УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА ГЛУБИНЫ ЗАМИРАНИЙ КОРОТКОВОЛНОВОГО КАНАЛА СВЯЗИ

Полезная модель относится к радиосвязи и может быть использована для определения параметра глубины замираний коротковолнового канала связи, позволяющего осуществить выбор оптимальной рабочей частоты в однолучевой коротковолновой радиолинии [1].
2
Известна методика расчета параметра глубины замираний в однолучевой декаметровой радиолинии [1], позволяющая оценить параметр глубины замираний (γ) в зависимости от дисперсии флуктуации фазового фронта волны , которая, в свою очередь, зависит от величины интенсивности неоднородностей ионосферы (β).
2
Известно устройство вертикального зондирования ионосферы [2]. С помощью данного устройства осуществляется вертикальное зондирование ионосферы и на основе измерения статистических параметров высотно-частотных характеристик (ВЧХ) определяется значение величины интенсивности неоднородностей ионосферы β. Устройство имеет передатчик, приемник, индикатор, синхронизатор, блоки подготовки и анализа данных, блок определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы. Однако данная станция не позволяет по определенной величине интенсивности неоднородностей ионосферы (β) определить величину параметра глубины замираний (γ) коротковолнового (KB) канала связи.
2
Целью является разработка устройства, позволяющего определять величину параметра глубины замираний (γ) KB канала связи в зависимости от изменения величины интенсивности неоднородностей ионосферы β.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к определению оптимальной рабочей частоты в однолучевой коротковолновой радиолинии.
В состав известного устройства вертикального зондирования ионосферы [2] входят: передатчик 1, приемник 2, индикатор 3, синхронизатор 4, антенный переключатель 5, антенна 6, вычислительный блок 7, высотный блок 8 обработки данных, блок 9 перебора данных, частотный блок 10 обработки данных, усреднитель 11, блок 12 определения среднего значения критической частоты, блок 13 выбора, блок 14 определения среднеквадратического отклонения (СКО) критической частоты и блок 15 определения величины интенсивности (3 неоднородностей ионосферы (Фиг.1).
Известное устройство вертикального зондирования ионосферы работает следующим образом.
д
Синтезатор передатчика 1 формирует сетку частот от 1 МГц до 30 МГц с шагом перестройки 1 кГц; сигнал с выхода синтезатора поступает на вход индикатора 3, а также усиливается передатчиком 1 и через антенный переключатель 5 подается на антенну 6 и излучается вертикально вверх. Отраженный сигнал возвращается к станции через время τ и через антенну 6 и антенный переключатель 5 поступает на вход приемника 2. С выхода приемника 2 сигнал поступает на вход вычислительного блока 7, в котором вычисляется значение высоты отражающего слоя ионосферы (действующей высоты) по формуле h=0,5сτ, где с - скорость распространения радиосигнала в вакууме.
д
Вычисленное значение h поступает на вход высотного блока 8 обработки данных, в котором записывается в ячейку памяти (ЯП) действующей высоты, соответствующую частоте сигнала (ЯП ).
Синхронная работа синтезатора передатчика 1, вычислительного блока 7 и высотного блока 8 обработки данных обеспечивается синхронизатором 4.
Данные с каждой из ячеек памяти высотного блока 8 обработки данных (ЯП ) поступают на вход блока 9 перебора данных и на вход усреднителя 11 значений действующей высоты  отражения, с выхода которого сигнал, соответствующий  подается на индикатор 3.
дj
вj
Блок 9 перебора данных производит сортировку данных и каждому из значений высоты отражения h, (90-2000 км с шагом  км) ставит в соответствие все те значения частот f, на которых происходило отражение на данной высоте. Далее данные поступают на вход частотного блока 10 обработки данных, где записываются в ячейку памяти, соответствующую частоте отражения (ЯП ).
д
Данные с первых выходов каждой из ячеек памяти частотного блока 10 обработки данных (ЯП ) поступают на вход блока 12 определения среднего значения критической частоты . Сначала проводится статистическое усреднение результатов с целью определения средних значений частот отражения , соответствующих каждой из высот. После этого происходит сравнение средних значений частот отражения на соседних (по шагу квантования Δh) высотах отражения  поочередно, начиная с первой. Когда разница между двумя средними значениями частот отражения на соседних высотах будет меньше, чем половина шага перестройки  кГц, определяется среднее значение критической частоты как
.
m
m
крjmin
крjmax
m
После этого определяется значение действующей высоты отражения , соответствующей среднему значению критической частоты . Блок 12 определения среднего значения критической частоты подает данное значение  на первый вход блока 15 определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы и на вход блока 13 выбора. В последнем происходит вычисление высоты максимума ионизации слоя и определяется номер ячейки частотного блока 10 обработки данных (ЯП ), в которой среднее значение частоты  равно среднему значению критической частоты  отражения от высоты h. Блок 13 выбора формирует сигнал на выбор ячейки памяти ЯП , которая соответствует высоте h максимума ионизации слоя. В данной ячейке содержится информация о всех частотах в интервале f…f, на которых происходило отражение от высоты h. Далее сигнал на выбор ячейки памяти ЯП  подается на управляющий вход частотного блока 10 обработки данных.
Со второго выхода выбранной ячейки памяти (ЯП ) сигнал поступает на вход блока 14 определения СКО критической частоты . Происходит вычисление СКО критической частоты .
С выхода блока 14 определения СКО критической частоты  сигнал поступает на второй вход блока 15 определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы. В блоке 15 определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы  происходит удвоение измеренного значения СКО критической частоты 2  и деление удвоенного значения СКО критической частоты на среднее значение критической частоты , поступающее с блока 12 определения среднего значения критической частоты.
Известно [1], что величину параметра глубины замираний  KB канала связи (характеризующего отношение мощности регулярной  и флуктуационной  составляющих замираний) в зависимости от изменения величины интенсивности неоднородностей ионосферы β можно определить согласно выражению
где
0
s
s
э
- дисперсия флуктуаций фазового фронта волны с рабочей частотой f на выходе неоднородного ионосферного слоя. Здесь с - скорость света в вакууме, L - характерный масштаб ионосферных неоднородностей (L≈500 м), L - эквивалентный путь распространения волны в ионосфере
р
г
определяемый через значения реального L и группового L путей распространения волны в ионосфере:
m
m
0
0
где z=h-h - полутолщина ионосферы; h - высота ее нижней границы.
Согласно формулам (1 и 2) увеличение интенсивности неоднородностей β при возмущениях ионосферы приводит к сильному росту  и уменьшению отношения  мощности регулярной составляющей замираний к мощности флуктуационной составляющей, т.е. росту глубины замираний в KB канале связи.
Реализовать определение параметра глубины замираний  KB канала связи позволит устройство определения параметра глубины замираний коротковолнового канала связи, схема которого приведена на Фиг.2.
Для решения этой задачи в известное (Фиг.1) устройство вертикального зондирования ионосферы [2] добавлены следующие блоки: блок 16 определения высоты нижней границы ионосферы, блок 17 определения полутолщины ионосферы, блок 18 выбора рабочей частоты, блок 19 определения группового пути распространения волны, блок 20 определения реального пути распространения волны, блок 21 определения эквивалентного пути распространения волны, блок 22 определения дисперсии флуктуации фазового фронта волны и блок 23 определения параметра глубины замираний. Предлагаемое устройство работает следующим образом.
д
Синтезатор передатчика 1 формирует сетку частот от 1 МГц до 30 МГц с шагом перестройки 1 кГц; сигнал с выхода синтезатора поступает на вход индикатора 3, а также усиливается передатчиком 1 и через антенный переключатель 5 подается на антенну 6 и излучается вертикально вверх. Отраженный сигнал возвращается к станции через время τ и через антенну 6 и антенный переключатель 5 поступает на вход приемника 2. С выхода приемника 2 сигнал поступает на вход вычислительного блока 7, в котором вычисляется значение высоты отражающего слоя ионосферы (действующей высоты) по формуле h=0,5сτ.
д
Вычисленное значение h поступает на вход высотного блока 8 обработки данных, в котором записывается в ячейку памяти (ЯП) действующей высоты, соответствующую частоте сигнала (ЯП ). Синхронная работа синтезатора передатчика 1, вычислительного блока 7 и высотного блока 8 обработки данных обеспечивается синхронизатором 4.
m
m
0
Данные с каждой из ячеек памяти высотного блока 8 обработки данных (ЯП ) поступают на вход блока 9 перебора данных, на вход блока 16 определения высоты нижней границы ионосферы и на вход усреднителя 11 значений действующей высоты  отражения, с выхода которого сигнал, соответствующий  подается на индикатор 3. В блоке 16 определения высоты нижней границы ионосферы производится выбор минимального значения действующей высоты  отражения из всех значений действующих высот  отражения, записанных в ячейках памяти высотного блока 8 обработки данных. С выхода блока 16 определения высоты нижней границы ионосферы выбранное минимальное значение действующей высоты отражения  поступает на первый вход блока 17 определения полутолщины ионосферы z=h-h.
дj
вj
дj
д
m
m
m
крjmin
крjmax
m
m
m
m
0
m
В блоке 9 перебора данных производится сортировка данных и каждому из значений высоты отражения h (90-2000 км с шагом  км) ставятся в соответствие все те значения частот f, на которых происходило отражение на данной высоте. Далее данные поступают на вход частотного блока 10 обработки данных, где записываются в ячейку памяти, соответствующую частоте отражения (ЯП ). Данные с первых выходов каждой из ячеек памяти частотного блока 10 обработки данных (ЯП ) поступают на вход блока 12 определения среднего значения критической частоты , на вход блока 14 определения СКО критической частоты  и на вход блока 18 выбора рабочей частоты. В блоке 12 определения среднего значения критической частоты  сначала проводится статистическое усреднение результатов с целью определения средних значений частот отражения , соответствующих каждой из высот h. После этого происходит сравнение средних значений частот отражения на соседних (по шагу квантования Δh) высотах отражения  поочередно, начиная с первой. Когда разница между двумя средними значениями частот отражения на соседних высотах будет меньше, чем половина шага перестройки  кГц, определяется среднее значение критической частоты как . После этого определяется значение действующей высоты отражения , соответствующей среднему значению критической частоты . Блок 12 определения среднего значения критической частоты подает значение  на первый вход блока 15 определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы, на вход блока 13 выбора, на первый вход блока 19 определения группового пути распространения волны, на первый вход блока 20 определения реального пути распространения волны и на первый вход блока 21 определения эквивалентного пути распространения волны. В блоке 13 выбора происходит вычисление значения высоты максимума ионизации h и определяется номер ячейки частотного блока 10 обработки данных (ЯП ), в которой среднее значение частоты  равно среднему значению критической частоты  отражения от высоты h. Блок 13 выбора формирует сигнал на выбор ячейки памяти ЯП  которая соответствует высоте h максимума ионизации слоя. В данной ячейке содержится информация о всех частотах в интервале f…f на которых происходило отражение от высоты h. Далее сигнал на выбор ячейки памяти ЯП  подается на управляющий вход частотного блока 10 обработки данных, а вычисленное значение h подается на второй вход блока 17 определения полутолщины ионосферы, в котором согласно выражения z=h-h определяется значение полутолщины ионосферы z, которое подается на второй вход блока 19 определения группового пути распространения волны, второй вход блока 20 определения реального пути распространения волны и на второй вход блока 21 определения эквивалентного пути распространения волны.
крj
крjmin
крjmax
m
Со второго выхода выбранной ячейки памяти (ЯП ) частотного блока 10 обработки данных сигнал поступает на вход блока 14 определения СКО критической частоты . Происходит вычисление СКО критической частоты . Для этого производится статистическая обработка случайных значений критической частоты f в интервале f…f, соответствующем высоте h. Вычисление СКО критической частоты  происходит по формуле , где  - среднее значение критической частоты.
С выхода блока 14 определения СКО критической частоты  сигнал поступает на второй вход блока 15 определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы. В блоке 15 определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы  происходит удвоение измеренного значения СКО критической частоты  и деление удвоенного значения СКО критической частоты на среднее значение критической частоты . C выхода блока 15 определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы вычисленное значение β поступает на первый вход блока 22 определения дисперсии флуктуации фазового фронта волны.
0
В блоке 18 выбора рабочей частоты происходит выбор необходимой для расчета параметра глубины замираний рабочей частоты f, значение которой поступает на третий вход блока 19 определения группового пути распространения волны, третий вход блока 20 определения реального пути распространения волны, третий вход блока 21 определения эквивалентного пути распространения волны и на второй вход блока 22 определения дисперсии флуктуации фазового фронта волны.
В блоке 19 определения группового пути распространения волны согласно выражению (5) определяется значение группового пути, которое подается на четвертый вход блока 20 определения реального пути распространения волны и четвертый вход блока 21 определения эквивалентного пути распространения волны.
2
В блоке 20 определения реального пути распространения волны определяется значение реального пути распространения волны согласно выражению (4), которое поступает на пятый вход блока 21 определения эквивалентного пути распространения волны. В данном блоке происходит расчет эквивалентного пути распространения волны в соответствии с формулой (3). Полученное значение поступает на третий вход блока 22 определения дисперсии флуктуации фазового фронта волны, в котором согласно выражению (2) вычисляется значение величины дисперсии флуктуации фазового фронта волны, которое поступает на вход блока 23 определения параметра глубины замираний, в котором согласно выражению (1) происходит вычисление параметра глубины замираний (γ).
2
Таким образом, в разработанном устройстве (Фиг.2) на основе измерения величины интенсивности неоднородностей β ионосферы согласно известному [1] выражению  определяется значение параметра глубины замираний (γ) KB канала связи.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлена функциональная схема известного устройства вертикального зондирования ионосферы; на Фиг.2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства определения параметра глубины замираний коротковолнового канала связи.
Список использованных источников
1. Пашинцев В.П., Тишкин С.А., Иванников А.И., Боровлев И.И. Расчет параметра глубины замираний в однолучевой декаметровой радиолинии // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 2001, том 44, №12. - с.57-64.
2. Пашинцев В.П., Коваль С.А., Галушко Ю.И., Сенокосова А.В., Порсев А.В., Алексеев Д.В. Устройство вертикального зондирования ионосферы. Патент на полезную модель № RU 87528 U1 от 10.10.2009 г.