Методика оценки интенсивности интерференции в радиоэлектронных системах на основе геоинформационного подхода

2017, № 1

45

УДК 621.396: 621.37

А. К. Гришко

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО ПОДХОДА

A. K. Grishko

METHOD OF EVALUATION OF INTERFERENCE IN RADIO SYSTEMS BASED ON GIS APPROACH

Аннотация. Актуальность и цели. Проведено исследование процессов функционирования радиоэлектронной системы, подвергающейся в процессе работы интерференционным помехам. Предметом исследования является геопространственная модель радиоканала. Цель работы состоит в том, чтобы оценить интенсивность интерференции в радиоэлектронных системах с учетом влияния рельефа местности. Материалы и методы. Предлагается интерференционная модель функционирования радиоканала, построенная на основе применения геоинформационных систем и методов геометрической оптики. Результаты. Получены модели для расчета и анализа эффективности функционирования радиоэлектронных систем, учитывающие отражения от постилающей поверхности. Выводы. На основе предложенных моделей можно осуществлять оптимальное планирование частотного ресурса с целью уменьшения уровня помех для радиоэлектронных средств, а также оптимизировать размещение приемопередающих станций с учетом рельефа окружающей местности.

Abstract. Background. The article presents a study about the functioning of electronic systems at work in the process of interference. The subject of this study is to geospatial radio model. Objective is to assess the interference performance in electronic systems, taking into account the influence of terrain. Materials and methods. It is proposed to model the functioning of radio interference, built on the basis of geoinformation systems and methods of geometrical optics. Results. As a result of this approach, a model for calculation and analysis of the efficiency of electronic systems, taking into account the reflection from the surface they spread. Conclusions. Based on the proposed models can be made optimal use of frequency resources in order to reduce the level of interference to radio-electronic means, as well as to optimize the placement of transceiver stations, taking into account the surrounding terrain.

Ключевые слова: интерференционная модель, радиоканал, геоинформационные системы.

Key words: interference model, radio channel, GIS.

Введение

Явления интерференции возникают в большинстве радиотехнических систем [1, 2]. Наибольшую часть деструктивной интерференции представляет влияние рельефа местности на процесс распространения радиоволн. Поэтому вполне логично проводить оценку эффективности распространения радиосигналов на основе геоинформационных технологий и систем [3, 4].

В работе проводится моделирование и предлагается методика оценки интерференции радиосигналов, опирающаяся на электронные модели рельефа местности.

Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль

Постановка задачи

Решение поставленной задачи предлагается в виде геопространственной интерференционной модели радиосигнала [4, 5]. Электронная модель рельефа местности представляет собой совокупность элементарных площадок [6-8]. Элементарная площадка, в свою очередь, представляет элемент регулярной сетки, который покрывает рассматриваемую территорию. У каждой элементарной площадки имеются следующие характеристики: наклон к горизонтальной плоскости, определенная ориентация в пространстве, координаты, диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость. Соответственно любому участку земной поверхности можно дать оценку как возможному источнику формирования отраженной радиоволны. В результате предлагаемого подхода направление отраженного излучения можно определить на основе положения элементарной площадки в пространстве [9, 10].

Определение значений интенсивности интерференции

Значение интенсивности отраженного излучения пропорционально коэффициенту отражения элементарной площадки, зависящему от вида подстилающей поверхности, а также угла падения радиоволны на элементарную площадку:

R _£ sin А,. - cos2 А,- _ _ sin А,- - cos2A;

RB, _--¡ , 2 , КГ, _-1 , 2 ,

е. sin А,. + у ег. - cos A,. sin А, + у е. - cos А,.

где Rb, и Rn - значения коэффициентов отражения í -й элементарной площадки с учетом поляризации; е. - значение комплексной диэлектрической проницаемости подстилающей поверхности , -й элементарной площадки; А, - угол скольжения отраженной радиоволны от , -й элементарной площадки, который вычисляется по следующей формуле:

А 90°

А, _ 90° - arc cos—j= ' ' -.

^(-^^(^-У)^!-^ \lxn,2 + Ут 2 + zni2

где Xi, yx, zi - значения координат передающей антенны; Х2, y2, Z2 - значения координат принимающей антенны; xi, y,, z i - значения координат , -й точки отражения; xni, yni, zni - значения координат вектора нормали к поверхности в , -й точке отражения.

Положение площадки можно определить с помощью координат центральной точки и вектора нормали, который можно выразить через значения наклона к горизонтальной плоскости и ориентацией в пространстве [10, 11]:

Xn _ | —I sin a, yn _ I —I cos а, zn _ —,

n I100) n I100) n 100

где а - угол между проекцией, отражающей площадки на плоскость XOY, и осью OY ; s - величина, которая показывает наклон отражающей элементарной площадки, рассчитывается в процентах.

Пространственный анализ отраженного излучения

Определение элементарных площадок, которые участвуют в формировании отраженного излучения, выполняется с помощью пространственного анализа. В трехмерном пространстве производится построение треугольника для каждой потенциальной точки отражения с вершинами в точках Д (излучатель), A2 (приемник), R (точка отражения) с соответствующими значениями координат (x1,y1,z^, (X2,y2,z2) и (Xr,yR,zr) [10-12].

Условие отражения будет выполняться, если нормаль к поверхности будет совпадать с биссектрисой угла ARÁ2, который образован падающим и отраженным лучами. Угол Р_ 0,

46

2017,N^1

и в этом случае элементарная площадка будет являться отражающей, если выполняется следующее условие:

cos Р = 1.

Угол Р между вектором биссектрисы b и нормалью к отражающей поверхности n будет определяться по формуле

b х n

Р = arccos. . , . =arccos bl х |n|

( xbxn + УьУп + zbz, Л

dbdn

где хь,уь, - значения координат вектора биссектрисы; йь и йп - значения длин векторов биссектрисы и нормали:

db , dn = JxJ+yJ~+7}.

47

Формирование интерференционного множителя

Принимаемое отраженное электромагнитное радиоизлучение будет складываться из энергии радиоволн, которые отражаются от элементарных площадок в направлении приемной антенны. Таким образом, интерференционный множитель, который учитывает все отражения от неровностей рельефа, будет определяться по следующей формуле [7, 11]:

F =

1 + R1e ~'kAri + R2e~,kAr2 + ... + Rne

-ik Ar„

где к - волновое число, к = 2я / X ; Я - коэффициент отражения (1); Дт - разность хода прямого и отраженного луча,

Д1 = г - г,

здесь г - расстояние между приемной и передающей антенной; Г1 - расстояние, которое проходит отраженный луч:

г =>/

Заключение

Реализовать предлагаемую методику можно на основе применения геоинформационных технологий, что с помощью электронной топографической информации будет давать возможность выявлять зоны интерференции деструктивного характера [9, 12-14].

Предлагаемая методика геоинформационного моделирования радиоканала передачи информации позволяет выявлять причины снижения эффективности его функционирования, которое обусловлено наличием областей, где у радиосигнала имеются наихудшие условия для распространения вследствие геометрической невидимости из-за элементов рельефа местности и многократных отражений от объектов местности.

Библиографический список

1. Generalized structural models of complex distributed objects / M. Yu. Mikheev, T. V. Zhash-kova, A. B. Shcherban, A. K. Grishko, I. M. Rybakov // IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS), October 14-17 2016. - Yerevan, Armenia, 2016. - P. 1-4. DOI: 10.1109/EWDTS.2016.7807742.

2. Гришко, А. К. Определение показателей надежности структурных элементов сложной системы с учетом отказов и изменения параметров / А. К. Гришко // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2016. - № 2 (16). - С. 51-57.

3. Гришко, А. К. Оптимальное управление параметрами системы радиоэлектронных средств на основе анализа динамики состояний в условиях конфликта / А. К. Гришко //

48

Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. -2016. - № 2 (38). - С. 102-111. DOI: 10.21685/2072-3059-2016-2-9.

4. Imitation modelling for the subsystem of identification and structuring data of signal sensors / M. Yu. Mikheev, T. V. Zhashkova, E. N. Meshcheryakova, K. V. Gudkov, A. K. Grishko // IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS), October 14-17 2016. - Yerevan, Armenia, 2016. - P. 1-5. DOI: 10.1109/EWDTS.2016.7807748.

5. Гришко, А. К. Оптимальное управление частотным ресурсом радиотехнических систем на основе вероятностного анализа динамики информационного конфликта / А. К. Гришко // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2016. -№ 57. - С. 21-28. DOI: 10.21667/1995-4565-2016-57-3-21-28.

6. Гришко, А. К. Анализ математических моделей расчета электроакустических полей и дальности действия радиолокационных систем методом последовательного анализа / А. К. Гришко, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инженерный вестник Дона. - 2015. -Т. 35, № 2-1. - С. 16.

7. Гришко, А. К. Анализ надежности структурных элементов сложной системы с учетом интенсивности отказов и параметрической девиации / А. К. Гришко // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2016. - № 3 (19). - C. 130-137.

8. Гришко, А. К. Оптимизация размещения элементов РЭС на основе многоуровневой геоинформационной модели / А. К. Гришко // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. - 2015. - № 3 (47). - С. 85-90.

9. Гришко, А. К. Управление электромагнитной устойчивостью радиоэлектронных систем на основе вероятностного анализа динамики информационного конфликта / А. К. Гришко, А. С. Жумабаева, Н. К. Юрков // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2016. - № 4 (18). - С. 49-58.

10. Grishko, A. K. Parameter control of radio-electronic systems based of analysis of information conflict / A. K. Grishko // 13th International Scientifictechnical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE - 2016), 3-6 октября 2016 г. - Novosibirsk, Russia, 2016 - P. 107-111. DOI: 10.1109/APEIE.2016.7806423.

11. Grishko, A. Management of Structural Components Complex Electronic Systems on the Basis of Adaptive Model / A. Grishko, N. Goryachev, I. Kochegarov, S. Brostilov, N. Yurkov // 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications, and Computer Science (TCSET). - Lviv-Slavsko, Ukraine, 2016. - P. 214-218. DOI: 10.1109/TCSET.2016.7452017.

12. Grishko, A. Dynamic Analysis and Optimization of Parameter Control in Radio Systems in Conditions of Interference/ A. Grishko, N. Goryachev, I. Kochegarov, N. Yurkov // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), May 12-14 2016. -Moscow, Russia, 2016. - P. 1-4. DOI: 10.1109/SIBTON.2016.7491674.

13. Grigor'ev, A. Contactless Three-Component Measurement of Mirror Antenna Vibrations / A. Grigor'ev, A. Grishko, N. Goryachev, N. Yurkov, A. Micheev // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), May 12-14 2016 - Moscow, Russia. - 2016. - P. 1-5. DOI: 10.1109/SIBTON.2016.7491673.

14. Grishko, A. Adaptive Control of Functional Elements of Complex Radio Electronic Systems / A. Grishko, N. Goryachev, N. Yurkov // International Journal of Applied Engineering Research. - 2015. - Vol. 10, № 23. - P. 43842-43845.

Гришко Алексей Константинович

кандидат технических наук, доцент, кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: alexey-grishko@rambler.ru

Grishko Aleksey Konstantinovich

candidate of technical sciences, associate professor,

sub-department of radio equipment design

and production,

Penza State University

УДК 621.396: 621.37 Гришко, А. К.

Методика оценки интенсивности интерференции в радиоэлектронных системах на основе геоинформационного подхода / А. К. Гришко // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -2017. - № 1 (19). - С. 45-48.