авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 21 |

«Министерство Образования и Науки Российской Федерации МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ВОЕННОГО ...»

-- [ Страница 12 ] --

Рис. 1. Спектр ЧСК рельса 424 СЕКЦИЯ Выделение полезного сигнала осуществляется путем амплитудного детектирования. Спектр колебательных мод рельса, полученный экспе риментально, изображен на рис. 1. ЧСК рельса в этом случае (линии спектра, соответствующие значениям = 680 Гц и = 1740 Гц) практи чески совпадают с расчётными значениями. При создании в головке рельса искусственного дефекта было установлено, что увеличение де фекта в головке рельса на каждые 5 мм отражается на изменении ЧСК рельса примерно на 0,05 %, что соответствует 2–3 Гц для каждой коле бательной моды.

Выводы:

1. Приведенные оценки позволяют показать, что на железной дороге может быть получен метод дефектоскопии, в основе которого лежит прин цип бесконтактного сканирования объектов с помощью РЛ датчика.

2. Для выделения сигналов предполагается использование цифровой фильтрации и нейрокомпьютерных алгоритмов распознавания дефектов.

3. Для определения потенциальных возможностей метода необходи мо провести измерение шумов движения в натурных условиях.

Список литературы Лэмб, Г. Динамическая теория звука / Г. Лэмб. – М. : Наука, 1960. – 372 с.

УДК 621.372. А. С. Ахметшин, Е. В. Кузьмин, В. И. Кокорин Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ИССЛЕДОВАНИЕ СОГЛАСОВАННОГО ФИЛЬТРА ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА СРЕДСТВАМИ XILINX SYSTEM GENERATOR FOR DSP И XTREME DSP DEVELOPMENT KIT-IV Одной из важнейших задач в процессе разработки радиоэлектрон ной аппаратуры является создание макета, на котором проверяется фи зическая реализуемость новых алгоритмов. В связи с этим значительное время затрачивается на технологический процесс (выбор электронных СЕКЦИЯ компонентов, разработка и монтаж печатной платы и т. д.). На совре менном уровне развития техники и технологии решение данной пробле мы сводится к созданию физической модели с помощью отладочных средств на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и соответствующих средств автоматизированного проектирова ния (САПР) для них.

Современные ПЛИС содержат миллионы вентилей, некоторые из них могут содержать встроенные микропроцессорные ядра, высокоскоро стные интерфейсы ввода/вывода и другие устройства [1]. ПЛИС применя ют в таких областях, как обработка изображений, цифровая обработка сиг налов, радиотехнические системы и т. д. Весь процесс реализации макета сводится к созданию модели в САПР и её косимуляции (физическому мо делированию).

На рис. 1 представлена структурная схема формирователя шумопо добного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМ-ШПС) на основе М-после довательности длины N = 15 и схема согласованного фильтра для данного сигнала.

а б Рис. Устройство формирования сигнала (рис. 1, а) состоит из формирова теля кодовой последовательности (ФКП), формирователя гармонического колебания (ФГК), преобразователя (Преоб.), перемножителя (X). Согласо ванный фильтр (рис. 1, б) состоит из многоотводной линии задержки, фа зовращателей (–1), сумматора (), оконечного фильтра (ОФ) [2].

Сложность реализации модели заключается в необходимости фор мирования когерентного сигнала, а также реализации линии задержки (на практике используются ультразвуковые дисперсионные линии за держки).

426 СЕКЦИЯ Рис. На рис. 2 представлена блок-диаграмма формирователя ФМ-ШПС, реализованного средствами САПР Xilinx System Generator for DSP 10.1.03, и отладочного средства Xtreme DSP Development Kit-IV. Так как длина М-последовательности определяется формулой N = 2m 1, (1) где m – число разрядов регистра сдвига;

N – длина сигнала, то при базе сигнала 15 число ячеек сдвигового регистра составит четыре. Для начала формирования последовательности на вход регистра подается импульс за пуска генератора (единица). Далее схема генератора во внешних воздейст виях не нуждается, генерация кода осуществляется за счет цепи обратной связи. Количество и местоположение выходных отводов регистра сдвига определяют вид генерируемой последовательности. Отводы регистра вы браны оптимально – четвёртый и первый (генерируется код максимальной длины).

Формирование ФМ-ШПС происходит за счет перемножения гармо нического колебания и М-последовательности. Для формирования ФМ ШПС нужно, чтобы в один элемент кода укладывалось целое количество периодов гармонического колебания.

СЕКЦИЯ Рис. На рис. 3 представлена блок-диаграмма согласованного фильтра для ФМ-ШПС в САПР Xilinx System Generator for DSP 10.1.03. От входа АЦП (квантует входной сигнал, частота квантования задается) до выхода сумма тора 1 (сумматор реализован с помощью M-файла программы MatLab) представлен фильтр сжатия, на его выходе в момент окончания последова тельности формируется прямоугольный радиоимпульс. Оконечный фильтр (выход сумматора 1 – выход ЦАП 2), представленный на рис. 3, преобра зует прямоугольные радиоимпульсы в треугольные с пиковыми значения ми в момент окончания последовательности.

Рис. 428 СЕКЦИЯ С использованием САПР Xilinx System Generator for DSP 10.1. и отладочного средства Xtreme DSP Development Kit-IV (ПЛИС Virtex xc4vsx35-10ff668) получены следующие результаты:

1. Разработан формирователь М-последовательности, длина N = 15, выбраны отводы структурой М [4;

1], код (111101011001000).

2. Сформирован ФМ-ШПС с несущей частотой 2 МГц.

3. Средствами Xilinx System Generator for DSP 10.1.03 реализован согласованный фильтр.

4. Реализован физический макет на основе отладочного средства Xtreme DSP Development Kit-IV (ПЛИС Virtex4 xc4vsx35-10ff668) и про граммного обеспечения Xilinx System Generator for DSP 10.1.03.;

ISE 10.1;

FUSE Probe 210;

MatLab R2008a (с оболочкой Simulunk).

Применительно к радиотехническому аспекту целесообразно использо вать САПР и ПЛИС в учебном процессе и при дипломном проектировании, так как это позволяет минимизировать время на создание опытного образца. Также САПР Xilinx System Generator for DSP 10.1.03 имеет информативные програм мируемые блоки, применяемые в радиотехнике. По причине того, что отладоч ное средство содержит два ЦАП и два АЦП (рис. 4), мы можем как формиро вать сигнал, так и обрабатывать его. Кроме того, ПЛИС имеет возможность пе реконфигурирования (т. е. возможно загружать проекты неоднократно).

Список литературы 1. DSP Design Using System Generator [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.xilinx.com/support/training/abstracts/dspsysgen.htm 2. Федоров, И. Б. Информационные технологии в радиотехнических сис темах / И. Б. Федоров. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. – 768 с.

УДК 621.396. А. А. Епихин Московский государственный институт электронной техники, г. Зеленоград МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К СИНТЕЗУ СИСТЕМЫ УПРАВ ЛЕНИЯ АППАРАТНЫМИ РЕСУРСАМИ РЛС ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕЁ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ Радиолокационная станция (РЛС) является сложным техническим устройством, состоящим из конечной совокупности различных функцио СЕКЦИЯ нальных устройств (ФУ) и функциональных элементов (ФЭ). ФУ могут находиться в работоспособном состоянии, при котором все функции реа лизуются с требуемой эффективностью, в частично работоспособном со стоянии, при котором некоторые функции реализуются с пониженной эф фективностью, и в состоянии отказа. ФЭ могут находиться только в рабо тоспособном состоянии или в состоянии отказа.

Отказ ФЭ и частично работоспособное состояние ФУ РЛС на этапе использования по назначению снижает эффективность ее функционирова ния, для сохранения которой необходимо проводить мероприятия техниче ского обслуживания и ремонта, что исключает использование ее по назна чению. Указанное определяет необходимость принятия специальных мер, направленных на сохранение эффективности функционирования РЛС при возникновении отказов на этапе использования по назначению.

Сохранения эффективности функционирования РЛС при наступле нии отказов на этапе использования по назначению можно достичь за счет применения имеющихся в станции свойств отказоустойчивости. При этом пассивная отказоустойчивость предполагает введение различного рода избыточности (временной, аппаратной, алгоритмической, структур ной, параметрической), что достигается резервированием. Активная отка зоустойчивость базируется на отдельно выделенных процессах обнару жения отказа, локализации отказа и реконфигурации системы. Отказы обнаруживаются при помощи средств контроля, локализуются при помо щи средств диагностирования и устраняются автоматической реконфигу рацией системы, которая заключается в перестройке структуры системы таким образом, чтобы ее отказавшие части были отстранены от участия в работе.

Введение отказоустойчивости является одним из методов повыше ния надежности. Вопрос о построении и применении отказоустойчивых систем возникает тогда, когда другие способы повышения надежности не могут обеспечить требуемого уровня надежности по техническим причи нам или когда они оказываются экономически не оправданными.

Предлагается сохранять эффективность РЛС при возникновении от казов с помощью системы управления (СУ) её аппаратными ресурсами, позволяющей реализовать заложенные в многоканальной структуре стан ции потенциальные свойства отказоустойчивости ее аппаратуры. Необхо димо синтезировать указанную систему управления.

В основу методики синтеза СУ аппаратными ресурсами РЛС может быть положен функционально-структурный подход, нашедший широкое применение при системном анализе и синтезе сложных систем. Примени тельно к синтезу СУ аппаратными ресурсами указанный подход сводился в конечном итоге к системному анализу объекта управления (в качестве которых выступают аппаратные ресурсы РЛС). В результате системного 430 СЕКЦИЯ анализа определяется функционально-структурная организация станции, а также влияние отказов на ее изменение и эффективность функциониро вания РЛС в целом. Анализ влияния отказов на эффективность функцио нирования РЛС позволяет выдвинуть гипотезы, выполнение которых мо жет сохранить сниженную внезапными отказами эффективность. Для реа лизации каждой из выдвигаемых гипотез формируется ФУ или ФЭ. При дальнейшей обработке методом горизонтальной и вертикальной компози ции производится упорядочение вводимых ФУ и ФЭ на функциональную и аппаратурную избыточность. В результате итерационного процесса оп ределяется минимальная совокупность ФУ и ФЭ, полностью реализующих названные гипотезы. Указанная совокупность ФУ и ФЭ, объединенная функциональными связями в систему, а также связи ФУ РЛС составляют структурный синтез СУ.

Этап параметрического синтеза состоит в формировании оптималь ных по критерию максимизации Кэфi управляющих воздействий на измене ние структуры и связей ФУ РЛС. Для уменьшения количества первона чально оцениваемых состояний РЛС может быть применен метод элими нирования из факторного анализа, позволяющий абстрагироваться от из менения прочих факторов для выявления влияния исследуемого фактора на сложное явление. Для этого РЛС условно можно разделить на следую щие ФУ, влияние технического состояния которых на эффективность функционирования РЛС можно оценить раздельно:

• передающее устройство;

• фазированная антенная решетка в режиме работы на передачу;

• фазированная антенная решетка в режиме работы на прием совме стно с первичными приемными каналами;

• вторичные приемные каналы совместно с устройствами защиты от активных помех, устройствами защиты от пассивных помех;

устройствами нормирования, накопления, фильтрации и стабилизации;

устройствами первичной обработки сигналов;

• устройство вторичной обработки информации;

• другие устройства.

Обобщенным показателем эффективности функционирования РЛС может быть коэффициент сохранения эффективности Кэф, который количе ственно показывает отношение эффективности РЛС в текущем состоянии к ее номинальной эффективности.

Таким образом, предлагается использовать СУ РЛС для повышения ее надежности. Для синтеза СУ может быть использован функционально структурный подход. Для упрощения синтеза может быть применен метод элиминирования из факторного анализа.

СЕКЦИЯ УДК 621.396. А. А. Епихин Московский государственный институт электронной техники, г. Зеленоград МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ РЛС ЗА СЧЕТ АДАПТИВНОЙ К ОТКАЗАМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЕЁ АППАРАТНЫМИ РЕСУРСАМИ Радиолокационная система (РЛС) является разновидностью сложных систем. Ей свойственны все признаки таких систем, тенденции совершен ствования и развития. Обычное наращивание количества составных частей в системе и связей между ними позволяет получать приращение ее резуль тирующей эффективности лишь до определенного уровня. Дальнейшее на ращивание количества структурных элементов не дает желаемого резуль тата. Необходима оптимизация системы, которая представляет собой улучшение определенных свойств источников информации, уменьшение потерь при передаче информации и согласование временных диаграмм ак тивности ее элементов, структурная и функциональная адаптация под из меняющиеся условия функционирования, прежде всего, под конкретное техническое состояние элементов системы. В автоматическом или автома тизированном режиме такая оптимизация под изменившиеся условия функционирования может быть реализована с использованием элементов теории и математического аппарата систем автоматического управления.

Однако для включения в контур автоматического управления элементы системы должны обладать рядом свойств, таких как наблюдаемость, управляемость и адаптируемость.

Под наблюдаемостью понимается свойство системы, позволяющее определять её состояние (фазовые координаты в N-мерном фазовом про странстве состояний) в произвольный момент времени.

Для реализации наблюдаемости необходимо иметь системы диагно стики на каждом элементе системы, кроме того, передаваемая информация должна подвергаться контролю на достоверность (необходимо применять помехоустойчивые коды с избыточностью и восстановлением исходной информации). В результате работы систем диагностики для каждого эле мента вырабатывается вектор технического состояния, по результатам ко торого возможно определение результирующей эффективности по обоб щенному показателю. Возможно применение векторов технического со стояния различной размерности, что позволит использовать различные по 432 СЕКЦИЯ информативности источники. Однако более предпочтительным является вариант, по которому каждому вектору реального технического состояния элемента системы ставится в соответствие интегральный показатель, ха рактеризующий вклад этого элемента в систему.

Под управляемостью понимается свойство системы, позволяющее переходить из любого текущего состояния системы в любое требуемое со стояние в N-мерном фазовом пространстве состояний под воздействием управляющих воздействий за определенное время. Для реализации управ ляемости необходимо применение универсальных алгоритмов обработки радиолокационной информации, а также наличие скоростных каналов пе редачи данных. В этом случае возможно перераспределение отдельных процедур обработки информации без существенных потерь.

Под адаптируемостью понимается свойство системы, позволяющее находиться в наилучшем по определенному критерию состоянии в N-мерном фазовом пространстве состояний при изменении внешних и внутренних условий функционирования. Для реализации адаптируемо сти системе необходимы наблюдаемость и управляемость, а также алго ритмы адаптации. Большая размерность векторов состояния и управления требует оптимизации алгоритмов. Простой перебор, как правило, не по зволяет добиться желаемого результата в связи с существующим фунда ментальным ограничением – время адаптации системы под определенное состояние должно быть значительно меньше времени существования это го состояния. В противном случае система все время будет находиться в переходном процессе адаптации, во время которого система перестает существовать как таковая, так как выдача полноценной информации не возможна.

В настоящее время алгоритмы и процедуры адаптации сложных сис тем разработаны недостаточно, имеется огромное поле деятельности в этой предметной области. Появление высокопроизводительных вычисли тельных систем позволяет исследовать и оптимизировать многие теорети чески проработанные алгоритмы обработки информации, а также исполь зовать теорию и математический аппарат систем автоматического управ ления в интересах оптимизации радиолокационной системы.

Если опуститься по иерархии радиолокационной системы на один уровень ниже, то подобные требования (наблюдаемость, управляемость и адаптируемость) можно предъявить и к самой РЛС. При их реализуемости (а эти свойства в станции теоретически реализуемы) возможно использо вать теорию автоматического управления для создания системы управле ния аппаратными ресурсами РЛС.

Сами РЛС являются сложными техническими устройствами, со стоящими из конечной совокупности различных функциональных уст ройств (ФУ) и функциональных элементов (ФЭ). Изменение технического СЕКЦИЯ состояния ФУ и ФЭ (внезапный отказ или боевое поражение) снижает эф фективность функционирования станции, а следовательно, и эффектив ность радиолокационной системы.

Для сохранения эффективности функционирования РЛС при наступ лении отказов возможно использовать систему управления ее аппаратными ресурсами. Для таких целей существующие системы управления в радио локации не применялись. Наиболее близко к рассматриваемой задаче по дошел в своих трудах С. З. Кузьмин [1]. Но он предлагает управлять аппа ратными ресурсами на высшем уровне ситуационного управления станци ей и использовать для поддержания эффективности РЛС мероприятия тех нического обслуживания и ремонта, что исключает применение ее по на значению.

В качестве интегрального показателя эффективности РЛС может выступать зона ее обнаружения по воздушному объекту с фиксированной эффективной поверхности рассеивания (как правило 1 м2). Для оценки за висимости эффективности РЛС от технического состояния ее ФЭ и ФУ введем понятие эффективность функционирования как степень соответ ствия реализуемой зоны обнаружения цели номинальной зоне обнару жения цели о. При нахождении всех ФУ и ФЭ станции в работоспособ ном состоянии предполагается, что зона обнаружения отвечает всем предъявляемым к ней требованиям, = о, и РЛС имеет номинальную эффективность Ео. Отказ любого элемента приводит к уменьшению эф фективности функционирования РЛС. Количественной мерой эффектив ности РЛС может служить коэффициент сохранения эффективности, рав ный отношению объемов зон обнаружения в оцениваемом и номинальном техническом состоянии Кэф = /о. Зона обнаружения приближенно может быть аппроксимирована совокупностью N импульсных объемов v = r [2]:

I J N = ni j, j = i= где I = max/ – количество угловых направлений зондирования в горизон тальной плоскости при состоянии, отличном от работоспособного;

– раз решающая способность по азимуту при состоянии, отличном от работо способного;

J = (max – min)/ – количество направлений зондирования в вертикальной плоскости в i-м азимутальном направлении i при состоянии, отличном от работоспособного;

nij = Rmaxij/rj – количество элементов раз решения по дальности в каждом угловом элементе разрешения при состоя нии, отличном от работоспособного;

r – разрешающая способность по дальности при состоянии, отличном от работоспособного.

434 СЕКЦИЯ При номинальном техническом состоянии зона обнаружения о при ближенно может быть аппроксимирована совокупностью Nо импульсных объемов vо = о rо о:

Iо Jо No = noij, i =1 j = где Io = max/ о – количество угловых направлений зондирования в гори зонтальной плоскости;

о – разрешающая способность по азимуту при ра ботоспособном состоянии РЛС;

Jo = (max o – min o)/о– количество направ лений зондирования в вертикальной плоскости в i-м азимутальном направ лении;

о – разрешающая способность по углу места при работоспособ ном состоянии РЛС;

noij = Ro maxij/ ro– количество элементов разрешения по дальности в каждом угловом элементе разрешения;

ro – разрешающая способность по дальности при работоспособном состоянии РЛС.

Коэффициент сохранения эффективности при таком упрощении ра вен отношению количества импульсных объемов в оцениваемом состоянии и номинальном состоянии Кэф = N/No. По введенному коэффициенту со хранения эффективности можно оценить влияние отказов на реальную эф фективность РЛС. Проведенный анализ показывает чувствительность вы бранного интегрального показателя Кэф к техническому состоянию практи чески всех ФУ и ФЭ станции.

Для упрощения анализа зависимости эффективности РЛС от ТС ее ФУ можно использовать метод элиминирования из факторного анализа, позволяющий абстрагироваться от изменения прочих факторов для выяв ления влияния исследуемого фактора на сложное явление. Это позволяет для условного разделения РЛС на m функциональных устройств Аi, m i = 1, m, A = Ai, определить коэффициент сохранения эффективности i= станции Кэф в виде произведения коэффициентов сохранения эффективно сти ее функциональных устройств Кэфi:

m К эф = К эфi.

i = При этом необходимо, чтобы эффективность функционирования i-го ФУ влияла только на результирующую эффективность функционирования РЛС и не влияла на эффективность функционирования остальных ФУ. Так как каждое ФУ Аi состоит из конечной совокупности конструктивно за конченных ФЭ aij, i = 1, m, j = 1, k, относящихся к изделиям вида I (может находиться в работоспособном состоянии или в состоянии отказа) СЕКЦИЯ k Ai = aij, то для каждого ФУ Аi можно определить конечное множество i= оцененных технических состояний Mi и соответствующих им множества Кэфi коэффициентов сохранения эффективности, также множество оценен ных технических состояний всей станции М:

Mi = {i0, i1, …, ic}, Кэфi = {Кэфio(i0), Кэфi1(i1), …, Кэфic(ic)}, m M = Mi, i= где ic – оцененное техническое состояние i-го ФУ станции;

Кэфic(ic) – со ответствующее ему значение коэффициента сохранения эффективности, причем i0 соответствует его работоспособному состоянию, при котором Кэфio(i0) = 1.

Будем считать, что РЛС как объект управления обладает свойствами наблюдаемости, управляемости и адаптируемости и для каждого ФУ стан ции Аi выполняется следующее условие:

Кэфi = Кэфi(vi, i, ), vi Vi, i Мi, N, где vi – возможное управление на изменение структуры i-го ФУ станции;

Vi = {vi0, vi1, …, vip} – множество возможных управлений i-го ФУ, причем vi0 соответствует нулевому управлению его структурой;

– оцененное со стояние внешней помеховой обстановки;

N = {o, 1, …, n} – множество возможных оцененных состояний внешней помеховой обстановки, причем o соответствует отсутствию помех.

Указанное позволяет определить множество возможных управлений на изменение структуры станции V:

m V = Vi.

i= Тогда справедливо следующее выражение для определения коэффи циента сохранения эффективности РЛС:

Кэф = Кэф(v,, ), где v = (v1, v2, …, vm)V – m-мерный вектор управления на изменение струк туры функциональных устройств станции;

= (1, 2, …, m) М – m-мерный вектор оценки технического состояния функциональных устройств станции.

436 СЕКЦИЯ m Если все i = i0, то все Кэфi = 1 и К эф = К эфi = 1, все vi = vi i= и управления структурой функциональных устройств станции проводить не требуется.

Если для i = 1 1 10, то Кэф1 1, а для всех остальных i 1 вы полняется условие i = i0, и Кэфi = 1, то повышение эффективности станции возможно только за счет изменения эффективности Кэф1. Поэтому справед ливо следующее:

m К эф (v,, ) = К эф1 (v1, 1, ) К эфi (vio, io, ) = К эф1 (v1, 1, ).

i = Следовательно, из всего множества управлений V необходимо рас сматривать только подмножество управлений V1, что значительно сокра щает количество вариантов.

По аналогии подобные рассуждения можно провести для любого ФУ станции. Это позволяет сделать вывод о необходимости управления струк турой только того ФУ РЛС Аi, техническое состояние которого отличается от номинального i i0 и коэффициент сохранения эффективности кото рого Кэфi Кэфio не равен номинальному.

При возникновении отказов в двух функциональных устройствах станции, например в А1 и А2, коэффициент сохранения эффективности всей станции может быть определен по следующему выражению:

m К эф (v,,) = К эф1 (v1, 1, ) К эф2 (v2, 2,) К эфi (vio, io, ) = i = = К эф1 (v1, 1, ) К эф2 (v2, 2,).

Таким образом, на основе вышеизложенного можно сделать вывод о зависимости вектора управления v = (v1, v2, …,vm) от вектора оценки тех нического состояния = (1, 2, …, m).

Указанное позволяет организовать многоуровневое управление структурой функциональных устройств станции. На первом уровне пред полагается раздельное независимое управление каждым ФУ Ai, оптималь ное управление v*i при котором определяется по критерию:

v *i = arg max К эфi (vi, i, ).

Второй уровень предполагает совместное управление парами функ циональных устройств, оптимальное управление v*ij при котором опреде ( ) ляется по критерию: v *i j = arg max К эфi (vi, i, ) К эфj (v j, j, ).

СЕКЦИЯ Третий уровень предполагает совместное управление тройками функциональных устройств и так далее.

Совместное решение поставленной многоуровневой задачи управле ния возможно при помощи СУ аппаратными ресурсами РЛС. Указанную СУ необходимо синтезировать. Для синтеза СУ может быть применен функционально-структурный подход, широко использующийся при сис темном анализе и синтезе сложных антропогенных систем. Применительно к синтезу СУ аппаратными ресурсами указанный подход сводился в ко нечном итоге к системному анализу объекта управления (в качестве кото рых выступают аппаратные ресурсы РЛС). В результате системного анали за определяется функционально-структурная организация станции, а также влияние отказов на ее изменение и эффективность функционирования РЛС в целом. Анализ влияния отказов на эффективность функционирования РЛС позволяет выдвинуть гипотезы, выполнение которых может сохра нить сниженную внезапными отказами эффективность. Для реализации каждой из выдвигаемых гипотез формируется ФУ или ФЭ. При дальней шей обработке методом горизонтальной и вертикальной композиции про изводится упорядочение вводимых ФУ и ФЭ на функциональную и аппа ратурную избыточность. В результате итерационного процесса определя ется минимальная совокупность ФУ и ФЭ, полностью реализующих ука занные гипотезы. Указанная совокупность ФУ и ФЭ, объединенная функ циональными связями в систему, а также связи с ФУ РЛС, составляет структурный синтез СУ.

Этап параметрического синтеза состоит в формировании оптималь ных по критерию максимизации Кэфi управляющих воздействий на измене ние структуры и связей ФУ РЛС.

Таким образом, для повышения надежности РЛС при возникновении внезапных отказов (боевых повреждений) можно использовать систему управления ее аппаратными ресурсами. В качестве обобщенного показате ля эффективности РЛС может быть использован коэффициент сохранения эффективности как отношение объема зоны обнаружения РЛС при оце ненном техническом состоянии к объему зоны обнаружения в номиналь ном состоянии. Объем зоны обнаружения станции чувствителен к измене нию технического состояния практически всех ее ФЭ и ФУ.

В связи со значительным развитием теории и техники цифровой об работки информации наиболее целесообразно говорить о временной, алго ритмической и функциональной отказоустойчивости РЛС, построенной на этих принципах. Реализация выявленной отказоустойчивости может повы сить сохранение эффективности функционирования РЛС при наступлении отказов за счет изменения функциональной загруженности многофункцио нальных устройств обработки цифровой информации в зависимости от оцененной помеховой и воздушной обстановки.Таким образом, предлага 438 СЕКЦИЯ ется использовать методы систем автоматического управления для повы шения эффективности функционирования РЛС. Синтезируемая система управления должна перераспределять имеющиеся в РЛС аппаратные ре сурсы при изменении технического состояния (ТС) ее функциональных устройств с учетом реального ТС, помеховой и воздушной обстановки. Это позволит сохранить эффективность функционирования РЛС на уровне, достижимом резервированием ее функциональных элементов и устройств.

Аналогичные рассуждения уместны и правомочны для радиолокаци онной системы в целом. Это позволяет использовать функционально структурный подход для синтеза радиолокационной системы в целом и определять интегральные показатели ее эффективности. Повышение от казоустойчивости элементов радиолокационной системы (радиолокацион ных станций) за счет внедрения в них адаптивных к отказам систем управ ления аппаратными ресурсами равносильно повышению надежности РЛС за счет резервирования ее ФЭ, что повышает надежность всей радиолока ционной системы.

Список литературы 1. Кузьмин, С. З. Цифровая радиолокация / С. З. Кузьмин. – Киев :

Квиц, 2000. – 428 c.

2. Сколник, М. Справочник по радиолокации : в 4 т. / М. Сколник. – (Т. 4, 1979).

УДК 654.195.6:622.012. В. П. Рублев, В. И. Короченцев Дальневосточный государственный технический университет, г. Владивосток СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ РЕЧЕВОЙ СВЯЗИ В РУДНИКАХ В горнорудной промышленности в рудниках и шахтах используется в основном проводная связь. Известны и беспроводные системы связи – это индукционные системы, обеспечивающие связь на небольшие расстоя ния от протяженного фидера, проложенного в выработках разрезов. Из вестны также разработки, в которых передающая мощная индукционная станция расположена на поверхности, а абоненты под землей оснащены СЕКЦИЯ малогабаритными приемными устройствами. В этих случаях обеспечива ется односторонняя связь.

Однако эти системы имеют ряд существенных недостатков. Напри мер, удаление антенны носимой радиостанции комплекса подземной ра диосвязи «Весна-Ш1» не должно превышать 10 м от кабеля-фидера, длина которого может достигать 5–8 км.

При этом дальность связи от фидера яв но мала, а в аварийной ситуации при порыве кабеля-фидера связь невоз можна. Шахтный радиокомплекс аварийного оповещения и индивидуаль ного вызова горнорабочих к телефону для связи с диспетчером СУБР-2СВ содержит передающее устройство, антенный контур, расположенный на поверхности рудника (шахты), и малогабаритные приемники, совмещён ные с шахтным светильником. В случае аварийной обстановки диспетчер при помощи комплекса СУБР-2СВ имеет возможность подать команду на эвакуацию людей при помощи кодового радиосигнала. Кроме общего ава рийного, комплекс позволяет передать индивидуальный радиосигнал вы зова на телефонную связь с диспетчером. В этом случае возможна только односторонняя связь.

Проблемы осуществления подземной радиосвязи заключаются в том, что породы залегания земной коры электропроводны. Оценить компоненты поля электрического диполя в бесконечной проводящей среде можно с помо щью известных формул распространения электромагнитного поля [1, с. 80]:

I l сos 3 (1 + r ) e r, Er = (1) 2 ( + j ) r I l sin ( ) 3 1 + r + 2r 2 e r, E = (2) 4 ( + j ) r I l sin 2 (1 + r ) e r, HФ = (3) 4 r где константа распространения = 2 + j, (4) где = 2f – угловая частота;

j = 1 – мнимая единица.

Установившееся поле от короткого (по сравнению с длиной волны) электрического диполя длиной l и током в диполе I = I oe jt в безграничной однородной изотропной среде с удельной электропроводностью, диэлек трической проницаемостью, магнитной проницаемостью на произволь ной частоте и произвольном расстоянии от источника описывается извест 440 СЕКЦИЯ ными выражениями (1)–(4). Выражения справедливы для любых сред, включая проводящие ( ) и диэлектрические ( ).

На основании приведенных выражений разработана модель расчета параметров радиоканала связи в земной коре. По результатам проведенных исследований изготовлено экспериментальное оборудование и выполнена подземная двухсторонняя речевая связь на глубинах более 400 м на рас стояниях до 1 км.

Рис. 1. Схема рудника «Верхний»

Условия распространения электромагнитных волн в различных средах зависят от многих факторов, в том числе от удельного сопротивления сре ды. Специалистами ДВГТУ в течение ряда лет проводятся исследования ус ловий распространения электромагнитных волн в проводящих средах.

Экспериментальные работы по разработке систем речевой связи в горных породах проводились на рудниках «Верхний» и «Николаевский»

специалистами ДВГТУ и Института автоматики и процессов управления (ИАПУ ДВО РАН).

Рудник «Верхний» расположен в Дальнегорском горном образовании и состоит из горизонтальных выработок от 188 м ниже уровня моря до 440 м выше уровня моря. Схема рудника «Верхний» показана на рис. 1.

СЕКЦИЯ Рудное поле месторождения состоит из основного полиметалличе ского рудного тела и сопутствующей ему рудной минерализации в виде жил, прожилков и отдельных гнездовых образований. Данные об электри ческих свойствах пород и руд были определены ранее специалистами Все союзного научно-исследовательского института разведочной геофизики (ВИРГ, г. Ленинград), при проведении работ по шахтно-скважинной ра диоволновой разведке и межскважинному просвечиванию электромагнит ными полями на горизонте 262 м.

По результатам измерений рудные ископаемые разделены на три группы. Первая – сплошные руды с удельным сопротивлением от единиц до десятков Ом·м. Вторая – прожилково-вкрапленные руды, удельное со противление которых колеблется в пределах сотен Ом·м. К третьей группе отнесены породы околорудной зоны, величина удельного сопротивления которых находится в пределах 1 000–4 000 Ом·м и зависит от степени ми нерализации. Геологическое строение участка проведения исследований – чередование слоев руды (проводника) и известняка (диэлектрика).

По данным ВИРГ, при повышении частоты с 5 до 10 МГц при прочих равных условиях уровень принятого сигнала резко падает. Уровень сигна ла также падает при прохождении радиоволны через породы с понижен ным удельным сопротивлением. Поэтому экспериментальные работы по подземной связи сотрудниками ДВГТУ и ИАПУ ДВО РАН проводились с использованием более низких (по возможности) частот.

Рудное поле месторождения (рис. 1) состоит из основного полиме таллического рудного тела и сопутствующей ему рудной минерализации в виде жил, прожилков и отдельных гнездовых образований. Величина ди электрической проницаемости пород находится в прямой зависимости от содержания сульфидных минералов. Образцы с редкой вкрапленностью сульфидов, имеющие удельное сопротивление до нескольких тысяч Ом·м, отличаются небольшой величиной диэлектрической проницаемости (от единиц до десятков относительных единиц). Геологическое строение уча стка проведения эксперимента – чередование слоев руды (проводника) и известняка (диэлектрика), при этом известняк в этом районе по своим электрическим параметрам (удельное сопротивление и диэлектрическая проницаемость) близок к коренным породам – базальтам. Указанная бли зость позволила считать условия проведения эксперимента на сравнитель но небольших глубинах сходными с условиями распространения электро магнитных волн на глубинах свыше 6 км, где предположительно сущест вуют естественные волноводы большой протяженности.

При проведении исследований использовалось стандартное оборудо вание связи с разработанными и изготовленными опытными образцами приемоизлучающих антенн и блоков согласования. Было проведено не сколько серий экспериментов с использованием стандартного оборудова 442 СЕКЦИЯ ния связи, в частности, двух радиостанций Р-130М и двух радиостанций Р-143. Указанные станции коротковолновые, приемопередающие, сим плексные, телефонно-телеграфные, с однополосной модуляцией и кварце вой стабилизацией частоты. Максимальная выходная мощность Р-130М составляет 40 Вт, Р-143 – до 10 Вт.

Нестандартной частью оборудования радиостанции Р-130М для вы полнения эксперимента стала антенна – симметричный вибратор с пара метрами 225 м и 215 м. Чувствительность приемного блока радиостан ции Р-130М при отношении сигнал-шум, равном 3/1, и выходном напря жении на головных телефонах телефонной гарнитуры, равном 1,5 В, при проведении эксперимента составила для телеграфного режима 2 мкВ и для телефонного однополосного режима 3 мкВ.

Расстояние между радиостанциями варьировалось в пределах 1 200– 1 800 м (точки Ж и З на рис. 1). Основным результатом проведенного экс перимента считалось установление зависимости выходного напряжения станции в режиме приема от частоты. Частота запирания канала подземной связи составила 6 МГц.

При экспериментальных работах с двумя станциями Р-143 использо вались штыревые антенны Куликова АШ-1,5 м и симметричные диполи 225 м. Измерения проводились на низкочастотном выходе радиостанции с выключенным АРУ в телеграфном режиме. Во всех случаях устанавли валась устойчивая речевая связь, а затем проводились измерения. Базовая станция (рис. 1) была размещена на горизонте +262 м (т. А) в середине рудного тела (в зоне залегания пород с наименьшим удельным сопротив лением), т. е. были выбраны самые неблагоприятные условия распростра нения электромагнитных волн, причем в месте расположения станции вдоль выработки уложены металлические трубы, которые предположи тельно оказывают отрицательное влияние на передаваемый сигнал.

Была осуществлена устойчивая речевая и телеграфная связь между базо вой станцией и корреспондентом на горизонте –188 м (точки Д и Г на рис. 1) на расстоянии более 500 м как на антенны АШ-1,5, так и на диполи 225 м.

При перемещении станции вдоль горизонта +262 м (работа с антен нами АШ-1,5 м) до выхода из рудного тела сохранялась устойчивая рече вая связь на расстоянии более 800 м, которая при дальнейшем перемеще нии резко прекратилась (точка Е на рис. 1).

В результате экспериментальных работ достигнута двухсторонняя устойчивая симплексная и телеграфная связь на расстояниях более 2 км.

Установлена зависимость напряжения регистрируемых сигналов от изме нения несущей частоты, при этом диапазон несущих частот ниже 6 МГц соответствует удовлетворительным сеансам связи, а частота 6 МГц – час тота запирания радиоканала.

Возможность подземной связи была также проверена на руднике «Ни колаевский». На расстоянии порядка 400 м была установлена двухсторонняя СЕКЦИЯ речевая связь с использованием двух симметричных диполей 225 м. При использовании антенны АШ-1,5 м на передачу и симметричного диполя 225 м на приеме была также установлена речевая связь, при этом на час тоте 1,5 МГц отношение сигнал/шум составило 3/1.

Таким образом, по результатам экспериментальных работ была под тверждена возможность осуществления радиосвязи в толще земли, отрабо таны технические решения для обеспечения радиосвязи в различных усло виях, проведено сопоставление расчетных и экспериментальных данных.

Список литературы 1. Ольшанский, В. М. Бионическое моделирование электросистем слабоэлектрических рыб / В. М. Ольшанский – М. : Наука, 1990. – 112 с.

2. Рублев, В. П. Перспективы развития подземной радиосвязи // Ма териалы 50-й Всерос. науч. конференции. – Владивосток : ТОВМИ, 2007. – (Т. 2, с. 77, 78).

3. Короченцев, В. И. Экспериментальные исследования распростра нения электромагнитных волн в проводящих средах / В. И. Короченцев, В. П. Рублев // Материалы ІV Всерос. симпоз. «Сейсмоакустика переход ных зон». – Владивосток : ДВГУ, 2005. – С. 98–101.

УДК 681.84.084. В. П. Рублев1, В. М. Ольшанский Дальневосточный государственный технический университет, г. Владивосток 2ИПЭЭ РАН, г. Москва СИСТЕМА РЕЧЕВОЙ СВЯЗИ ДЛЯ АКВАЛАНГИСТОВ НА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ТОКАХ Электромагнитный канал связи в морской среде может быть успешно ис пользован в тех случаях, когда гидроакустический канал оказывается неустой чивым при волнении моря, в шуме прибоя, в турбулентных слоях потоков воды, при реверберации в мелком море. Например, гидроакустическая связь между аквалангистами в мелких бухтах и при волнении моря крайне неустойчива.

Применение электромагнитного канала при разработке систем рече вой подводной связи позволяет решить ряд указанных проблем. Если по 444 СЕКЦИЯ местить в воду пару разнесенных на определенное базовое расстояние электродов и приложить к ним напряжение, то между ними потечет ток.

В окружающем пространстве будет иметь место электрическое поле, наве денное токами растекания. Если теперь в это поле поместить другую (при емную) пару электродов, то на них будет наводиться разность потенциа лов. Этот известный, но редко применяемый эффект можно использовать при осуществлении телеграфной или телефонной беспроводной подводной связи, модулируя прикладываемое напряжение звуковыми частотами.

Воздух ВОЗДУХ Вода ВОДА h h Z r Вода ВОДА Грунт ГРУНТ Рис. 1. Расположение излучателя (1) и приемника (2) относительно границ раздела сред Следует отметить, что в случае распространения электромагнитного поля в полубесконечной проводящей среде (рис. 1), когда r |h1 + h2|, т. е. в подповерхностном слое воды, энергия поля следует наряду с прямым распространением также по пути «вертикально вверх – вдоль поверхности – вертикально вниз» и экспоненциально затухает только на вертикальных участках, а путь вдоль поверхности по воздуху проходит практически без потерь.

Подобная ситуация, очевидно, наблюдается при распространении электромагнитного поля в придонном варианте с той лишь разницей, что затухание при распространении энергии поля в грунте определяется элек тропроводными свойствами пород залегания. При работе систем подвод ной связи самым жестким условием распространения электромагнитного поля является случай безграничной среды, т. е. когда суммарная глубина погружения приемника и передатчика, а также их суммарное расстояние от дна намного больше величины скин-слоя в проводящей среде (скин-слой – это расстояние, на котором происходит затухание энергии электромаг СЕКЦИЯ нитного поля в е = 3,14 раз). Поэтому при разработке систем связи следует учитывать, что если аппаратура рассчитана на связь в безграничной мор ской среде, то в придонных или приповерхностных вариантах качество и дальность связи повышаются, так как к прямым сигналам добавляются сигналы, прошедшие по воздуху или грунту с меньшими потерями (рис. 1).

Распространение электромагнитных полей в бесконечной однород ной среде имеет место в том случае, когда расстояние между приемником и передатчиком много меньше суммарной глубины погружения их и рас стояния до дна (рис. 1), т. е.

r (h1 + h2), (1) r [2 z – (h1 + h2)], (2) причем последнее условие менее жестоко, так как дно тоже слабопрово дящая среда.

Рис. 2. Подводное переговорное устройство для легководолазов Преимущества речевой связи на токах проводимости перед акусти ческой связью – лучшая разборчивость речи, отсутствие реверберации;

со хранение связи при наличии между партнерами водорослей, подводных скал, аэрированных слоев воды. Система подводной радиотелефонной свя зи, предназначенная для симплексной связи между аквалангистами и обес печивающим судном, в которой применен принцип модуляции электриче ского токового поля, состоит из двух полукомплектов. Подводная станция включает в себя электронный блок с питанием в боксе, микрофон, смонти 446 СЕКЦИЯ рованный в маске, и головные телефоны костной проводимости (ушная ра ковина открыта, свободна для продувания), а также электроды дипольной антенны, размещенные на голени и запястье аквалангиста. Надводная станция имеет длинную антенну – 30 м или более в зависимости от желае мой дальности связи. Модуляция осуществляется в полосе звуковых частот 300–3 000 Гц.

Дальность связи (в режиме «аквалангист – аквалангист») оставляет 70–80 м;

на мелководье (глубины до 20 м) – более 100 м. Связь между бе регом (судном) и аквалангистами – более 150 м. Конструкция переговор ного устройства приведена на рис. 2.

Рис. 3. Схема проведения эксперимента На акватории бухты Потрокл (бухта 1) и бухты Соболь (бухта 2) бы ли проведены испытания системы звукоподводной связи на токах прово димости в морской среде. Схема проведения эксперимента дана на рис. 3.

Были использованы две надводные станции. В бухте Потрокл была уста новлена односторонняя речевая связь «берег – бетонный причальный пирс» на расстоянии более 300 м. При этом диполь антенны приемной станции № 2 располагался с тыльной стороны пирса (для гидроакустиче ской связи подобные условия непреодолимы, так как бетонный пирс явля ется преградой для акустических волн). Выходная мощность передающей антенны не превышала 5 Вт. Кроме того, установлена устойчивая двухсто ронняя связь между бухтой Соболь и бухтой Потрокл через грунтовый пе решеек на расстоянии между корреспондирующими точками около 100 м.

СЕКЦИЯ В этом случае регистрировался суммарный сигнал по каналам «вода – грунт – вода» и «вода – воздух – вода».

.

Рис. 4. Схема использования переговорного устройства для аквалангистов Опытная эксплуатация комплектов переговорного устройства прово дилась специалистами Сахалинского ДальморНИИпроекта, Преображен ской БРФ Приморрыбпрома, ЭМБ «Глазковка» Приморрыбпрома, подвод ной археологической экспедицией «Энергия», ЭМБ «Посъет» и ДВ филиа ла НПО промрыболовства в различных условиях реальных подводно технических работ. В опытной эксплуатации переговорное устройство ис пользовалось при проведении исследовательских и судоремонтных работ в открытом море, при подводных киносъемках в археологической экспеди ции, обслуживании выростных хозяйств марикультуры и т. д. Подводной археологической экспедицией «Энергия» переговорное устройство исполь зовалось при проведении подводных работ на Черном и Карском морях.

Опытная эксплуатация изделия проводилась на акватории морей Тихого океана. На рис. 4 приведены варианты использования переговорного уст ройства для аквалангистов при работе в море.

Список литературы 1. Ольшанский, В. М. Бионическое моделирование электросистем слабоэлектрических рыб / В. М. Ольшанский – М. : Наука, 1990. – 112 с.

2. Рублев, В. П. Приближенная модель расчета параметров электро магнитного канала телеметрии в морской среде / В. П. Рублев, В. И. Коро ченцев // Матер. докл. Междунар. научно-техн. конференции «Техниче ские проблемы освоения Мирового океана». – Владивосток : Дальнаука, 2005. – С. 207–210.

3. Рублев, В. П. Модель расчета параметров электромагнитного канала связи в морской среде / В. П. Рублев // Матер. 48-й Всероссийской межвузов ской научно-техн. конференции. – Владивосток : ТОВВМИ, 2005. – С. 142–144.

448 СЕКЦИЯ УДК 519. О. Т. Данилова Омский государственный технический университет, г. Омск АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ЛОГИЧЕСКОГО КОДИРОВАНИЯ Логическое кодирование можно внедрять в длинные последова тельности бит, биты с противоположным значением или вообще заменять их другими последовательностями. Кроме исключения «проблемных» би товых последовательностей, логическое кодирование позволяет для уп рощения декодирования увеличить кодовое расстояние между символа ми, улучшить спектральные характеристики сигнала, и, кроме того, пере давать в общем потоке служебные сигналы. Логическое кодирование с использованием скремблера (далее скремблирование) представляет собой побитовое наложение с использованием операции исключающее или (XOR) псевдослучайного битового потока на битовый информационный поток.

Скремблирование может выполняться с различными целями. При менительно к телекоммуникационным системам скремблирование повы шает надежность синхронизации устройств, подключенных к линии свя зи, и уменьшает уровень помех, излучаемых на соседние линии много жильного кабеля. Есть и иная область применения скремблеров – защита передаваемой информации от несанкционированного доступа. Для дос тижения этой цели разработано множество методов кодирования и схем ных решений. Однако нас интересовала задача, связанная с «разравнива нием» спектра сигнала и повышением надежности синхронизации прием ника с источником передаваемых по линии данных. Применительно к этой задаче цель скремблирования состоит в исключении из потока дан ных длинных последовательностей лог. 0, лог. 1 и периодически повто ряющихся групп битов. Для этого необходимо преобразовать данные так, чтобы они выглядели как случайные, т. е. лишенные какой-либо видимой закономерности.

В работе рассматривались следующие методы логического кодиро вания:

1. 4B/5B – заменяет каждые чистые четыре бита входного потока (исходный символ) на 5-битный выходной символ. Так как результирую щие символы содержат избыточные биты, то общее количество битовых комбинаций в них (в 5-битных, например) больше, чем в исходных.

СЕКЦИЯ 2. Алгоритм обратного кодирования. B8ZH (Bipolar with 8-Zeros Substitution) исправляет только последовательности, состоящие из восьми нулей. В результате на восемь тактах приемник наблюдает два и считает такие нарушения кодировкой восьми последовательных нулей и после приема заменяет их на исходные восемь нулей.

3. HDB3 исправляет любые четыре подряд идущих нуля в исходной последовательности. Правила формирования кода HDB3 более сложные, чем кода B8ZS. Каждые четыре нуля заменяются четырьмя сигналами, в которых имеется один сигнал V. Для подавления постоянной составляю щей полярность сигнала V чередуется при последовательных заменах.

Кроме того, для замены используются два образца 4-тактовых кодов. Если перед заменой исходный код содержал нечетное число единиц, то исполь зуется последовательность 000V, а если число единиц было четным – по следовательность 1·00V.

При оценке алгоритмов уделялось внимание следующиим характе ристикам: а) равномерности распределения единиц и нулей на выходе скремблера;

б) размеру наиболее длинной последовательности подряд идущих нулей на выходе скремблера. Эти два параметра оказывают значи тельное влияние на возникновение внутренних помех в канале связи при передаче информации и ширину спектра. Последовательность подряд идущих нулей порождает в спектре сигнала постоянную составляющую, которая создает электромагнитную помеху в канале связи и влияет на со седние каналы. Неравномерность распределения вероятностей появления единиц и нулей на выходе скремблера увеличивает ширину полосы про пускания сигнала, что влечет за собой снижение эффективности использо вания канала связи.


Для оценки алгоритмов скремблирования была разработана про грамма, моделирующая входную цепочку символов различной длины и с различной вероятностью распределения нулей и единиц. Алгоритм работы данной программы реализует задание двух входных параметров: количест ва информации в битах и вероятность появления нулей, по которым гене рируется исходная последовательность. Для каждого метода логического кодирования получаем: количество нулей, количество единиц, длину мак симальной последовательности подряд идущих нулей.

В результате проведенного исследования были выявлены недостатки и преимущества вышеназванных алгоритмов скремблирования и сформи рован скремблер, названный нами «гибридный». Гибридный скремблер представляет собой последовательное включение скремблера, работающе го по алгоритму обратной связи и HDB3. При этом было учтено, что алго ритм обратной связи достигает нужного уровня перемешивания, и после довательность на выходе считается псевдослучайной, что подтверждается проверкой на случайность по тесту Маурера [2]. После преобразования по 450 СЕКЦИЯ следовательности к случайному виду происходит преобразование по алго ритму HDB3 с целью исключения последовательностей более трех подряд нулей. Благодаря более равномерному относительно скремблера 4B/5B, B8ZS, HDB3 распределению нулей и единиц на выходе скремблера для пе редачи сигнала потребуется более узкий спектр частот, что повышает эф фективность передачи, уменьшение потерь и увеличивает лавинный эф фект шифрования. Благодаря отсутствию постоянной составляющей ис ключается взаимное влияние каналов друг на друга, что позволяет снизить влияние помех.

Список литературы 1. Шевкопляс, Б. В. Скремблирование передаваемых данных / Б. В.

Шевкопляс // Схемотехника. – 2004. – № 12. – С. 25–27.

2. Математические и компьютерные основы криптологии / Ю. С. Ха рин, В. И. Берник, Г. В. Матвеев, С. В. Агиевич. – Мн. : Новое знание, 2003. – 382 с.

УДК 621.396.677. В. П. Денисов, Н. А. Колядин, К. Е. Мухомор ТУСУР, НИИ РТС, г. Томск АЛГОРИТМ УСТРАНЕНИЯ АНОМАЛЬНО БОЛЬШИХ ОШИБОК В ФАЗОВЫХ ПЕЛЕНГАТОРАХ, РАБОТАЮЩИХ ПО СКАНИРУЮЩЕМУ ИСТОЧНИКУ Цель данной работы – экспериментальное исследование алгоритма, повышающего точность пеленгования фазовыми пеленгаторами, рабо тающими по сканирующему источнику, путем исключения из обработки импульсов, содержащих аномально большие ошибки.

Источником излучения служила радиолокационная станция (РЛС) 3-сантиметрового диапазона, работающая в режиме кругового сканирова ния по азимуту.

В данной работе рассматриваются результаты работы двух типов фа зовых пеленгаторов. Результаты работы обоих получены путем полунатур ного моделирования, т. е. исходными данными для программ, моделиру СЕКЦИЯ ющих работу фазовых пеленгаторов, при использовании данных, получен ных во время проведения эксперимента на реальных трассах в 2008 г. [1].

Исследования проводились на двух трассах различного характера:

• трасса № 1 – условно открытая трасса протяженностью 16 км.

• трасса № 2 – закрытая трасса протяженностью 29 км.

Первый фазовый пеленгатор состоит из восьми раздельных прием ных каналов, по четыре канала на вертикальную и горизонтальную поля ризацию. Таким образом, в данном пеленгаторе сформированы две фазо метрические базы на каждой из поляризаций: малая база 18 см и большая база 90 см (рис. 1).

МБ ББ Рис. 1. Расположение антенных элементов Зарегистрированные данные представляют собой запись квадратур ных составляющих сигнала в каждом из приемных каналов.

Расчет амплитуды и разности фаз из полученных данных произво дился по формулам:

( Q I )2 + ( I Q )2, A= (1) где I, Q – синусная и косинусная составляющие сигнала соответственно, Q Q = arctan 1 arctan 2, (2) I1 I где А – амплитуда сигнала;

– разность фаз.

Вторым типом фазового пеленгатора является фазовый пеленгатор с коммутируемым одноканальным приемником – этот пеленгатор имеет ту же антенную систему, что и предыдущий, но для пары антенн приемный канал один. Укрупненная структурная схема однобазового пеленгатора с одноканальным приемником, принятого для анализа, приведена на рис. 2.

452 СЕКЦИЯ От антенны К приемнику От ГКС От антенны Рис. 2. Структурная схема одноканального фазового пеленгатора:

КФ – коммутируемые фазовращатели;

– сумматор Фазовращатели вносят фазовые сдвиги, равные 0°, 90° или 180°, в моменты времени ti = Tk (i 1), i = 1…4, задаваемые генератором коммути рующих сигналов. Приведя вносимые фазовые сдвиги i к одному каналу, запишем Ф.В. = (i 1), i = 1, 2, 3, 4. (3) Амплитуду суммарного сигнала на i -м такте переключения можно найти по теореме косинусов:

(i 1) 2, i = 1... 4, U i = U 0 cos (4) где – искомая разность фаз сигналов на антеннах;

U 0 – амплитуда вход ного сигнала.

Таким образом, последовательно во времени с тактом Tk формиру ются четыре СВЧ-сигнала с амплитудами:

U1 = U 0 cos ;

U 2 = U 0 cos 45° ;

2 (5) U = U cos 90° ;

U = U cos 135°.

3 0 4 2 2 Пара уравнений из совокупности (3) позволяют вычислить разность фаз. Например, используя U1 и U 3, получаем ( ) cos 90° U = 2arctg 3 = 2arctg (6).

() U1 cos СЕКЦИЯ Более подробное описание представленного фазового пеленгатора см. в [2].

Для удобства первый тип в дальнейшем будем называть условно многоканальным фазовым пеленгатором, а второй тип – одноканальным фазовым пеленгатором. Принципиальная разница между ними заключается в том, что в первом случае амплитудные флуктуации сигналов на антеннах не влияют на точность пеленгования, а во втором – влияют.

Для малой базы пеленгатора сектор однозначности равен 10° на час тоте 9 ГГц, для большой базы пеленгатора – 2°. Для устранения неодно значности необходимо определить целое число периодов разности фаз k на большой базе:

l k = МБ ББ ББ, (7) lМБ где [] – оператор округления до ближайшего целого;

МБ – разность фаз на малой базе;

lМБ – малая база;

ББ – разность фаз на большой базе;

lББ – большая база.

На рис. 3 изображена реализация разности фаз после устранения не однозначности, полученная одноканальным пеленгатором: по горизон тальной оси отложен угол поворота антенны источника излучения относи тельно направления на пеленгатор в градусах, по вертикальной оси – раз ность фаз в градусах.

р ф, рд - - -150 -100 -50 0 50 100 Рис. 3. Разность фаз после устранения неоднозначности, полученная одноканальным пеленгатором: по вертикали показана разность фаз в градусах, по горизонтали – угол поворота антенны источника излучения Из рис. 3 видно, что в разности фаз присутствуют изменения разно сти фаз на десятки или сотни градусов в течение одного–трех импульсов (броски). Точность работы фазового пеленгатора в ряде работ оценивается как СКО пеленга за время, соответствующее одному обороту антенны ска нирующего источника излучения. Наличие бросков приводит к ухудше нию точности оценки пеленга.

454 СЕКЦИЯ Для исключения из обработки импульсов, содержащих аномально большие ошибки, можно применить алгоритм, основанный на устранении неоднозначности. Алгоритм разрешения неоднозначности (7) имеет следу ющую трактовку: выбирается целое число периодов разности фаз на большой базе k *, при котором пеленги на большой и на малой базах различаются не более чем на половину сектора однозначности по большой базе, равного / l2. Такое число k * при использовании алгоритма (7) всегда найдется, хотя оно может соответствовать аномально большим ошибкам пеленгования.

Можно отбрасывать самые грубые измерения, установив, что угло вая разница между отсчетами по точной и грубой базам не должна превос ходить некоторого порога, меньшего / 2l2. Алгоритм устранения неод нозначности при этом записывается следующим образом: выбирается це лое число периодов разности фаз на большой базе k *, при котором l2 ( ) 1 2 + 2k *. (8) l Измерения, для которых соотношение (8) не выполняется, отбрасы ваются. Примеры использования алгоритма (8) представлены на рис. 4 и для многоканального и одноканального пеленгаторов соответственно: по вертикали отложены разность фаз и пеленг в градусах, по горизонтали – угловое положение антенны источника излучения относительно направле ния на пеленгатор.

Разность фаз - -180 -140 -100 -60 -20 0 20 60 100 140 Угловое положение антенны источника излучения, град.

Пеленг - - - - -180 -140 -100 -60 -20 0 20 60 100 Угловое положение антенны источника излучения, град.

Рис. 4. Разность фаз и пеленг, полученные многоканальным пеленгатором после применения алгоритма (8): по вертикали показана разность фаз и пеленг в градусах, по горизонтали – угловое положение антенны источника излучения в градусах СЕКЦИЯ Разность фаз, град.

- -150 -100 -50 0 50 100 Угловое положение антенны источника излучения, град Пеленг.

град.

- - -150 -100 -50 0 50 100 Угловое положение антенны источника излучения, град.

Рис. 5 – Разность фаз и пеленг, полученные многоканальным пеленгатором после применения алгоритма: по вертикали показана разность фаз и пеленг в градусах, по горизонтали – угловое положение антенны источника излучения в градусах На обоих рисунках по горизонтали приведено угловое положение антенны источника излучения. В табл. 1, 2 представлены результаты, по лученные обоими типами пеленгаторов при использовании обычного алго ритма устранения (7) и измененного (8). Прием сигнала велся на согласо ванной с излученным сигналом поляризации. На трассе № 2 данные обра батывались в секторе углового положения антенны источника излучения ±8 градусов относительно направления на пеленгатор, в других угловых секторах провести обработку не позволила чувствительность приемных устройств.


Таблица СКО оценки пеленга и количество исключенных из обработки импульсов для многоканального пеленгатора Применение алгоритма (7) Трасса № 1 Трасса № СКО ВП прие ВП приема ГП приема ГП приема ма Пеленга в град / % выпавших 0,35 / 0 0,42 / 0 0,9 / 0 1,12 / точек Применение алгоритма (8) Трасса № 1 Трасса № СКО ВП прие ВП приема ГП приема ГП приема ма Пеленга в град / % выпавших 0,2 / 6,3 0,27 / 6,0 0,56 / 50,3 0,55 / 47, точек 456 СЕКЦИЯ Таблица СКО оценки пеленга и количество исключенных из обработки импульсов для одноканального пеленгатора Применение алгоритма (3) Трасса № 1 Трасса № СКО ВП прие ВП приема ГП приема ГП приема ма Пеленга в град / % выпавших 0,47 / 0 0,51 / 0 1,13 / 0 1,23 / точек Применение алгоритма (4) Трасса № 1 Трасса № СКО ВП прие ВП приема ГП приема ГП приема ма Пеленга в град / % выпавших 0,24 / 4 0,3 / 4,7 0,63 / 42,5 0,68 / 53, точек На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что достаточно простым в реализации способом – исключением импуль сов, несущих аномально большие ошибки при устранении неоднозначно сти, можно ощутимо повысить точность фазовых пеленгаторов:

• для многоканального пеленгатора на открытой трассе № 1 СКО оценки пеленга уменьшилось примерно на 30–40 %. Для закрытой трассы примененный алгоритм (8) позволил уменьшить СКО оценки пеленга приблизительно в 2 раза;

• для одноканального приемника применение алгоритма (8) позво лило повысить точность пеленгования примерно в 2 раза для обеих иссле дуемых трасс.

Список литературы 1. Экспериментальные исследования антенной системы фазового пеленгатора на наземных трассах / В. П. Денисов, Н. А. Колядин, М. В. Крутиков, М. П. Скородумов // Доклады ТУСУР. – Томск, 2009. – Ч. 1. – С. 7–15.

2. Влияние трассы распространения радиоволн на точность пеленго вания фазовым пеленгатором с одноканальным коммутируемым приемни ком / О. П. Ванеев, В. П. Денисов, К. Е. Мухомор, В. В. Травин // Вопросы радиоэлектроники. Вып. 2. – М., 2009. – С. 37–46.

СЕКЦИЯ УДК 621. В. А. Майстренко, В. Л. Хазан Омский государственный технический университет, г. Омск ПРОБЛЕМЫ И ТЕНДЕНЦИИ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ГЛОБАЛЬНЫХ СИСТЕМ КВ-РАДИОСВЯЗИ В настоящее время даже при наличии современных проводных, со товых, спутниковых сетей связи (ССС) люди все еще испытывают дефицит каналов связи, так как проводные сети не способны обеспечивать связь с подвижными объектами (ПО), а сотовые сети обслуживают лишь огра ниченные по площади густонаселённые территории. В то же время ССС, которыми пользуются абоненты практически на всей территории Земли, все еще доступны только ограниченному контингенту лиц из-за своей до роговизны и высокой стоимости эксплуатации.

Альтернативой ССС для передачи дискретных сообщений ограни ченного объема на любые расстояния в пределах всего земного простран ства являются декаметровые или коротковолновые (КВ) каналы связи. Ус тупая ССС по пропускной способности, КВ-каналы связи относительно дешевы, технически просты, более скрытны и обладают высокой живуче стью. Важно отметить и тот факт, что диапазон КВ-радиоволн, в отличие от УКВ-диапазона, до настоящего времени не имеет собственных сетей связи со свободным доступом пользователей.

Особенно большие трудности возникают при организации КВ-связи с ПО, так как габариты подвижных объектов в подавляющем большинстве случаев не дают возможности использовать во время движения на борту ПО высокоэффективные КВ передающие антенны.

Несмотря на имеющиеся недостатки КВ-каналы связи способны иг рать важную роль как в гражданских ведомствах, так и в силовых структу рах, особенно в условиях чрезвычайных ситуаций [1, 2]. Создаваемые сети КВ-связи должны быть сетями двойного назначения, интегрированными с УКВ-сетями и ССС. В монографии [1] говорится: «…в военной связи РФ особое место, по-прежнему, принадлежит коротковолновой радиосвязи как одному из базовых видов резервной связи». Здесь же указывается, что «ныне занимаемое военной КВ-радиосвязью место в системах управления Войсками и Оружием в обозримом будущем станет еще более значимым».

Показаны наиболее перспективные направления развития КВ-радиосвязи, позволяющие повысить живучесть, мобильность, автономность, электро магнитную совместимость, помехозащищенность, разведзащищенность 458 СЕКЦИЯ декаметровых систем связи. В частности, автор видит перспективы разви тия военной КВ-радиосвязи в создании и практическом применении в такти ческом и высших звеньях управления парка портативных КВ-радиостанций мощностью (РПРД 1…10 Вт), имеющих узкие (f 10…50 Гц) и сверхузкие (f 2…10 Гц) полосы пропускания приемников.

h, дБ КИД = 99 % КИД = 95 % КИД = 80 % КИД = 50 % 1000 2000 3000 4000 L, км Рис. 1. Зависимость мощности передатчика для обеспечения заданной надежности связи от длины трассы КВ-связь прошла большой путь развития с подъёмами и спадами, обусловленными различными причинами. Сравнительный анализ корпора тивных систем спутниковой и КВ-связи и оценки перспектив их развития на период до 1997 г. дан в коллективной монографии [2]. Первые шаги по созданию эффективных сетей КВ-связи с удаленными ретрансляторами были сделаны ещё в середине ХХ века. Однако в открытых изданиях ре зультаты разработок по понятным причинам долгое время не публикова лись. В 1985 г. была опубликована статья [5], в которой описывалась зоно вая сеть радиосвязи с вынесенным ретранслятором. При одной и той же мощности КВ-передатчика надежность доставки сообщений зависит от расстояния между передатчиком и приемником.

Очень важные с этой точки зрения результаты исследований надеж ности КВ-каналов связи на различных трассах были опубликованы в г. Е. Н. Коноплевой [3]. На рис. 1 приведены, полученные в [7], графики зависимости мощности КВ-передатчиков от длины трассы при заданных значениях коэффициента исправного действия (КИД) канала связи. Из ри сунка следует, что наиболее выгодным с точки зрения энергетических за трат является КВ-канал связи протяженностью 2 000–3 000 км.

Полученные в [7] результаты исследований привели к логическому выводу о целесообразности построения КВ-сетей связи с использованием удаленных от корреспондентов на наиболее благоприятное для распро странения декаметровых радиоволн расстояние (2 000–3 000 км) и взаимо действующих друг с другом базовых ретрансляторов. В этом случае один СЕКЦИЯ ретранслятор способен обслуживать корреспондентов не только в отдель но взятом регионе, но и в кольце с внутренним радиусом 2 000 км и внеш ним радиусом 3 000 км. Базовые КВ-ретрансляторы должны иметь мощные передатчики (порядка 10 кВт), обеспечивающие достаточно надежную пе редачу сообщений с уплотнением во времени в режиме, например, фазовой (ФМ) или относительной фазовой манипуляции (ОФМ, ДОФМ) со скоро стью 500–1 000 бит/с [6, 7]. Однако высокая мощность передатчиков недо пустима вследствие низкой разведзащищённости таких систем и больших энергозатрат [1].

Одним из путей устранения этого недостатка, которым идут зару бежные специалисты, является организация КВ ретрансляционных пунк тов. Например, в обзорной статье [8] отмечается, что в США активно ве дутся работы по исследованию сетей ретрансляционных пунктов в рамках создаваемой автоматизированной системы КВ-радиосвязи. Специалисты США справедливо считают, что создание таких сетей повысит устойчи вость КВ-радиосвязи, снизит энергетические затраты и повысит разведза щищенность. Проведенные американскими специалистами исследования показали, что при наличии ретрансляторов возможно использовать пере датчики, мощность которых не превосходит 10 Вт (вместо ранее исполь зуемых передатчиков мощностью 10 кВт). Предлагаемые меры дают воз можность упростить периферийную приемопередающую аппаратуру, сни зить ее энергетический потенциал, а следовательно, габариты и вес. Это очень важно для построения сетей КВ-связи с ПО.

В работах омских учёных [6, 7, 10] показаны варианты построения сетей КВ-связи с удаленными ретрансляторами, которые при 5–6 базовых ретрансляторах обслуживают всю территорию России, a при 12 базовых ретрансляторах – весь евразийский континент. В принципе, можно пред ставить глобальную сеть КВ-радиосвязи с удаленными базовыми ретранс ляторами, обслуживающую все пространство Земли. Для этой сети необ ходимо порядка 80 ретрансляторов, расположенных как на различных кон тинентах, так и на буях и судах, находящихся в открытом океане.

Актуальными в настоящее время являются задачи создания конти нентальных мониторинговых систем (МС), а в ближайшем будущем и сис тем глобального мониторинга, обслуживающего пространство всего зем ного шара. Одним из важнейших и перспективных направлений развития КВ-систем связи является удовлетворение потребностей в каналах связи различного рода пространственно рассредоточенных МС. В статьях [9, 11] решается актуальная проблема организации единой системы континен тальных МС, в состав которой входит сеть КВ-связи с удаленными ретрансляторами. Функциональные возможности, основные достоинства систем КВ-связи и примеры их интеграции с другими сетями связи изло жены авторами в монографии [10].

460 СЕКЦИЯ Коллективом учёных и проектировщиков Омского государственного технического университета (ОмГТУ) и Омского НИИприборостроения (ОНИИП) проведены исследования по совершенствованию КВ-систем мо бильной связи, при этом решались как сетевые вопросы, так и вопросы создания периферийной приёмопередающей аппаратуры, терминального, интерфейсного оборудования и антенных систем [12–17]. В статье [14] ав торами сделаны выводы о том, что для повышения надежности передачи сообщений по каналам связи КВ-сети и снижения мощности передатчиков, располагаемых на ПО, при обеспечении приемлемого КИД каналов связи необходимо предпринять комплекс мер, связанных:

• с организацией КВ-сети связи с удаленными на оптимальное рас стояние ретрансляторами;

• предельно возможным снижением скорости манипуляции сигнала на ПО;

• частотно-разнесенной передачей сигналов со стороны ПО;

• организацией регионально-разнесенного приема сигналов базовы ми ретрансляторами;

• использованием абсолютного времени для тактовой и цикловой синхронизации радиостанций ПО и базовых ретрансляторов при приеме сигналов со стороны ПО;

• использованием модемов с ФМ при передаче сообщений со сторо ны базовых ретрансляторов.

Вопросы, связанные с организацией КВ-сетей связи с удалёнными ретрансляторами, наиболее полно проработаны и опубликованы. Выигрыши от снижения скорости манипуляции сигнала (до 4 бод) оценены [6, 7, 14] и существенны. Однако вопросы повышения скорости передачи информа ции путём распараллеливания сотен и тысяч узкополосных каналов до практической реализации не доведены. Не рассмотрены вопросы использо вания сверхширокополосных сигналов в разрабатываемых системах КВ связи. Их проработка предполагается в дальнейшем. По последним четырём направлениям в последнее время получено много интересных результатов.

Передача сигналов ЧМ с частотным разнесением поднесущих.

Этот вопрос полно изложен в научных статьях и докторской диссер тации В. Л. Хазана. ЧМ-сигнал можно представить как два АМ сигнала, которые передаются на поднесущих частотах с манипуляцией взаимно трансформированными бинарными последовательностями. Если девиация у ЧМ-сигнала предельно мала, то при низкой скорости манипуляции моду ли коэффициентов передачи соседних каналов, на которых передаются поднесущие ЧМ-сигнала при селективных замираниях будут сильно кор релированы. Сильно коррелированы в этом случае будут и станционные помехи, которые попадают в эти каналы, так как каждая станционная по меха, как правило, будет поражать оба канала с поднесущими. Если же де СЕКЦИЯ виацию ЧМ-сигнала взять достаточно большой (3 000–9 000 Гц), то и ко эффициенты передачи каналов для поднесущих ЧМ-сигнала и станцион ные помехи в этих каналах будут слабо коррелированными. Если при этом сигналы, которые передаются на поднесущих частотах, принимать инди видуально как 2АМ сигнала, то мы будем иметь дело с частотно разнесенным приемом АМ сигналов. Методы сложения этих сигналов мо гут быть различными. Проведены численные эксперименты и показано, что наиболее высокую надежность передачи сообщений обеспечивает при ем частотно-разнесенных АМ сигналов методом последетекторного сло жения (автовыбор элементов) [6, 7]. Метод частотно-разнесенного приема сигналов 2АМ дает энергетический выигрыш по сравнению с обычной од ноканальной передачей ЧМ-сигнала на уровне КИД 85 % порядка 28 дБ.

Регионально-разнесенный прием сигналов базовыми ретрансля торами.

В [14, 16] предложен метод регионально-разнесенного приема сигна лов базовыми ретрансляционными пунктами. Дополнительные приемные центры в количестве N размещаются в области расположения базового ретранслятора вокруг него и на расстоянии от него до 500 км. Каждый до полнительный приемный центр связан со своим ретранслятором внешними линиями связи (проводными, радиорелейными, спутниковыми и т. п.).

За счет регионально-разнесенного приема сигналов возможно существенно увеличить надежность передачи сообщений от абонента в сторону удален ного от него ретранслятора.

Аi- Аk- БР4 Аk-6 БР БР А1 А2 БР2 Аi Пр41 Аk- БР1 Пр А8 Пр51 Аk- БР Пр32 Пр Пр Пр11 Пр42 Пр53 Пр Пр Пр Пр16 А Пр23 Пр61 Пр62 Пр Пр Пр13 Пр А Пр Пр17 Пр Пр25 35 Пр Пр Пр45 Пр56 Пр Пр14 Пр69 Пр Пр24 Пр46 Пр Пр Пр15 Аk Пр Пр26 Аk-7 55 Пр А Пр А А Аk- Аi+ Аk-8 Аk- А Рис. 2. Структурная схема сети коротковолновой радиосвязи для передачи дискретных сообщений с удаленными от абонентов ретрансляторами и дополнительными приемными центрами На рис. 2 в качестве примера представлена структурная схема сети коротковолновой радиосвязи для передачи дискретных сообщений с уда ленными от абонентов ретрансляторами и дополнительными приемными центрами. Сеть может обслуживать территорию всей России (шесть базо 462 СЕКЦИЯ вых ретрансляторов расположены, например, в городах Волгоград, Уфа, Омск, Красноярск, Улан-Уде, Благовещенск).

На рисунке обозначено:

БРj – j-й базовый ретранслятор;

Аi – i-й абонент;

Прnj – дополнительный n-й приемный центр при j-м базовом ретрансляторе.

Если условия связи обеспечивают вероятность передачи сообщения Р1 от абонента в сторону базового ретранслятора. Вероятность неприема сообщения Р0 в этом случае равна:

Р0 = 1 – Р1. (1) Если считать, что условия приема сигналов от абонента во всей об ласти расположения дополнительных приемных центров приблизительно одинаковые (но взаимно независимые), то с учетом (1) вероятность Р0(1+N) одновременного неприема сообщения ретранслятором и всеми N дополни тельными ретрансляторами будет равна:

Р0(1+N) = (1 – P1)N+1. (2) Из (2) следует, что вероятность Р1(1+N) приема сообщения хотя бы од ним приемным центром из N или ретранслятором Р1(1+N) = 1– P0(1+N) = 1 – (1 – P1)N+1. (3) Н(1+N)% N = 97 N= N= N=7 N= N= 70 N= 60 N=4 N= N= N= 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Н1% Рис. 3. Зависимость КИД канала связи с N дополнительными регионально-разнесенными приемными центрами от КИД канала связи без дополнительных приемных центров СЕКЦИЯ На рис. 3 приведен график зависимостей КИД канала связи «або нент – базовый ретранслятор» с N дополнительными приемными цен трами, окружающими ретранслятор и регионально-разнесенными от не го на расстояние 100–500 км, от КИД канала связи «абонент – базовый ретранслятор» без дополнительных регионально-разнесенных приемных центров. Из приведенного графика видно, что в случае плохих условий связи, когда по одиночному каналу передается всего 40 % сообщений, наличие восьми дополнительных приемных центров увеличивает про цент принятых сообщений до 99 %. В условиях связи, которые в КВ диапазоне считаются удовлетворительными, когда по одиночному кана лу связи передается 70 % сообщений, наличие всего трех дополнитель ных приемных центров поднимают процент принятых сообщений до значения 99 %.

На рис. 1 приведены зависимости значения мощности передатчика, обеспечивающей заданную надежность приема сообщений от длины трассы. Сравнивая кривую надежности, соответствующую 50 %, с кри вой надежности, соответствующей 99 %, можно видеть, что энергетиче ские затраты для перехода с первого уровня надежности на второй со ставляют порядка 43 дБ, т. е. порядка 20 000 раз по мощности. Такого рода энергетический выигрыш дают шесть дополнительных приемных центров.

Использование абсолютного времени для цикловой и поэле ментной синхронизации.

При низкой скорости манипуляции и при наличии высокостабиль ных опорных генераторов (ОГ) решить рационально проблему тактовой (поэлементной) и цикловой (позначной) синхронизации возможно за счет использования абсолютного точного времени.

В работе [14] рассмотрены возможности использования абсолютного времени для цикловой и поэлементной синхронизации приемника и пере датчика. Показано, что для удовлетворительной работы решающих уст ройств, работающих с синхронизацией в абсолютном времени, в случае использования в периферийных передатчиках ОГ с относительно низкой стабильностью частоты, необходимо производить взаимную синхрониза цию часов на передающей и приемной сторонах радиолинии с периодом, не превышающим одну минуту.

Если скорость манипуляции сигнала будет равна четырем бодам, то передача восьмиэлементной кодовой комбинации будет занимать две се кунды. При этом начало знака будет приходиться либо на начало нечетной секунды, либо на начало четной секунды, что облегчает решение задачи цикловой синхронизации, например, по сравнению со случаем, когда ско рость манипуляции равной пяти бодам и начало каждого нового знака «скользит» относительно секундной временной сетки.

464 СЕКЦИЯ Использование модемов с ФМ при передаче сообщений со сторо ны базовых ретрансляторов.

При ФМ в отличие от ОФМ не происходит группирования ошибок, и в этом существенное преимущество ФМ перед ОФМ. Избавиться же от случаев неверной фазовой синхронизации при ФМ возможно за счет вве дения специальных дополнительных избыточных символов в кодовую комбинацию, которые несут в себе информацию о нулевой фазе сигнала [13]. При этом снижается скорость передачи сообщения, т. е. уменьшается пропускная способность канала связи. В предлагаемом способе передачи сообщений методом ФМ при приеме сообщений объединяются задачи об наружения ошибок с одновременным обнаружением возможной неверной фазовой синхронизации. Обнаружение «обратной работы», обеспечивая наиболее помехоустойчивую передачу сигнала, не требует ввода специ альных избыточных символов, т. е. скорость при таком методе передачи сообщений методом фазовой манипуляции не снижается.

В статье [14] дана оптимистическая оценка минимально необходи мой мощности передатчиков на ПО, которая потребуется при принятии рассмотренных мер повышения надежности передачи сообщений со сто роны ПО. Использование удаленных ретрансляторов дает ориентировоч ный выигрыш по мощности 30 дБ. Снижение скорости манипуляции до 4 бод по сравнению, например, с 50 бодами дает энергетический выигрыш более 10 дБ. Частотное разнесение передаваемых со стороны ПО сигналов в среднем дает энергетический выигрыш порядка 15 дБ.

Регионально-разнесенный прием сигналов может дать энергетиче ский выигрыш около 40 дБ. В результате только эти ограниченные меры дают в сумме энергетический выигрыш более 95 дБ. Если предположить, что энергетические потери из-за использования на ПО недостаточно эф фективных антенн составляют порядка 20 дБ, то итоговый энергетический выигрыш от совокупности принятых мер составляет 75 дБ. Известно, что вполне удовлетворительные результаты на КВ-трассах дают передатчики мощностью 10 кВт. Уменьшение их мощности на 75 дБ дает значение мощности, равное десятым долям 1 мВт. Полученный результат выглядит фантастически, поэтому имеются все основания для проведения специаль ных исследований, способных подтвердить (или опровергнуть) получен ные выводы.



Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 21 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.