СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БЛИЖНЕЙ НАВИГАЦИИ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
METHOD OF PROVIDING ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF RADIOELECTRONIC EQUIPMENT OF SHORT-RANGE RADIOTECHNICAL NAVIGATION SYSTEM AND MOBILE RADIO COMMUNICATION SYSTEM

Изобретение относится к области радиосвязи и предназначено для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС) радиотехнической системы ближней навигации (РСБН) и системы подвижной радиосвязи (СПР), функционирующих в совпадающих полосах частот.
В настоящее время практически во всех регионах России развернуты и интенсивно эксплуатируются СПР стандарта GSM-900 в диапазоне 900 МГц. Однако согласно (1. Radio Regulations International Telecommunication Union. Geneva, 2004) примечанию S5.323 (BPK-03) полоса частот 862-960 МГц распределена воздушной радионавигационной службе на первичной основе и в указанной полосе частот эксплуатируется радиотехническая система ближней навигации и посадки, которая предназначена для навигации (на небольшие расстояния), управления воздушным движением и посадки летательных аппаратов в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах пилотирования.
Радиотехническая система ближней навигации состоит из наземного (НО) и бортового оборудования (БО). Наземное оборудование РСБН включает азимутально-дальномерный радиомаяк (АДРМ) и посадочную радиомаячную группу (ПРМГ). Сигналы АДРМ используются БО РСБН летательного аппарата (ЛА) для определения азимута и дальности до аэродрома. Сигналы ПРМГ используются БО РСБН ЛА для определения курса захода на посадку, глиссады и дальности до начала взлетно-посадочной полосы.
Анализ полос частот, используемых для организации рабочих каналов РЭС СПР стандарта GSM-900, позволяет установить основные варианты возникновения непреднамеренных помех между РЭС сетей СПР и РЭС РСБН:
со стороны абонентских (АС) и базовых станций (БС) на бортовое оборудование РСБН;
со стороны наземных радиомаяков РСБН на АС и БС.
Учитывая важность системы РСБН для обеспечения безопасности полетов и управления воздушным движением авиации России, становится очевидной необходимость принятия технических и организационных мер по обеспечению беспомехового функционирования радиоприемников РСБН, установленных на воздушных судах, совершающих полеты в различных регионах России, в границах которых разворачиваются сети СПР.
Поскольку структура радионавигационного поля, т.е. состав и частотно-кодовые каналы наземных радиомаяков, различна в разных регионах России, то объем частотного ресурса, потенциально доступный для использования в сетях СПР, также оказывается различным. Кроме того, практика развертывания сетей СПР на территории России свидетельствует о том, что частотный ресурс сетей зависит от следующих технических факторов: топологии сети, мест установки БС, числа БС и плотности их размещения по территории региона, энергопотенциала БС, типов используемых антенн и их характеристик, емкости сети - числа АС.
Введением ограничений или варьированием технических характеристик РЭС СПР можно решить проблему обеспечения их электромагнитной совместимости с РЭС РСБН и увеличить количество частотных каналов, доступных для назначения в сетях СПР.
Таким образом, точное число номиналов рабочих частот для развертываемых сетей СПР может быть установлено только при наличии заранее разработанного системного проекта по определению условий обеспечения ЭМС РЭС сети СПР с РЭС РСБН. Это требует функционального расширения применявшихся ранее способов обеспечения межсистемной ЭМС в связи с очень высоким приоритетом радионавигационной службы и жесткими требованиями по обеспечению беспомеховой работы РЭС воздушной радионавигационной службы и обеспечению безопасности полетов. Кроме того, требуется обеспечить повышение эффективности использования радиочастотного спектра путем уточнения и оптимизации частотно-территориального плана сетей СПР при продолжении совместного с РЭС РСБН использования полосы частот.
Известны способы обеспечения ЭМС СПР с другими РЭС: [2] (Руководство по летной проверке наземных средств радиотехнического обеспечения полетов и связи. Утверждено Заместителем директора Департамента воздушного транспорта 18.08.1992.; [3] Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып.1, М.: Сов. Радио, 1977, п.6.3 и п.3; [4] Труды конференции "Развитие IMT-2000 в России". Центр анализа ЭМС НИИР, Тенерифе, декабрь 2001 г., с.13-18 и 19-23; [5] Актуальные вопросы повышения эффективности использования национального радиочастотного ресурса. Материалы конференции НРА, 18-20 мая 2004 г.).
Недостатками приведенных способов обеспечения ЭМС является то, что они не учитывают априорную неопределенность в значениях параметров мешающего взаимодействия и ориентированы на расчеты ЭМС в дуэльной ситуации, при которой рассматриваются два РЭС, оказывающее помеховое воздействие и подверженное ему, без учета их мобильности.
Известен способ обеспечения ЭМС системы связи [6] (Способ обеспечения электромагнитной совместимости системы связи. - Патент на изобретение RU №2271067 С1 от 27.02.2006 г, кл. Н04В 7/185, Н04В 7/26). Способ позволяет выбрать такой набор частотных каналов, что групповое воздействие передатчиков СПР, работающих на частотных каналах из этого набора, не оказывает недопустимого влияния на другие РЭС, функционирующие в заданной полосе частот на данной территории.
Недостатком данного способа обеспечения ЭМС является то, что для идентификации группы конкретных передатчиков из всей совокупности передатчиков системы связи, которые могут работать одновременно на заданном частотном канале из диапазона рабочих частот с заданными параметрами излучаемых радиосигналов, обеспечивающих радиопокрытие обслуживаемой территории, не оказывая при этом недопустимого воздействия на приемники других РЭС, т.е. обеспечивающие межсистемную ЭМС, необходимо использование специального самолета-лаборатории, оснащенного автоматизированной системой летного контроля, средствами регистрации спектрограмм радиосигналов с приемной антенной, бортовым компьютером с базой данных о геофизических параметрах земной поверхности, свойствах атмосферы, частотных каналах, географических координатах местоположений и параметров передатчиков и приемников РЭС, цифровой карте местности и средствами измерения местоположения, применение которого в различных регионах России может быть затруднено из-за финансовых, климатических и временных ограничений.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ обеспечения ЭМС системы связи [7] (Высочин В.П., Михеев В.Г., Панов В.П., Приходько В.В. Рациональное частотно-территориальное планирование сетей сухопутной подвижной радиосвязи стандарта GSM-900. Электросвязь. - 2002, №6, с.23-24), работающей на вторичной основе, преимущественно СПР стандарта GSM-900, с другими РЭС, работающими на первичной основе в той же полосе частот, при котором накладывают ограничения, обеспечивающие межсистемную ЭМС, на параметры излучаемых радиосигналов передатчиками системы связи, являющимися источниками непреднамеренных радиопомех для приемников других РЭС, и о достигнутом результате судят по измеренному групповому воздействию передатчиков системы связи на приемники других РЭС при проверке в зонах, где возможно создание радиопомех недопустимого уровня для работы других РЭС, например для приемников БО РСБН, с использованием самолета-лаборатории.
Недостатками приведенного способа обеспечения ЭМС является то, что для его осуществления необходимо использование специального самолета-лаборатории, применение которого в различных регионах России может быть затруднено из-за финансовых, климатических и временных ограничений, и он не учитывает априорную неопределенность взаимного расположения РЭС сети СПР и ЛА, а обеспечение ЭМС СПР с другими РЭС осуществляется при наложении достаточно жестких ограничений на параметры излучаемых передатчиками СПР радиосигналов, что не позволяет с достаточной эффективностью использовать частотный ресурс, предоставленный оператору. Кроме того, данный способ не позволяет оценивать состояние ЭМС РЭС сети СПР и БО РСБН с учетом мобильности РЭС, диапазона изменений высот полета и удаления ЛА от наземных радиомаяков и базовых (абонентских) станций сети СПР.
Задачей изобретения является обеспечение ЭМС РЭС системы ближней навигации с РЭС СПР за счет введения ограничений на максимальную эквивалентную изотропно излучаемую мощность БС для конкретного частотного разноса между частотно-кодовыми каналами РСБН и частотными каналами базовых станций СПР.
Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является повышение помехозащищенности и ЭМС РЭС системы ближней навигации, в частности приемников БО РСБН, с РЭС СПР, обеспечение требуемого качества определения навигационных параметров и безопасности полетов, увеличение совокупного объема радиочастотного спектра, доступного СПР.
Решение указанной задачи и получение заявленного технического результата достигаются тем, что согласно изобретению предлагается способ обеспечения ЭМС РЭС РСБН и СПР, отличительная особенность которого от прототипа заключается в том, что он позволяет обеспечить беспомеховое функционирование РЭС РСБН, в частности приемников БО РСБН, с РЭС СПР за счет введения ограничений на максимальную эквивалентную изотропно излучаемую мощность БС для конкретного частотного разноса между частотно-кодовыми каналами РСБН и частотными каналами базовых станций СПР и при этом обеспечить прирост совокупного объема радиочастотного спектра, доступного СПР.
Предложен способ, содержащий существенные признаки прототипа:
для обеспечения межсистемной электромагнитной совместимости накладывают ограничения на параметры излучаемых радиосигналов передатчиками системы подвижной радиосвязи, являющимися источниками непреднамеренных радиопомех для бортовых приемников радиотехнической системы ближней навигации.
Другими существенными, отличительными от прототипа, признаками являются:
кт
РСБН/ПРМГ
РСБН/ПРМГ
РСБН/ПРМГ
кт
для каждого рабочего канала бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации летательного аппарата последовательно анализируют помеховую обстановку, создаваемую базовыми и абонентскими станциями системы подвижной радиосвязи, с учетом мобильности радиоэлектронных средств, диапазона изменений высот полета, удаления летательного аппарата от наземных радиомаяков и радиоэлектронных средств системы подвижной радиосвязи и определяют координаты «контрольных» точек (КТ), в которых влияние радиоэлектронных средств системы подвижной радиосвязи на бортовой приемник радиотехнической системы ближней навигации максимально, для тех «контрольных» точек, в которых отношение сигнал/помеха в бортовом приемнике радиотехнической системы ближней навигации меньше значения защитного отношения приемника, определяют частотный разнос Δf между частотно-кодовым каналом F (F - частота работы радиомаяка системы РСБН/ПРМГ) радиотехнической системы ближней навигации и частотами базовых станций системы подвижной радиосвязи, для частотных каналов базовых станций, попадающих в частотный интервал F±Δf, определяют наибольшую эквивалентную изотропно излучаемую мощность, при которой обеспечивается беспомеховое функционирование бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации.
Ниже изобретение и сущность предлагаемого способа описаны более детально.
В период массового внедрения в России системы сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования вопросам ЭМС и эффективного использования радиочастотного спектра, одного из важнейших национальных ресурсов страны, уделяется все большее внимание как со стороны государственных органов управления и контроля, так и со стороны компаний-операторов. В крупных городах и промышленных районах России электромагнитная обстановка осложняется тем, что РЭС РСБН и СПР вынуждены функционировать в совпадающей полосе частот. Объективным подходом, позволяющим снять ограничения на использование СПР отдельных частот и обеспечить наиболее эффективное использование радиочастотного спектра в сетях СПР, является разработка способа наложения ограничений на параметры передатчиков системы связи для обеспечения ЭМС РЭС сетей СПР с бортовыми приемниками средств радионавигации и посадки.
Как и в прототипе, для обеспечения межсистемной ЭМС на параметры излучаемых радиосигналов передатчиками системы подвижной радиосвязи, являющимися источниками непреднамеренных радиопомех для бортовых приемников радиотехнической системы ближней навигации, накладывают ограничения.
Однако априорная неопределенность взаимного расположения радиоэлектронных средств сети СПР и ЛА не позволяет в полной мере использовать способы оценки ЭМС наземных стационарных РЭС. В рамках настоящего изобретения разработан способ, позволяющий оценивать состояние ЭМС РЭС СПР и БО РСБН с учетом мобильности РЭС, диапазона изменений высот полета, удаления ЛА от наземных радиомаяков и базовых (абонентских) станций сети СПР.
с
п
з
з
с
п
Критерием обеспечения ЭМС является выражение: Р/Р≥К, где K - защитное отношение приемника, представляющее собой минимальное допустимое отношение мощности сигнала Р к мощности помехи Р на входе радиоприемного устройства БО (бортового приемника) РСБН, обеспечивающее требуемое качество его функционирования в условиях воздействия непреднамеренных радиопомех.
с
п
с
п
Отношение Р/Р зависит от взаимного пространственного положения источника непреднамеренной помехи - базовой или абонентской станции сети СПР, объекта воздействия помехи - БО РСБН и наземного радиомаяка. Существует такое положение ЛА в зоне действия РСБН, в котором достигается минимальное значение отношения Р/Р на входе радиоприемного устройства БО (бортового приемника) РСБН. Указанное положение называется "контрольной" точкой. Выполнение условия ЭМС в "контрольной" (наихудшей) точке гарантирует его выполнение во всех остальных точках.
Для принятия решения о совместимости БО РСБН и наземного РЭС СПР проводят проверку условия обеспечения ЭМС в "контрольной" точке, где на радиоприемном устройстве БО (бортовом приемнике) системы РСБН имеет место минимальное отношение уровня полезного сигнала к уровню непреднамеренной помехи.
Поскольку рабочие каналы системы РСБН имеют различные зоны действия, а также временные, спектральные и энергетические характеристики радиосигналов, то проверку условия обеспечения ЭМС следует проводить в "контрольных" точках, определенных отдельно для каждого из шести рабочих каналов системы РСБН: азимутального канала РСБН (передача сигналов азимута на БО РСБН ЛА), канала опорных сигналов азимута РСБН (передача сигналов "35" и "36" на БО РСБН ЛА для определения направления на север), дальномерного канала РСБН (передача сигналов дальности на БО РСБН ЛА), курсового канала ПРМГ (передача сигналов для определения курса на БО РСБН ЛА), глиссадного канала ПРМГ (передача сигналов для определения угла захода на посадку), дальномерного канала ПРМГ (передача сигналов дальности на БО РСБН ЛА).
Анализ рабочих полос частот, используемых РЭС сети СПР в режиме излучения, и рабочих полос частот БО РСБН в режиме приема сигналов наземных радиомаяков позволяет определить следующие варианты помехового воздействия:
АС создает помехи в каналах азимута, опорных сигналов "35", "36" или курса;
БС создает помехи в каналах дальности РСБН, дальности ПРМГ или глиссады.
Следовательно, при оценке ЭМС РЭС сети СПР и БО РСБН необходимо определить координаты трех "контрольных" точек для случая воздействия АС на БО РСБН, работающее в режиме приема сигналов азимута, опорных сигналов "35", "36" (РСБН, режим "навигация") и курса (ПРМГ, режим "посадка"), а также трех точек для случая воздействия БС на БО РСБН, работающее в режиме приема сигналов дальности (РСБН, режим "навигация", ПРМГ, режим "посадка") и глиссады (ПРМГ, режим "посадка").
В зависимости от режима работы системы РСБН/ПРМГ (зона действия радиомаяков круговая или секторная) и типа РЭС (подвижная АС или стационарная БС) определение координат "контрольных" точек для соответствующих рабочих каналов РСБН и вариантов помеховых ситуаций сводится к решению следующих четырех задач:
1. Определение координат "контрольных" точек для случая воздействия сигнала АС на БО РСБН, работающее в режиме приема сигналов в каналах азимута и опорных сигналов "35", "36" (режим "навигация");
2. Определение координат "контрольных" точек для случая воздействия сигнала БС на БО РСБН, работающее в режиме приема сигналов в каналах дальности (РСБН, режим "навигация", ПРМГ, режим "посадка");
3. Определение координат "контрольных" точек для случая воздействия сигнала АС на БО РСБН, работающее в режиме приема сигналов в канале курса (режим "посадка");
4. Определение координат "контрольных" точек для случая воздействия сигнала БС на БО РСБН, работающее в режиме приема сигналов в канале глиссады (режим "посадка").
Для достижения технического результата выполняют нижеследующие действия.
Для каждого рабочего канала бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации летательного аппарата последовательно анализируют помеховую обстановку, создаваемую базовыми и абонентскими станциями системы подвижной радиосвязи, с учетом мобильности радиоэлектронных средств, диапазона изменений высот полета, удаления летательного аппарата от наземных радиомаяков и радиоэлектронных средств системы подвижной радиосвязи и определяют координаты «контрольных» точек, в которых влияние радиоэлектронных средств системы подвижной радиосвязи на бортовой приемник радиотехнической системы ближней навигации максимально по методике, приведенной в [8] (Миханов Н.П., Ягольников С.В. Методика оценки электромагнитной совместимости бортового оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки и РЭС сотовых систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования федерального стандарта GSM-900. - Радиотехника, 2004, №5, с.43-48).
Определив координаты "контрольных" точек, рассчитывают значения отношения сигнал/помеха в них и сравнивают полученные значения с защитным отношением бортового приемника РСБН. Превышение отношения сигнал/помеха в "контрольной" точке над защитным отношением свидетельствует об электромагнитной совместимости РЭС.
В случае невыполнения критерия ЭМС в "контрольной" точке для обеспечения беспомехового функционирования бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации с РЭС сети СПР предлагается использовать частотную отстройку частотно-кодовых каналов РСБН и частотных каналов базовых станций сети СПР, а также введение ограничений на максимальную эквивалентную изотропно излучаемую мощность БС.
кт
РСБН/ПРМГ
РСБН/ПРМГ
РСБН/ПРМГ
кт
Для этого определяют частотный разнос Δf между частотно-кодовым каналом F (F - частота работы радиомаяка системы РСБН/ПРМГ) радиотехнической системы ближней навигации и частотами базовых станций сети подвижной радиосвязи и наибольшую эквивалентную изотропно излучаемую мощность для частотных каналов базовых станций, попадающих в частотный интервал F±Δf, при которой обеспечивается электромагнитная совместимость бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации и радиоэлектронных средств сети подвижной радиосвязи по методике, приведенной в [8] (Миханов Н.П., Ягольников С.В. Методика оценки электромагнитной совместимости бортового оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки и РЭС сотовых систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования федерального стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2004, №5, с.43-48).
В процессе реализации способа определяют РЭС СПР, создающие недопустимый уровень непреднамеренных радиопомех и для этих РЭС с помощью перепланирования их параметров устраняют мешающее влияние на работу бортовых приемников РСБН. Снижение непреднамеренных радиопомех до допустимого нормативного уровня защитного отношения "сигнал/помеха" проводят путем снижения эквивалентной изотропно излучаемой мощности БС СПР. При этом обеспечивается межсистемная ЭМС РЭС СПР с бортовыми радиоэлектронными средствами радионавигации и посадки.
Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в следующем.
Сравнительная оценка эффективности заявленного способа и прототипа проведена по методике, изложенной в [9] (3анозин А.В., Миханов Н.П., Сай П.А. Повышение защищенности бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации и посадки от помех подвижной радиосвязи стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2009, №1, с.113-116). Показано, что применение заявленного способа позволит обеспечить в реальных условиях работы передатчиков СПР межсистемную ЭМС с бортовыми радиоэлектронными средствами (бортовыми приемниками) радиотехнической системы ближней навигации и посадки, требуемое качество определения навигационных параметров и прирост совокупного объема радиочастотного спектра, доступного СПР, от 10 до 40% в зависимости от региона.
Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа обеспечения ЭМС РЭС РСБН и СПР обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию "новизны".
Результаты поиска известных решений в области связи с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Источники информации
1. Radio Regulations International Telecommunication Union. Geneva, 2004.
2. Руководство по летной проверке наземных средств радиотехнического обеспечения полетов и связи. Утверждено заместителем директора Департамента воздушного транспорта 18.08.1992.
3. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып.1, М.: Сов. Радио, 1977, п.6.3 и п.3.
4. Труды конференции "Развитие IMT-2000 в России". Центр анализа ЭМС НИИР, Тенерифе, декабрь 2001 г., с.13-18 и 19-23.
5. Актуальные вопросы повышения эффективности использования национального радиочастотного ресурса. Материалы конференции НРА, 18-20 мая 2004 г.
6. Способ обеспечения электромагнитной совместимости системы связи. - Патент на изобретение №2271067, кл. Н04В 7/185, Н04В 7/26, 27.02.2006.
7. Высочин В.П., Михеев В.Г., Панов В.П., Приходько В.В. Рациональное частотно-территориальное планирование сетей сухопутной подвижной радиосвязи стандарта GSM-900. Электросвязь. - 2002, №6, с.23-24 (Прототип).
8. Миханов Н.П., Ягольников С.В. Методика оценки электромагнитной совместимости бортового оборудования радиотехнической системы ближней навигации и посадки и РЭС сотовых систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования федерального стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2004, №5, с.43-48.
9. 3анозин А.В., Миханов Н.П., Сай П.А. Повышение защищенности бортового приемника радиотехнической системы ближней навигации и посадки от помех подвижной радиосвязи стандарта GSM - 900. - Радиотехника, 2009, №1, c.113-116.