии rij  const. Поскольку направленные
свойства антенны являются функцией углов  ,  , под которыми наблюдается
источник помех из места приема или наоборот (рис. 1.7), то антенна i  го
приемника будет располагаться в области главного лепестка ДНА j  го
передатчика при совместном выполнении условий 5 :
   
j
где:
ij
 j , j  ориентация
j 0,5
2,
максимума
   
j
ij
j 0,5
излучения
(1.37)
2,
j  го
передатчика
в
азимутальной и угломестной плоскостях соответственно;  j 0,5 ,  j 0,5  ширина
главного лепестка ДНА j  го передатчика в азимутальной и угломестной
плоскостях
соответственно;
расположение
в
 ji , ji 
пространстве
углы,
характеризующие
j  го передатчика и
i  го
взаимное
приемника
относительно друг друга [8].
При невыполнении хотя бы одного из условий (1.37) при двухуровневой
аппроксимации формы ДНА антенна i  го приемника будет располагаться в
области фона (боковых лепестков) ДНА.
Антенна j  го передатчика располагается в области главного лепестка ДНА
i  го приемника при совместном выполнении двух условий  4  :
    180  
ij
i 0,5
2,
   
j
ij
i 0,5
2,
(1.38)
где: i ,i  ориентация максимума приема по главному лепестку ДНА i  го
приемника в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно;
i 0,5 , i 0,5  ширина главного лепестка ДНА i  го приемника в азимутальной и
угломестной плоскостях соответственно.
При невыполнении одного из условий (1.38) антенна j  го передатчика
будет располагаться в области фона (боковых лепестков) ДНА i  го приемника.
В зависимости от варианта совпадения лепестков ДНА приемника и
передатчика определяется общий коэффициент усиления приемной и
передающей антенн путем их перемножения. В этом же модуле определяются
коэффициенты k5 , k6 , k7 ослабления воздействия помехи за счет направленных и
поляризационных свойств антенн. Исходными данными в этом случае являются
координаты объектов (антенн) из модуля 2 и 3, ширина главного лепестка ДНА
34
приемника и передатчика, коэффициенты усиления антенн и уровни боковых
или задних лепестков (фона) ДНА из модуля 5, постоянные параметры и константы из модуля 9.
При проведении расчетных оценок в группировках, для сокращения
потребного времени счета для каждой пары РЭС осуществляется выявление
аналогичных ситуаций по энергетическим признакам воздействия помех,
связанных с их ослаблением за счет пространственного размещения РЭС
(модуль 12). Выявление аналогий проводится с целью исключения из
дальнейшего анализа повторных расчетов для однотипных пар РЭС (приемникпередатчик), находящихся в однотипных условиях.
Метод решения задачи заключается в разбиении пространства на ряд
областей, в каждой из которых величина мощности P *ij изменяется
относительно истинного значения Pij на величину  не более заданной:
   , где 0    1.
(1.39)
0
Величина  0 задается с учетом требуемой точности получения результатов
оценки ЭМС РЭС и в основном определяется точностью задания исходных
данных. Как известно, мощность Pij  f  rij  . Тогда в окрестностях значения
дальности rij может быть определена область, в которой с заданной точностью
 0 можно считать мощность помехи постоянной:

 r    r  r 1    r   ,
r 1  
M
1  ij M 
2 
где: rM  градации расстояний, в пределах которых величина
(1.40)
мощности
 r   r   параметры, которые
величину  ;  , 
1
2
0
характеризуют границы между
областями и связаны между собой
зависимостью
2
2
r 
r 




  1  1     1  1    .
(1.41)
0
1
2




помехи
изменяется
на
Учитывая выражения (1.39) и (1.41), можно определить границы
применения величин  1  и  2  :
r
r
 r   1, 0    r   2  1 .
0
(1.42)
2
1
обуславливается минимальным расстоянием rmin , на котором

Величина rM

35
могут располагаться объекты (РЭО), и записывается в виде рекуррентной
формулы:
M 1
 1  
r
0
r  min 
(1.43)
 M  1,2,...
M
1   1  
0
0
Факт попадания расчетной дальности rij в M  ю область характеризуется
условием
2
 r 
ij 
(1.44)
1   
 1  .
0 r 
0
 M 
Величина  0 задается, а параметр rM может быть вычислен предварительно




или определен непосредственно в процессе оценки ЭМС по формуле (1.43) с
учетом принятого значения rmin . Если условие (1.44) при M  1 не выполняется,
то оно проверяется при M  2,3,... до тех пор, пока не будет найдена некоторая
M  я область, которой условие (1.44) выполняется. В дальнейшем проверяются
признаки совпадения лепестков ДНА рассматриваемой пары РЭС,
вырабатываемые в модуле 11. При совпадении признаков дальнейшая частотноэнергетическая оценка ЭМС анализируемой пары РЭС не проводится, а ЭМС
оценивается по ранее полученным результатам (для данной пары РЭС).
Исходными данными для модуля 12 являются расстояния между объектами
(РЭС) или антеннами (из модуля 10), признак совпадения лепестков ДНА (из
модуля 11), чувствительность приемника, мощность передатчика и диапазоны
рабочих частот (из модуля 5). Выходными параметрами этого модуля являются
номер элемента массива признака аналогий, формируемый в процессе
выполнения расчетов для пары РЭС, и номера гармоник рабочих частот
передатчика и гетеродина приемника, до которых целесообразно проводить
частотный анализ в заданных условиях.
При проведении оценки ЭМС наземных РЭС в локальных группировках
рассчитываются коэффициенты ослабления радиоволн (модуль 15). Исходными
данными являются условия выполнения задач и координаты объектов (РЭС) на
местности (из модуля 1 и 3), частота непреднамеренной помехи (из модуля 13),
постоянные параметры и константы (из модуля 9). Выходным параметрами
являются количественные значения коэффициентов ослабления помехи.
При решении задачи оценки ЭМС РЭС на объекте проводится расчет
коэффициента k10 затенения между приемной и передающей антеннами
(модуль 14). Выходными параметрами модуля 14 являются количественное
36
значение коэффициента k10 и длина пути распространения радиоволн от
передающей к приемной антенне.
При выполнении вероятностной оценки ЭМО в заданной группировке РЭС
используются расчетные модули 18, 19 и 20. Расчет вероятности временных
совпадений (модуль 18) проводится с целью определения количественных
характеристик вероятности совпадения времени работы j  го передатчика на
излучение с i  м приемником на прием сигналов. Исходными данными
являются временные характеристики (длительность излучения и приема,
периоды между ними), которые поступают из модуля 6. Расчет вероятности
пространственных совпадений (модуль 19) проводится с целью определения
вероятности появления одного из вариантов совпадения лепестков ДНА
приемника и передатчика, при условии подвижности антенн и с учетом их
размещения. Исходными данными этого модуля являются условные признаки
варианта сочетания лепестков ДНА (из модуля 11), ширина главных лепестков
ДНА и секторы сканирования (или признаки вращения) антенн передатчика и
приемника (из модуля 5). Расчет вероятности частотных совпадений (модуль
20) проводится при условии равновероятного назначения рабочих частот.
Исходными данными являются рабочие диапазоны частот, нестабильность
частоты приемника и передатчика (из модуля 5) и признак канала
проникновения помех на вход приемника (из модуля 13). Вероятностные
f
характеристики pt , p , p
являются, в свою очередь, входными



ij
ij
ij
параметрами для проведения оценки вероятностных характеристик состояния
ЭМО (модуль 24) и усредненных характеристик простых звеньев сетевой
модели функционирования комплекса (модуль 25) с использованием Фхарактеристик. Если в модели РЭК используются самые сложные звенья, то
расчет их эффективности проводится в модуле 26, исходные данные для
которого поступают из модулей 24 и 25. Заключительным этапом комплексной
оценки
является
расчет
показателей
качества
(эффективности)
функционирования комплекса (модуль 27). Исходными данными для
проведения комплексной оценки ЭМС являются количественные значения
вероятностей временного, пространственного и частотного совпадений работы
РЭС (модули 18,19,20), условия выполнения функциональных задач (из модуля
1), характеристики ЭМО, простых и сложных звеньев сетевой модели (из
модулей 24,25,26), матрица непосредственных путей (из модуля 4) и
характеристики помехоустойчивости приемных устройств радиоэлектронного
комплекса (из модуля 8).
37
Вопросы для самопроверки
В чем состоит принцип анализа ЭМВ ТКС?
Приведите алгоритм энергетической оценки мощности помех,
использующей основное уравнение связи.
3. Что учитывается при частном и территориальном разносе РЭС?
4. В чем заключается декомпозиция функционирования РЭО?
5. Раскройте принцип построения сетевой модели функционирования
сложных ТКС.
6. Каким образом реализуется комплексная оценка ЭМС ТКС?
7. От чего зависят точностные оценки решаемых задач при комплексной
оценке ЭМС?
8. Раскройте сущность дополнительной оценки помех.
9. Дайте характеристику системы взаимосвязи расчетных методик.
10. Что представляют из себя модули входных и выходных данных?
11. Приведите особенности расчетного модуля.
1.
2.
38
2. Организационно-технические мероприятия
по обеспечению ЭМС ТКС
2.1. Принципы частотного планирования сетей радиосвязи и
радиовещания
Частотное планирование сетей радиосвязи и вещания является
необходимым инструментом решения вопросов выделения частотных каналов
для развивающихся сетей звукового (ЗВ) и телевизионного (ТВ) вещания,
сотовых сетей подвижной связи и др.
На ранних этапах развития радиотехники планирование частот вводимым
радиосредствам проводилось лишь с целью минимизации помех, т.е. уровни
потенциальных помех были первой целевой функцией. Однако это приводило к
большим расходам частотного ресурса. За последние годы возникла
необходимость рассматривать в качестве целевой функции частотный ресурс,
экономное расходование которого стало первостепенной задачей. При решении
этой задачи было предложено использовать весьма близкую связь между
задачами присвоения частот и раскраски графов. К преимуществам этой связи
относится возможность применения известных алгоритмов раскраски графов
для решения задач присвоения частот.
Последние рассматриваются как функция, которая каждому передатчику,
принадлежащему некоторому множеству, приписывает рабочую частоту из
некоторого множества имеющихся частот. При этом отыскивается частотное
присвоение, которое удовлетворяет определенным ограничениям и
минимизирует используемый участок спектра.
Обычно рассматривают два вида ограничений: частотно-пространственные,
когда передатчики могут быть разнесены в пространстве и по частоте, и
частотные, когда передатчики расположены на одном объекте. Второй тип
ограничений на помехи налагает запрет на некоторые комбинации присвоения
для данной пары передатчиков.
Любое присвоение частот должно экономно
расходовать спектр. Как правило, это означает,
что ширина выделяемой для заданной
совокупности передатчиков полосы спектра
должна быть минимальной. Задача присвоения,
в которой ищется минимальная ширина полосы
присвоенных частот, называется задачей с
39
минимальной шириной полосы частот.
Может ли присвоение с минимальной полосой частот полностью
использовать выделенный участок спектра? Утвердительный ответ получается
для задач присвоения канала, в которых ограничения на помехи отличны от
ограничений на помехи по совмещенному каналу. Иными словами, в таких
задачах для обеспечения минимальной ширины полосы передатчикам
присваивается больше частот, чем в любом другом присвоении, которое может
быть, а может и не быть присвоением с минимальной шириной полосы. Вообще
говоря, для многих обычных задач присвоения частот невозможно отыскать
присвоение с минимальной шириной полосы, которое действительно
использует минимальное число требуемых частот. Это потенциально полезное
явление делает важным формулировку нового типа задачи присвоения. Число
частот, реально используемое присвоением, будем называть порядком
присвоения, а задачу присвоения, в которой отыскивается минимальная ширина
полосы присвоения и дополнительно минимизируется ее порядок, задачей
присвоения минимального порядка.
Построение передающих сетей, позволяющих организовать обслуживание
населения многопрограммным телевизионным, звуковым вещанием и
мобильной радиосвязью при определенных параметрах сети, сводится к
частотно-пространственному распределению станций на заданной территории.
Решить эту задачу в общем виде позволяют идеализированные сети, в основу
построения которых заложены два принципа: геометрически правильная
(равномерная) сетка и линейная схема распределения каналов (частот). Для
реализации этих принципов вводят следующие ограничения: все станции сети
имеют одинаковые эффективные излучаемые мощности, эффективные высоты
передающих и приемных антенн, поляризацию, условия распространения
радиоволн и круговую диаграмму направленности передающих антенн [7].
Станции идеализированной сети располагают в вершинах одинаковых
равносторонних треугольников, называемых элементарными (рис. 2.1).
Радиусы зон обслуживания Ro одинаковы и в оптимальном случае
пересекаются в одной точке - центре треугольника. При этом осуществляется
сплошное покрытие территории вещанием с минимальным перекрытием зон
вещания каждой станции, составляющим примерно 21% площади треугольника
(на рис. 2.1 заштрихованы). Расстояние между соседними станциями связано с
радиусом полезной зоны обслуживания соотношением
(2.1)
R  3R .
3
Как правило помехи в совмещенном канале являются наиболее сильными из
40
всех видов помех и поэтому пространственный разнос между станциями,
работающими в совмещенном канале, максимален. Расположив эти станции в
вершинах равностороннего треугольника, называемого треугольником
совмещенного канала, и совместив его вершины с вершинами элементарных
треугольников, называемых узлами, из двух смежных треугольников
совмещенного канала получают ромб совмещенного канала (рис. 2.2) с
вершинами в узлах 0. Внутри ромба в узлах располагают станции, имеющие
другие номера каналов, причем нет двух станций с одинаковыми номерами.
Идеализированная сеть содержит примыкающие друг к другу ромбы
совмещенного канала с одинаковым распределением каналов внутри него, т.е.
сеть однородна. Это позволяет ограничиться анализом одного ромба. При
расстоянии D между станциями, работающими в совмещенном канале,
необходимое для создания идеализированной сети вещания минимальное число
частотных каналов
N  1  int[( D / R )2 / 3],
(2.2)
3
где int[X]- целая часть числа X. Для исследования идеализированной сети
используют косоугольную систему координат xy, угол между осями в которой
составляет 60о. Расстояние от начала координат до любой точки плоскости в
этой системе d  xz  xy  yz.
Рис. 2.2. Распределение каналов методом триад для N = 19
Из условия однородности сети вытекает, что, поскольку каждая сторона
ромба совмещенного канала принадлежит двум смежным ромбам, узлы
элементарной сетки, лежащие на этой стороне, могут принадлежать только
совмещенному каналу, что ограничивает число узлов до двух, т.е. сторона
41
ромба не может быть совмещена с осями координат ху. Если за размерность в
этой системе координат принять расстояние между узлами, то можно найти два
целых числа а и b соответственно по осям x и y, которые не имеют общего
делителя и удовлетворяют равенству a2+ab+b2=N, где N - число каналов,
принадлежащих одному ромбу совмещенного канала; N называют также
ромбическим числом. Расстояние между совмещенными каналами в таком
ромбе равно N . В табл. 2.1 приведены значения а и b и соответствующие этим
значениям ромбические числа.
Таблица 2.1
Ромбические числа
После определения геометрии идеализированной сети надо перейти к
распределению N каналов внутри ромба, необходимых для полного охвата
территории при минимальной помехе. При этом каждый ромб совмещенных
каналов является лишь элементом общей идеализированной сети,
покрывающей рассматриваемую территорию, и, следовательно, результат
распределения каналов внутри такого ромба в силу однородности структуры
сети будет периодически повторяться во всех остальных ромбах.
Одним из методов частотного планирования в однородных сетях
регулярной структуры является метод триад. Триада - группа из трех целых
положительных чисел t1, t2, t3, сумма которых равна числу распределяемых
каналов, т.е. t1+t2+t3=N.
Число триады представляет собой разность номеров каналов,
присваиваемых передатчикам, расположенным в вершинах элементарных
треугольников.
Номера частотных каналов всех передатчиков, расположенных по оси у или
по прямой, параллельной ей, отличаются друг от друга на t1 (при отсчете
сверху вниз). Номера частотных каналов передатчиков, расположенных по оси
х или по прямой, параллельной ей, отличаются друг от друга на t2. Номера
отсчитываются по модулю N. Номер канала, расположенного в начале
координат, равен 0. При выборе триад нужно руководствоваться следующим:
42
- используются только триады, которые содержат разные числа, а не их
перестановки;
- не должны использоваться триады, все числа которых имеют общий
делитель с числом каналов N.
Присвоим номер канала 0 узлам сети, соответствующим узлам ромба
совмещенных каналов, тогда расстояние между остальными узлами будут
0, 1,2, ... , N - 1. Из этого ряда необходимо исключить значения интервалов,
которые по своим защитным отношениям не могут располагаться в соседних
узлах сети, т.е. в соседних зонах обслуживания. Кроме номера 0, к таким
значениям, как правило, относят смежные каналы, расположенные на интервале
±2fпр, зеркальные каналы на интервале ±2fпр, каналы, совпадающие с
частотами гетеродинов приемников fгет. Из оставшегося ряда выбирают
значения интервалов t1, t2 и t3, расположенных в строго определенном
направлении обхода элементарного треугольника, как это показано на рис.2.2.
После того как выбраны триады, для каждой из них строят параллелограмм
совмещенных каналов. Выбирают ту триаду, при которой может быть получен
ромб совмещенных каналов (или параллелограмм, наиболее близкий к ромбу).
Этим обеспечивается наиболее равномерное распределение совмещенных
каналов по всей территории. Определив территориальное расположение
передатчиков, работающих в совмещенных каналах, непосредственно по сетке
определяют координаты остальных передатчиков, расположенных в вершинах
элементарных треугольников, заполняющих площадь параллелограмма.
На рис. 2.2 приведен пример распределения каналов методом триад для N =
19 и для триады: t1= 3, t2 = 2, t3 = 14. Для этой триады параллелограмм
совмещенных каналов является ромбом.
После выбора шагов сетки частот определяют расстояния между смежными
каналами порядка n ± 1 и соседними более высоких порядков и n ± 2, n ± 3, и
т.д. [2].
После оптимизации и обеспечения полного охвата территории при
минимальном числе каналов одной программой можно построить
многопрограммную сеть. Число каналов, необходимое для охвата т
программами, составляет N = Nm. Строить ее можно двумя способами.
Первый способ - циклический - предполагает использование m блоков из N
каналов, что избавляет от необходимости анализировать каждый блок в
отдельности, поскольку помеховая ситуация в каждом блоке одинакова. Второй
способ - рассмотрение Nm каналов как единого целого, т.е. как одну сетку. При
этом в каждом пункте группируют вместе m присвоений, выбирающихся из
43
узлов сетки, расположенных в непосредственной близости друг к другу.
Оба способа имеют свои достоинства и недостатки. При первом способе
помеховая обстановка и, следовательно, зоны обслуживания каждой
программой будут одинаковы, но он более консервативен по числу
передаваемых программ. Второй способ более гибок и позволяет организовать
разное число программ в каждом пункте, но помеховая обстановка и зоны
обслуживания по каждой программе могут быть различны. Если планируют
новую сеть без учета действующей или в новом диапазоне с жесткой
программой, применяют первый способ, если же планируют развитие сети с
учетом действующей или с разным числом программ в каждом пункте - второй.
Из рис. 2.1 следует, что в регулярной однородной сети зоны обслуживания
трех соседних передающих станций пересекаются в одной точке. Соединив
точки пересечения, можно получить зоны обслуживания передающих станций в
виде шестиугольника (рис. 2.3), называемого сотой. Такая структура сети
используется в сотовых системах связи [8]. При частотно-территориальном
планировании составляют кластер. Кластер - это совокупность ближайших сот,
в которых используются неповторяющиеся частоты.
Рис. 2.3. Пример регулярной сотовой сети
Если сравнивать однородную сеть регулярной структуры, принятой для
планирования в сетях телевизионного и звукового вещания [7] (рис. 2.2), и сеть
сотовой структуры (рис. 2.3), то понятие кластера в последней соответствует
ромбу совмещенных каналов. При этом размерность кластера должна
соответствовать ромбическим числам, приведенным в табл. 2.1. Однако в
действующих сетях сотовой связи используют размерности кластеров 3, 4, 7, 9,
12, т.е. кластеры размерностью 4, 9, 12 не являются ромбическими числами,
получаемыми в регулярной однородной сети.
44
Методы частотного планирования сетей подвижной связи.
При проектировании системы радиосвязи с подвижными объектами и, в
частности, сотовых систем связи возникает необходимость в определении зоны
обслуживания базовой станции (БС), в которой будет обеспечена связь с
заданными качеством и надежностью, и минимально допустимого расстояния
между БС сети связи, которые используют одни и те же частотные каналы.
Для расчета зон обслуживания АC и минимально допустимого расстояния
между БС в сети связи необходимо учитывать:
- мощности передатчиков БС и абонентских станций (АС);
- параметры антенно-фидерного тракта приемно-передающей аппаратуры
(характеристики диаграммы направленности приемной антенны, ее
действующая высота, потери в антенно-фидерном тракте и т.п.);
- уровень внешних и внутренних шумов на входе приемника и его
чувствительность;
- статистические закономерности распространения радиоволн в условиях
пересеченной местности и городской застройки;
- параметры радиоканала связи (характер местности, степень урбанизации и
т.д.);
- электрические параметры применяемой аппаратуры (рабочая частота, тип
модуляции, ширина полосы пропускания приемника и т.д.);
- системные параметры систем связи с подвижными объектами (ССПО)
(наличие интермодуляционных помех, интенсивность телефонной нагрузки,
характер повторного использования частоты и т.д.).
Поэтому при описании поведения сигналов, распространяющихся в
городских или пригородных условиях, пользуются статистическими методами.
Средний уровень сигнала главным образом обусловлен техническими
характеристиками БС и АС, а также расстоянием между БС и АС. Расчет
среднего уровня потерь осуществляется на основании эмпирической модели
Окамура-Хата, которая представлена в Рекомендации МСЭ [14].
Уровень принимаемого АС сигнала определяется средним уровнем
затухания, зависящим от расстояния и технических характеристик ССПО,
которые в свою очередь имеют разброс, определяемый медленными и
быстрыми замираниями. Разброс зависит от требуемой вероятности приема
сигнала БС в зоне обслуживания абонентов ССПО.
Сотовые сети подвижной связи строят на основе частотно-территориальных
планов. При этом обслуживаемую территорию разделяют на зоны
обслуживания БС. Сама БС располагается в центре такой зоны. Если на БС
45
используется ненаправленная антенна, то граница зоны обслуживания базовых
станций есть окружность. В такой модели границы трех соседних зон
пересекаются в одной точке. Соединив точки пересечения, получают границы
зоны обслуживания БС в виде шестиугольника, называемого сотой. Во
избежание взаимных помех соседние БС должны работать на разных частотах.
При частотном планировании составляют кластер.
Число таких сот в кластере называется его размерностью, совпадающей с
понятием ромбического числа, принятого в сетях ТВ и ЭВ радиовещания.
Поэтому размерность кластера можно определять по табл. 2.2 ромбических
чисел, полученных на основе метода координационных колец.
Размерность кластера N=1 удобна при шестиугольной соте. Действительно,
возможны разные частоты в одной центральной и шести пограничных сотах
(рис. 2.4). Все частотные каналы системы делят между БС кластера. Каждой БС
присваивается группа каналов. Так, если в подвижной системе используется
всего Nf = 119 частотных каналов и кластер размерностью 7, то группа
частотных каналов, приходящихся на одну соту, содержит число частот.
Частотно-территориальный
план
составляют
так,
чтобы
уровень
интерференционных помех не превышал допустимых значений для заданного
стандарта.
На рис. 2.4 приведен фрагмент частотно-территориального плана для
модели сети с использованием кластера размерностью N=7. Цифрами
обозначен номер группы рабочих частот в соте. Жирными линиями выделен
центральный кластер. Пунктиром показаны пути прихода интерференционных
помех совмещенного канала АС, находящегося на границе соты I.
Рис. 2.4. Модель повторного использования частот при размерности
кластера N = 7
46
Рассмотрим случай, когда на вход антенны АС поступают полезный сигнал
и шесть мешающих сигналов. Мощность сигнала АС, принимаемого антенной,
Prs = Pts / L,
(2.3)
где Pts- излучаемая мощность передатчика; L- потери, которые могут быть
записаны в виде:
L( R. f )  [10] (6,955) f  (2,616)h 11,382R (4,49  0,655lg[(h 1)])) . (2.4)


Мощность сигнала, принимаемого антенной АС, обратно пропорциональна
расстоянию до источника сигнала
Pts
P
Prs 
 ts .
(2.5)
(4,49  0,65lg(h )) CR  x
1
CR
Очевидно, что наименьшее отношение сигнал/помеха будет на границе сот.
Из рис. 2.4 следует, что суммарная мощность мешающих сигналов
(2.6)
LP  I  I  I  I  I  I .
 1 2 3 4 5 6
В соответствии с (2.5) помехи от соответствующих базовых станций равны:




I 2


I 3





I 5


I
 6

I1 
 Pts
 Pts
Pts
C ( D  R3)
1
x
;
x
C ( D  DR3  R3 )
x
1
2
2
C ( D 2  DR3  R3 )
Pts
I4 
;
C ( D  R3 )  x
x
1
 Pts
 Pts
2
C ( D  DR3  R3 )
x
1
2
2
C ( D 2  DR3  R3 )
2
;
;
(2.7)
;
;
где D – расстояние между БС, работающими в совмещенных каналах;
R3- радиус зоны обслуживания БС.
Из (2.5) и (2.7) следует, что суммарная мощность помех для однородной и
регулярной сети
47


1
2
2
1

I   Pts 



 C ( D  R3 )  x C ( D 2  DR3  R3 2 )  x C ( D 2  DR3  R3 2 )  x C ( D  R3 )  x 


(2.8)
Тогда отношение сигнал/помеха
(2.9)
Учитывая, что коэффициент соканального повторения q=D/R3, запишем
(2.9).
Через значение этого параметра
(2.10)
Для того чтобы найти коэффициент соканального повторения q,
необходимо решить уравнения (2.10) для отношении сигнал/помеха,
определяемого стандартом сотовой подвижной связи. После определения
параметра q по (2.10) можно определить необходимую размерность кластера
для данного стандарта сотовой связи.
2.2. Расчет ЭМС космических служб
До заявления каждой новой системы, использующей геостационарный
спутник, для регистрации в МКРЧ должна быть проведена координация этой
системы с другими ранее зарегистрированными системами во избежание
недопустимых помех между ними.
Необходимость координации определяется с помощью предварительной
оценки взаимных помех между новой системой и уже существующими или
ранее зарегистрированными системами после опубликования в еженедельном
циркуляре МКРЧ предварительной информации о новой системе. Метод
предварительной оценки описан в Приложении 29 Регламента радиосвязи [9] и
в Отчете 485-4 МКРР [10]. Он заключается в расчете относительного
приращения эквивалентной температуры шума спутниковой линии, вызванного
мешающими сигналами другой спутниковой линии, в предположении, что
мешающий сигнал эквивалентен тепловому шуму с постоянной спектральной
плотностью мощности, равной максимальной.
Согласно п. 168 Регламента радиосвязи [11] эквивалентная температура
48
шума спутниковой линии – это температура шума на выходе приемной антенны
земной станции, соответствующая такой мощности радиочастотного шума,
которая вызывает на выходе спутниковой линии суммарный шум системы, за
исключением шума, создаваемого мешающими системами других спутниковых
линий и наземных систем. Это означает, что эквивалентная температура шума
учитывает не только тепловые, но и нелинейные шумы.
Если относительное приращение эквивалентной температуры шума в
рассматриваемых системах не превышает установленного в [9] допустимого
значения, равного 4%, то координации между ними не требуется, в противном
случае требуется координация, в процессе которой выполняется точный расчет
взаимных помех.
Метод взаимных помех [9] распространяется на две ситуации.
Ситуация 1. Подверженная помехе и мешающая сети используют одни и те
же полосы частот в каждом направлении передачи.
Ситуация 2. Подверженная помехе и мешающая сети используют одни и те
же полосы частот, но в разных направлениях передачи (реверсированное
использование частот).
Рассмотрим две спутниковые линии: A принадлежащая сети R, использующая спутник S’ (рис. 2.5).
Перечислим технические параметры спутниковой линии A:
T-эквивалентная температура шума спутниковой линии, отнесенная к
выходу приемной антенны земной станции, K;
Ts- температура шума приемной системы космической станции, отнесенная
к выходу приемной антенны космической станции, К;
Te-температура шума приемной системы земной станции, отнесенная к
выходу приемной антенны земной станции, К;
Ts- кажущееся увеличение температуры шума приемной системы
космической станции спутника S, вызванное мешающим излучением,
отнесенное к выходу приемной антенны, К;
Tе- кажущееся увеличение температуры шума приемной системы земной
станции, отнесенное к выходу приемной антенны, К.

Согласно решению ВАКР-ОРБ2 с 16 марта 1990 г. допустимое значение T/T
увеличивается до 6%.
49
Рис. 2.5. К расчету взаимных помех между спутниковыми сетями
Ps- максимальная спектральная плотность мощности, подведенной к
передающей антенне спутника S (усредненной в худшей полосе шириной 4 кГц
для несущих частот ниже 15 ГГц или в полосе шириной 1 МГц для несущих
частот выше 15 ГГц) Вт/Гц;
g3()- усиление передающей антенны спутника S в направлении  (число);
A- направление от спутника S к приемной земной станции eR спутниковой
линии A;
e’- направление от спутника S к приемной земной станции e’R
спутниковой линии A’.
Примечание. Произведение psg3(e’)- максимальная ЭИИМ в полосе 1 Гц
спутника S в направлении на приемную земную станцию e’R спутниковой
линии A’;
s’- направление от спутника S к спутнику S’;
Pe- максимальная спектральная мощность, подведенной к передающей
антенне земной станции eT (усредненная в худшей полосе шириной 4 кГц для
несущих частот ниже 15 ГГц или в полосе шириной 1 МГц для несущих частот
выше 15 ГГц) Вт/Гц
g2()- усиление приемной антенны спутника S в направлении  (число);
A- направление от спутника S к передающей земной станции e T
спутниковой линии A;
e’- направление от спутника S к передающей земной станции e’T
спутниковой линии A’;
S’- направление от спутника S к спутнику S’;
50
t-топоцентрический угол между двумя спутниками S и S’ с учетом
допусков на удержание спутников по долготе.
Примечание. В ситуации 1 учитывается только топоцентрический угол.
g- геоцентрический угол между двумя спутниками S и S’ с учетом
допусков на удержание спутников по долготе.
Примечание. В ситуации 2 учитывается только геоцентрический угол.
4(t)- усиление приемной антенны земной станции eR в направлении на
спутник S’ (число);
1(t)-усиление передающей антенны земной станции eT в направлении на
спутник S’ (число);
k- постоянная Больцмана (1,3810-23 Дж/К);
ld-основные потери передачи в свободном пространстве на линии КосмосЗемля от спутника S к приемной земной станции eR спутниковой линии A
(число).
Примечание. Основные потери передачи в свободном пространстве от
спутника S или S’ к земным станциям eR или e’R принимаются равными ld.
lu- основные потери передачи в свободном пространстве на линии Землякосмос от земной станции eT к спутнику S спутниковой линии A (число);
Примечание. Основные потери передачи в свободном пространстве от
земных станций eT или e’T к спутнику S или S’ принимаются равными lu.
ls– основные потери передачи в свободном пространстве на
межспутниковой линии от спутника S к спутнику S’ (число);
- коэффициент передачи конкретной спутниковой линии, подверженной
помехе, от выхода приемной антенны земной станции e R (отношение
мощностей обычно меньше единицы).
Технические параметры спутниковой линии A’ имеют такие же
обозначения, но со штрихом. При расчете значений ld, lu, ls берутся средние
частоты полос, общих для двух систем в рассматриваемых направлениях. Если
в данном направлении полосы частот двух систем не перекрываются, то
соответствующие величины Ts или Te принимаются равными нулю.
Ситуация 1. Ретранслятор спутника с простым сдвигом частоты
   
Ts = p ' g  g  / kl
u
e 1 t 2 e'
(2.11)
Te = p ' g ( ) g ( ) / kl
s 3 e 1 t
d
(2.12)
Приращение эквивалентной температуры шума спутниковой линии A,
вызванное спутниковой линией A’, является суммой
51
T  T  T .
s
e
Следовательно,
T   p ' g '( ) g ( ) / kl + p ' g '( ) g ( ) / kl
(2.13)
e 1 t 2 e'
u
s 3 e 4 t
d
Таким же образом определяется приращение эквивалентной температуры
шума спутниковой линии A’, вызванное спутниковой линией A:
T '  p g ( )tg '( ) / kl ;
(2.14)
e 1 t 2 e
u
s'
T '  p g ( ) g ' ( ) / kld
(2.15)
s 3 e' 4 t
e'
T '   ' pe g (t ) g ' ( e ) / klu  ps g ( ) g ' (t ) / kl
(2.16)
1
2
3 e' 4
d
Ретранслятор спутника с обработкой сигналов. В этом случае линии Земляспутник и спутник-Земля рассматриваются независимо. Кажущееся увеличение
температуры шума должно быть отнесено к полной температуре шума
приемной системы конкретной линии на космической или на земной станции.
При этом применяются раздельно выражения (2.11) и (2.12).
Ситуация 2.
При этом метод предварительной оценки применяется только к помехам
между космическими станциями. Помехи между земными станциями должны
рассматриваться в процессе координации так же как и при координации земных
и наземных станций.
Ретранслятор спутника с простым сдвигом частоты. Кажущееся увеличение
температуры шума относится к выходу приемной антенны спутника S
спутниковой линии A
T  p ' g ' ( ) g ( ) / kl
(2.17)
s
s 3 s 2 s'
s
и кажущееся увеличение эквивалентной температуры шума спутниковой линии
A
T  Ts .
(2.18)
Аналогично кажущееся увеличение эквивалентной температуры шума
спутниковой линии A’
T '   ' T '   ' p g ( ) g ' ( ) / kl
(2.19)
s
s 3 s' 2 s
s
Ретранслятор спутника с обработкой сигналов. В этом случае применяется
выражение (2.18), отнесенное к Ts, для оценки относительного увеличения
эквивалентной температуры шума.
Учет поляризационной развязки. Поляризационная развязка учитывается,
если администрации, ответственные за координируемые сети, указывают
поляризацию в своих сетях и желают ее учесть. В этом случае приращение
52
эквивалентной температуры шума определяется выражениями:
Ситуация 1:
T  T / Y  T / Y ,
s u
e d
Ситуация 2:
T  T / Y ,
s ss
где величины Ts и Te определяются по (2.11) и
(2.12) для ситуации 1и по (2.17) - для ситуации 2.
Величина поляризационной развязки Y=4,
если поляризация полезного сигнала круговая
правого (левого) вращения, а мешающего сигнала
круговая левого (правого) вращения; Y=1,4, если
один сигнал имеет круговую поляризацию, а
другой - линейную. При всех остальных
комбинациях Y=1, т.е. поляризационная развязка
не учитывается.
Выбор спутниковой линии для расчета T
(только ситуация 1). При рассмотрении
спутниковых сетей выбираются линии, в которых получается наибольшее
значение T. Для этого определяется наиболее неблагоприятно расположенная
передающая земная станция мешающей линии для каждой приемной антенны
спутника сети, подверженной помехе, путем наложения зоны обслуживания
«Земля-космос» на контуры усиления приемной антенны спутника, нанесенные
на карты земной поверхности. Наиболее неблагоприятно расположена та
земная станция, в направлении на которую усиление приемной антенны
спутника наибольшее. Аналогично определяется наиболее неблагоприятно
расположенная приемная земная станция сети, подверженной помехе. На зону
обслуживания «Земля-космос» сети, подверженной помехе, наносятся контуры
усиления передающей антенны мешающего спутника и находится та приемная
земная станция, в направлении на которую усиление передающей антенны
спутника наибольшее.
Определение необходимости координации спутниковых линий A и A’.
Ситуация 1. С помощью выражений (2.14) и (2.17) рассчитываются
относительные приращения эквивалентной температуры шума в процентах:
(T/T)100% и (T’/T’)100%.
Если оба значения меньше 4%, координация не требуется, если хоть одна из
них больше 4%* координация нужна.

Согласно решению ВАКР-ОРБ2 с 16 марта 1990 г. Допустимое значение T/T увеличивается до 6%.
53
Ситуация 2. Процедура аналогична, но относительные приращения
рассчитываются с помощью формул (6.7)-(6.9). В тех случаях, когда линии
Земля-спутник и спутник-Земля рассматриваются независимо, каждое
относительное приращение Te/Te и Ts/Ts сравнивается со значением 4%.
Расчет топоцентрического угла между двумя геостационарными
спутниками. Топоцентрический угол t между двумя геостационарными
спутниками, видимый с данной земной станции (рис. 2.6), рассчитывается по
формуле:
t  arccos[(d 2  d 2  (84332sin 0 g / 2)) / 2d d ] ,
(2.20)
1
2
1 2
где: d1 и d2, км; d - расстояние от земной станции до двух спутников
соответственно; g- геоцентрический угол между спутниками.
Расчет расстояния от земной станции до спутника и основных потерь
передачи в свободном пространстве. Расстояние d, км, между земной станцией
и спутником рассчитывается по формуле:
(2.21)
d  42644 1 0,2954cos ,cos  cos   cos  ,
где - широта земной станции; - разность по долготе между спутником
(подспутниковой точкой) и земной станцией.
Если cos<0,151, спутник ниже горизонта земной станции.
Расстояние, км, между двумя геостационарными спутниками
ds=84332sing/2.
(2.22)
Основные потери в свободном пространстве
l=(4d/)2
или
10lgl=L=20(lgf+lgd)+32.45 дБ.
(2.23)
Диаграмма направленности антенны земной станции. Если истинные
диаграммы направленности антенн земных станций, рассматриваемых
спутниковых линий неизвестны, то должны применяться следующие
выражения:
а) D/>100 (максимальное усиление 48дБ):
G()=Gmax-2.510-3(D/)2 при 0<m;
G()=G1
при m<r;
(2.24)
G()=32-25lg
при r<48o;
G()= -10
при 48o180o;
54
D- диаметр антенны; - длина волны; G1=2+15lgD/- усиление в первом
боковом лепестке;
m  (20 / D) Gmax  G ;
1
r=15,85(D/)-0,6;
б) D/<100 (максимальное усиление <48 дБ):
G()=Gmax-2.510-3(D/)2
при 0<<m;
G()=G1
при m<100(/D);
G()=52-10lg(D/)-25lg
при 100(/D) <48o;
G()=10 –10lg(D/)
при 48o180o.
(2.25)
Коэффициент передачи спутниковой линии. Коэффициент передачи 
спутниковой линии указывается в предварительной информации о каждой
новой космической системе.
  p g g lu / pe g g l .
(2.26)
3 3 4
1 2d
2.3. Методы измерения параметров ЭМС РЭО
Измерения уровней излучения и приема РЭС в широкой полосе частот
осуществляется для определения соответствия фактических значений этих
характеристик нормативным требованиям. Особенностью измерений
характеристик являются:
1. Широкий диапазон частот измерений. Например, побочные излучения и
прием РЭС с коаксиальным антенно-фидерным трактом осуществляется в
пределах 0,1…10f0, а для РЭС с волноводным трактом 0,8…5f0, где f0- частота
основного излучения.
2. Широкий динамический диапазон измеряемых сигналов, определяемый
требованиями на относительные уровни излучения и приема РЭС в широкой
полосе частот.
3. Разнообразие спектров измеряемых сигналов, так как РЭС УВД,
навигации и посадки имеют различные модуляции.
Существующие в настоящее время методы измерения характеристик ЭМС
РЭС разделяются на полевые и трактовые (рис. 2.7).
К полевым методам относятся методы измерения уровней излучения и
приема РЭС в широкой полосе частот по полю в дальней и ближней зонах.
Функциональная схема измерения приведена на рис. 2.8.
55
Рис. 2.7. Классификация методов измерения НЭМП
Рис. 2.8. Функциональная схема полевых измерений: 1 - испытуемый передатчик; 2 - антенна испытуемого передатчика; 3 - измерительная антенна;
4 - высокочастотный переключатель; 5 - аттенюатор; 6 - высокочастотный
фильтр; 7 - измерительное приемное устройство; 8 - экранированная кабина;
9 - генератор модулирующего сигнала
При измерениях характеристик излучения и приема РЭС в дальней зоне
измерительный приемник относительно испытываемого РЭС размещается на
расстоянии Rmin, определяемом по одному из следующих соотношений:
R
 2D / 
a min ,
min
Du0,4Da;
R
 2D / 
u min ,
min
Da0,4Du;
R
 5D D / 
a u min ,
min
DaDu ,
56
где: Da - максимальный размер апертуры антенны измеряемого РЭС; Du - максимальный размер апертуры измерительной антенны; min-максимальная длина
волны излучения, на которой проводится измерение.
При измерениях РЭС со слабонаправленными антеннами минимальное
расстояние должно удовлетворять условию Rmin  max, где max- максимальная
длина волны излучения, на которой проводят измерения.
Мощность сигнала основного и побочных излучений на входе
измерительного устройства вычисляется по формуле:
(2.27)
P  Pв  P г ,
i i
i
где Pi в и Pi г - мощности сигнала основного (i – побочного) излучение на входе
измерительного приемника при вертикальной и горизонтальной поляризациях
измерительной антенны соответственно.
Относительные уровни побочных излучений для каждой частоты, на
которых проводились измерения (Ротн) в децибелах:
P
 10lg( P S K / P S K ) ,
(2.28)
отн
ни 0 0 н0 i i
где: S0, Si – эффективные площади измерительной антенны на частотах
основного и i-го побочного излучения соответственно; K0 и Ki – коэффициенты
передачи высокочастотного измерительного тракта на частотах основного и i-го
побочного излучения соответственно.
Погрешность измерений относительных уровней излучения в дальней зоне
5 дБ, а в ближней зоне (8-10) дБ.
Полевые методы обладают рядом существенных недостатков, основными из
которых являются:
необходимость проведения измерений на полностью смонтированном РЭС
и в случае несоответствия фактических характеристик ЭМС требованиям
нормативных документов потребуется значительное увеличение сроков
доработки и материальных затрат;
сложность и большая длительность процедуры измерения;
отсутствие возможности использования встроенного контроля.
Этих недостатков лишены трактовые методы измерений характеристик
ЭМС РЭС. В зависимости от типа и контролируемого частотного диапазона
используются различные виды этого метода.
При одноволновом режиме работы антенно-фидерного тракта коаксиальный
тракт – (0.1+8) f0, волноводный тракт (fкрит - 1.7f0); измерения производятся с
помощью установки, собранной по схеме, изображенной на рис. 2.9.
57
Мощность (напряжение) падающей и отраженной волн основного
колебания измеряют на входе измерительного приемника и относительные
уровни побочных колебаний (Pотн) в децибелах для каждой рабочей частоты, на
которой проводили измерения, вычисляются по формулам:




P
 10lg( P n  P0 K K
/ P n  P0 K K )
отн
ui ui 0 H 0
u 0 u 0 i Hi
(2.29)
или
   
P n U n  , P0 U 0  - измеренные
ui ui ui ui
   
2
2
2
2


P
 ( U n  U 0  K K
) / ( U n
 U0
K K ),
отн  ui
ui  0 H 0  u 0
u 0  i Hi




где:
значения
мощности
(2.30)
(напряжения)
падающей и отраженной волн на входе измерительного приемного устройства
на частоте i-го побочного колебания контролируемого передатчика;
   
P n U n , P0 U 0 - измеренные значения мощности (напряжения) падающей и
u0 u0 u0 u0
отраженной волн на входе измерительного приемного устройства на рабочей
частоте контролируемого радиопередатчика; K , K - коэффициент передачи
0
i
высокочастотного измерительного тракта на частотах основного и i-го
побочного колебаний соответственно; K , K
- коэффициент передачи
H0
Hi
направленного ответвителя на частотах основного и i -го побочного колебаний
соответственно.
При работе антенно-фидерного тракта в многокодовом режиме, что имеет
место при исследовании РЭС с волноводным трактом на частотах выше 1,7f0, а
при РЭС с коаксиальным трактом на частотах:
,
(2.31)
где: d1 – внутренний диаметр внешнего проводника коаксиального кабеля, мм;
d2 – наружный диаметр внутреннего проводника коаксиального кабеля, мм.
Если в тракте имеются условия для распространения небольшого (N≤5)
числа типов волн, то, как показали теоретические и экспериментальные
исследования, целесообразно измерять мощности распространяющихся в
тракте типов волн и, суммируя их, определять мощность побочных колебаний в
высокочастотном тракте. Эти параметры поля в тракте можно измерять
(рис. 2.7) как оконечными, так и проходными методами. Из проходных методов
измерения структуры многомодового поля в тракте наиболее целесообразны
для определения уровней побочных колебаний в высокочастотном тракте
методы, использующие модоселективные направленные ответвители (МНО),
58
так как достоинством такого способа являются:
простота измерений в широкой полосе частот;
возможность осуществления измерений в широкой полосе частот без
многоразовых включений передатчика;
отсутствие необходимости калибровки зондовых секций на различные
смеси типов волн.
Функциональная схема установки для измерения и контроля мощности и
частоты побочных колебаний в высокочастотном тракте передатчиков
изображена на рис. 2.9.
Рис. 2.9. Функциональная схема измерений в ВЧ тракте ПРД: 1 - испытуемый передатчик; 2 - генератор модулирующего сигнала; 3- устройство связи
(направленный ответвитель); 4 - аттенюатор; 5 - высокочастотный фильтр;
6 - высокочастотный переключатель; 7 - измерительное приемное устройство
или индикатор высокочастотных колебаний совместно с измерительным генератором; 8 - эквивалентное нагрузочное сопротивление (измеритель мощности)
или антенна радиопередающего устройства; 9 - экранирующая кабина (при
необходимости); 10 - высокочастотный тракт
Измерение параметров ВЧ сигнала изображено на рис. 2.10.
Рис. 2.10. Измерение параметров ВЧ сигнала: 1 - испытуемый передатчик;
2 - направленный ответвитель; 3 - направленный ответвитель многоволновой
мощности; 4 - эквивалентное нагрузочное сопротивление; 5 - генератор модулирующего сигнала; 6,11 - измерительное приемное устройство; 7,8 - высокочастотный переключатель; 9 - аттенюатор; 11 - высокочастотный измерительный тракт; 12- экранированная кабина (при необходимости); 13 - высокочастотный фильтр
59
При распространении в тракте большого числа типов волн (N>5)
целесообразно использовать направленные ответвители многомодовой
мощности (НОММ) и измерения проводятся по схеме, изображенной на
рис. 2.11. В этом случае измерения относительных уровней побочных
колебаний Ротн в децибелах вычисляются по формуле:
0,1 i
M

P  10lg(  P  K 10
K
/ P K ),
Hi
Uij  0
H0 H0 i
 i1
(2.32)
где: М – число вторичных каналов направленного ответвителя многомодовой
мощности; PUij – мощность на входе измерительного приемного устройства на iй частоте побочного колебания в j-м канале; PH0 – измеренное значение
мощности на входе измерительного приемного устройства на рабочей частоте
контролируемого радиопередатчика; KH0, Ki – коэффициенты передачи
высокочастотного измерительного тракта на частотах основного и i-го
побочного колебания соответственно; Βi – переходное ослабление НОММ.
Рис. 2.11. Ответвитель многомодовой мощности: 1 - измерительный
приемник; 2- блок фильтров; 3- волноводный переключатель; 4 - передатчик;
5 - АТФ; 6-10 - МНО волн Н10, Н20, Н01, Н11, Е11; 11 – антенна
Погрешность измерения относительных уровней побочных колебаний в
высокочастотном тракте радиопередатчиков в этом случае не превышает 5 дБ.
Зная законы распределения амплитуд и фаз типов волн, переносящих
высокочастотную энергию в тракте ХЧИ, имеющие, как показали
экспериментальные исследования, случайный характер, а также диаграммы
направленности антенны РЭС для отдельных типов волн в тракте, можно,
используя выражение P(U ,  ) , определить значение мощности излучения РЭС
на этих частотах в любой точке пространства.
Измерение уровней побочных каналов приёма РЭС по полю проводится по
той же схеме (рис. 2.8), что и измерение уровней побочных излучений РЭС, с
той лишь разницей, что вместо измерительного приемного устройства 7
60
включается измерительный и модулирующий генераторы, а вместо
испытуемого передатчика 1 включается испытуемый приемник. Уровни
каналов побочного приема определяются при перестройке измерительного
генератора во всем требуемом диапазоне частот по показателям аттенюатора 5.
Уровни восприимчивости приемных устройств РЭС по побочным каналам
приема измеряются односигнальным (рис. 2.12) и двухсигнальным (рис. 2.13)
методами, а уровни восприимчивости радиоприемных устройств РЭС по
блокированию, перекрестным искажениям и интермодуляции – двухсигнальным или многосигнальным методами.
При односигнальном методе измерения КПП их относительные уровни
определяются по уровню сигнала измерительного генератора (или показателям
аттенюатора 3) на частоте КПП при уровне сигнала на индикаторе 7 (или 8),
равном допустимому P0 доп (P0 доп – уровень сигнала на выходе приемника при
сигнале на входе, равном его чувствительности).
Определение КПП двухсигнальным методом по схеме (рис. 2.13)
проводится следующим образом. Генератор 1 настраивается на рабочую
частоту f0, а уровень на нем выставляется таким, чтобы на входе приемника
был сигнал, равный его чувствительности. Перестраивая генератор 2 во всем
требуемом диапазоне частот при уровне мощности на выходе, равным
верхнему пределу абсолютного значения уровня восприимчивости по ПКП,
находят частоты fКПП по измерению сигнала на выходе приемника, а уровни
КПП определяют по разности сигналов генераторов 1 и 2 при сигнале на
выходе приемника, равном P0 доп.
Уровни восприимчивости радиоприемников РЭС по перекрестным
искажениям и по интермодуляции измеряются с помощью той же
измерительной установки (рис. 2.13) при соответствующих частотах настройки,
выходных уровнях и режимах модуляции измерительных генераторов 1 и 2.
При измерении уровней восприимчивости радиоприемника по
интермодуляции оба генератора работают в режиме непрерывной генерации с
одинаковыми уровнями выходной мощности, равными допустимому уровню
восприимчивости исследуемого приемника по интермодуляции. Генератор 1
настраивается на частоту f10<f0 вне полосы пропускания приемника, а генератор
2 плавно перестраивается от нижней частоты контролируемого диапазона
частот fmin до частоты f10.
Погрешность трактовых методов измерения и контроля характеристик
радиоприемников в широкой полосе частот составляет 5 дБ.
61
Односигнальный метод оценки ХЧИ изображен на рис. 2.12.
Рис. 2.12. Односигнальный метод оценки ХЧИ: 1 – генератор сигнала;
2 – усилитель мощности (при необходимости); 3 – высокочастотные фильтры;
4 – аттенюатор (при необходимости); 5 – согласующие устройства (при
необходимости); 6 – испытуемый радиоприемник; 7 – индикатор (штатный или
подключаемый в тракт ПЧ приемника); 8 –выносной индикатор, подключаемый
в тракт ПЧ приемника; 9 – экранированная кабина (при необходимости)
Двухсигнальный метод оценки ХЧИ изображен на рис. 2.13.
Рис. 2.13. Двухсигнальный метод оценки ХЧИ: 1,2 – генераторы сигналов;
3 - усилитель мощности (при необходимости); 4 – высокочастотные фильтры
(при необходимости); 5 – аттенюатор (при необходимости); 6 – согласующие
устройства; 7 – испытуемый радиоприемник; 8 – индикатор (штатный или
подключаемый в тракт ПЧ приемника); 9 – экранированная кабина (при
необходимости)
2.4. Организация службы радиоконтроля
Радиоконтроль (РК) за использованием радиочастотного спектра (РЧС)
состоит в обеспечении соблюдения установленных правил и процедуры его
проведения. Задача РК заключается в обеспечении общего процесса управления
использованием РЧС и решения проблем, связанных с РЭО [12].
Система контроля радиочастот состоит из подсистемы РК диапазонов
радиочастот до 30 МГц, подсистем РК диапазонов радиочастот свыше 30 МГц в
субъектах РФ и подсистемы РК за использованием орбитально-частотного
ресурса. При проведении РК проверяется соответствие технических параметров
и параметров излучений РЭО и высокочастотных устройств данным их
регистрации, требованиям технических регламентов, стандартов, норм и
условиям, установленным в разрешениях на использование радиочастот или
радиочастотных каналов соответствующим РЭО.
62
Радиоконтроль осуществляется на плановой основе и по заявкам на
выявление радиопомех, поступившим от пользователей РЧС, российских
граждан и юридических лиц, федеральных органов в области обороны,
федеральных органов в области правительственной связи и информации,
органов надзора за деятельностью в области связи и Администраций связи
иностранных государств, в соответствии с нормами и правилами ведения РК,
утвержденными Мининформсвязи.
Службы РК имеются у Мининформсвязи и федеральных органов
исполнительной власти в области обороны и правительственной связи. В
процессе ведения РК может осуществляться взаимодействие ведомственных
служб, порядок которого определяется соглашением между ними.
В случае обнаружения нарушений установленных правил использования
РЧС и при необходимости определения параметров излучений РЭО может
проводиться запись сигналов контролируемых РЭО. Такая запись может
служить только в качестве доказательства нарушения порядка использования
РЧС и подлежит уничтожению в порядке, установленном законодательством
РФ. Факт проведения такой записи и ее уничтожения должен отражаться в
соответствующей учетной документации.
Порядок ведения записи сигналов контролируемых РЭО и высокочастотных
устройств гражданского назначения, а также их учета и хранения
устанавливается руководством.
Радиоконтроль осуществляется в целях:
выявления не разрешенных для использования РЭС и прекращения их
работы;
выявления источников радиопомех;
выявления нарушения порядка и правил использования радиочастотного
спектра, национальных стандартов, требований к параметрам излучения
(приема) РЭС и (или) высокочастотных устройств;
обеспечения ЭМС РЭС;
обеспечения эксплуатационной готовности РЧС.
При осуществлении радиоконтроля проводятся:
эфирные измерения параметров излучений РЭС и высокочастотных
устройств (напряженности электромагнитного поля, отклонений несущей
частоты от номинала, уровня внеполосных излучений, излучаемой мощности,
формы диаграммы направленности передающей антенны и др.), влияющих на
ЭМС с другими РЭС;
измерения по тракту передатчика технических параметров РЭС, влияющих
63
на ЭМС;
определение местоположения РЭС, высокочастотных устройств и иных
технических средств;
запись сигналов контролируемых РЭС и высокочастотных устройств;
определение зон уверенного приема сигналов РЭС;
оценка степени занятости (загрузки) РЧС сигналами РЭС;
проверка выполнения временных запретов (ограничений) на использование
РЭС пользователями РЧС;
выявление (поиск и определение местоположения) источников радиопомех;
оценка условий обеспечения ЭМС РЭС и высокочастотных устройств;
измерения, определяемые процедурой международно-правовой защиты
присвоения (назначения) радиочастот или радиочастотных каналов;
предоставление в органы государственного надзора за деятельностью в
области связи сведений о выявленных нарушениях в использовании
радиочастот или радиочастотных каналов РЭС высокочастотными
устройствами и иными техническими средствами.
Радиоконтроль осуществляется с использованием предназначенного для
этого сертифицированного оборудования. При проведении измерений,
подпадающих под сферу распространения государственного метрологического
контроля и надзора, применяются поверенные средства измерений и
аттестованные методики выполнения измерений.
Мининформсвязи России подконтрольны все РЭС гражданского назначения
страны. Ему не подконтрольны РЭС, принадлежащие Министерству обороны,
Федеральной службе охраны, Министерству внутренних дел и Федеральному
агентству воздушного транспорта.
Представляется целесообразным при оснащении отечественной системы РК
совмещение преимуществ зарубежного и отечественного оборудования. Это
позволит, полностью соблюдая требования МСЭ-Р к системе РК, заметно
снизить стоимость результирующего программно-аппаратурного комплекса,
создать его документацию на русском языке в стандартизованном формате и
обеспечить интерактивной связью оборудование РК с Федеральными БД о
частотных присвоениях. С этой целью целесообразно ориентироваться на
измерительные приемники производства фирмы Thomson-CSF, доработав под
них ПО отечественной системы «Ирга» для обеспечения радиоизмерений и
радиопеленгации в ОВЧ/УВЧ диапазоне. Компоненты станции радиоконтроля
фирмы Thomson-CSF: предлагаемая этой фирмой конфигурация головной
станции локальной сети представлена на рис. 2.14. Комплекс аппаратуры
64
состоит из двух отдельных постов – измерений и пеленгации.
Рис. 2.14. Головная измерительно-пеленгационная ОВЧ/УВЧ станция,
укомплектованная оборудованием фирмы Thomson-CSF
Определение параметров сигналов во всем диапазоне ОВЧ/УВЧ
осуществляется на посту измерений. В ручном или автоматическом режиме с
управляющего компьютера ПК1 антенный коммутатор, подключающий к
приемнику TRC 8021 требуемую антенну, поступают исходные данные о
параметрах исследуемого сигнала (частота, на которой работает
контролируемый передатчик, его азимут, поляризация излучаемого сигнала и
т.д.), а также управляющие сигналы, определяющие режим измерений (полоса
пропускания фильтра, тип модуляции и т.п.). Одновременно по сигналам
управления с ПК1 в приемнике устанавливается необходимый режим для
измерения заданного параметра исследуемого сигнала и автоматически
калибруется его усиление. Набор калиброванных антенн диапазона ОВЧ/УВЧ
содержит три антенны — RN 4202-25, RN 4301-25 и RN 4302-25,
предназначенные для приема сигналов с горизонтальной поляризацией, и две
антенны — RN 1021 и RN1508-25 для приема сигналов с вертикальной
поляризацией.
65
Пост пеленгации имеет аналогичную структурную схему. Управление его
элементами осуществляется также в ручном или автоматическом режиме с
управляющего компьютера ПК2. Пеленгация ведется с использованием
трехэтажной антенной системы ANT 194 с автоматическим выбором
необходимых вибраторов системы; ОВЧ/УВЧ диапазон перекрывается тремя
группами вибраторов по пять диполей вертикальной поляризации в этаже.
Многоканальный магнитофон позволяет записать интересующий оператора
станции сигнал, а устройство бесперебойного питания исключает потерю
информации из-за неполадок с сетевым питанием. В случае необходимости
изображение с дисплеев обоих компьютеров может быть распечатано
принтером.
Схема вынесенного пеленгационного пункта локальной системы на
оборудовании фирмы Thomson-CSF показана на рис. 2.15. Комплект
аппаратуры здесь аналогичен пеленгационному посту головной станции.
Рис. 2.15. Вынесенный пеленгационный ОВЧ/УВЧ пункт,
укомплектованный оборудованием фирмы Thomson-CSF
66
Аппаратура фирмы Thomson-CSF полностью соответствует рекомендациям
МСЭ-Р и с учетом выполняемых функций представлена здесь по группам:
антенно-фидерные системы; антенные коммутаторы; приемные устройства;
пеленгаторы; вычислительная и управляющая аппаратура и программное
обеспечение.
Функциональные приемники можно разбить на две группы: измерительные
и пеленгационные. Все приемные устройства, программируемые, совместимые
со всей аппаратурой семейства «8000» фирмы Thomson-CSF, работают с
сигналами со следующими видами модуляции: АМ/ЧМ/ФМ. Основные
сведения о приемных устройствах приведены в табл. 2.2
Таблица 2.2
Основные сведения о приемных устройствах
Обозначение
Назначение
Диапазон частот
Возможность
в базовой конфрасширения
рации, МГц
частотного диапазона
TRC 8021
измерительный
20…1350
До 2,7 ГГц- модулем
MD103 или от 300кГцмодулем MD107
TRC 8023
пеленгационный
20…1350
Нет
TRC 8024
пеленгационный
20…2700
Нет
TRC 8123
пеленгационный
0,3…30
Нет
Примечание
Одновременно
оба модуля
использовать
нельзя
Два идентичных
канала
Два идентичных
канала
Два идентичных
канала
Основные компоненты пеленгатора: приемное устройство; антенная
система; антенный коммутатор и управляющий компьютер, служащие также
индикатором. В табл. 2.3 приведены основные характеристики пеленгаторов
семейства «8000» фирмы Thomsom-CSF.
При реконструкции отечественной системы РК целесообразно
использование оборудования РК в основном французской фирмы Thomson-CSF
и одной или нескольких отечественных фирм, например «Ирга».
При создании контрольно-измерительных систем в ближайшем десятилетии
придется закупать аппаратуру РК зарубежного производства или строить свои
измерительные системы, используя зарубежные приборы в качестве составных
элементов измерительных комплексов.
67
Таблица 2.3
Характеристики пеленгаторов семейства «8000»
Обозначение
Стационарный или
мобильный
Диапазон
частот,
МГц
Антенная
система
TRC 8011
Стационарный
20…1350
ANT 183
TRC 8011
Стационарный
20…2700
ANT 194
TRC 8012
Мобильный
20…1350
ANT 184-1
TRC 8012
Мобильный
20…2700
ANT 184-1
и 184-2
ANT 186
(12 шт.)
ANT 187
TRC 8011
TRC 8012
Стационарный и
полустационарный
Мобильный
0,3…30
0,5…30
Антенный
коммутатор
AEA 170 и
AEA 171
AEA 170, 171 и
175
AEA 170 и
AEA 171
AEA 170, 171 и
175
AEA 170, 171 и
175
AEA 173
Примечание
TRC 8023
TRC 8024
TRC 8023
TRC 8024
TRC 8123
TRC 8123
Это касается, прежде всего, измерительных приемников. В табл. 2.4
приведены разновидности оборудования РК и их ориентировочная стоимость.
Таблица 2.4
Разновидности комплексов оборудования РК
№
п/п
Основная комплектация
Комплекс целиком на базе импортного оборудования,
1 антенны и автомобиль (для подвижных станций) западного
производства; сборка, настройка и испытания – во Франции.
Комплекс в основном на базе импортного оборудования,
2
антенны, автомобиль – российского производства
Комплекс в основном на базе отечественного оборудования
(«Ирга» или др.), включая антенны и автомобиль, с заменой
3
измерительного приемника с доработанным программным
обеспечением «Ирга» или др. – см. п. 5 данной таблицы)
Комплекс целиком на базе отечественного оборудования
4 («Ирга» или др.), включая антенны и автомобиль; сборка,
настройка и испытания – в России.
Доработка программного обеспечения «Ирга» для
измерений и пеленгации с помощью измерительного
5
приемника и доведение параметров комплекса до
требований МСЭ-Р
Стоимость,
тыс. долл. Примечания
США
600
500
Полностью
соответствует
требованиям
ММСЭ-Р
350
250
300
(разовые
затраты)
Не полностью
соответствует
требованиям
ММСЭ-Р
Должно
соответствова
ть
требованиям
МСЭ-Р
68
Из приведенной таблицы следует, что комплекс оборудования РК №3,
содержащий как отечественную, так и импортную аппаратуру, полностью
соответствует требованиям МСЭ-Р и имеет наименьшую стоимость, равную
350 тыс. долл. США.
2.5. Технические мероприятия по обеспечению ЭМС РЭО
Устройства компенсации помех. Эти устройства позволяют существенно
улучшить качество приема при наличии помех и тем самым повысить
эффективность использования полосы частот. Они делятся на двухканальные
(часто имеют две антенны) и одноканальные.
Рассмотрим работу компенсатора помех на СВЧ, изображенную на рис.
2.16.
Рис. 2.16. Структурная схема компенсатора помех на СВЧ
К выходам антенн в схеме подключены малошумящие параметрические
усилители (МПУ). Одна из антенн принимает смесь П+С, а вторая только
помеховые сигналы. В основном тракте включен направленный ответвитель
(НО), выполняющий функции вычитающего устройства. На его второй вход с
сумматора (∑) подается компенсирующий сигнал, амплитуда и фаза которого
автоматически подбираются с помощью специального блока, состоящего из
69
4 аттенюаторов (АТТ), 2 фазовращателей (ФВ1 и ФВ2) и разделительного
устройства (Р).
Посредством Р, ФВ1 и ФВ2 из НЭМП, принятой второй антенной,
формируется 4 сигнала: синфазный с помехой (U1), противофазный (U3) и два
(U2 и U4), отличающиеся по фазе на ±π/2 и снимаемые с ФВ1 и ФВ2. Каждый
из этих сигналов подводится к АТТ, затухание которых регулируется
напряжениями, снимаемыми с выходов управляющих цепей (УЦ1 и УЦ2).
Таким образом запирая полностью или частично соответствующие АТТ, на
выходе ∑ можно подобрать такие амплитуду и фазу сигнала, которые бы
обеспечивали компенсацию НЭМП, приходящую к НО от МШУ1.
Рассмотрим работу управляющей системы на примере немодулированных П
и С. С помощью гетеродина (Г) и смесителей СМ1 и СМ2 частоты колебаний
fc и fn понижаются и усиливаются в УПЧ. В результате этого в точках схемы α
и b на входах перемножителя ПР1 появятся напряжения:
U  U cos  t  U cos  t ,
(2.33)
a
c
c
n
n


U  U n cos nt   ,
(2.34)
b
где α и β – учитывают отличия по амплитуде и фазе П, принятой второй
антенной и прошедшей через СМ2, ограничитель (Огр.) и полосовой фильтр
(ПФ) от П, принятой первой антенной и прошедшей основной тракт.
После перемножения напряжений (2.33) и (2.34) на выходе фильтра в точке
К получим постоянную составляющую:
(2.35)
U  0,5U 2 cos  ,
n
K
В зависимости от β знак UK будет положительным или отрицательным, что
определит появление напряжения на выходах 1 или 2 УЦ1.
С учетом фазового сдвига на π/2 в точке Д (на выходе Ф2) имеем
напряжение:
(2.36)
U  0,5 U 2 sin  .
D
0 n
По аналогии с предыдущим случаем оно появится или на выходе 1, или на
выходе 2 УЦ2.
Таким образом, в соответствии со значением фазового угла будут открыты
соответствующие АТТ, а степень открытия будет определяться значением
напряжений UK и UD.
При совпадении частот fc и fn схема обеспечивает подавление НЭМП на
40…50 дБ. При расстройке частот на 10…15 МГц подавление снижается до
25 дБ. Причем подавление П на 40 дБ возможно при различии АЧХ трактов не
70
более, чем на 0,1 дБ, а ФЧХ – не более 0,60.
Рассмотрим схему разделения спектров полезного и помехового сигналов,
представленную на рис. 2.17.
Рис. 2.17. Структурная схема разделения спектров С и П
Будем считать, что на входе схемы, изображенной на рис. 2.17, входной
сигнал описывается выражением:
(2.37)
Uвх  Uсвх (t )cos ct  U nвх (t )cos(nt  n ) .
Этот сигнал поступает на вход схемы ПР1 и ПР2 и схем фазовой
автоподстройки частоты (ФАПЧ1), на второй вход ПР1 поступает напряжение
Uз с ФАПЧ1, синхронное по частоте и фазе с колебаниями полезного сигнала.
U з  U з cos ct .
(2.38)
В свою очередь на второй вход ПР2 поступает сигнал от схемы ФАПЧ1,
прошедшей через ФВ, обеспечивающий сдвиг π /2:
U  U sin ct .
(2.39)
4
4
После перемножения на выходе ФНЧ Ф1 и Ф2 имеем:
U (t )  K U c (t )  K U n (t )cos  pt .
(2.40)
1
1
1
U (t )  K U n (t )cos  pt .
(2.41)
2
2
U K
U K 
4
В (2.40) и (2.41)  p  2 F p  n  c , K  3
где
и
K

2
2 ,
1
2
К1, К2 - соответствующие коэффициенты передачи перемножителей первой и
второй ветви соответственно.
Напряжение, определяемое соотношением (2.41), поступает на вход ФАПЧ2
и ПР3. С помощью системы ФАПЧ2 из этого сигнала выделяется колебание с
частотой Fp:
U  U sin  pt .
(2.42)
5
5
71
Это напряжение служит для запуска функционального генератора (ФГ),
формирующего сложный сигнал следующего вида:
U  U  sin 2k  pt .
6
6 K 1
(2.43)
Выходной сигнал после прохождения ПР3 с учетом (2.41) и (2.43) запишем
в виде:
U  K U n (t )cos  pt  K U n (t )cos(2  1) pt .
(2.44)
7
3
3
где: K3=KnK2U6/2 ; Kn – коэффициент передачи перемножителя.
Очевидно, что при достаточно большом значении ℓ (например ℓ>F св/Fp),
сигнал, описываемый вторым слагаемым в выражении (2.44), может быть
отфильтрован с помощью фильтра Ф3. Таким образом, на выходе Ф3, имеющего
коэффициент передачи Кф, получим напряжение:
(2.45)
U  K K U n (t )cos  pt .
8
3 ф
Разность напряжений на выходе вычитающего устройства (∑),
определяемых соотношениями (2.40) и (2.45), при условии, что К3Кф=К1, равна:
U вых  K U c (t ) .
(2.46)
1
Конечно, в реальных условиях такое функционирование схемы обеспечить
не удается из-за влияния различных факторов. К основным из них относятся
неточность синхронизации фазы колебаний, снимаемых с ФАПЧ, и неравенство
амплитуд составляющих, входящих в (2.44). Результаты анализа этой схемы
показывают, что при неточности синхронизации колебаний, создаваемых
ФАПЧ1 и ФАПЧ2 в пределах до 3о и неравномерности между амплитудами
соседних компонент напряжения от одного до трех процентов достижимо
уменьшение мощности помех на выходе на 10…22 дБ при отношение (P п/Pc)вх
порядка 1…10 [16].
Если в спектрах принимаемых сигналов имеются значительные частотные
различия, то может быть реализована адекватная частотная компенсация помех
независимо от их пространственных и поляризационных характеристик. В
радиолиниях с широкополосными сигналами эффективна адаптивная резекция
узкополосных сосредоточенных помех, причем фильтры выступают в роли
корреляционного адаптивного компенсатора помех (АКП) (рис. 2.18).
Рис. 2.18. Структурная схема корреляционного АКП
72
Смесь сигналов и помех поступает на основной вход 1 АКП и с задержкой
∆t на компенсаторный вход, причем ∆t››τс и ∆t‹‹τn, где τn, τс – интервалы
автокорреляции сигнала и помехи. Эффективность таких АКП характеризуется
коэффициентом подавления:
 n  q2
/ q2
.
(c/ п)вых (c/ п)вх
Методы защиты от помех. Необходимо отметить, что наилучшим образом
от НЭМП, проникшим на вход УПЧ, помогают избавиться (подавить) схемы
оптимальной обработки, АЧХ и ФЧХ которые не только зависят от структуры и
параметров полезного сигнала, но и в значительной степени определяются
структурой помехового сигнала и законом распределения мгновенных значений
его амплитуд.
Известно [13], что в случае использования в приемном тракте
согласованного фильтра (СФ), его частотная характеристика, обеспечивающая
максимизацию отношения С/П на выходе, определяется соотношением:
 jt
0.
(2.47)
K ()  aG*()e
Если помеха имеет неравномерный энергетический спектр Gn(f), то
частотная характеристика оптимального фильтра имеет вид:
 jt
0.
(2.48)
K ( )  a[G*( ) / Gn ( )]e
Такой оптимальный фильтр, реализующий (2.48), можно представить в виде
двух последовательно соединенных линейных фильтров, первый из которых
имеет частотную характеристику:
K ( )  1 Gn ( ) ,
(2.49)
1
Этот фильтр еще называют «отбеливающим».
В ряде случаев закон распределения мгновенных значений взаимных помех
на входе ПРМ может быть записан в виде:
2
(2.50)
P( y)  a exp(b y ) ,
где α, b, ν – параметры аппроксимации реальных законов распределения. Для
импульсных помех ν = 0,5, для нормального закона распределения помехи ν =
1, для шумового сигнала, ограниченного по амплитуде ν ≈ 10.
В случае, если Pп ›› Pс для оптимальной обработки смеси сигнал + помеха
необходимо осуществить следующие преобразования:
(2.51)
 ( y)  b y 2 y ,
и затем полученный сигнал подвергнуть согласованной фильтрации.
Для приближения ХЧИ ПРМ к оптимальной на практике часто используют
73
схему ШОУ.
При ν = 0,5 выражение (2.51) запишем в виде:
 ( y)  b y y  bsign y ,
(2.52)
где b – уровень ограничения, соответствующий идеальному ограничителю,
входящему в схему.
Данная схема эффективно работает при расстроенных по рабочей частоте
импульсных помехах, имеющих длительность импульса τи ‹‹ τс. При этом
полоса широкополосного фильтра ∆f1 ≥ ∆fn. В этом случае:
b  U max  к P ,
(2.53)

где: Umax – максимальный выброс суммарного напряжения; P∑ - его мощность;
к – пик-фактор, к(∆f1, Т) [3…5].
Ограничение уровня расстроенной помехи обеспечивается вследствие
узкополосного
фильтра.
Широкополосный
усилитель
позволяет
компенсировать растяжения коротких мощных импульсов при прохождении
через узкополосные цепи.
Существенным недостатком схемы ШОУ является возможность
возникновения радиопомех, попадающих в полосу узкополосного фильтра, в
тех случаях, когда на входе широкополосного усилителя их частоты находятся
за пределами пропускания узкополосного фильтра.
Это происходит за счет нелинейного преобразования радиопомех.
Другим способом защиты от радиопомех является бланкирование, т.е.
прерывание приемного тракта на время действия помех, что обеспечивает
примерно такую же эффективность подавление радиопомех, как и схема ШОУ.
Оно является разновидностью нелинейного преобразования (2.52). Для
обнаружения помехи используется схема выделения ее параметра (огибающей,
центральной частоты спектра, направление прихода, длительности и т.д.),
отличающегося от аналогичного параметра полезного сигнала и порогового
элемента (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Устройство бланкирования помех
Сигналы, превысившие уровень порога, свидетельствующие о наличии
74
помехи, запускают генератор бланкирующих импульсов, запирающих
приемный тракт РЛС и тем самым предотвращающих прохождение помехи на
оконечные устройства РЛС. Очевидно, что совпавшие с помехой импульсы
также будут бланкироваться, поэтому во избежание больших потерь в
обнаружении устройства с бланкированием применяются только для
подавления импульсных помех со скважностью больше 3…5, т.е., когда
вероятность совпадения сигнала и помехи достаточно мала.
Практическое применение в радиолокаторах нашли следующие средства
помехозащиты:
- селекторы импульсов по длительности;
- компенсаторы помех по боковым лепесткам диаграмм направленности;
- аналоговые и дискретные накопители импульсов;
- устройства бланкирования приемников импульсами запуска мешающей
РЛС;
- синхронизация по запуску в группе однотипных РЛС.
Типовая схема селектора по длительности приведена на рис. 2.20 и
содержит дифференциальную цепочку, линию задержки на время длительности
полезного импульса τс, инвертор и схему «И». Если инвертированный задний
фронт импульса совпадает по времени с задержанным на время τс передним
фронтом, то схема «И» срабатывает и импульс совпадения проходит на
оконечные устройства РЛС. Помеховые импульсы с длительностью большей
или меньшей τс на выход схемы не проходят.
При использовании схем такого рода необходимо иметь ввиду следующее:
1) при сближении двух целей на расстояние, меньше разрешающей
способности РЛС по дальности, эхо-сигналы от них сливаются в один
удлиненный импульс, который будет устранен рассмотренным селектором;
Рис. 2.20. Дискриминатор импульсов по длительности
75
2) селектор по длительности устраняет или искажает изображение на ИКО
метеообразований, эхо-импульсы от которых представляют собой протяженные
импульсы со случайной огибающей.
Эти недостатки в ряде случаев препятствуют использованию селекторов в
РЛС УВД.
Компенсатор помех по боковым лепесткам эффективен при действии помех
любых типов [17]. На рис.2.21 приведена простейшая схема устройства,
реализующего амплитудный метод компенсации. Основной приемник РЛС
содержит направленную антенну, УВЧс, смеситель, УПЧс и детектор Дс. В
состав компенсационного приемника входят аналогичные элементы.
Компенсация помех достигается в вычитающем устройстве при условии,
что помеховые сигналы на выходах детекторов Дс и Дп имеют одинаковые
огибающие. Для выполнения этого условия диаграмма направленности
антенны компенсационного приемника должна точно повторять диаграмму
направленности направленной антенны в области боковых лепестков и иметь
провал в области ее главного луча (рис. 2.22). Такая компенсационная антенна
трудно реализуема, поэтому в компенсаторах применяют автоматическую
подстройку (выравнивание) уровня помехи на выходе вспомогательного
приемника таким образом, чтобы уровни помех на выходах детекторов Дс и Дп
были равны. Устройства с автоматической подстройкой уровня помехи
называются корреляционными автокомпенсаторами. Для повышения их
эффективности в ряде случаев применяется вычитание помехи не на видео, а на
промежуточной частоте.
Рис. 2.21. Амплитудный компенсатор по боковым лепесткам
76
Рис. 2.22. Диаграмма направленности основной и компенсационной антенн
Рис. 2.23. Дискретный накопитель типа «к из m»
Дискретные и аналоговые накопители импульсов являются основными и
весьма эффективными средствами защиты РЛС от импульсных несинхронных
помех. На рис. 2.23 показана схема дискреционного накопителя, реализующего
алгоритм «к из m» («скользящее окно») и широко применяемого на практике.
Схема содержит входной пороговый элемент, нормализатор по амплитуде,
ряд цифровых запоминающих устройств (ЗУ) и логическую схему. Пороговый
элемент и нормализатор в совокупности образуют бинарный квантователь
видеосигналов. Вход первого ЗУ подключен ко входу второго ЗУ и ко второму
входу логической схемы, выход второго ЗУ соединен со входом 3-го ЗУ и с 3-м
входом логической схемы. В ЗУ сигналы задерживаются на период повторения
РЛС. Сигнал на выходе логической схемы появляется в том случае, если на ее
входах, число которых равно m, появляется не менее «к» импульсов.
Хаотические и несинхронные помехи с периодом повторения, отличным от
периода повторения РЛС, приходят на входы логической схемы в разное время
и отфильтровываются ею. Степень подавления помех тем выше, чем больше
отношение к/m и чем больше число m. Однако с ростом к/m растут потери в
обнаружении полезных сигналов при отсутствии помех. Наименьшие потери в
обнаружении будут при к=1,5√m, пороговый сигнал при использовании
рассмотренной схемы на 1 – 2 дБ выше, чем в идеальном аналоговом весовом
накопителе. Однако простота технической реализации схем «к из m» на базе
77
современных оперативных запоминающих устройств, стабильность работы и
некритичность к изменению периода повторения РЛС делают эти схемы
наиболее целесообразным средством подавления импульсных помех.
Бланкирование приемника импульсами запуска мешающей РЛС поясняется
рис. 2.24. Если эта РЛС находится на небольшом расстоянии, то можно по
специальному кабелю подать ее импульс запуска на вход ждущего
мультивибратора, который бланкирует приемник защищаемого радиолокатора.
Тогда в момент прихода помехи по эфиру приемник этого радиолокатора
окажется запертым и помеха на оконечное устройство не попадет. Этот метод
эффективен при обеспечении совместной работы близко расположенных
однотипных РЛС (например, основного и резервного комплексов РЛС УВД),
работающих на одинаковых частотах повторения, при которых применение
накопителей неэффективно.
Рис. 2.24. Бланкирование импульсами запуска мешающей РЛС
Если помеха является фазоманипулированным сигналом с двоичным кодом
[0,π], то она может быть выделена из смеси с маломощным полезным сигналом
любого вида с помощью детектора-экстрактора (рис. 2.25).
Рис. 2.25. Структурная схема детектора-экстрактора
Сигнал задерживается с помощью линии задержки (ЛЗ) на время, равное
длительности элемента сигнала τс и поступает на ПР1, на второй вход которого
подается код сигнала, полученный с помощью фазового детектора (ФД). После
перемножения сигнал селектируется с помощью узкополосного фильтра (Ф) с
полосой ∆fэ и поступает на ФД и ПР2. Так как на другой вход ПР2 поступает
код сигнала, то на выходе схемы образуется помеховый сигнал Ũn(t), который
представляет собой квазислучайный сигнал, мощность которого подавлена в
bэ-1 раз, где bэ=∆fэτс››1.
78
Вопросы для самопроверки
1. Раскройте принципы частотного планирования сетей связи и
радиовещания.
2. В чем заключаются методы планирования сетей подвижной связи?
3. Приведите алгоритм частотного планирования сетей сотовой подвижной
связи.
4. В чем заключаются особенности расчета ЭМС космических радиослужб?
5. Раскройте принципы реализации полевых методов измерения параметров
ЭМС.
6. Каковы особенности трактовых методов измерения параметров ЭМС?
7. В чем заключаются задачи службы радиоконтроля?
8. Охарактеризуйте компоненты станций радиоконтроля.
9. Приведите схему реализации спектров сигналов и помех по ВЧ.
10. Приведите схему реализации спектров сигналов и помех по НЧ.
11. Каковы особенности одноканальных комплексов помех?
12. Каковы особенности работы корреляционных адаптивных компенсаторов
помех?
13. Для чего используется способ бланкирования?
14. Как реализуется защита от импульсных несинхронных помех в РЛС
УВД?
15. Каково назначение синхронизации РЛС одного а/п по запуску?
79
Заключение
В заключение хотелось бы обратить внимание обучающихся на тот факт,
что большое количество технических систем обеспечения информации вполне,
кроме своего основного назначения, пригодны к параллельному решению
целого ряда задач, возникающих при оценки ЭМО, квалиметрии помеховых
воздействий и обеспечению ЭМС РЭО.
Так, например, системы, относящие к технике поиска средств негласного
съема информации с передачей по радиоканалу (системы класса «Омега»,
«Крона-плюс», «Protect» и др.), позволяют индицировать факт нарушения
ЭМО. В свою очередь, использование устройств защиты от утечки
акустической информации (типа «Шторм», «Мозаика», «Барон», генераторы
шумов «Соната», устройство активной защиты информации типа «Вето-М»)
позволяет просто улучшить ЭМО и, следовательно, ослабить проблемы
обеспечения ЭМС РЭО. Эту же задачу успешно решают различные устройства
защиты информации по электросети («Импульс», «Фаза», «Шунт», «Гром» и
др.) и устройства защиты от утечки информации по каналам ПЭМИН («Бриз»,
«Гном», «ГШ», «ЛГШ» и др.).
Комплексы защиты информации (программно-аппаратные комплексы
«Навигатор», «Спрут») вообще являются универсальными приборами,
использование которых позволяет всесторонне оценить ЭМВ различных видов
РЭО, производить аттестацию и сертификацию ряда объектов, получать
количественные оценки ЭМО.
Из вышесказанного следует, что, безусловно, одной из сторон деятельности
в области информационной безопасности в условиях эксплуатационных
подразделений ГА будет в той или иной степени являться оценка ЭМС РЭО.
80
Литература
1. Князев А.Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной
совместимости радиоэлектронных средств. – M.: Радио и связь, 1984.
2. Петровский В.И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость
радиоэлектронных средств. – M.: Радио и связь, 1986.
3. Теория
и
методы
оценки
электромагнитной
совместимости
радиоэлектронных средств /под ред. Ю.А. Феоктистова. – M.: Радио и связь,
1988.
4. Полрадж А., Набар Р., Гор Д. Основы построения систем связи с
пространственно-временным кодированием. – М.: Физматий, 2007.
5. Винокуров В.И., Пащенко Е.Г., Харченко И.П. Электромагнитная
совместимость судового радиоэлектронного оборудования. – Л.:
Судостроение, 1987.
6. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость
радиосистем /под ред. М.А. Быховского – М.: Эко-тренд, 2006.
7. Быховский М.А. Частотное планирование сотовых сетей подвижной связи. –
М.: Электросвязь, 2006.
8. Емельянов В.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронного
оборудования ГА. – М.: МГТУ ГА, 1994.
9. Регламент радиосвязи. – М.: Радио и связь, 1986. – Т2.
10. C.C.I.R. XXI Plenary Assembly, Dubrovnik 1986 – IIU Geneva, 1986.–V. IV – 1
11. Регламент радиосвязи. – М.: Радио и связь, 1985. – Т.1.
12. Справочник по управлению использованием спектра на национальном
уровне. – Женева: Бюро радиосвязи МСЭ, 1995.
13. Международное совещание по свази. ICAO, Doc. COM – 81 – P5/12(1)81.
– Монреаль, 1981.
14. Рекомендация IIU-R IS/ 851-1. Совместное использование частот
радиовещательной и/или подвижной службами в диапазонах ОВЧ и УВЧ
(вопрос 2/12), 1992-1993.
15. Справочник по компьютерным методам управления использованием
радиочастотного спектра. – Женева: Бюро радиосвязи МСЭ, 1999.
16. Егоров Е.И, Калашников Н.И., Михайлов А.С Использование
радиочастотного спектра и помехи. – M.: Радио и связь, 1986.
17. Защита от радиопомех /под ред. М.В. Максимова. – M.: Радио и связь, 1986.
81
Содержание
Введение……………………………………………………………………………….3
1.Методология оценки ЭМС ТКС ГА …………………………………………….4
1.1. Принципы комплексного анализа ЭМС ТКС и расчета количественных
характеристик ЭМС …………………………………………………………………..4
1.2. Функционирование РЭО в условиях воздействия непреднамеренных
электромагнитных помех (НЭМП)...………………………………………………....6
1.3. Сетевая модель функционирования сложных ТКС…………………………….9
1.4. Комплексная оценка ЭМС ТКС на объектах и локальных группировках…....13
1.5. Точностные характеристики решения расчетных задач……………………….15
1.6. Дополнительная оценка помех и корректирующие алгоритмы……………….16
1.7. Система расчетных методик. Структура расчетных методик…..……………..21
Вопросы для самопроверки …………………………………………………………..37
2. Организационно-технические мероприятия по обеспечению ЭМС ТКС.....38
2.1. Принципы частотного планирования сетей радиосвязи и радиовещания…....38
2.2. Расчет ЭМС космических служб………………………………………………...47
2.3. Методы измерения параметров ЭМС РЭО……………………………………...54
2.4. Организация службы радиоконтроля……………………………………………61
2.5.Технические мероприятия по обеспечению ЭМС РЭО ………………………..68
Вопросы для самопроверки …………………………………………………………..78
Заключение…………………………………………………………………………….79
Литература…………………………………………………………………………......80
Скачать