Станция радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов низкоорбитальной системы спутниковой связи
RADIO SUPPRESSION STATION FOR RECEIVING EQUIPMENT OF REFLECTING SATELLITE OF LOW-ORBIT SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM

Станция радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов низкоорбитальной системы спутниковой связи
Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре, в частности, к наземным подвижным устройствам для создания радиопомех приемной аппаратуре обеспечения абонентского трафика спутников-ретрансляторов (CP) низкоорбитальных систем спутниковой связи (НССС) L-диапазона.
В последние годы наблюдается интенсивное развитие в мире сетей подвижной радиосвязи, которые более других сетей связи соответствуют принципам глобализации и персонализации связи и обеспечивают повышение оперативности обмена информацией между абонентами самых различных категорий на любых расстояниях.
В кластере сетей подвижной радиосвязи системы спутниковой связи с подвижными объектами, обеспечивающие обслуживание большого количества абонентов, удаленных на значительные расстояния и расположенных практически в любых регионах Земли, в том числе с неразвитой инфраструктурой, безусловно, занимают приоритетную позицию.
Принцип действия систем спутниковой связи основан на использовании CP, через которые обеспечивается связь между подвижными абонентами сети.
Среди систем спутниковой связи с подвижными абонентами особое значение имеют НССС типа «Иридиум», «Глобалстар» и др., которые в отличие от геостационарных систем спутниковой связи с подвижными абонентами обеспечивают глобальный охват поверхности Земли, включая приполярные и полярные области.
Низкоорбитальные системы спутниковой связи предназначены для организации глобальной радиосвязи с использованием абонентских терминалов. При этом абонентский терминал устанавливает связь с одним из CP, в зоне прямой радиовидимости которых он находится.
С учетом реализованных в НССС принципов построения и функционирования, а также пространственно-временных параметров орбитальных группировок в зависимости от географического положения и времени суток каждый абонентский терминал попадает в зону видимости от одного до четырех СР.
НССС являются системами множественного доступа, т.е. обеспечивают возможность одновременного использования каждого CP несколькими абонентами. Для связи с абонентами в современных НССС используют L-диапазон: частоты порядка 1,5 ГГц - для передачи сигналов от CP к абонентскому терминалу; частоты порядка 1,6 ГГц - для передачи сигналов от абонентского терминала к СР.
Для предотвращения или существенного затруднения нежелательного обмена информацией между группой абонентов сети, действующих в интересах эвентуального противника и называемой далее блокируемой стороной конфликта, с использованием абонентских терминалов в режиме санкционированного регламентом НССС доступа, который не может быть ограничен блокирующей стороной конфликта с использованием штатных мер внутрисистемного уровня вследствие их не подконтрольности этой стороне конфликта, целесообразно применение средств создания преднамеренных радиопомех.
Концептуально средства создания преднамеренных радиопомех НССС разделяют на две группы по критерию глубины сведений об аппаратно-программной реализации процессов организации обмена информацией в системе: средства «интеллектуального» и средства «силового» радиоподавления.
Средства «интеллектуального» радиоподавления используют детальные данные о параметрах сигнально-кодовых конструкций, а также о форматах и алгоритмах процедур обмена информацией. Позитивными качествами «интеллектуального» радиоподавления являются относительные скрытность и низкая энергоемкость процесса радиоподавления. Однако, в условиях военного конфликта, когда в НССС будут применены дополнительные меры имитозащиты, например, изменены сигнально-кодовые конструкции санкционированного доступа, эффективность такого подавления может существенно уменьшиться.
Это обстоятельство обусловливает необходимость и целесообразность разработки средств «силового» радиоподавления линий радиосвязи, обеспечивающих обмен информацией между абонентами НССС.
Очевидно, что гарантированного блокировать обмена информацией между абонентами НССС можно достичь методом одновременного радиоподавления радиоприемных устройств абонентских терминалов блокируемой стороны конфликта, что обеспечит невозможность приема информации, передаваемой СР. Однако полномасштабная реализация этого метода, учитывая, что отдельные абоненты могут находиться вне зоны доступности средств радиоподавления блокирующей стороны конфликта, весьма затруднительна.
Таким образом, с учетом отмеченных особенностей НССС задача радиоподавления приемной аппаратуры CP этих систем является актуальной и практически значимой.
Необходимость выполнения требования безусловного энергетического радиоподавления приемной аппаратуры всех CP, в зоне радиовидимости которых находятся блокируемые абонентские терминалы, определяют два основных способа постановки радиопомех:
1) сплошное непрерывное на заданном интервале времени излучение радиопомех в верхнюю полусферу.
Основными позитивными свойствами этого способа постановки радиопомех являются:
- инвариантность к орбитальному положению CP и, следовательно, отсутствие необходимости ведения с привлечением дорогостоящей аппаратуры радиотехнической разведки и аппаратуры траекторных измерений непрерывного мониторинга (наблюдения, сопровождения), а также измерения пространственных координат и параметров движения CP для определения текущей области пространства, в которой находится CP и в которой необходимо создать радиопомехи требуемой энергетики;
- отсутствие необходимости оперативного ориентирования главного лепестка диаграммы направленности каждой антенны (конструктивного элемента или представительного фрагмента антенной системы), излучающей радиопомехи, на достаточно быстро меняющий местоположение СР. Это исключает необходимость применения в антенных системах устройств управления пространственным (в азимутальной и угломестной плоскостях) положением направления основного излучения радиопомех с использованием электромеханических приводов и/или электронных оперативно управляемых фазовращателей, что позволяет прогнозировать повышение технической надежности и снижение стоимости средства создания радиопомех;
2) пространственно-секторное (в предельном случае селективное по направлению на ограниченную область пространства, в которой находится CP) непрерывное на заданном интервале времени излучение радиопомех несколькими конструктивно-завершенными антеннами или антенной системой, обеспечивающей формирование многолучевой диаграммы направленности с требуемыми пространственно-временными параметрами парциальных лучей.
Основным позитивным свойством этого варианта является прогнозируемое снижение суммарной энергетики передающих устройств (прежде всего - СВЧ усилителей мощности), требуемой для создания эффективной радиопомехи на входе приемной аппаратуры CP и, следовательно, - снижение энергопотребления средства создания радиопомех. Вместе с тем, в аспекте технической реализации и применения по назначению теряются позитивные свойства первого из рассматриваемых варианта.
Как показал анализ доступных публикаций, в настоящее время отсутствует техническое решение создания наземной станции радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов НССС, обеспечивающей реализацию обоих вышеназванных вариантов излучения радиопомех и удовлетворяющей при этом требованиям мобильности и относительной конструктивной компактности, выполнение которых во многом определяется конструктивно-техническим исполнением антенной системы, применяемой для излучения радиопомех.
Известна наземная станция помех Р-330Ж [1, 2, 3], потенциально применимая для радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов НССС, поскольку способна создать радиопомехи в полосах частот работы абонентских терминалов спутников-ретрансляторов НССС. При этом станция помех Р-330Ж обеспечивает:
- автоматизированное обнаружение, пеленгование и анализ сигналов источников радиоизлучений в рабочем диапазоне частот;
- постановку радиопомех активной передающей фазированной антенной решеткой (АПФАР) носимым и возимым наземным станциям (абонентским терминалам) систем спутниковой связи «Инамарсат» и «Иридиум», навигационной аппаратуре потребителей спутниковой радионавигационной системы «Навстар» (GPS) и базовым станциям сотовой системы связи GSM-900/1800;
- автоматизированное ведение телекодового информационного обмена с аналогичной сопряженной автоматизированная станция помех для обеспечения синхронного пеленгования источников радиоизлучения с целью расчета их координат;
- автоматизированное ведение телекодового информационного обмена с вышестоящим пунктом управления с целью получения задания на ведение боевой работы и доклада результатов работы;
- автоматическое тестирование аппаратуры и выявление неисправных элементов (составных частей);
- ведение картографических данных с отображением информации о разведанных источниках радиоизлучений на фоне электронной топографической карты местности или в сетке прямоугольных координат.
В целом, таким образом, автоматизированная станция помех Р-330Ж не соответствует требованиям, предъявляемым к наземной станции радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов НССС. Это обусловлено, с одной стороны, избыточностью функциональных возможностей, а, с другой стороны, специфичностью конструктивно-техническим исполнением аппаратуры радиоподавления, которое не обеспечивает возможность сплошного непрерывного на заданном интервале времени излучения радиопомех в верхнюю полусферу с энергетикой, достаточной для срыва или затруднения приема радиосигналов от абонентов, находящихся на земной поверхности или приземной воздушной зоне, приемной аппаратурой спутников-ретрансляторов НССС.
Известен пространственно-распределенный комплекс средств создания радиопомех [4], в состав которого входит станция радиопомех (радиоподавления), состоящая из передающей и приемной антенн радиостанции канала управления, блока электропитания, аппаратуры координатно-временного и навигационного обеспечения, блоком управления передатчиком радиопомех, передатчика радиопомех с антенной излучения радиопомех, устройства угловой ориентации антенны излучения радиопомех, блока управления положения антенны излучения радиопомех, спецвычислителя.
Данная станция радиопомех имеет те же недостатки, что автоматизированная станция помех Р-330Ж.
Предлагаемое техническое решение направлено на создание наземной станции «силового» радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов НССС, обеспечивающей возможность излучения радиопомех в верхнюю полусферу с азимутальными углами от 0 до 360 град, и углами места от 0 до 90 град, непрерывно или с заданной дискретизацией по времени и пространству, что приведет к нарушению радиосвязи с абонентским терминалами вследствие невозможности выделения приемной аппаратурой спутников-ретрансляторов НССС слабого радиосигнала, пришедшего от абонентских терминалов, из принимаемой смеси радиосигнала и радиопомехи.
Технический результат достигается тем, что в известную станцию радиоподавления, состоящую из аппаратуры связи, аппаратуры радиоподавления (АРП), блока питания, аппаратуры управления в состав, которой входят спецвычислитель, аппаратура координатно-временного обеспечения и дополнительно введены аппаратура определения пространственной ориентации АРП, коммутатор управления, обеспечивающий работу АРП в заданном режиме в соответствии с местом нахождения спутников-ретрансляторов НССС, контроллер прогноза местоположения спутников-ретрансляторов НССС, а АРП, выполнена в виде многогранника, имеющего N ярусов, верхняя грань которого расположена параллельно, основанию, представляет собой правильный многоугольник, имеющий М сторон, что соответствует количеству граней в каждом ярусе, имеющих форму равнобедренной трапеции, с размещенными на всех гранях излучающими элементами АПФАР, количество которых зависит от конструктивного исполнения излучающего элемента, что соответственно влияет: на количество граней в ярусе, количество ярусов, на угол наклона грани яруса, обеспечивая формирование и излучение радиопомех с требуемой для радиоподавления спутников-ретрансляторов НССС мощностью в пределах телесного угла, внутри многогранника размещены блоки управления передатчиками и передатчики радиопомех для каждой АПФАР.
Сущность изобретения поясняется рисунками.
На фиг. 1 показана принципиальная схема станции радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов НССС, на фиг. 2 показано место А на фиг. 1, на фиг. 3 показан внешний вид активной передающей антенной системы: а) - вид с боку, б) - вид с верху, на фиг. 4 показан график зависимости требуемой и реализуемой эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ) от угла места, на фиг. 5 показан график зоны радиоподавления в угломестной плоскости, на фиг. 6 показан покадровый принцип последовательного переключения парциальных линейных АПФАР из состава АРП, который обеспечивает постановку радиопомех требуемой энергетики при перемещении CP по заданной орбите, на фиг. 7 показана покадровая зависимость мощности радиопомех, излучаемых АРП, от угла места, на фиг. 8 показана таблица 1 зависимости реализуемой ЭИИМ и ширины диаграммы направленности (ДН) в угломестной плоскости от числа излучающих элементов, на фиг. 9 показана таблица 2 углов наклона оси диаграммы направленности АПФАР и количество излучающих элементов АПФАР, размещенных на гранях соответствующего яруса многогранника относительно горизонта, на фиг. 10 показаны углы наклона оси ДН излучающих элементов АПФАР, размещенных на гранях многогранника относительно горизонта.
Станция радиоподавления приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов НССС (далее по тексту СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ) состоит из аппаратуры управления 1, аппаратуры связи 2, аппаратуры радиоподавления (АРП) 3, блока питания 4, которые размещены на наземном подвижном объекте (на фигурах не показано).
Аппаратура управления 1 состоит из аппаратуры координатно-временного обеспечения 1.1, вычислителя 1.2, коммутатора управления 1,3 работой АРП 3, контроллера прогноза местоположения CP НССС 1.4, аппаратуры определения пространственной ориентации 1.5 АРП 3.
Аппаратура связи 2 состоит из аппаратуры радио- и радиорелейной связи (РРС) 2.1 с внешними абонентами, а также аппаратуры внутренней связи и коммутации (ВСК) 2.2.
m
m
1
АРП 3 представляет собой многогранник 3.1, каждая грань которого представляет собой парциальную линейную АПФАР, состоящую из блока управления передатчиком 3.3.n., передатчика радиопомех 3.2.n., где  - номер яруса многогранника 3.1,  - номер стороны правильного многоугольника 3.1.0 и, соответственно, номер грани в каждом ярусе.
1
1
Многогранник 3.1 состоит из нулевого яруса 3.1.0, представляющего собой верхнюю грань 3.1.0, первого яруса 3.1.1, второго яруса 3.1.2, n-го яруса 3.1.n, где  - номер яруса многогранника 3.1.
1
1
Верхняя грань 3.1.0, расположенная параллельно основанию многогранника 3.1, представляет собой правильный многоугольник имеющего m сторон, где  - номер стороны правильного многоугольника 3.1.0 и, соответственно, номер грани в каждом ярусе.
1
2
m
М
1
1
1
Первый ярус 3.1.1 состоит граней 3.1.1, 3.1.1, …, 3.1.1, …, 3.1.1 количество которых соответствует количеству сторон верхней грани 3.1.0 правильного многоугольника. Грани первого яруса 3.1.1. представляют собой равнобедренные трапеции, верхняя сторона которых взаимодействует со сторонами верхней грани 3.1.0, а боковые стороны взаимодействуют между собой и расположены под неким углом к верхней грани 3.1.0.
1
2
m
М
Второй ярус 3.1.2 состоит из граней 3.1.2, 3.1.2, …, 3.1.2, …, 3.1.2, количество которых соответствует количеству граней первого яруса 3.1.1, а сами грани представляют собой равнобедренные трапеции верхняя сторона, которых взаимодействует с нижней стороной грани соответствующей первого яруса 3.1.1, боковые поверхности взаимодействуют между собой и расположены под неким углом к граням первого яруса 3.1.1.
Последующие ярусы по М-ого включительно, имеют конфигурацию и взаимодействие между гранями, как грани первого и второго ярусов.
m
n
m
n
m
n
На гранях многогранника 3.1 размещены излучающие элементы 3.1.n.k АПФАР, где  - номер излучающего элемента на соответствующей грани 3.1.n⋅многогранника 3.1. Количество Kизлучающих элементов 3.1.n.k соответствующей АПФАР зависит от угла наклона яруса, который определяется расчетным путем из условий формирования в верхней полусфере помех заданной энергетики.
m
m
АПФАР (фиг. 2) состоит из блока управления передатчиком 3.3.n, и передатчика радиопомех 3.2.n.
m
n
m
n
m
m
n
Расчетный метод, в зависимости от конструктивного исполнения излучающих элементов 3.1.n.k, позволяет создать АРП 3, обеспечивающую радиоподавление приемной аппаратуры спутников-ретрансляторов НССС в виде многогранника 3.1, определив количество граней в ярусе 3.1.n, углы наклона граней 3.1.n, в зависимости от количества K размещенных на гранях 3.1.n излучающих элементов 3.1.n.k АПФАР, учитывая их конструктивную особенность.
m
АРП
min
Совокупность излучающих элементов 3.1.n.k АПФАР АРП 3 формирует в верхней полусфере помехи с ЭИИМ Э(ϕ,θ) по азимуту ϕ(0≤ϕ≤360°) и углу места в θ (θ≤θ≤90°), удовлетворяющее условию:
ТР
где Э(ϕ,θ) - требуемый для радиоподавления спутников-ретрансляторов НССС уровень ЭИИМ;
min
θ - минимальный угол места CP, при котором еще обеспечивается требуемое качество связи, составляющий величину порядка 5°-10°.
ТР
Требуемый уровень ЭИИМ Э(ϕ,θ) в общем случае определяется по формуле:
П
где Р - уровень мощности помехи на входе приемника CP, зависящий от ЭИИМ, характеристик антенной системы CP (коэффициента усиления антенны, ослабления усиления по боковым лепесткам ДН и др.), а также от дистанции радиоподавления, которая в общем случае зависит от углов ϕ и θ;
С
Р - уровень полезного сигнала от абонентского терминала на входе приемника CP;
ПС
q - требуемое для обеспечения радиоподавления соотношение уровней помеха/сигнал.
m
n
m
С учетом изложенного задача выбора варианта исполнения АРП 3 неразрывно связана с конструктивно-техническими решениями, реализованными во входящих в ее состав АПФАР излучающих элементов 3.1.n.k, размещенных на гранях 3.1.n и их параметрами (излучаемой мощностью, характеристиками ДН и др.).
m
Каждая АПФАР состоит из нескольких парциальных каналов синтеза, усиления и излучения радиопомех (КСУИРП). Излучающие элементы 3.1.n.k АПФАР (в рассматриваемом техническом решении), конструктивно представляет собой линейную решетку излучателей в виде логопериодических антенн.
1
Количество сторон М правильного многоугольника 3.1.0, а соответственно количество М граней в каждом ярусе N определяется по формуле:
0
где Δϕ - ширина главного лепестка диаграммы направленности АПФАР в азимутальной плоскости по уровню минус 3 дБ;
ceil(z) - функция от z, соответствующая наименьшему целому числу, большему или равному z.
При количестве граней каждого яруса многогранника, удовлетворяющем условию (3), суммарная (эквивалентная) диаграмма направленности АПФАР каждого яруса в азимутальной плоскости будет близка к круговой.
n
m
n
m
n
m
m
Количество K излучающих элементов 3.1.n.k АПФАР, размещаемых на гранях соответствующего яруса многогранника 3.1 одинаково по отношению к данному ярусу и увеличивается с увеличением номера яруса (сверху вниз). Количество K излучающих элементов 3.1.n.k каждой АПФАР М-го яруса, размещаемых на той или иной грани многогранника 3.1, углы наклона граней 3.1.n и, соответственно, углы ориентации осей главных лепестков диаграммы направленности АПФАР в угломестной плоскости, являющихся нормалями к плоскостям граней 3.1.n многогранника 3.1, выбираются таким образом, что бы было выполнено условие (1).
m
Учитывая, что количество граней 3.1.n одного яруса 3.1.n многогранника 3.1, определяемое по формуле (3), обеспечивает формирование близкой к круговой ДН в азимутальной плоскости, математическое выражение критерия радиоподавления (1) можно представить в виде:
АРП
где Э(θ )- ЭИИМ АРП, соответствующая углу места θ, дБВт;
ТР
Э(θ) - требуемый уровень ЭИИМ для радиоподавления спутников-ретрансляторов НССС, находящегося по отношению к АРП 3 под углом места θ, дБВт.
Выполнение условия (4) достигается:
- необходимым количеством каналов синтеза, усиления и излучения радиопомех КСУИРП в составе АПФАР каждого яруса, обеспечивающего создание требуемого уровня ЭИИМ в области главного лепестка ее ДН;
m
m
n
- оптимальными углами наклона боковых граней 3.1,n многогранника 3.1, на которых размещаются излучающие элементы 3.1.n.k АПФАР, определяющих ориентацию осей диаграммы направленности АПФАР в угломестной плоскости.
n
m
m
n
Расчет необходимого количества K излучающих элементов 3.1.nАПФАР, размещенных на гранях 3.1.n.k производится по формуле:
АПФАР
где Э(θ) - ЭИИМ АПФАР, соответствующая углу места θ, дБВт;
Р - мощности помехового сигнала, подводимого ко входу одного излучающего элемента АПФАР;
G - коэффициента усиления одного излучающего элемента АПФАР.
i
n
m
n
Характеристики диаграмм направленности АПФАР, представляющей собой линейную решетку синфазно возбуждаемых логопериодических антенн, в частности, ширина главного лепестка ДН в угломестной плоскости Δθ по уровню минус 3 дБ, зависят от числа K излучающих элементов 3.1.n.k АПФАР. Приближенное значения этого параметра определяется по формуле:
и в дальнейшем уточняется по результатам эксперимента и математического моделирования распределения уровней электромагнитного поля, формируемого АПФАР в дальней зоне.
m
n
Соотношение (5) в сочетании с результатами расчета (измерения) ширины диаграммы направленности АПФАР при различном числе излучающих элементов является основой для определения параметров АПФАР для различных ярусов 3.1.n,  многогранника 3.1: количества излучающих элементов 3.1.n.k АПФАР, ориентации осей главных лепестков АПФАР в пространстве.
1
Ось главного лепестка АПФАР, находящейся на грани 3.1.0 направлена в зенит, т.е.  Уровень ЭИИМ АПФАР этой грани определяется из условия:
n
где  - ЭИИМ, соответствующая АПФАР с числом излучающих элементов K, дБВт;
ТР
Э(90°) - требуемая ЭИИМ, соответствующая углу возвышения CP, равному 90°, т.е. находящемуся относительно АРП в зените, дБВт;
Константа в выражении (7), равная 3, соответствует требуемому энергетическому запасу по мощности излучения АПФАР в пределах ширины ее главного лепестка ДН по уровню половинной мощности, выраженному в децибелах.
n
m
n
Число K излучающих элементов 3.1.n.k АПФАР выбирается минимальным из всех, удовлетворяющих условию (7).
m
Уровень ЭИИМ, соответствующая АПФАР на гранях 3.1.1 яруса 3.1.1. определяется из условия:
n
где  - угол наклона оси диаграммы направленности АПФАР по отношению к горизонту, зависящий от числа излучающих элементов K;
n
- ЭИИМ, соответствующая АПФАР с числом излучающих элементов K, дБВт;
- требуемая ЭИИМ, соответствующая углу возвышения CP, равному  и определяемому по формуле:
n
1
где  - ширина главного лепестка ДН АПФАР с числом излучающих элементов K, размещаемых на верхней грани 3.1.0 многогранника 3.1;
n
m
- ширина главного лепестка диаграммы направленности АПФАР с числом излучающих элементов K, размещаемых на одной грани 3.1.1 яруса 3.1.1.
m
n
n
Также как и в предыдущем случае, число излучающих элементов 3.1.1n.k АПФАР K выбирается минимальным из всех, удовлетворяющих условию (8).
m
n
Расчет параметров АПФАР с излучающими элементами 3.1.n.k, размещаемыми на гранях яруса 3.1.n,  проводится аналогичным образом. При этом математические соотношения для АПФАР N-го яруса многогранника 3.1 bvttn dbl:
1
m
где  - сумма ширины главных лепестков ДН АПФАР. находящихся между верхней гранью 3.1.0 и гранью 3.1.n нижнего яруса 3.1.n.
Изложенный выше алгоритм расчета параметров АРП 3 различных граней ярусов 3.1.n многогранника 3.1 (последовательно от верхней грани к нижней грани нижнего яруса) продолжается до тех пор, пока не будет найдено такое N, для которого будет выполнено условие:
min
где θ - минимальный угол возвышения CP, составляющий величину порядка 5°-10°.
Таким образом, в результате реализации изложенного алгоритма будут определены: количество ярусов N и боковых граней М каждого яруса многогранника 3.1, а также все необходимые параметры АПФАР различных ярусов.
Реализация АРП 3 на основе многогранника 3.1 с определенными в соответствии с изложенным алгоритмом параметрами, обеспечивает радиоподавление одновременно всех спутников-ретрансляторов НССС, находящихся в верхней полусфере относительно АРП 3.
Представлен вариант конструктивно-технического исполнения АРП 3 с АПФАР (фиг. 3, фиг. 2) на основе логопериодических антенн, предназначенный для одновременного радиоподавления спутников-ретрансляторов НССС «Иридиум» и «Глобалстар», использующих в направлениях линий радиосвязи «Земля-космос» полосы радиочастот в L-диапазоне.
Основными исходными данными для определения параметров АРП 3 и конструктивного исполнения многогранника 3.1 являются:
- ширина ДН АПФАР в азимутальной плоскости;
- зависимости ЭИИМ и ширины ДН АПФАР в угломестной плоскости от числа излучателей (КСУИРП);
- зависимость требуемой ЭИИМ от угла места СР.
0
Ширина главного лепестка ДН линейной АПФАР на основе логопериодических антенн в азимутальной плоскости Δϕ практически не зависит от числа излучателей в решетке и составляет величину в пределах от 90 до 120° [3].
Зависимости ЭИИМ и ширины ДН в угломестной плоскости от числа излучателей представлены в таблице 1. Фиг. 8.
Зависимости требуемого уровня ЭИИМ от угла места CP представлены на фиг. 4, где сплошная линия - для НССС «Иридиум», пунктирная - для НССС «Глобалстар».
ТР
При определении параметров АРП 3 в качестве Э(θ), входящей в выражение (4), использовалась зависимость, определенная следующим образом:
ТР
IR
ТР
GB
где Э_(θ), Э_(θ) - зависимости требуемого уровня ЭИИМ от угла места CP, соответствующие НССС «Иридиум» и «Глобалстар».
ТР
При таком выборе Э(θ) обеспечивается радиоподавление CP обеих рассматриваемых систем спутниковой связи.
1
1
С учетом приведенных исходных данных значение параметра, определяющего количество сторон правильного многоугольника 3.1.0 и соответственно количество граней М в каждом ярусе N многогранника 3.1, вычисленное по формуле (3), и равно 4. В этом случае верхняя грань 3.1.0 многогранника 3.1 будет представлять собой правильный четырехугольник, т.е. квадрат, и соответственно, количество боковых граней на каждом ярусе N многогранника 3.1. также равно 4. Выполняя условие (12), количество ярусов 3.1.n получилось 4 (с учетом нулевого).
m
n
m
Результаты определения других параметров АРП 3, полученные в соответствии с изложенным выше алгоритмом и содержащие: количество излучающих элементов 3.1.n.k в составе АПФАР различных граней 3.1.nярусов 3.1.n многогранника 3.1, углы наклона осей диаграммы направленности АПФАР в угломестной плоскости, общее количество ярусов N многогранника 3.1, представлены в таблице 2 фиг. 9.
Внешний вид АРП 3 приведен на фиг. 3.
Зависимости реализуемой ЭИИМ от угла места CP представлены на фиг. 4, где точечная линия - реализуемый уровень ЭИИМ при включении на излучение одиночных АПФАР из состава АРП 3, штрихпунктирная линия - реализуемый уровень ЭИИМ при включении на излучение одновременно всех АПФАР из состава АРП 3.
m
n
1
При использовании излучающих элементов 3.1.n.k АПФАР другой конструкции меняется конфигурация многогранника 3.1. У многогранника 3.1 меняется число сторон правильного многоугольника 3.1.0 и соответственно количество граней в каждом ярусе, и число ярусов.
Рабочие органы СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ имеет следующие связи между собой.
Вычислитель 1.2 имеет двухсторонние связи с аппаратурой координатно-временного обеспечения 1.1, аппаратурой определения пространственной ориентации аппаратуры радиоподавления 1.5, контроллером прогноза местоположения спутников-ретрансляторов НССС 1.4, коммутатором управления работой аппаратуры радиоподавления 1.3, аппаратурой РРС 2.1, аппаратурой ВСК 2.2.
m
Коммутатор управления 1.3 имеет двухсторонние связи с каждым блоком управления передатчиком 3.3.n..
m
m
m
n
Соответственно каждый блок управления передатчиком 3.3.n. имеет двухстороннюю связь с передатчиком радиопомех 3.2.n., который имеет односторонние связи с излучающими элементами 3.1.n.k.
Блок питания 4 имеет односторонние связи с аппаратурой управления 1, аппаратурой связи 2, АРП 3.
СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ работает следующим образом.
После остановки наземного подвижного объекта (средства подвижности), являющегося носителем СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ, для выполнения ею целевой задачи по постановке радиопомех, вычислитель 1.2 формирует кодограммы запросов о техническом состоянии и готовности к работе составных частей СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ:
- кодограмму запроса о техническом состоянии и готовности к работе аппаратуры координатно-временного обеспечения 1.1;
- кодограмму запроса о техническом состоянии и готовности к работе, коммутатора управления 1.3 управляющего работой АРП 3;
- кодограмму запроса о техническом состоянии и готовности к работе контроллера прогноза местоположения CP НССС 1.4;
- кодограмму запроса о техническом состоянии и готовности к работе аппаратуры определения пространственной ориентации 1.5 АРП 3;
- кодограмму запроса о техническом состоянии и готовности к работе аппаратуры связи 2.
Сформированные кодограммы запросов о техническом состоянии и готовности к работе составных частей СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ вычислитель 1.2 передает по прямым проводным каналам двустороннего обмена данными в адрес:
- аппаратуры связи 2;
- аппаратуры координатно-временного обеспечения 1.1;
- коммутатора управления 1.3;
- контроллера прогноза местоположения спутников-ретрансляторов НССС 1.4;
- аппаратуры определения пространственной ориентации 1.5.
Аппаратура связи 2, получив кодограмму, выполняет операции автономного тестирования технического состояния и оценки готовности к работе, по результатам которых формирует и передает в адрес вычислителя 1.2 кодограмму донесения о техническом состоянии и готовности к работе аппаратуры связи 2.
Аппаратура координатно-временного обеспечения 1.1, получив кодограмму, выполняет операции автономного тестирования технического состояния и оценки готовности к работе, по результатам которых формирует и передает в адрес вычислителя 1.2 кодограмму донесения о техническом состоянии и готовности к работе.
Контроллер прогноза местоположения спутников-ретрансляторов НССС 1.4, получив кодограмму, выполняет операции автономного тестирования технического состояния и оценки готовности к работе, по результатам которых формирует и передает в адрес вычислителя 1.2 кодограмму донесения о техническом состоянии и готовности к работе.
Аппаратура определения пространственной ориентации 1.5, получив кодограмму, выполняет операции автономного тестирования технического состояния и оценки готовности к работе, по результатам которых формирует и передает в адрес вычислителя 1.2 кодограмму донесения о техническом состоянии и готовности к работе.
Коммутатор управления 1.3, получив от вычислителя 1.2 кодограмму, формирует и передает в адрес каждой АПФАР кодограммы запроса об их техническом состоянии и готовности к работе.
Каждая АПФАР, получив от коммутатора управления 1.3 кодограмму, выполняет автономно операции тестирования технического состояния и готовности к работе, по результатам которых формирует и передает в адрес коммутатора управления 1.3 кодограмму донесения о техническом состоянии и готовности к работе АПФАР.
Коммутатор управления 1.3, получив от каждой АПФАР кодограммы, транслирует их в адрес вычислителя 1.2.
Вычислитель 1.2, получив кодограммы донесений о техническом состоянии и готовности к работе составных частей, оценивает готовность к работе СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ в целом. В случае принятия решения о готовности СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ к работе вычислитель 1.2 формирует и передает кодограммы команд на решение задач по функциональному назначению следующим составным частям:
- аппаратуре связи 2 - кодограмму-команду на установление связи и ведение информационного обмена с внешними объектами и внутренними абонентами согласно действующему частотно-временному плану;
- аппаратуре координатно-временного обеспечения 1.1 - кодограмму-команду на определение параметров пространственно-временного состояния СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ и выдачу высокостабильных последовательностей меток шкалы единого времени для синхронизации функционирования составных частей СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ;
- аппаратуре определения пространственной ориентации 1.5 - кодограмму-команду на определение азимута, а также углов продольного и поперечного наклонов единого конструктива АРП 3.
Аппаратура координатно-временного обеспечения 1.1, получив от вычислителя 1.2 кодограмму, решает задачу определения параметров пространственно-временного состояния (привязанных к единой шкале времени пространственных координат) носителя СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ, формирует и передает в адрес вычислителя 1.2 кодограмму с результатами решения вышеназванной задачи. Кроме того, аппаратура координатно-временного обеспечения 1.1 формирует и передает в адрес вычислителя 1.2 и транзитом через него высокостабильные последовательности меток шкалы единого времени для синхронизации функционирования составных частей СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ.
Аппаратура определения пространственной ориентации 1.5, получив кодограмму, решает задачу определения азимута, а также углов продольного и поперечного наклонов единого конструктива АРП 3, формирует и передает в адрес вычислителя 1.2 кодограмму с результатами решения вышеназванной задачи.
Вычислитель 1.2, получив от аппаратуры координатно-временного обеспечения 1.1 кодограмму и высокостабильные последовательности меток шкалы единого времени, формирует и передает в адрес контроллера прогноза местоположения спутников-ретрансляторов НССС 1.4, кодограмму команду на решение задачи расчета привязанных к единой шкале времени координат каждого спутника-ретранслятора НССС, который будет находиться в зоне ответственности СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ на заданном интервале времени.
Контроллер прогноза местоположения спутников-ретрансляторов НССС 1.4, получив от спецвычислителя кодограмму, решает задачу расчета привязанных к единой шкале времени координат каждого CP НССС, который будет находиться в зоне ответственности СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ на заданном интервале времени. Исходными данными для расчетов являются декларируемый альманах орбит, параметров движения и технического состояния спутников-ретрансляторов НССС, а также параметры пространственно-временного состояния (привязанные к единой шкале времени пространственные координаты) носителя СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ и высокостабильные последовательности меток шкалы единого времени, выданные аппаратурой координатно-временного обеспечения 1.1. Результаты решения задачи расчета привязанных к единой шкале времени координат каждого спутника-ретранслятора НССС, который будет находиться в зоне ответственности СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ на заданном интервале времени, в виде сформированной кодограммы, контроллер прогноза местоположения спутников-ретрансляторов НССС 1.4 передает в адрес вычислителя 1.2.
Вычислитель 1.2, получив кодограмму, решает задачу формирования нарядов парциальных линейных АПФАР, для каждого спутника-ретранслятора НССС при его перемещении по орбите в зоне ответственности СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ на заданном интервале времени. Наряд парциальных линейных АПФАР считается сформированным, если на заданном интервале времени в заданном пространственном секторе нахождения каждого спутника-ретранслятора НССС энергия радиопомех, излучаемых совокупностью парциальных линейных АПФАР, включенных в наряд, будет превышать энергию полезного сигнала на входе приемной аппаратуры спутника-ретранслятора настолько, что достоверность приема полезных сигналов на фоне помех будет ниже минимально допустимой. Результаты решения вышеназванной задачи вычислитель 1.2 передает в виде кодограммы-команды, в адрес коммутатора управления 1.3.
Коммутатор управления 1.3, получив кодограмму, выполняет с привязкой к единой шкале времени включение и выключение парциальных линейных парциальных линейных АПФАР из заданного наряда, что обеспечит при перемещении CP НССС по орбите в каждый момент времени, в каждой области пространства нахождения каждого CP НССС суммарный уровень радиопомех, требуемый для гарантированного радиоподавления приемной аппаратуры CP НССС.
В критической ситуации неопределенности орбитального положения CP НССС или нецелесообразности реализации пространственно-секторного способа постановки радиопомех вычислитель 1.2 формирует и передает в адрес коммутатора управления 1.3 кодограмму-команду на одновременное включение для работы на излучение на заданном интервале времени всех парциальных линейных АПФАР из состава АРП 3.
Исходя из оценок энергетики радиопомех на входе приемной аппаратуры CP НССС, необходимой для гарантированного блокирования приема сигналов от абонентского терминала, при допущениях о применении в каждом парциальном КСУИРП излучающего элемента в виде логопериодической антенны, имеющей коэффициент усиления в главном лепестке диаграммы направленности приблизительно 6,5 дБи и ширину главного лепестка диаграммы направленности в азимутальной плоскости приблизительно 90…120 град. [3], и усилителя с выходной мощностью 100 Вт, была синтезирована модель АРП 3 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3).
Зона радиоподавления СТАНЦИЕЙ РАДИОПОМЕХ показана на фиг. 4, где точечная линия - реализуемый уровень ЭИИМ при включении на излучение одиночных АПФАР из состава АРП 3, штрихпунктирная линия - реализуемый уровень ЭИИМ при включении на излучение одновременно всех АПФАР из состава АРП 3, а на фиг. 5 график зоны радиоподавления в угломестной плоскости, где под номером 5 показана граница зоны радиоподавления, под номером 6 показана ограничительная линия для радиоподавления спутников-ретрансляторов «Глобастар», под номером 7 показана ограничительная линия для радиоподавления спутников-ретрансляторов «Иридиум».
Работа СТАНЦИИ РАДИОПОМЕХ поясняется покадровым принципом последовательного переключения парциальных АПФАР их состава АРП 3 (фиг. 6), и покадровой зависимостью мощности радиопомех, излучаемых АРП 3, от угла места (фиг. 7)
Данное техническое решение позволяет создать станцию радиоподавления приемной аппаратуры CP НССС, способную излучением радиопомех в верхнюю полусферу с азимутальными углами от 0 до 360 град, и углами места от 0 до 90 град, блокировать или существенно затруднить прием сигналов, исходящих от абонентских терминалов НССС, одновременно всем или выборочно любым CP, находящихся в зоне ответственности СТАНЦИИ РАДИОПОДАВЛЕНИЯ.
Литература.
1. Станция постановки помех Р-330Ж «Житель». Режим доступа: https://topwar.ru/98467-stanciya-postanovki-pomeh-r-330zh-zhitel.html (дата обращения 11.04.2018).
2. Автоматизированная станция помех Р-ЗЗОЖ "Житель". Режим доступа: http://www.russianarms.ru/forum/index.php?topic=8522.0 (дата обращения 11.04.2018).
3. Журавлев А.В. Новые способы обеспечения электромагнитной совместимости техники радиоподавления и аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем / А.В. Журавлев. - Воронеж: Научная книга, 2017. - С. 55.
4. Патент 2563972 РФ, МПК H04K 3/00. Пространственно-распределенный комплекс средств создания радиопомех / А.В. Журавлев и др. (РФ); Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (РФ). - №2014111857/07; Заявлено 27.03.2014; Опубл. 27.09.2015, Бюл. 28. - 22 с.: 3 ил.