Оценка оптимальности мест размещения объектов береговых средств навигации и связи

УДК 27+621.39

ОЦЕНКА ОПТИМАЛЬНОСТИ МЕСТ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ БЕРЕГОВЫХ СРЕДСТВ НАВИГАЦИИ И СВЯЗИ

В. С. Кан

При строительстве объектов береговых средств навигации и связи на первый план иногда выходят вопросы минимальной стоимости объекта, при этом не учитываются факторы получения максимальной площади рабочей зоны, связанные с условиями распространения радиоволн. В статье рассматриваются вопросы оптимального выбора размещения береговых средств навигации и связи.

Sometimes, when constructing objects of coastal means of navigation and communication, such issues as expense minimization are given priority, while the factor of gaining maximum area of operation zone, connected with propagation of radiowaves are not taken into account. In this article the questions of an optimum choice of coastal objects navigation and communication means are considered.

В настоящее время в различных станах мира бурными темпами идет развитие береговых средств навигации и связи (БСНС).

При выборе мест размещения БСНС необходимо, чтобы при этом обеспечивалась максимальная площадь рабочей зоны и ее форма была близкой к окружности.

Для решения задачи оптимального размещения БСНС должны учитываться следующие факторы:

- энергообеспечение (к месту размещения БСНС должно быть подведено электроснабжение от двух независимых линий);

- производственные помещения (для размещения объектов БСНС по возможности необходимо использовать уже готовые помещения);

- наличие линий связи (для информационного обмена и управления объектами БСНС необходимы линии связи, обеспечивающие качество передаваемой информации и необходимую пропускную способность);

- наличие мест размещения антенного поля (вблизи размещения пунктов передачи и приема БСНС должны быть свободные площади для размещения антенных систем).

Однако при выборе мест размещения объектов не учитывается, как правило, влияние подстилающей поверхности на ослабление сигналов, хотя данный фактор может оказаться решающим при выборе места размещения объектов БСНС.

Например, при строительстве новых объектов ГМССБ в районе города Петропавловска-Камчатского выбор мест размещения приемопередающей аппаратуры базовой станции морского района А2 ГМССБ и пункта передачи информации по безопасности мореплавания службы НАВТЕКС был обусловлен наличием имеющихся помещений приемного радиоцентра Камчатского центра связи и мониторинга (КЦСМ) в пос. Авача и передающего центра КЦСМ в п. Железный ключ (район г. Елизово). Данные центры изначально были построены для связи в ВЧ-диапазоне. Приемный центр в пос. Авача находится внутри Авачинской губы, что приводит к появлению большого числа кусочно-однородных трасс. Передающий центр, находящийся в 20 км от береговой черты, с трех сторон окружен горными хребтами и вулканами с высотами до 3-4 тыс. м, что дает сильное дифракционное ослабление радиоволн в этих направлениях.

Все вышеуказанные факторы приводят к деградации рабочих зон, которые вытягиваются в сторону морской поверхности, причем площадь их заметно уменьшается. Поэтому для обеспечения максимальной площади покрытия рабочими зонами БСНС должна производиться оценка оптимальности выбора места размещения с учетом приоритетности условий распространения радиоволн.

Наилучшими условиями распространения радиоволн обладает морская поверхность, имеющая наименьшие параметры диэлектрической проницаемости в и проводимости с. Поэтому при размещении объектов БСНС необходимо, чтобы место установки выбиралось вблизи береговой черты, желательно на мысах или островах, что дает наибольшую площадь рабочей зоны.

Влияние подстилающей поверхности учитывается параметром, называемым коэффициентом ослабления: W - для «плоской земли», V - для «сферической земли». Условие «плоской земли» выполняется на расстояниях R < Rmax пл * (7^А,[м] (км), «сферической земли» - при выполнении

условия R < Rmin сф * 23,5 • з/V^ (км).

Выражение для расчета горизонтальной электрической составляющей поля эффективной величины Ех (в мВ/м) при расположении передатчика и приемника непосредственно у поверхности земли выглядит следующим образом:

Е = 245^° Ш,

х Я

Л[км]

где Р - излучаемая мощность передатчика, кВт;

Я - расстояние от передатчика, км;

О - коэффициент направленного действия (КНД) передающей антенны;

Ж - функция ослабления.

Анализ выражения для функции ослабления Ж показывает, что она зависит от единственного безразмерного параметра - так называемого «численного расстояния», который имеет вид

105-п-Я

р . (2) 6 - к -с

Численное расстояние пропорционально расстоянию Я и для СЧ-диапазона является действительной величиной р = |р|.

Практически при вычислении модуля функции ослабления Ж можно пользоваться простой формулой

\Ж\ = 2 +0,3р 2 .

1 1 2 + р + 0,6 р2

Для «сферической земли» вертикальная электрическая поля эффективной величины определяется как

Е = 2^° К,

г Я

где V - функция ослабления для «сферической земли», показывающая, во сколько раз поле диполя на поверхности «поглощающей земли» отличается от поля диполя на поверхности плоской, бесконечно проводящей земли. Ее точное выражение имеет следующий вид:

да — А0^

------___ р 5

— -—5-,

5=1 5 Ч

где 0 - угловое расстояние между приемником и передатчиком; t5 - корни уравнения );

ю(^) - функция Эйри;

А з/ па 271

= V Т = ;

а - радиус Земли;

.п

35Р~14

Ч = 5/6 1/2— параметр, характеризующий электрические свойства почвы. к с

Подставляя значения А и д в формулу (5), получим:

Я

рАо 1т , ехр

V *7^ * 0,36^—--------- Ь-------------------------------.

tl — д V к ^1 — д

Погрешность расчета напряженности поля зависит от вида трасс. Если трасса распространения однородна (например, трасса над морем), то погрешность расчета напряженности поля зависит от точности выбора солености моря. В зависимости от солености моря электрические параметры меняются в пределах с = 1.. .5 Сим/м и в = 70.. .80. При таком изменении электрических параметров напряженность поля сигнала в диапазоне СЧ меняется незначительно.

Если вся трасса распространения проходит над сушей, то для района Камчатки электрические параметры почвы можно задавать в пределах с = 1...10 мСим/м, в = 15...30. Расчетные значения напряженности поля в диапазоне СЧ для частоты 2 МГц на трассе при выборе разных электрических параметров почвы может меняться в несколько раз.

Пример передислокации приемника базовой станции морского района А2 ГМССБ из пос. Авача в район мыса Маячный с целью получения максимальной рабочей зоны морского района А2 ГМССБ приведен на рисунке.

Рабочая зона базовой станции морского района А2 ГМССБ в пос. Авача

Сравнивая рисунки, легко убедиться, что при размещении приемника базовой станции морского района А2 ГМССБ на мысе Маячный площадь рабочей зоны в 3 раза больше, чем при размещении приемника базовой станции морского района А2 ГМССБ в пос. Авача.

Литература

1. Винниченко А.И. Теория тракта распространения радиоволн: Учеб. пособие для слушателей академии. - Л.: Военно-морская акад., 1984. - 328 с.

2. Альперт Я.Л., Гинзбург В.Л., Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн. - М.: Гос. изд-во техн.-теорет. лит., 1953. - 883 с.

3. Сборник резолюций ИМО, касающихся глобальной системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ). - СПб.: ЦНИИМФ, 1993. - 250 с.

4. Расчет поля прямой радиоволны для приемных пунктов г. Петропавловск-Камчатский и г. Магадан: Отчет по НИР. - Магадан, 2000. - 52 с.

5. Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. - М.: АН СССР, 1961.

6. ДолухановМ.П. Распространение радиоволн. - М.: Связь, 1965.

7. Кашпровский В.Е., Кузубов Ф.А. Расчет поля земной волны средневолновых радиостанций. - М.: Электросвязь, 1967.