СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОГО ПРИЕМА СИГНАЛОВ РАДИОАБОНЕНТОВ В УЗЛАХ РАДИОСВЯЗИ КОРОТКОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА
METHOD OF MULTICHANNEL RECEPTION OF RADIO SUBSCRIBERS SIGNALS IN RADIO COMMUNICATION UNITS OF SHORT-WAVE RANGE

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при разработке и модернизации радиоприемных центров в составе узлов радиосвязи коротковолнового (КВ) диапазона стационарного и мобильного вариантов исполнения.
Известен способ многоканального приема сигналов от М радиоабонентов, реализуемый в радиоприемных центрах (РПмЦ) стационарных территориально разнесенных узлов радиосвязи (УРС) КВ диапазона [1], [2], в соответствии с которым для приема сигналов от радиоабонентов, поступающих в точку приема после отражения от ионосферы по различным азимутальным направлениям, используют М независимых каналов приема, каждый из которых устанавливают в режим приема сигнала соответствующего радиоабонента, и R (R≤М) КВ антенн средней и высокой эффективности, максимумы диаграмм направленностей которых ориентированы в соответствии с известными пространственными направлениями прихода сигналов радиоабонентов.
Выходы антенн, принимающих сигналы радиоабонентов по соответствующим азимутальным направлениям, коммутируют на входы выбранных каналов приема с помощью аппаратуры коллективного использования приемных антенн. Отфильтрованные сигналы радиоабонентов с выходов каналов приема демодулируют, декодируют и передают получателю сообщений.
Управление РПмЦ и РПдЦ, входящих в состав УРС, осуществляют посредством линий внутриузловой связи (ВУС), как при использовании в составе УРС отдельной станции управления, так и при совмещении станции управления с РПмЦ.
Недостатками известного способа многоканального приема сигналов радиоабонентов являются:
- необходимость использования больших площадей для размещения комплектов КВ приемных антенн средней и высокой эффективности типа ВГДШ, БС, БС-2, СГД и др. [1], [3], обеспечивающих в диапазоне рабочих частот прием сигналов радиоабонентов на радиотрассах различных азимутальных направлений и различных протяженностей;
- снижение помехоустойчивости приема сигналов из-за применения аппаратуры коллективного использования приемных антенн с широкополосными антенными усилителями, служащих для компенсации затухания сигнала в многоканальных распределяющих и коммутирующих устройствах [2];
- энергетические потери в КВ радиолиниях из-за расходящегося характера процессов изменения угла возвышения биссектрис диаграмм направленностей большинства типов приемных антенн высокой эффективности и необходимого угла возвышения радиолуча, падающего на отражающий слой ионосферы, при изменении значения оптимальной рабочей частоты (ОРЧ) в условиях изменяющихся геофизических условий [4].
Известен способ многоканального приема сигналов радиоабонентов, реализуемый в РПмЦ мобильного территориально разнесенного УРС КВ диапазона [5], в соответствии с которым для приема сигналов от радиоабонентов, поступающих в точку приема после отражения от ионосферы по различным азимутальным направлениям, используют N многоканальных приемных трактов, каждый из которых обеспечивает прием сигналов радиоабонентов в пределах выделенного сектора азимутальных направлений прихода сигналов с использованием соответствующего комплекта мобильных приемных антенн средней эффективности, максимумы диаграмм направленностей которых ориентированы по требуемым азимутальным направлениям.
В каждом многоканальном приемном тракте выходные напряжения антенн, принимающих сигналы радиоабонентов по соответствующим азимутальным направлениям, коммутируют на входы выбранных каналов приема с помощью аппаратуры коллективного использования приемных антенн. Принимаемые сигналы радиоабонентов коммутируют на аппаратуру обработки сигналов и на входы - выходы аппаратуры внутриузловой связи (ВУС), состоящей из аппаратуры беспроводного доступа и аппаратуры проводной связи.
Управление РПмЦ осуществляют по проводным каналам ВУС от первой станции управления, которая может также управлять РПдЦ через вторую станцию управления, подключенную к РПдЦ по проводным каналам ВУС и связанную с первой станцией управления посредством беспроводной линии ВУС.
Недостатками приведенного выше способа многоканального приема сигналов являются:
- все недостатки, присущие вышеописанному способу многоканального приема сигналов [1], [2];
- при реализации такого способа многоканального приема требуется использование в составе УРС разнесенных на местности РПмЦ и РПдЦ соответствующих станций управления, что усложняет РПмЦ и УРС в целом, увеличивает цену РПмЦ при промышленном его выпуске, кроме того, станция управления требует дополнительного обслуживающего персонала - радистов-операторов, а также дополнительных трудозатрат по проведению регламентных работ при обслуживании комплекса аппаратуры станции.
Из известных способов многоканального приема сигналов радиоабонентов в УРС КВ диапазона наиболее близким по сущности решаемых задач и большинству совпадающих существенных признаков является способ многоканального приема сигналов радиоабонентов, реализуемый в автоматизированном РПмЦ, приведенном в [6].
В соответствии с данным способом для приема сигнала от каждого из М радиоабонентов с порядковыми номерами от 1 до М используют антенно-фидерную систему (АФС), состоящую из N антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N.
Для размещения антенных элементов на выбранной относительно ровной площадке местности в виде антенной решетки определенной конфигурации (линейная, кольцевая, плоская прямоугольная или гексагональная) [3] с регулярным расположением антенных элементов производят разметку выбранной площадки с определением географических координат местоположения каждого антенного элемента на местности.
Выходное напряжение каждого антенного элемента с порядковым номером n подают на вход соответствующего многоканального цифрового радиоприемного устройства (МЦРПУ) с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до М с выводом выходных напряжений каналов приема в цифровой форме.
В каждом из N МЦРПУ с порядковым номером n каждый из М каналов приема с порядковым номером m устанавливают в режим приема сигнала радиоабонента с таким же порядковым номером m.
Из выходных напряжений каждых N каналов приема, каждый с порядковым номером m в составе каждого из N МЦРПУ, формируют М диаграмм направленностей (ДН) с порядковыми номерами от 1 до М в блоке формирования диаграмм направленностей (БФДН). При этом формирование каждой ДН с порядковым номером m в БФДН производят путем синфазного суммирования выходных напряжений соответствующих N каналов приема, каждый с порядковым номером m.
Фазирование выходных напряжений каналов приема осуществляют путем их задержки во времени на величины, рассчитываемые с использованием исходных данных о географических координатах местоположения каждого антенного элемента АФС и значений параметров радиотрасс (протяженности, азимуты), определяющих пространственное направление прихода сигналов (радиолучей) таким образом, что получаемое в результате суммирования каждое результирующее напряжение приема сигнала радиоабонента с порядковым номером m эквивалентно тому, что пространственное направление максимума каждой сформированной ДН с порядковым номером m соответствует пространственному направлению прихода сигнала радиоабонента с порядковым номером m.
Результаты формирования М диаграмм направленностей с выходов БФДН представляют собой М результирующих напряжений приема сигналов соответствующих М радиоабонентов, каждое из которых демодулируют соответствующим демодулятором сигнала радиоабонента с порядковым номером m, декодируют соответствующим декодером с порядковым номером m и подают в ЭВМ автоматизированного рабочего места, на экране монитора которого отображают результаты приема сигнала каждого радиоабонента с порядковым номером m.
Однако следует отметить следующие недостатки приведенного выше способа многоканального приема сигналов радиоабонентов:
1. Помехоустойчивость приема сигналов радиоабонентов автоматизированным РПмЦ, реализующим данный способ многоканального приема сигналов, недостаточна при воздействии аддитивных и мультипликативных помех в КВ канале связи по нескольким причинам:
1.1. Из-за неточности определения значений исходных данных, вводимых в электронную память РПмЦ для формирования в БФДН М диаграмм направленностей [3]:
а) географических координат размещения на местности каждого антенного элемента в составе выбранной конфигурации антенной решетки АФС;
m
б) значений параметров радиотрасс при работе с соответствующими М радиоабонентами (протяженности, азимуты), определяющих пространственное направление прихода сигналов (радиолучей), каждый из которых характеризуется направленностью соответствующего вектора r, с порядковым номером m (m=1, 2, …, M).
Очевидно, что при мобильном варианте исполнения РПмЦ, реализующем данный способ многоканального приема сигналов, неизбежны неточности в определении географических координат по выше приведенному пункту а) при каждом развертывании антенной решетки АФС на новом месте дислокации мобильного РПмЦ, особенно в неблагоприятных погодных условиях (выпадение атмосферных осадков, работа в зимних условиях).
mp
Cmp
Пpm
Сpm
Пpm
Соответственно с некоторыми отклонениями будет формироваться в БФДН и каждая m-я ДН с порядковым номером m (m=1, 2, …, М), поскольку суммируемые напряжения N образцов принимаемого сигнала m-го радиоабонента с порядковым номером m с выходов m-х каналов приема соответствующих N МЦРПУ, будут отличаться друг от друга по фазе на величины, определяемые погрешностью измерения координат местоположения каждого антенного элемента. Соответственно и результат суммирования по величине будет меньше требуемого. Из этого следует, что и результирующее соотношение сигнал/помеха на входе соответствующего демодулятора сигнала m-го радиоабонента h=[U/U (U - результирующее напряжение сигнала на входе демодулятора сигнала m-го радиоабонента, U - результирующее напряжение помехи на входе этого демодулятора, измеренное в полосе частот, занимаемой сигналом) будет меньше потенциально достижимого, что снижает помехоустойчивость приема сигнала каждого из М радиоабонентов.
Рассмотрим влияние на помехоустойчивость приема сигналов радиоабонентов исходных данных, вводимых в электронную память РПмЦ, при выполнении операций по вышеприведенному пункту б).
pm
Сpm
Пpm
m
Для достижения максимально возможного значения результирующего соотношения h=U/U на входе демодулятора сигнала m-го радиоабонента требуется, чтобы пространственное направление максимума формируемой m-й ДН совпадало с пространственным направлением прихода радиолуча от m-го радиоабонента, которое характеризуется направленностью соответствующего вектора r, с порядковым номером m [3].
m
Однако точное значение угла прихода принимаемого сигнала (пространственного направления вектора r) априори определить невозможно путем расчета радиотрассы из-за временной и пространственной изменчивости области ионосферы, от которой отражаются короткие волны [8]. Кроме того, траектории распространения радиоволн, отраженных от области ионосферы F часто имеют заметную асимметрию за счет смещения области отражения относительно середины трассы ([8], с. 46), что также приводит к изменению углов прихода сигнала относительно расчетных значений для симметричной радиотрассы, а соответственно, и к энергетическим потерям радиолинии [4].
1.2. Из-за кратковременных перерывов связи вследствие глубоких замираний принимаемых сигналов.
Известно, что при работе на односкачковых радиотрассах протяженностью 1000-3000 км ([8], с. 80, 81) в условиях глубоких замираниях сигнала, принимаемого от любого m-го радиоабонента, на выходе соответствующего демодулятора и последующего декодера в процессе проведения сеанса связи могут неоднократно регистрироваться пакеты ошибок. Длительность каждого пакета ошибок определяется временем нахождения уровня напряженности электромагнитного поля (ЭМП) принимаемого радиолуча ниже определенного порогового уровня, что приводит к кратковременным потерям связи.
При работе на многоскачковых трассах протяженностью 3000-4000 км и более (с количеством скачков больше одного), на которых имеют место несколько возможных треугольных траекторий распространения радиоволн ([8], с. 13, рис. 1.1), в точку приема могут приходить несколько радиолучей под разными углами прихода с независимыми замираниями уровней напряженности ЭМП каждого из лучей.
В интервалы времени, когда происходят глубокие замирания уровня напряженности ЭМП, например, «основного» радиолуча, на который ориентируют максимум ДН фазируемой антенной решетки при приеме сигнала m-го радиоабонента, на РПмЦ, как и описано выше, будут регистрироваться соответствующие пакеты ошибок. Однако в данном случае при глубоких замираниях «основного» радиолуча уровни напряженностей ЭМП других радиолучей, приходящих в точку приема под другими углами прихода, могут превышать пороговый уровень.
Поскольку при реализации известного способа приема многоканальных сигналов [6] не предусмотрена оперативная перестройка пространственной направленности максимума ДН, сформированной для приема сигнала m-го радиоабонента, на другой радиолуч (несущий ту же информацию, что и «основной» радиолуч) с целью сокращения длительности пакета ошибок, то длительность каждого пакета ошибок будет определяться временем нахождения уровня напряженности ЭМП «основного» радиолуча ниже порогового уровня. В результате прием информации от m-го радиоабонента может возобновляться только после возрастания уровня напряженности ЭМП «основного» радиолуча (после каждого его глубокого замирания) выше порогового уровня, что не позволяет сократить длительность пакета ошибок.
1.3. Из-за недостаточной величины соотношения сигнал/помеха каждого из М результирующих напряжений приема сигналов соответствующих радиоабонентов, формируемых известным способом на выходах БФДН.
d
d
Площадь, занимаемая антенной решеткой АФС автоматизированного РПмЦ, реализующего данный способ многоканального приема сигналов, выбирается сравнительно небольшой, например, антенная решетка аналогового антенного приемного комплекса ФАР 5АР [7] состоит из 40 антенных элементов и занимает площадь 40×60 м, при этом расстояния между соседними антенными элементами решетки не превышают 10 м. Из этого следует, что принимаемые образцы (копии) напряжений сигнала и помех на выходах соседних антенных элементов сильно коррелированны (при значении пространственной корреляционной функции или радиуса пространственной корреляции R [9], близком к максимальному, т.е. R≈1).
d
Необходимо отметить, что при данном способе формирования диаграмм направленностей слабая корреляция сигналов и помех на выходах соседних антенных элементов (при R→0) антенной решетки не допустима, поскольку приведет к неопределенности разности фаз напряжений образцов сигнала m-го радиоабонента на выходах соседних элементов. Слабая корреляция достигается при пространственном разнесении соседних антенных элементов на расстояние l≥λ, где λ - длина волны принимаемого сигнала ([10], с. 169).
m1
С1m
П1m
m2
С2m
П2m
pm(1+2)
pm(1+2)
m1
m2
В результате при сложении известным способом в БФДН напряжений смеси образцов сигнала и помех, принимаемых, например, двумя соседними антенными элементами антенной решетки (отфильтрованных и усиленных в соответствующих каналах приема соседних МЦРПУ), например, с порядковыми номерами 1 и 2 и с соответствующими соотношениями сигнал/помеха: h=U/U и h=U/U, увеличения результирующего соотношения сигнал/помеха h практически не будет по отношению к соотношению сигнал/помеха одного из слагаемых, т.е. h≈h≈h.
mp
d
Известно ([10], с. 183), что увеличение результирующего соотношения сигнал/помеха в рассматриваемом случае может быть достигнуто только тогда, когда образцы сигнала m-го радиоабонента с выходов m-х каналов приема соответствующих МЦРПУ складываются алгебраически (синфазное сложение сигналов), а слабо коррелированные помехи (шумы) на выходе этих каналов приема складываются геометрически. Соответственно увеличение результирующего соотношения сигнал/помеха h на m-м выходе БФДН (на ходе демодулятора сигнала m-го радиоабонента) при формировании m-й ДН будет достигаться в основном за счет сложения выходных напряжений m-х каналов приема тех МЦРПУ, которые подключены к антенным элементам, разнесенным на местности друг относительно друга на более дальние расстояния, при которых принимаемые помехи менее коррелированны (R<1). Однако и принимаемые этими антенными элементами образцы сигнала m-го радиоабонента будут также менее коррелированы, что приводит к возрастанию погрешности фазирования наиболее удаленных антенных элементов при формировании m-й ДН.
Таким образом, в автоматизированном РПмЦ, реализующем данный способ многоканального приема сигналов, потенциальные возможности используемого оборудования (N антенных элементов в составе АФС и М каналов приема в составе каждого МЦРПУ) для повышения соотношения сигнал/помеха на входе каждого из М демодуляторов сигналов радиоабонентов, используются не полностью.
2. Сравнительно большое время развертывания АФС мобильного варианта исполнения автоматизированного РПмЦ, реализующего данный способ многоканального приема сигналов, из-за необходимости выполнения подготовительных работ по вышеприведенным пунктам а) и 6).
3. Ограниченность применения РПмЦ, реализующего данный способ многоканального приема сигналов, из-за сложности или невозможности развертывания антенной решетки АФС с регулярным размещением антенных элементов, например, на:
- сильно пересеченной местности или гористой местности;
- плоских крышах близкорасположенных зданий и сооружений;
- палубах крупногабаритных морских судов;
- железнодорожных платформах, в том числе на крышах специальных вагонов и др.
Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение - способ многоканального приема сигналов радиоабонентов в узлах радиосвязи коротковолнового диапазона, являются:
1. Повышение помехоустойчивости приема сигнала от каждого из М радиоабонентов при работе на односкачковых и многоскачковых КВ радиотрассах различной протяженности в условиях глубоких замираний принимаемых сигналов.
2. Сокращение времени развертывания N антенных элементов АФС мобильного варианта исполнения РПмЦ, реализующего предлагаемый способ многоканального приема сигналов радиоабонентов.
3. Расширение возможности применения РПмЦ, реализующего предлагаемый способ многоканального приема сигналов радиоабонентов за счет обеспечения возможности развертывания антенных элементов АФС, например:
- в условиях сильно пересеченной местности или гористой местности;
- на крышах близкорасположенных зданий и сооружений;
- на крупногабаритных морских судах;
- на железнодорожных платформах, в том числе на крышах специальных вагонов и др.
Решение поставленных задач достигается тем, что в известном способе многоканального приема сигналов радиоабонентов в узлах радиосвязи коротковолнового диапазона, при котором для приема сигнала от каждого из М радиоабонентов с порядковыми номерами от 1 до М используют антенно-фидерную систему (АФС), состоящую из N удаленных друг от друга антенных элементов, с порядковыми номерами от 1 до N, выходное напряжение каждого антенного элемента с порядковым номером n, подают на вход соответствующего многоканального цифрового радиоприемного устройства (МЦРПУ) с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до М с выводом выходных напряжений каналов приема в цифровой форме, причем в каждом из N МЦРПУ с порядковым номером n каждый из М каналов приема с порядковым номером m устанавливают в режим приема сигнала радиоабонента с таким же порядковым номером m.
Из выходных напряжений каждых N каналов приема с порядковым номером m каждый в составе каждого из N МЦРПУ формируют соответствующее результирующее напряжение приема сигнала радиоабонента с таким же порядковым номером m, которое демодулируют соответствующим демодулятором сигнала радиоабонента с порядковым номером m, декодируют соответствующим декодером с порядковым номером m и подают в ЭВМ автоматизированного рабочего места, на экране монитора которого отображают результаты приема сигнала каждого радиоабонента с порядковым номером m, формирование М результирующих напряжений приема сигналов соответствующих М радиоабонентов производят с помощью М устройств когерентного сложения сигналов (УКС) с порядковыми номерами от 1 до М, выходное напряжение каждого из которых с порядковым номером m, является результирующим напряжением приема сигнала радиоабонента с таким же порядковым номером m, для чего в каждом УКС с порядковым номером m напряжение с выхода канала приема с порядковым номером m каждого МЦРПУ с порядковым номером n подают на входы соответствующего узла фазирования с таким же порядковым номером n, в каждом из которых напряжение входного сигнала фильтруют канальным фильтром, нормируют по уровню нормирующим усилителем и подают на первые входы второго перемножителя и первые входы первого перемножителя, выходное напряжение которого фильтруют измерительным фильтром и подают на вторые входы второго перемножителя, выходное напряжение второго перемножителя каждого узла фазирования с порядковым номером n подают на соответствующие входы сумматора, выходное напряжение которого фильтруют фильтром результирующего колебания и через нормирующий усилитель результирующего колебания подают на вторые входы первого перемножителя каждого узла фазирования с порядковым номером n, при этом выходным напряжением каждого УКС с порядковым номером m является выходное напряжение фильтра результирующего колебания этого УКС.
В составе АФС расстояние между любыми двумя соседними антенными элементами с любыми порядковыми номерами от 1 до N устанавливают не менее величины l≥λ, где λ - максимальная длина волны принимаемого сигнала от любого из радиоабонентов.
Кроме того, в составе АФС каждый из N/2 антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N/2, идентичных по конструктивному исполнению, должен быть предназначен для приема электромагнитного поля (ЭМП) горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N, идентичных по конструктивному исполнению, должен быть предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации, либо каждый из N/2 антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N/2 смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, должен быть предназначен для приема ЭМП горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, должен быть предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что введение существенных отличительных признаков составляет новизну и позволяет, как будет показано ниже, решать поставленные задачи.
Рассмотрим эффективность предлагаемого изобретения на примере функционирования автоматизированного радиоприемного центра (РПмЦ) узла радиосвязи (УРС) КВ диапазона, схема электрическая структурная которого приведена на фиг. 1; на фиг. 2 приведена схема электрическая структурная устройства когерентного сложения сигналов (УКС).
1
N
1
N
1
N
1
N
Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона содержит АФС 1, состоящую из удаленных друг от друга N антенных элементов 2, …, 2, с порядковыми номерами от 1 до N, выход каждого антенного элемента 2, …, 2 с порядковым номером n соединен с входом соответствующего МЦРПУ 3, …, 3 с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до М, выходы-входы каждого МЦРПУ 3, …, 3 с порядковым номером n соединены с соответствующими входами-выходами мультиплексора 4, выходы-входы которого соединены с соответствующими входами-выходами коммутатора 5, выходы-входы которого соединены соответственно с входами-выходами формирователя сигналов управления 6, с входами-выходами блока демодуляции и декодирования 7, с входами-выходами аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени 8, с входами-выходами автоматизированного рабочего места 9 посредством линии связи 10, а также с входами - выходами аппаратуры внутриузловой связи 11.
1
M
1
M
1
M
1
N
1
N
1
M
1
N
1
M
1
N
1
N
1
M
1
M
Кроме того, автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона содержит М УКС 12, …, 12 с порядковыми номерами от 1 до М, входы - выходы каждого из которых с порядковым номером m соединены с соответствующими выходами-входами мультиплексора 4, каждое УКС 12, …, 12 с порядковым номером m содержит коммутатор УКС 13, входы - выходы которого являются входами - выходами УКС 12, …, 12 с порядковым номером m, сумматор 14, фильтр результирующего колебания 15, нормирующий усилитель результирующего колебания 16 и N узлов фазирования 17, …, 17 с прядковыми номерами от 1 до N, первые входы каждого из которых с порядковым номером n соединены с соответствующими выходами коммутатора УКС 13, входы которого соединены с соответствующими выходами фильтра результирующего колебания 15, объединенными с соответствующими входами нормирующего усилителя результирующего колебания 16, выходы которого объединены с соответствующими вторыми входами каждого узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n, выходы каждого узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n соединены с соответствующими входами сумматора 14, выходы которого соединены с соответствующими входами фильтра результирующего колебания 15, каждый узел фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n содержит канальный фильтр 18, входы которого являются первыми входами узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n, выходы канального фильтра 18 соединены с соответствующими входами нормирующего усилителя 19, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами первого перемножителя 20 и с соответствующими первыми входами второго перемножителя 21, выходы которого являются выходами узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n, вторые входы второго перемножителя 21 соединены с соответствующими выходами измерительного фильтра 22, входы которого соединены с соответствующими выходами первого перемножителя 20, вторые входы которого, являются вторыми входами узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n, при этом выходным напряжением каждого УКС 12, …, 12 с порядковым номером m является выходное напряжение фильтра результирующего колебания 15 этого УКС 12, …, 12 с порядковым номером m, коммутируемого на его выходы через коммутатор УКС 13.
1
N
В составе АФС 1 расстояние между любыми двумя соседними антенными элементами 2, …, 2 с любыми порядковыми номерами от 1 до N устанавливают не менее величины l≥λ, где λ - максимальная длина волны принимаемого сигнала от любого из М радиоабонентов.
1
N/2
N/2+1
N
1
N/2
N/2+1
N
Кроме того, в составе АФС 1 каждый из N/2 антенных элементов 2, …, 2 с порядковыми номерами от 1 до N/2, идентичных по конструктивному исполнению, должен быть предназначен для приема ЭМП горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов 2, …, 2 с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N, идентичных по конструктивному исполнению, должен быть предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации, либо каждый из N/2 антенных элементов 2, …, 2 с порядковыми номерами от 1 до N/2 смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, должен быть предназначен для приема ЭМП горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов 2, …, 2 с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, должен быть предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации.
Для анализа работы приведенного выше автоматизированного РПмЦ узла радиосвязи КВ диапазона рассмотрим сначала отличительные особенности развертывания мобильного варианта исполнения этого РПмЦ.
1
N
В отличие от известного автоматизированного РПмЦ [6] мобильного варианта исполнения, работающего на стоянках, для проведения развертывания АФС 1 автоматизированного РПмЦ, приведенного на фиг. 1 и фиг. 2 мобильного варианта исполнения, выполненного, например, в виде мобильной аппаратной, смонтированной в кузове-фургоне на шасси автомобиля типа КамАЗ, и реализующего предлагаемый способ многоканального приема сигналов радиоабонентов, не требуется выбирать в условиях лесистой местности относительно ровную площадку и определять географические координаты местоположения каждого антенного элемента 2, …, 2 для размещения антенных элементов в виде антенной решетки одной из конфигураций (линейная, кольцевая, плоская прямоугольная или гексагональная).
1
N
1
N
1
N
Развертывание N антенных элементов 2, …, 2 АФС 1 такого автоматизированного РПмЦ можно производить практически на любой местности, например, на сильно пересеченной местности или гористой местности, свободных от металлических конструкций, препятствующих приему сигналов от радиоабонентов, и от густых зарослей, препятствующих креплению антенных элементов к грунту. При этом антенные элементы 2, …, 2 АФС 1 могут устанавливаться на выбранной местности в произвольном порядке, но с соблюдением условия: расстояние между любыми двумя соседними антенными элементами 2, …, 2 с любыми порядковыми номерами от 1 до N должно быть не менее величины l≥λ, где λ - максимальная длина волны принимаемого сигнала от любого из М радиоабонентов.
1
N
d
Следует отметить, что структура такого автоматизированного РПмЦ и принцип обработки принимаемых сигналов, который приводится ниже при описании функционирования РПмЦ, позволяют обеспечить наиболее помехоустойчивый прием сигналов от каждого из М радиоабонентов при разнесении антенных элементов 2, …, 2 между собой на такие расстояния l≥λ, при которых напряжения принимаемых сигналов и помех на выходах соседних антенных элементов с любыми порядковыми номерами от 1 до N будут слабо коррелированы [10] (при значении радиуса пространственной корреляции [9] R→0).
1
N
В качестве антенных элементов 2, …, 2 АФУ 1 могут быть использованы широкополосные антенны вертикальной поляризации [11], [12] и горизонтальной поляризации ([13], с. 264).
1
N
1
N
1
N
1
N
Указанные выше достаточно простые условия развертывания АФС 1 (без соблюдения условия равномерного расположения антенных элементов 2, …, 2 в составе антенной решетки определенной конфигурации) позволяют производить установку антенных элементов 2, …, 2 и радиоэлектронного оборудования РПмЦ в целом на мобильных крупногабаритных объектах таких, например, как достаточно большие морские суда или железнодорожные поезда с работой РПмЦ «на ходу». При этом количество N антенных элементов 2, …, 2 в составе АФС 1 автоматизированного РПмЦ (фиг. 1 и фиг. 2) может быть существенно меньше, чем в известном ПРмЦ [6] (использующем антенную решетку выбранной конфигурации) за счет возможности использования более эффективных антенных элементов 2, …, 2 и предлагаемого способа обработки принимаемых сигналов от каждого из М радиоабонентов.
1
N
В качестве антенных элементов 2, …, 2 РПмЦ, развертываемых на таких мобильных объектах, могут быть использованы, например, малогабаритные низкопрофильные широкополосные приемные антенны КВ диапазона, шифр «Акция» и «Акция - КВ - К» (СКЖГ.464639.007 ТУ), выпускаемые ООО НПП «РОСМОРСЕРВИС», г. Санкт-Петербург. Антенны предназначены для установки на кораблях, судах, береговых стационарных и подвижных объектах связи, железнодорожном транспорте.
Указанные выше условия развертывания АФУ 1 позволяют также производить развертывание АФС 1 на плоской крыше одного или нескольких близко расположенных зданий при стационарном варианте исполнения РПмЦ.
1
N
1
N
Каждый МЦРПУ 3, …, 3 с порядковым номером n (n=1, 2, …, N) имеет один высокочастотный вход, предназначенный для подключения к выходу соответствующего антенного элемента с порядковым номером n, и обеспечивает возможность одновременного приема по М независимым каналам приема. Обработка принимаемых сигналов в каналах приема выполняется в цифровой форме с прямым аналого-цифровым преобразованием радиосигнала без предварительных преобразований его частоты [3], [14]. Количество независимых каналов приема М каждого МЦРПУ 3, …, 3 определяется максимальным количеством взаимодействующих с РПмЦ радиоабонентов, излучающих сигналы на соответствующих несущих частотах.
1
N
1
N
Мультиплексирование и коммутация сформированных цифровых потоков, поступающих с выходов-входов МЦРПУ 3, …, 3 на входы-выходы мультиплексора 4, организуется на стандартных сетевых протоколах, что дает возможность иметь необходимое количество МЦРПУ 3, …, 3.
1
M
В качестве коммутатора 5 в составе РПмЦ и коммутатора УКС 13 в составе каждого УКС 12, …, 12 может использоваться коммутатор Ethernet стандарта IEEE 802.3u 1000/100 Base - ТХ, например, типа EDS-308 - Т фирмы МОХА, который обеспечивает организацию локальной информационной сети (ЛИС) между устройствами, подключаемыми к соответствующим его выходам-входам по интерфейсу Ethernet.
Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи КВ диапазона функционирует следующим образом.
Заблаговременно, перед началом проведения сеансов связи с радиоабонентами, в формирователь сигналов управления 6, который представляет собой ЭВМ, загружается специальное программное обеспечение (СПО) и вводится программа радиосвязи для управления техническими средствами автоматизированного РПмЦ и взаимодействующего (при работе в составе УРС КВ диапазона) РПдЦ (время проведения сеансов; скорости приема и передачи данных; классы принимаемых и излучаемых сигналов; мощности излучения сигналов в сторону радиоабонентов; тексты передаваемых радиограмм; и т.д.), например, на сутки. Кроме того, в формирователь сигналов управления 6 от аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени 8 по ЛИС на базе коммутатора 5 вводятся метки точного времени для обеспечения выполнения операций программы радиосвязи в соответствии с запланированной временной последовательностью действий. Одновременно метки точного времени поступают по ЛИС на базе коммутатора 5 в ЭВМ автоматизированного рабочего места (АРМ) 9 через линию связи 10 для отображения на экране монитора точного времени для радиста-оператора РПмЦ. Кроме ЭВМ в состав АРМ могут входить, например, принтер, подключаемый к ЭВМ для документирования принимаемой информации, и другие периферийные устройства [6].
1
N
1
M
Автоматическое функционирование РПмЦ в соответствии с программой радиосвязи осуществляется под управлением СПО. В этом случае формирователь сигналов управления 6 под управлением СПО формирует для проведения сеансов связи с радиоабонентами необходимые команды управления техническими средствами РПмЦ по следующим маршрутам: формирователь сигналов управления 6 - ЛИС на базе коммутатора 5, посредством которой команды управления могут поступать на следующие технические средства РПмЦ: МЦРПУ 3, …, 3; блок демодуляции и декодирования 7; УКС 12, …, 12 (через мультиплексор 4).
Необходимые команды управления техническими средствами РПдЦ (при работе в составе УРС) от формирователя сигналов управления 6 посредством ЛИС на базе коммутатора 5 поступают на аппаратуру ВУС 11, которая обеспечивает взаимодействие по проводному каналу связи, либо по радиоканалу (с использованием аппаратуры беспроводного доступа) с аналогичной аппаратурой ВУС РПдЦ в составе УРС.
При автоматизированном управлении команды управления техническими средствами РПмЦ и РПдЦ (при работе в составе УРС) следуют аналогичным образом посредством ЛИС на базе коммутатора 5 от ЭВМ АРМ 9 через линию связи 10.
1
N
1
N
Выходное напряжение каждого n-го антенного элемента 2, …, 2 АФС 1 с порядковым номером n (n=1, 2, …, N) представляет собой напряжение образца (копии) с таким же порядковым номером n принимаемых с эфира высокочастотных сигналов и помех, которое подается на вход соответствующего n-го МЦРПУ 3, …, 3 с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема.
1
N
1
N
1
M
В каждом n-м МЦРПУ 3, …, 3 каждый m-й канал приема с порядковым номером m (m=1, 2, …, М) устанавливаются в режим приема сигнала соответствующего m-го радиоабонента для выделения из выходного напряжения n-го антенного элемента напряжения n-го образца принимаемого сигнала m-го радиоабонента. С выходов каждого n-го МЦРПУ 3, …, 3 напряжение n-го образца принимаемого сигнала m-го радиоабонента в цифровой форме подается через мультиплексор 4 на соответствующие входы m-го УКС 12, …, 12.
1
M
Таким образом, в каждый m-й УКС 12, …, 12 через мультиплексор 4 поступают N цифровых сигналов, представляющих собой в цифровой форме напряжения N образцов принимаемого сигнала m-го радиоабонента.
1
M
1
N
При этом в каждом m-м УКС 12, …, 12 напряжения (в цифровой форме) N образцов сигнала m-го радиоабонента подаются на входы коммутатора УКС 13 и посредством ЛИС на базе коммутатора УКС 13 напряжение каждого n-го образца сигнала m-го радиоабонента подается на первые входы соответствующего n-го узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n.
1
N
1
N
Поскольку полоса пропускания каждого m-го канала приема в каждом n-м МЦРПУ 3, …, 3 может быть шире полосы пропускания, занимаемой спектром принимаемого сигнала m-го радиоабонента, то в каждом n-м узле фазирования 17, …, 17 n-й образец принимаемого сигнала m-го радиоабонента дополнительно фильтруется цифровым канальным фильтром 18, полоса пропускания которого согласована со спектром сигнала m-го радиоабонента.
Отфильтрованная смесь напряжений n-го образца принимаемого сигнала m-го радиоабонента и аддитивной помехи, попадающей в полосу пропускания канального фильтра, выравнивается по уровню цифровым нормирующим усилителем 19 и далее поступает на первые входы первого 20 и второго 21 перемножителей. После корректировки фазы (фазирования) образца сигнала и его «взвешивания» во втором перемножителе 21 (путем умножения нормированного суммарного напряжения n-го образца принимаемого сигнала и помехи на напряжение с выхода измерительного фильтра 22, соответствующего уровню («весу») напряжения образца принимаемого сигнала в нормированной смеси сигнала и помехи), напряжение с выходов второго перемножителя 21 (в цифровой форме) поступает на соответствующие входы сумматора 14.
1
N
1
N
Результат суммирования выходных напряжений узлов фазирования 17, …, 17 с выходов сумматора 14 отфильтровывается фильтром результирующего колебания 15 и подается на входы нормирующего усилителя результирующего колебания 16, с выходов которого это напряжение подается на вторые входы каждого из узлов фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n, в котором это напряжение подается на вторые входы первого перемножителя 20.
1
M
Таким образом, структура каждого m-го УКС 12, …, 12 (фиг. 2) представляет собой замкнутую систему саморегулирования с обратной связью, по окончании переходных процессов которой устанавливается режим, при котором обеспечивается синфазное (алгебраическое) сложение на выходе сумматора 14 напряжений N образцов сигнала m-го радиоабонента и геометрическое сложение соответствующих напряжений шумов с соответствующими «весовыми» коэффициентами, пропорциональными соотношению напряжений сигнал/шум на выходе измерительного фильтра 22 [10].
1
M
Напряжение (в цифровой форме) с выхода фильтра результирующего колебания 15, являющееся выходным напряжением соответствующего m-го УКС 12, …, 12 или результирующим напряжением приема сигнала m-го радиоабонента, подается на входы коммутатора УКС 13 и посредством ЛИС на базе коммутатора УКС 13, а также посредством ЛИС на базе коммутатора 5 подается на входы соответствующего демодулятора сигнала m-го радиоабонента блока демодуляции и декодирования 7. Демодулированнй и декодированный сигналы m-го радиоабонента поступают посредством ЛИС на базе коммутатора 5 в ЭВМ АРМ 9 через линию связи 10. Декодированный сигнал каждого m-го радиоабонента может быть отражен на экране монитора ЭВМ АРМ 9 и распечатан на принтере, подключенному к ЭВМ АРМ 9. При необходимости передачи принятой информации, например, в центр управления по КВ каналу, соответствующий декодированный сигнал m-го радиоабонента посредством ЛИС на базе коммутатора 5 подается на аппаратуру ВУС 11 для дальнейшего взаимодействия с аналогичной аппаратурой ВУС РПдЦ КВ УРС.
Демодулированный сигнал какого либо m-го радиоабонента при необходимости может быть передан по стандартному интерфейсу на оконечную аппаратуру для специального декодирования и др.
1
M
1
N
Проанализируем более подробно работу любого m-го УКС 12, …, 12 с порядковым номером m, обеспечивающего оптимальное когерентное сложение напряжений N образцов сигнала m-го радиоабонента с выходов m-х каналов приема соответствующих МЦРПУ 3, …, 3.
П3
1
N
П3
Для упрощения анализа работу m-го УКС будем рассматривать при приеме N образцов сигнала m-го радиоабонента на любом интервале стационарности длительностью Δt, в пределах которого уровень напряжения каждого n-го образца сигнала m-го радиоабонента не изменяется или изменяется незначительно. При этом длительность каждого интервала Δt, выбираемого в пределах длительности условного среднего «полупериода» замираний образцов сигнала m-го радиоабонента Т, должна быть больше постоянной времени измерительного фильтра 22 и больше постоянной времени цепи АРУ нормирующих усилителей 16 и 19 идентичных узлов фазирования 17, …, 17, но много меньше величины Т.
1
M
Также примем, что коэффициент передачи любого из фильтров (15, 18, 22), а также сумматора 14 равен единице. Кроме того, ввиду того, что структура каждого УКС 12, …, 12, как указывалось выше, представляет собой замкнутую систему с обратной связью, задержки сигналов или изменения их начальных фаз при прохождении их через указанные фильтры УКС учитывать не будем.
1
M
Кроме того, для наглядности изложения принципа работы любого из М УКС 12, …, 12 будем считать, что анализируемый УКС (фиг. 2) выполнен в аналоговом виде и все операции, выполняемые составными частями УКС, будем описывать с использованием аналоговых сигналов, поскольку принцип работы любого УКС не зависит от способа его реализации - в цифровом или аналоговом виде.
1
M
1
N
Основными функциональными узлами любого m-го УКС 12, …, 12 являются идентичные узлы фазирования 17, …, 17, работу любого n-го узла фазирования с порядковым номером n рассмотрим более подробно.
1
N
1
N
Пусть на первый вход (при анализе имеется ввиду аналоговый вход) n-го узла фазирования 17, …, 17, поступает напряжение m-го канала приема n-го МЦРПУ 3, …, 3, принимающего напряжение n-го образца сигнала m-го радиоабонента, которое можно представить на интервале стационарности Δt в следующем аналоговом виде:
Cnm
Cnm
где U и ϕ - амплитуда и фаза n-го «образца» сигнала m-го радиоабонента;
Cm
ω - несущая частота сигнала m-го радиоабонента;
m
θC(t) - функция, определяющая вид угловой манипуляции сигнала m-го радиоабонента.
1
N
1
N
Необходимо отметить, что в предлагаемом РПмЦ каналы приема МЦРПУ 3, …, 3 должны работать в режиме отключения собственных систем автоматической регулировки усиления (АРУ), поскольку АРУ любого m-го канала приема любого n-го МЦРПУ 3, …, 3 может регулировать уровень сигнала с более широкой полосой частот, чем полоса частот, занимаемая сигналом m-го радиоабонента.
1
N
1
M
Систему АРУ нормирующего усилителя 19 каждого узла фазирования 17, …, 17 любого m-го УКС 12, …, 12 можно охарактеризовать коэффициентом регулирования системы АРУ. Коэффициент регулирования системы АРУ показывает, во сколько раз диапазон изменения сигнала на выходе нормирующего усилителя меньше, чем на его входе [10]:
ВХ MIN
ВЫХ MIN
1
N
ВХ MAX
ВЫХ MAX
где U и U - минимальное входное и минимальное выходное напряжения, которые ограничивают величиной реальной чувствительности нормирующего усилителя 19 узла фазирования 17, …, 17, а U и U - ограничивают максимальной величиной входных колебаний при которых уровень комбинационных составляющих на выходе нормирующего усилителя 19 не превышает допустимого.
1
N
1
M
Для каждого из нормирующих усилителей 16 и 19 узлов фазирования 17, …, 17 каждого m-го УКС 12, …, 12 будем считать приемлемым, например, изменение отфильтрованного соответствующим фильтром 15 (18) сигнала на входе нормирующего усилителя на 100 дБ при изменении сигнала на его выходе не более, чем на 3 дБ. Системы АРУ с такими параметрами реализованы в современных радиоприемных устройствах [3].
1
N
На выходе нормирующего усилителя 19 n-го узла фазирования 17, …, 17 напряжение отфильтрованного n-го образца сигнала m-го радиоабонента нормируется по уровню и поступает на вход первого перемножителя 20, на другой вход которого поступает с нормирующего усилителя результирующего колебания 16 результат саморегулирования замкнутой системы (УКС) - результирующее колебание («свертка»):
Pnm
Pm
Pm
где U, ω, ϕ - соответственно амплитуда, угловая частота и фаза результирующего колебания n-го узла фазирования, корректирующего фазу n-го образца сигнала m-го радиоабонента.
1
N
Выходной продукт первого перемножителя 20 n-го узла фазирования 17, …, 17 м можно представить в виде:
nm
1
N
1
M
Cnm
где К - значение коэффициента передачи нормирующего усилителя 19 n-го узла фазирования 17, …, 17 m-го УКС 12, …, 12, при котором обеспечивается нормирование n-го образца входного сигнала с амплитудой U.
Первый член в фигурных скобках (4) легко отсеивается измерительным фильтром 22, т.к. его спектр намного выше спектра второго члена.
Фm
nm
Pm
Cnm
nm
Pnm
nm
Cnm
1
N
Второй член в фигурных скобках (4) представляет собой гармоническое колебание (без манипуляции) на разностной круговой частоте ω=ωC-ω, совпадающей с центральной частотой измерительного фильтра 22. Поскольку это колебание прямо пропорционально амплитуде принимаемого образца сигнала U и коэффициенту передачи К, (U ≈ const и КU ≈ const), то при отсутствии помех на входе рассматриваемого n-го узла фазирования 17, …, 17, на выходе измерительного фильтра 22 амплитуда этого колебания будет максимальной и соответствовать максимальному «весу» напряжения принимаемого i-го образца сигнала m-го радиоабонента в нормированном колебании на выходе нормирующего усилителя 19.
1
N
Выходное напряжение измерительного фильтра 22 n-го узла фазирования 17, …, 17 с учетом вышеизложенного можно представить в виде:
1
N
1
M
1
N
Для более точной оценки в n-м узле фазирования 17, …, 17 m-го УКС 12, …, 12 уровня или «веса» n-го образца сигнала m-го радиоабонента в нормированной смеси сигнала и помехи на выходе нормирующего усилителя 19, полоса пропускания измерительного фильтра 22 каждого узла фазирования 17, …, 17, с одной стороны, должна быть предельно малой, а с другой стороны, необходимо, чтобы эта полоса обеспечивала возможность «отслеживания» уровня n-го «образца» сигнала m-го радиоабонента при его замираниях и изменениях несущей частоты сигнала в процессе его приема. При практической реализации РПмЦ эту полосу можно выбрать порядка (20-25) Гц.
1
N
Выходной продукт второго перемножителя 22 n-го узла фазирования 17, …, 17 будет иметь вид:
Первое слагаемое в фигурных скобках (6) отсеивается при дальнейшей фильтрации выходного продукта сумматора 14 фильтром результирующего колебания 15 и его можно не учитывать. Поэтому напряжение откорректированного по фазе в n-м узле фазирования n-го образца сигнала m-го радиоабонента на выходе фильтра результирующего сигнала 15 (без учета других N-1 суммируемых выходных напряжений узлов фазирования), можно представить в виде:
1
N
1
M
При этом результат алгебраического сложения выходных напряжений всех узлов фазирования 17, …, 17 m-го УКС 12, …, 12 на выходе фильтра результирующего колебания 15 или результирующее напряжение приема сигнала m-го радиоабонента на входе демодулятора сигнала m-го радиоабонента блока демодуляции и декодирования 7 с учетом (7) запишется в виде:
1
M
1
N
Pm
Pm
nm
2
Из (8) следует, что напряжение каждого из N принимаемых образцов сигнала m-го радиоабонента в соответствующем m-м УКС 12, …, 12 с помощью соответствующего узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n приводится к единой результирующей частоте ωи фазе ϕ, возводится в квадрат, после чего напряжения всех N принимаемых образцов сигнала m-го радиоабонента синфазно (алгебраически) суммируются (по мощности) в сумматоре 14 с соответствующими весовыми коэффициентами К.
nm
nm
Пnm
1
N
im
1
N
При сравнительно больших значениях соотношения сигнал/помеха h=U/U на выходе m-го канала приема каждого n-го МЦРПУ 3, …, 3 (h>1), в узлах фазирования 17, …, 17 амплитуды напряжений соответствующих образцов сигнала m-го радиоабонента выравниваются каждым из нормирующих усилителей 19 до определенной величины, максимальный диапазон изменения которой не превышает 3 дБ при изменении амплитуды напряжения на входе до 100 дБ.
nm
1
N
CH
1
N
Если при работе в КВ канале с замираниями, амплитуды напряжений образцов сигнала m-го радиоабонента могут изменяться, например, в пределах 60 дБ относительно их минимальных значений, при которых еще сохраняется соотношение h>7 на входе каждого n-го узла фазирования 17, …, 17, то величину амплитуды выходного нормированного колебания U каждого узла фазирования 17, …, 17 с порядковым номером n можно считать примерно одной и той же:
1
N
Pm
Поскольку узлы фазирования 17, …, 17 идентичны, то и величину амплитуды U результирующего колебания вида (3) на выходе нормирующего усилителя 16 каждого узла фазирования (при указанных выше условиях) можно также считать одной и той же:
С учетом (9) и (10) выражение (8) можно представить в виде:
1
M
Из (11) следует, что каждый m-й УКС 12, …, 12 может обеспечить увеличение мощности принимаемого n-го образца сигнала соответствующего m-го радиабонента до N раз.
1
M
С помощью нормирующего усилителя 16 результирующее напряжение, определяемое выражением (8) или (11), нормируется по уровню и приводится к виду (3), что доказывает корректность проведенного анализа работы любого УКС 12, …, 12.
1
M
1
N
1
M
1
N
nm
2
С использованием выше приведенного метода анализа работы любого УКС 12, …, 12 не трудно показать, что при воздействии в эфире совместно с сигналом m-го радиоабонента аддитивной сосредоточенной по спектру помехи, например, в виде гармонического колебания на фиксированной частоте в пределах полосы частот, занимаемой сигналом m-го радиоабонента, то принимаемые напряжения N «образцов» этой помехи, попадающие в полосы пропускания канальных фильтров 18 соответствующих узлов фазирования 17, …, 17 m-го УКС 12, …, 12, будут складываются геометрически. Причем, чем больше амплитуда напряжения образца сосредоточенной по спектру помехи на входе канального фильтра 18, например, n-го узла фазирования 17, …, 17 по отношению к амплитуде напряжения n-го «образца» сигнала m-го радиоабонента на входе этого фильтра, тем с меньшим весовым коэффициентом К<7 будет поступать преобразованное напряжение этого образца сосредоточенной по спектру помехи с выхода второго перемножителя 21 n-го узла фазирования на соответствующий вход сумматора 14.
1
N/2
N/2+1, …,
N
1
N
1
M
nm
2
Поскольку в составе АФС 1 предлагаемого РПмЦ каждый из N/2 антенных элементов 2, …, 2 предназначен для приема электромагнитного поля (ЭМП) горизонтальной поляризации, а каждый из N/2 других антенных элементов 22 предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации, то при действии в эфире совместно с сигналом m-го радиоабонента сосредоточенных по спектру помех, образцы которых попадают в полосу пропускания канального фильтра 18 узлов фазирования 17, …, 17 m-го УКС 12, …, 12, имеется возможность повысить величину результирующего соотношения сигнал/помеха на выходе УКС (на выходе фильтра результирующего колебания 15) за счет суммирования в сумматоре 14 отдельных образцов сигнала (каналов приема) m-го радиоабонента, свободных от помех, и подавления остальных каналов приема (суммируемых с малыми весовыми коэффициентами К→0), пораженных сосредоточенными по спектру помехами.
1
N
При этом пораженными помехами окажутся те принимаемые образцы сигнала m-го радиоабонента (или m-е каналы приема соответствующих МЦРПУ 3, …, 3), направление поляризации ЭМП которых совпадает с направлением поляризации ЭМП помехи. В противном случае эти образцы сигнала m-го радиоабонента будут свободны от помех, либо в некоторой степени поражены помехами в зависимости от угла между векторами, соответствующими направлениям поляризации ЭМП образцов сигнала и помех.
1
N
d
nm
Cnm
Пnm
1
Q
nm
nm
Q+1
N
Кроме того, как было отмечено выше, при удалении друг от друга любых двух соседних антенных элементов 2, …, 2 АФС 1 на расстояние l≥λ, корреляция уровней образцов сигнала и помех на выходах антенных элементов уменьшается (при R→0 [9]), соответственно при работе в канале с замираниями эти уровни изменяются независимо друг от друга [10]. Из этого следует, что при уменьшении уровней, например, первых Q образцов сигнала m-го радиоабонента ниже порогового уровня (при глубоких замираниях сигналов), когда соотношение сигнал/помеха h=U/U (n=1, 2, …, Q) на выходе m-го канала приема каждого из Q МЦРПУ 3, …, 3 становится меньше единицы (h<1), уровни напряжений других N-Q образцов этого сигнала обеспечат соотношение h> (n=Q+1, Q+2, …, N) на выходе m-го канала приема каждого из N-Q МЦРПУ 3, …, 3.
1
M
В соответствии с (11) результирующее напряжение на выходе фильтра результирующего колебания 15, являющимся выходным сигналом m-го УКС 12, …, 12 или результирующим напряжением приема сигнала m-го радиоабонента, которое далее подается на вход демодулятора сигнала m-го радиоабонента блока демодуляции и декодирования 7, можно записать в виде:
1
Q
nm
1
Q
Q+1
N
nm
2
В выражении (12) учтено, что Q слагаемых исключены из суммирования при формирования результирующего колебания, поскольку амплитуда напряжения каждого из них на выходе второго перемножителя 21 соответствующих узлов фазирования 17, …, 17 умножается на «весовой» коэффициент К→0. Таким образом, как при замираниях напряжений отдельных образцов сигнала m-го радиоабонента, так и при действии прицельных сосредоточенных по спектру помех [10], когда на выходе каждого m-го канала приема соответствующих Q МЦРПУ 3, …, 3 соотношение сигнал/помеха прием осуществляется за счет когерентного суммируемых напряжений других m-х каналов приема соответствующих N-Q МЦРПУ 3, …, 3, на выходе каждого m-го канала приема которых соотношение сигнал/помеха h>1.
1
M
1
N
При работе на многоскачковых трассах, когда при передаче сигнала m-м радиабонентом в точку приема могут приходить несколько радиолучей под разными углами прихода с независимыми замираниями уровней напряженности ЭМП каждого из лучей, m-й УКС 12, …, 12 в начале сеанса связи «настраивается» на прием образцов сигнала m-го радиоабонента от более мощного «основного» радиолуча. При этом, если в процессе ведения сеанса связи имеют место одновременные глубокие замирания большинства образцов сигнала «основного» радиолуча, то m-й УКС может автоматически перестроиться на прием образцов сигнала m-го радиоабонента от другого более мощного в данный интервал времени радиолуча. Время перестройки определяется постоянной времени узкополосного измерительного фильтра 22 узлов фазирования 17, …, 17.
В заключение следует отметить, что реализация предлагаемого изобретения - способа многоканального приема сигналов радиоабонентов в узлах радиосвязи коротковолнового диапазона позволит достичь следующих преимуществ по отношению к известным способам [1], [2], [5], [6]:
1. Повысить помехоустойчивость приема сигнала от каждого из М радиоабоненов при работе на односкачковых и многоскачковых КВ радиотрассах различной протяженности в условиях глубоких замираний принимаемых сигналов.
2. Сократить время развертывания антенных элементов в составе АФС 1 по отношению к известному способу [6] при реализации предлагаемого способа в мобильном варианте исполнения автоматизированного РПмЦ.
3. Расширить возможности применения предлагаемого способа при его реализации в мобильном и стационарном вариантах исполнения автоматизированного РПмЦ.
Источники информации
1. Головин О.В. Декаметровая радиосвязь. - М: Радио и связь. - 1990. -240 с.
2. Автоматизированная радиосвязь с судами. / Под ред. К.А. Семенова. - Л: Судостроение. - 1989. - 336 с.
3. Березовский В.А., Дулькейт И.В., Савицкий O.K. Современная декаметровая радиосвязь: оборудование, системы и комплексы / Под ред. В.А. Березовского. - М.: Радиотехника. - 2011. - 444 с.
4. Будяк B.C., Кисмерешкин В.П., Ворфоломеев А.А., Карасева О.В. Оценка энергетических потерь коротковолновых радиолиний. // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». - 2010. - Вып.№3 (93). - 322 с. - ISSN 1996 - 0506. - С 258-263.
5. Патент №1785409, Россия, МПК H04B 7/00. Система коротковолновой радиосвязи. / Авторы: И. Левченко, Е.А. Голубев, А.А. Безбородов и др. Приоритет от 12.07.1989.
6. Патент №2428792, Россия, МПК H04B 7/00. Автоматизированный радиоузел коротковолновой связи. / Авторы: В.А Березовский, O.A. Селиванов, И.В. Дулькейт, Б.Г. Шадрин, B.C. Будяк. Приоритет от 07.04.2010.
7. Радиоприемные фазированные антенные решетки и антенно-коммутационные системы. [Электронный ресурс] // Режим доступа: URL - http://www.sktbr.ru.
8. Хмельницкий Е.А. Оценка реальной помехозащищенности приема сигналов в КВ диапазоне. - М.: Связь. - 1975. - 232 с.
9. Савин Ю.К. Современные проблемы исследований распространения радиоволн / Учеб. пособие / Под редакцией Г.И. Трошина. - М.: САЙНС-ПРЕСС, ИПРЖР, 2002. - 128 с.
10. Н.А. Сартасов, В.М. Едвабный, В.В. Грибин. Коротковолновые магистральные радиоприемные устройства. М.: Связь, 1971. - 288 с.
11. Патент №2226021, Россия, МКИ H01Q 9/34. Антенна штыревая диапазонная мобильная. / Авторы: B.C. Будяк, Б.Г. Шадрин, М.В. Захцер и др. - Опубл. 20.03.2004 г. - Бюлл. №8.
12. Патент №99 250, Россия, МПК H01Q 9/18. Симметричный вертикальный диапазонный излучатель. / Авторы: Ворфоломеев А.А., B.C. Будяк, О.В. Карасева. - Опубл. 10.11.2010 г. - Бюлл. №31.
13. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М., и др. Коротковолновые антенны. - М: Радио и связь. - 1985. - 536 с.
14. Валеев М.М. Новое поколение коротковолновых радиоприемных устройств для современных комплексов связи. // Тематический сборник "Связь в Вооруженных Силах РФ - 2006". / Под общ. ред. Е.А. Карпова. - М.: Изд. ООО "Информационный мост". - 2006. - 264 с. - С.142, 143.