Анализ факторов, влияющих на качество радиосвязи в КВ-диапазоне

одновременно десятки тысяч телефонных разговоров и передавать десятки телевизионных программ, радиорелейная и спутниковая связь по своим возможностям являются несравненно более эффективными, чем обычная дальняя радиосвязь на декаметровых волнах, значимость которой соответственно уменьшается (за ней, например, остаётся роль полезного резерва, а также роль средства связи на направлениях с малыми потоками информации).

При большой мощности радиопередатчика (десятки квт) радиосвязь на метровых волнах в узкой полосе частот (несколько кгц) возможна на расстояниях ~ 1000 км за счёт рассеяния волн в ионосфере (см. Ионосфернаярадиосвязь). Пользуются также отражением радиоволн от ионизованных следов метеоров, сгорающих в верхних слоях атмосферы (см. Метеорная радиосвязь), но при этом передача информации идёт с перерывами, что не позволяет осуществлять телефонных переговоры.

Малая часть энергии излучения на дециметровых и сантиметровых волнах может также распространяться за пределы горизонта (на расстояния в сотни км) благодаря электрической неоднородности тропосферы. Это позволяет при сравнительно большой мощности передатчиков (порядка нескольких квт) строить линии радиорелейной связи с расстоянием между промежуточными станциями в 200-300 км и более (при сужении частотного спектра излучения, т. е. уменьшении объёма передаваемой информации, см. Тропосферная радиосвязь).

Линии радиосвязи используются для передачи телефонных сообщений, телеграмм, потоков цифровой информации и факсимиле, а также и для передачи телевизионных программ (обычно на метровых

и более коротких волнах). По назначению и дальности действия различают международные и внутрисоюзные общегосударственные линии радиосвязи. Внутрисоюзные линии делятся на магистральные (между столицей СССР и столицами союзных республик, краевыми и областными центрами, а также между последними) и зоновые (внутриобластные и внутрирайонные). Развитие линий радиосвязи планируется с учётом вхождения радиосвязи в Единую автоматизированную систему связи страны.

Организационно-технические мероприятия и средства для установления радиосвязи и обеспечения её систематического функционирования образуют службы радиосвязи, различаемые по назначению, дальности действия, структуре и др. признакам. В частности, существуют службы: наземной и космической радиосвязи (к космической радиосвязи относят все виды радиосвязи с использованием одного или нескольких спутников или иных космических объектов); фиксированной (между определёнными пунктами) и подвижной (между подвижной и стационарной радиостанциями или между подвижными радиостанциями); радиовещания и телевидения. Для производственных и специальных служебных надобностей имеются ведомственные службы радиосвязи в некоторых министерствах и организациях (например, в гражданской авиации, на ж.-д., морском и речном транспорте, в службах пожарной охраны, милиции, медицинской службе городов), а также внутрипроизводственная связь на промышленных и с.-х. предприятиях, в некоторых учреждениях и т.д. (см. также Радиостанция низовой связи). Большое значение имеет радиосвязь в вооружённых силах.

УДК 618.1

Коршунов Д.В., Васильев А.С., Лапшин Э.В.

ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО РАДИОСВЯЗИ В КВ-ДИАПАЗОНЕ

Использование коротковолнового (КВ) диапазона радиосвязи для передачи сообщений играет важнейшую роль для обеспечения жизнедеятельности государства. В последние годы неоднократно высказывалось мнение о том, что высокоэффективные средства связи вытеснят КВ радиосвязь из общей системы связи. Однако ни в одной стране мира не ставится вопрос о ликвидации КВ радиосвязи. Коротковолновая система связи сохранила свое значение не только как основное средство для подвижных служб низовой связи, но и как важнейшее вспомогательное и резервное средство стационарной сети.

Современный этап развития КВ радиосвязи характеризуется существенной реконструкцией технических средств связи, полной ее автоматизацией с адаптацией к изменяющемся условиям распространения радиоволн и помеховым ситуациям, что вы-

зывает необходимость детального учета особенностей распространения радиоволн в нестационарной анизотропной среде.

Модель системы передачи дискретных сообщений (см. Рисунок 1) характеризует основные этапы преобразования сигнала, учитывает особенности распространения радиоволн и воздействие активных помех.

В рамках дрейфовой модели неоднородностей ионосферы известно, что скорость горизонтального дрейфа в слое Е2 составляет порядка У~100 м/с [1], что приводит к изменению доплеровского смещения частоты передаваемого сообщения и дальности скачка по Земле. Следует также учесть флуктуации показателя преломления в случае регулярной ионосферной рефракции. Ширина спектра допле-ровских частот излучаемого сигнала изменяется в несколько раз и достигает величины 0,2...0,5 Гц.

Источник информации

Радиопередающие устройства

Замирание

Движение отражающего слоя

Фокусировка

I

Источник

помех

Получатель Радиоприемные Приемная антенна

сообщений устройства

Рисунок 1 - Модель системы передачи дискретных сообщений.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что изменение ширины спектра допле-ровских частот не приведет к искажениям межсимвольной информации и может быть использован для

диагностики среды распространения КВ радиоволн при передаче дискретных сообщений.

Характерным для КВ радиоканала является замирание сигнала. В ионосферном канале составляющие сигнала распространяются по нескольким путям. Во-первых, в пункте приема обнаруживаются лучи, которые распространяются путем однократного или многократного отражения. Во-вторых, сигнал излучается передающей антенной в пределах ширины диаграммы направленности, следовательно, можно считать, что на ионосферу падает не один луч, а пучок лучей, которые достигают приемной антенны с различными амплитудами и фазами. В-третьих, к многолучевой интерференции излучения приводит среда распространения с крупномасштабной и мелкомасштабной неоднородными структурами.

Многолучевость при высоких скоростях работы и обычных видах манипуляции ограничивает возможности повышения надежности связи путем увеличения мощности передатчика. Если разность хода лучей сравнима с длительностью отдельно взятого элемента, то прием информации осуществляется по лучу, который имеет в данный момент наибольший уровень, а при переходе с одного луча на другой происходит рассинхронизация по циклам, что приводит к потере отдельных знаков сообщения. Многолучевость с большой разностью хода лучей приводит к интерференции элементов сообщения, приходящих в точку приема разными лучами, и сигналы в лучах с меньшим уровнем в этом случае играют роль аддитивных помех.

Различают быстрые и медленные замирания. Основной причиной быстрых замираний сигнала является многолучевое распространение радиоволн, которое приводит к интерференционным замираниям. Вариации фаз приводят к вариациям амплитуды принимаемого сигнала. Для изменения фазы волны на 180° достаточно, чтобы длина пути изменилась на 5...50 м [2]. Такие незначительные изменения длины пути распространяющейся волны могут происходить непрерывно, следовательно, колебания напряженности электрического поля в диапазоне коротких волн могут быть частыми и глубокими. Причиной медленных замираний является изменение поглощения радиоволн в ионосфере.

Кроме интерференционных замираний сигнала в КВ-диапазоне волн имеют место поляризационные замирания [3]. Причиной поляризационных замираний является поворот плоскости поляризации волны при распространении её в анизотропной нестационарной среде в направлении силовых линий магнитного поля Земли. Поляризационные замирания наблюдаются реже интерференционных в 10...15 %

всех случаев, однако их учет при организации связи имеет явно выраженную практическую направленность.

Анализ спектральной структуры загрузки КВ-диапазона свидетельствует о преобладающем воздействии узкополосных помех. Следует отметить, что в коротковолновом диапазоне волн насыщенном сосредоточенными по спектру помехами практически всегда имеются частотные каналы шириной 3...10 Кгц с минимальным или приемлемым относительно некоторого порога уровнем мощности активных помех. Поиск такого рода частотных каналов в условиях нестационарных по мощности и частоте радиотехнических помех может быть обеспечен путем частотной адаптации, предусматривающей непрерывный анализ загрузки заданного диапазона оптимальных рабочих частот (ОРЧ), выбор каналов с минимальным или приемлемым относительно некоторого порога уровнем мощности активных помех.

С другой стороны увеличение отношения сигнал/шум возможно, если использовать фокусирующие свойства ионосферы. Зона формирования отраженного сигнала в ионосфере имеет одновременно и линзовую и мелкомасштабную неоднородную структуру. Использование эффекта фокусирования радиоволн на границе мертвой зоны позволяет увеличить амплитуду сигнала наклонного зондирования на 5...7 дБ при отражении от Е области и порядка 4 дБ при отражении от Е слоя. На трассе распространения 3000 км фокусирование на горизонте дает увеличение амплитуды в 8 дБ при угле излучения 9^0° и не превышает 5 дБ при 8-10°. Увеличение амплитуды радиоволн в зоне фокуса составляет 10...15 дБ, а при неоднородной структуре ионосферы достигает порядка 4...9 дБ [4].

При некогерентном приеме сообщений вероятность ошибки зависит от отношения сигнал/шум на входе демодулятора. Увеличение отношения сигнал/шум может быть достигнуто за счет:

повышения мощности радиопередающего устройства (что не всегда целесообразно);

выбора канала с минимальным уровнем помех;

использования фокусирующих свойств среды распространения .

Из сказанного следует, что комплексный учет особенностей распространения радиоволн в нестационарной анизотропной среде и их использование при разработке способов и алгоритмов адаптации к изменяющимся условиям позволит существенно повысить качество передачи дискретных сообщений по ионосферному каналу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Исследование неоднородной структуры ионосферы методом наклонного зондирования/ В. А. Алимов, Л. М. Ерухимов, В. С. Караванов и др. // ЦИОНТ ПИК ВИНИТИ. №17. С. 102-110.

2. Долуханов М. П. Распространение радиоволн. М. : Связь, 1972. 335 с.

3. Грудинская Г. П. Распространение радиоволн. М. : Высш. шк., 1975. 279 с.

4. Сомов В. Г., Тяпкин В. Н., Леусенко В. А., Шайдуров Г. Я. О влиянии нелинейных и фокусирующих свойств ионосферы на качественные показатели радиолокации в декаметровом диапазоне радиоволн// Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. №8. С. 1-10.

УДК 618.2

Лапшин Э.В., Наумова И.Ю., Коршунов Д.В., Васильев А.С.

ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия

БОКОВОЕ ДВИЖЕНИЕ СЛОЖНОЙ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННОЙ СИСТЕМЫ

Летательный аппарат в полете подвергается различным возмущениям, наиболее важными из которых является течение воздушных масс (нисходящие и восходящие потоки в атмосфере, порывы ветра и т. д.), нарушение центровки самолета вследствие выработки топлива из баков, сбрасывание бомб и торпед, стрельба и др. Все эти возмущения различаются по длительности и характеру действия, природе и причинам их возникновения.

При произвольной выработке топлива из баков самолета на систему накладываются возмущения, являющиеся медленно изменяющимися функциями времени. Эти возмущения обычно сводятся к нарушению центровки самолета и к изменению его динамических параметров вследствие изменения (уменьшения) веса. Указанные типы возмущений являются

определенными функциями времени, и их воздействие на самолет можно учесть заранее.

Общее движение самолета можно разделить на продольное и боковое. Проекция движения самолета на направление, перпендикулярное плоскости симметрии самолета, называется боковым движением.

Продольное движение самолета можно рассматривать независимо от бокового при любых по величине возмущениях, тогда как боковое движение можно рассматривать независимо от продольного только при малых возмущениях. В дальнейшем боковое движение самолета будет рассматриваться в предположении малых отклонений.

Для описания поведения самолета в пространстве введем связанную систему координат ХУZ, направив ось Х по продольной оси самолета вперед, ось У по вертикальной оси вверх и ось 2 —