Перспективы использования средневолнового диапазона для радиосвязи с мобильными группами спасателей МЧС России

потерь. Последнее свидетельствует о достоверности полученных результатов и возможности применения указанных макетов при проведении дальнейших опытно-конструкторских работ в отношении УЧОИ;

3) значения перечисленных коэффициентов являются близкими (с отличием не более 15%) для макетов УЧОИ интерференционного и протяженного типов, хотя их конструкции рознятся принципиально. Это говорит о взаимозаменяемости конструкций УЧОИ в различных задачах построения сегментов RoF.

Таким образом, в настоящем докладе представлены разработанные схемы оптические функциональные устройств, предназначенных для управления радиолепестком антенной решетки RoF. Перечисленные устройства могут быть реализованы на базе многорезонаторного интерферометра и протяженно-кольцевой составной волоконно-оптической схемы. Перечисленные варианты выполнения УЧОИ были смакетированы, проведена их экспериментально-лабораторная апробация. В результате апробации была подтверждена приемлемая работоспособность собранных макетов.

Источник финансирования. Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части Государственного задания. Уникальный идентификатор заявки № 8.5623.2017/ВУ

Список литературы

1. Ultra Wide Band Signals. Source. URL: https://ru.wikipedia.org /wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B (дата обращения 20.05.2016).

2. Bagmanov V.H, Meshkov I.K, Grahova E.P, Vinogradova I.L. UWB radio pulses design based on the derivative Gaussian and Rayleigh pulses relevant to the spectral mask of radiofrequencies Committee // Electrical and Data Processing Facilities and Systems. 2014. Vol. 3. Р. 62-68.

3. Султанов А. Х., Виноградова И. Л., Мешков И. К., Андрианова А.В., Абдрахманова Г. И., Грахова Е. П., Ишмияров А. А., Янтилина Л. З. Проблемы разработки сверхширокополосных систем передачи // Проблемы техники и технологии телекоммуникаций: Оптические технологии в телекоммуникациях: XV Междунар. науч.-технич. конф. Самара, 2016. Т. 1. C. 120-127.

4. Установка для интенсивной пластической деформации кручением (Установка КГД). URL: http://ckp-rf.ru/usu/327 604/ (дата обращения 10.06.2017).

5. Иванов А. Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. М.: Компания Сайрус-Системс, 1999. 670 с.

6. Kaminov I. P. Optical Fiber Telecommunications // Components of Systems. Boston: Academic Press, 2006. 876 p.

7. Лаборатория фотоники и нелинейной спектроскопии. URL: http://photonicslab.phys.msu.ru/ru/research/fiber-optics (дата обращения 05.10.2016).

8. Agrawal G. P. Nonlinear fiber optics. Boston: Academic Press, 2001. 466 р.

УДК 621.396:621.391.25

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДНЕВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛЯ РАДИОСВЯЗИ С МОБИЛЬНЫМИ ГРУППАМИ СПАСАТЕЛЕЙ МЧС РОССИИ

1 о о ^ о о ^

И. Ф. Бажуков , И. В. Дулькейт , С. А. Завьялов , Ю. В. Львова , А. Н. Ляшук , П. И. Пузырев , С. Г. Рекунов ,

Е. А. Чащин2, С. В. Шарапов 3

1 Воркутинский арктический комплексный аварийно-спасательный центр МЧС России, г. Воркута, Россия

2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

3Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, г. Санкт-Петербург, Россия

DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-4-187-194

Аннотация - Приводятся результаты натурных испытаний опытного образца средневолновой мобильной радиостанции «Ноэма-СВ», которые проводились в Западной Сибири, в Омской области, и на базе Воркутинского арктического комплексного аварийно-спасательного центра МЧС России. Проведенные на реальных радиотрассах, в том числе в условиях Крайнего Севера, натурные испытания показали возможность организации радиосвязи с мобильными группами спасателей МЧС России в средневолновом диапазоне длин волн, на расстояния в несколько десятков километров при сложном рельефе

местности. На равнинной местности дальность радиосвязи увеличивается до нескольких сотен километров. При проведении испытаний использовались разработанные в ОмГТУ укороченные антенны средневолнового диапазона, размещенные на транспортных средствах, используемых мобильными группами спасателей МЧС России, которые показали высокую эффективность, несмотря на малые размеры по сравнению с используемой для радиосвязи длиной волны.

Ключевые слова: натурные испытания, средневолновый диапазон, распространение радиоволн, дифракция радиоволн, радиотрасса, антенна.

I. Введение

Применение коротковолнового (КВ) диапазона, традиционно использующегося для осуществления ионосферной дальней (до тысячи км) и сверхдальней (несколько тысяч км) радиосвязи, ограничено непростыми условиями распространения радиоволн, вызванных не стационарностью ионосферы, а в арктических широтах вообще проблематично, чаще невозможно, так как вблизи полярных районов ионосфера более возмущена. При этом ее ближайший к Земле слой D поглощает большую часть энергии проходящих через него радиоволн. Наиболее опасными видами аномального поглощения в высоких широтах считаются поглощение полярной шапки и авроральное поглощение.

Степень поглощения зависит от высоты солнца над горизонтом, широты места, солнечной активности, а также от географии радиотрассы [1, 2], которые можно разбить на три группы.

1. Трассы малой дальности, целиком проходящие внутри полярной шапки и не пересекающие авроральный овал, на них надёжность связи в основном определяется поглощением полярной шапки.

2. Трассы средней дальности, у которых хотя бы один из конечных пунктов расположен в зоне аврорального овала. На таких трассах наиболее вероятно нарушение прохождения радиоволн, а ослабление сигналов может достигать 30-60 дБ в зависимости от частоты излучения.

3. Трассы большой дальности, пересекающие авроральный овал, в этом случае условия радиосвязи более благоприятные, чем во втором случае.

Таким образом, в акватории Северного морского пути наибольшую сложность представляет организация радиосвязи на радиотрассах средней дальности, когда УКВ уже, а КВ еще не работают. Эта задача может быть решена за счет радиосвязи в средневолновом (СВ) диапазоне поверхностной волной [3]. Большая длина волны позволяет связываться поверхностной волной на расстояниях значительно превышающих зону прямой видимости за счет явлений дифракции и рефракции, что дает возможность обеспечить связь в этом диапазоне на расстояния до нескольких десятков и даже сотен километров, осуществляя загоризонтную радиосвязь.

II. Постановка задачи

С целью определения потенциальной дальности передачи сигналов между мобильными объектами в средневолновом (СВ) диапазоне частот на реальной радиотрассе были проведены натурные испытания опытного образца судовой средневолновой мобильной радиостанции «Ноэма-СВ» (рис. 1), в составе: приемопередатчика «Ноэма-СВ», мощностью 8 Вт, внешнего усилителя мощности «Ноэма СВ-У1», мощностью 100 Вт и антенны штырь длинной 6 м с антенно-согласующим устройством индуктивного типа, вместимой мощностью 100 Вт [4].

При проведении испытаний два опытных образца радиостанции «Ноэма СВ» были установлены на легковых автомобилях, рис. 2, и на аварийно-спасательных машинах на базе КАМАЗ 4803, и ТРЭКОЛ-39294, рис. 3. При проведении испытаний использовались разработанные в ОмГТУ укороченные антенны средневолнового диапазона, которые показали высокую эффективность, несмотря на малые размеры по сравнению с используемой для радиосвязи длинной волны.

Рис. 2. Размещение антенн средневолновой мобильной радиостанции «Ноэма СВ»

на легковых автомобилях

Рис. 3. Размещение антенн средневолновой мобильной радиостанции «Ноэма СВ» на аварийно-спасательных машинах на базе КАМАЗ 48031 и ТРЭКОЛ-39294

III. Методика проведения испытаний

Испытания проводились в два этапа на реальных радиотрассах. Первый этап испытаний проводился 12 апреля 2017 года на территории Омской области, второй в период с 19 по 21 апреля в Республике Коми на базе Воркутинского арктического комплексного аварийно-спасательного центра МЧС России (Emercom of Russia) -филиала Северо-Западного регионального поисково-спасательного отряда МЧС России (Воркутинский АКАСЦ МЧС России - филиал СЗРПСО МЧС России). Во время проведения испытаний радиостанции работали в диапазоне частот 440-450 кГц.

Во время испытаний проверялась дальность приема следующих видов сигналов:

- аналоговой телефонии, класс излучения J3E, на нижней боковой полосе частот;

- сообщений цифрового избирательного вызова (ЦИВ), класс излучения F1B, частотный сдвиг 170 Гц, скорость передачи данных 100 бит/с, согласно Рекомендациям МСЭ-R M.493-12, за исключением того, что передаваемая информация была произвольной;

- цифровых данных со скоростью 1200 бит/с, класс излучения - частотная манипуляция с минимальным сдвигом (Fast Frequency Shift Keying - FFSK.).

При определении дальности радиосвязи в режиме аналоговой голосовой телефонии сеансы радиосвязи за-считывались при приеме речевого сообщения с удовлетворительным качеством (оценка не ниже 3 по пятибалльной системе). При приеме цифровых сообщений кондиционными считались сеансы, в которых принятые сообщения не содержали ошибок.

IV. Результаты экспериментов

Проведенные на реальных радиотрассах, в том числе в условиях Крайнего Севера, испытания показали возможность организации радиосвязи с мобильными группами спасателей МЧС России в средневолновом диапазоне длин волн, на расстояния в несколько десятков километров при сложном рельефе местности. На равнинной местности дальность радиосвязи увеличивается до нескольких сотен километров.

На рис. 4 приведено расположение радиотрасс при проведении испытаний на местности (4а - первого этапа и 4б - второго этапа испытаний) [5].

б

Рис. 4. Расположение радиотрасс при проведении испытаний на местности: а) - первого этапа, б) - второго этапа

На первом этапе испытаний при мощности передатчика 100 Вт была достигнута дальность радиосвязи голосовыми сообщениями до 130 км (радиотрасса 3 на рис. 4а), а дальность приема цифровых данных со скоростью 1200 бит/с составила 190 км (радиотрасса 6 на рис. 4а). Такую же дальность радиосвязи, 190 км, удалось обеспечить сигналами ЦИВ, но при мощности передатчика 8 Вт. При мощности передатчика 100 Вт уверенный прием сигналов ЦИВ обеспечивался на дальностях более 220 км (радиотрасса 7 на рис. 4а).

Проведенные на втором этапе испытания показали возможность устойчивой радиосвязи голосовым сигналом и передачи сообщений цифрового избирательного вызова в СВ диапазоне при мощности передатчика 100 Вт на расстоянии до 60 км (радиотрасса 1 - 3 на рис. 4б), в том числе и в движении (радиотрасса 1 на рис. 4б). Радиосвязь на радиотрассах дальностью 120 - 155 км (трассы 4 и 5 на рисунке 4б) отсутствовала.

V. Обсуждение результатов Пропадание радиосвязи на радиотрассах 4 и 5 рис. 4б, объясняется значительным изменением рельефа местности. На первом этапе испытаний и на протяжении радиотрасс 1, 2 и 3 второго этапа испытаний (рис. 4б) перепады высот рельефа местности не превышали 100 м, и были значительно меньше используемой для радиосвязи длинны волны. Поперечный профиль рельефа радиотрасс 1, 2 и 3 приведен на рис. 5, 6 и 7 соответственно [5]. На протяжении радиотрасс 4 и 5 (рис. 4б) перепады высот рельефа местности составляли несколько сот метров, и были больше используемой для радиосвязи длинны волны. Поперечный профиль рельефа радиотрасс 4 и 5 приведен на рис. 8 и 9 [5].

Рис. 6. Поперечный профиль рельефа трассы 2

5м 10« 15«к 2(1« 25« 35« 35« 40« 45м 50« 54,9 щ

Рис. 7. Поперечный профиль рельефа трассы 3

Рис. 9. Поперечный профиль рельефа трассы 5 192

Для решения задачи радиосвязи с объектами, находящимися в «мертвой» зоне вне радиовидимости на радиотрассах средней и малой дальности может применяться способ КВ-радиосвязи, использующий почти вертикальное облучение ионосферы, получивший название NVIS (Near Vertical Incidence Skywave propagation) [6]. Ключевыми моментами в организации такой радиосвязи являются использование антенн зенитного излучения и соответствующий выбор рабочей частоты.

При применении NVIS радиосвязи, радиоволны, отражающиеся от слоя Е, расположенного на высоте 90...120 км, поглощаются слоем D, который начинается на высоте 50 километров, не имеет максимума плотности по высоте и плавно переходит в слой Е, проходя его дважды [6]. Поэтому при выборе частот для NVIS радиосвязи нужно учитывать взаимно противоречивые требования: с увеличением частоты сигнала коэффициент отражения вертикально падающей волны уменьшается, но с понижением частоты увеличивается ее поглощение в ионосфере. Т.е., пригодным для радиосвязи остается довольно узкий участок применимых частот, который, к тому же, зависит от времени суток, времени года и солнечной активности, определяющей электронную концентрацию. Использовавшаяся при проведении испытаний антенна обеспечивает возможность работы в режиме зенитного излучения (рис. 10) [7], но в условиях Арктики, с ее аномальным поглощением радиоволн, организация такой радиосвязи представляется весьма проблематичной.

Рис. 10. Использование штыревой антенны, размещенной на автомобиле в качестве антенны зенитного излучения

Для Арктической зоны Российской Федерации более предпочтительными могут оказаться организационные методы, основанные на создании сети радиосвязи в средневолновом диапазоне, с использованием автоматической ретрансляции сигналов удаленными ретрансляторами, которые могут работать в автономном, необслуживаемом режиме. Для расчета «мертвых» зон, обусловленных рельефом местности, и точек оптимального расположения ретрансляторов можно воспользоваться рекомендациями Международного союза электросвязи МСЭ-Я Р.526-10 «Распространение радиоволн за счет дифракции» [8].

VI. Выводы и заключение

Проведенные натурные испытания на реальных радиотрассах, в том числе в условиях Крайнего Севера, показали возможность организации радиосвязи с мобильными группами спасателей МЧС России в средневолновом диапазоне длин волн, на расстояния в несколько десятков, а при равнинном рельефе местности до нескольких сотен километров, в том числе и в движении.

Радиосвязь обеспечивалась в окрестностях города Воркута, несмотря на наличие большого числа сосредоточенных помех, что само по себе свидетельствует об интенсивном использовании на Крайнем Севере средневолнового диапазона длин волн, который оказывается весьма перспективным, а иногда и единственным частотным ресурсом, обеспечивающим функционирование различных радиотехнических систем.

Разработанные в ОмГТУ укороченные антенны для средневолнового диапазона могут быть размещены на транспортных средствах, используемых мобильными группами спасателей МЧС России, и обеспечивают хорошую эффективность.

Проведение испытаний необходимо продолжить, уделив особое внимание организации радиосвязи в «мертвых» зонах, обусловленных наличием естественных препятствий при гористом рельефе местности.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ. БЛАГОДАРНОСТИ

Финансирование подготовки и проведения испытаний осуществлялось за счет собственных средств Омского государственного технического университета, в рамках НИР № 17027В, и Санкт-Петербургского университета государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, а также при материально-технической поддержке Воркутинского арктического комплексного аварийно-спасательного центра МЧС России - филиала Северо-Западного регионального поисково-спасательного отряда МЧС России.

Авторы выражают благодарность ректору ОмГТУ, доктору технических наук, профессору Косых Анатолию Владимировичу; начальнику Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, генерал-лейтенанту внутренней службы Чижикову Эдуарду Николаевичу и начальнику СЗРПСО МЧС России, Алексееву Александру Анатольевичу за поддержку в организации проведения испытаний.

Список литературы

1. Dulkeyt I. V., Zavyalov S. А., Chaschin Е. А., Shigabutdinov А. R. Some aspects of providing information security of hydrocarbons extraction and transportation in the Arctic Zone of the Russian Federation // Procedia Engineering. 2015. Vol. 113. P. 344-348.

2. Брыксенков А. А., Дулькейт И. В., Завьялов С. А., Косых А. В., Хазан В. Л., Шигабутдинов А. Р. Создание единого информационного пространства по обеспечению мореплавания в акватории Северного морского пути на основе интеграции радиооборудования и использования информационных технологий // Морские информационно-управляющие системы. 2014. № 3 (6). С. 68-73.

3. Дулькейт И. В., Завьялов С. А., Косых А. В., Ляшук А. Н., Чащин Е. А. Результаты натурных испытаний средневолновой мобильной радиостанции на радиотрассах средней дальности // Омский научный вестник. Сер. Приборы машины и технологии. 2016. № 3 (147). С. 82-86.

4. Liashuk A. N., Zavyalov S. A., Chashin E. A. Small Monopole Transceiver Antenna for Medium Frequencies // 17th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM). Erlagol, Russia, 2016. P. 140-144. DOI: 10.1109/EDM.2016.7538712.

5. Планета Земля. URL: http://www.google.com/intl/ru/earth/ (дата обращения: 10.05.2017).

6. Поляков, В. Т. NVIS техника ближней связи на КВ // Спецтехника и связь. 2009. № 1. С. 59-63.

7. ICOM IC-AH-5NV NVIS Fiberglass Antenna Element (14.8 Feet Long ) for HF Short Range NVIS Communications. URL: http://www.hamradio.com/detail.cfm?pid=H0-012951 (дата обращения: 10.05.2017).

8. Recommendation ITU-R P.526-6 Propagation by Diffraction. URL: http://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.526-6-199910-SIIPDF-E.pdf (дата обращения: 12.05.2017).

УДК 621.37.037

КОМПАРАТОР КАК СФ-БЛОК ДЛЯ АЦП ДВОЙНОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ

А. В. Косых, С. А. Завьялов, В. Ерохин

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-4-194-200

Аннотация - В данной статье рассматривается компаратор непрерывного сравнения, предназначенный для использования в качестве СФ-блока. Компаратор разрабатывается в стандартном технологическом процессе 180 нм, и может быть использован при проектировании устройств типа систем на кристалле, в частности, АЦП двойного интегрирования, который в свою очередь, может быть использован при разработке мультиметров, цифровых термометров и т.п. Моделирование компаратора производится с помощью программного обеспечения Cadence. В результате моделирования было выявлено, что при перегреве и одновременной просадке напряжения питания задержка компаратора не превышает 12 нс, коэффициент усиления по напряжению не опускается ниже 104.9 дБ при номинальной частоте 1 кГц. Высокое быстродействие и разрешающая способность компаратора позволяют использовать его в каче-