CC BY
88
УДК 621.396.96
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОБОЧНЫХ КАНАЛОВ ПРИЁМА НА СОСТОЯНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СРЕДСТВ АВИАЦИОННОЙ СВЯЗИ
В.А. ХОДАКОВСКИЙ, Е.Г. УНИЧЕНКО
В статье проводится анализ влияния побочных каналов приёма на состояние работоспособности средств авиационной связи.
Ключевые слова: каналы приема, авиационная связь, работоспособность, достоверность, воздействующие факторы.
Возрастающая потребность в информационном обмене приводит к непрерывному росту различных радиоэлектронных средств (РЭС). При этом качество их функционирования определяется не только техническим состоянием РЭС, но и характеристиками воздействующих помех.
Применяемая в настоящее время программа эксплуатации РЭС не учитывает влияния помех на качество их функционирования. Поэтому, как правило, гарантируется не заданное качество функционирования, а некоторое состояние РЭС, в котором оно функционирует с требуемым качеством при отсутствии помех. Это состояние оценивается уровнем полезного сигнала на входе приёмного устройства, которое обеспечивает заданное отношение сигнала к шуму q, которое определяется отношением сигнал/шум q = Pc / Рш.
Для средств авиационной радиосвязи предъявляются достаточно серьезные требования к надёжности и достоверности информации, получаемой посредством связных РЭС экипажами воздушных судов и диспетчерами службы движения. Для радиотелефонных систем достоверность информации оценивается разборчивостью речи. Класс качества и порядок измерения разборчивости определяется требованиями соответствующих стандартов. Для радиотелефонной связи в гражданской авиации требуемое отношение сигнал/шум на входе приемного устройства регламентируется нормами ICAO. В отсутствии помех критериями качества функционирования может служить отношение сигнал/шум на входе либо на выходе приёмника. Условие работоспособности в этом случае можно записать q > qдоп .
Для радиотелефонии в качестве критерия качества функционирования систем авиационной связи может быть использовано отношение мощности полезного сигнала Pc к суммарной мощности шума Рш и помех Рп, т.е. q = Pc /(Pc + Рш).
При этом мощность сигнала - Рс отражает техническое состояние передатчика, а также условия распространения радиоволн используемого диапазона частот. Мощность шума Рш отражает техническое состояние приёмника, а отношение сигнал/шум, кроме того, зависит от используемого вида модуляции. Мощность помех Рп отражает как характеристики воздействующих помех, так и характеристики и принципы построения приемника.
Экспериментальные исследования показывают, что для широкого класса помех зависимость артикуляционной разборчивости от отношения сигнал/шум + помех на входе демодулятора для радиотелефонных систем связи примерно одинакова. Поэтому вышеприведенное выражение может быть использовано как показатель качества функционирования системы связи. Условием работоспособности при этом является обеспечение заданного или более высокого соотношения q > qдоп. В случае, когда помехи отсутствуют, введенный критерий совпадает с принятым ранее. Из сказанного следует, что отношение q на выходе демодулятора можно записать q = ф (Xn, Xc) A], где ф[] - функционал, определяющий алгоритм обработки входного
воздействия в приёмнике; Xc - совокупность параметров принимаемого сигнала; Xn - сово-
купность параметров воздействующих помех; А - вектор параметров, характеризующих техническое состояние РЭС.
Для функционирования системы связи наличие помех эквивалентно ухудшению q на ту долю, на которую её уменьшает знаменатель (Рш+Рп), т.е. наличие помехи эквивалентно изменению параметров приёмника по шумам в указанное количество раз.
Проиллюстрируем, что воздействие помех эквивалентно изменению параметров системы.
Действительно, если на вход системы с параметром Ао подать напряжение ивх0, то на выходе будем иметь ивыхо (рис. 1).
При изменении напряжения на входе системы на величину Аивх при тех же Ао на выходе системы напряжение изменится на величину Аивых (рис. 2).
Это же изменение выходного напряжения Аивых можно получить при неизменном напряжении на входе системы ивхо, если соответствующим образом изменить параметры системы на величину ААо
и
вх0'
и
выхО
и вхО +
+ли вГ
Ао
и выхО +
+ ли
и
вх0
А> +
+ ЛА
ивых0 + + ливых
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
0
Следовательно, изменение напряжения на входе системы дает тот же самый эффект, что и изменение параметров системы. Поэтому при работе РЭС в реальных условиях, т.е. при наличии помех, их воздействие эквивалентно изменению А0 .
Как объект эксплуатации совокупность средств авиационной радиосвязи является комплексом РЭС. Обеспечение требуемого качества функционирования в целом должно основываться не только на поддержании характеристик отдельных средств в заданных пределах, но и на учёте и устранении нежелательного взаимодействия между отдельными средствами как элементами комплекса. Для РЭС, в частности для средств авиационной радиосвязи, такое влияние проявляется в виде взаимных системных электромагнитных помех. Кроме того, функционирование средств авиационной радиосвязи в пределах зоны действия других радиотехнических средств УВД обуславливает наличие внешних по отношению к комплексу помех.
Воздействие указанных помех на радиоприёмное устройство возможно как по неосновным, так и по основному каналу приёма. Предотвращение их вредного воздействия основано на разносе рабочих частот радиосредств, что регламентируется международными соглашениями. Исключение же неосновных каналов приёма за счет рационального распределения частот при существующем дефиците частотного ресурса не всегда представляется возможным. Поэтому далее будем считать, что дополнительная составляющая Рп показателя работоспособности обусловлена проникновением помех по неосновным каналам приёма.
Возникновение неосновных каналов приёма связано с нелинейным режимом работы входных каскадов приёмника при воздействии на него помех большого уровня. В общем виде зависимость выходного напряжения от входного можем записать как у = / (х). Представим эту
П
функцию в виде степенного полинома П-й степени у (х )=Е
I=0
Такой метод аппроксимации весьма удобен, так как спектральный состав выходного колебания легко получить, если х(^) представляет собой полигармоническое воздействие.
На практике нелинейный режим работы каскадов приёмника обусловлен воздействием одной, иногда двух помех. Вероятность наличия большего числа помех достаточно мала и ею можно пренебречь. Если входное воздействие х(0 состоит из суммы двух гармонических сигналов
U\ cos о>1^ и U2 cos , то выходной процесс y(t) будет состоять из множества комбинационных колебаний с амплитудами, пропорциональными коэффициентам разложения b, значениям Ui и
U2, а также частотам, определяемым соотношениями: an, bn, шщ ±М>2, a, b = 1,n, m,k = 1,n -1.
При совпадении частоты выходного колебания с частотой настройки каскада приёмника это колебание усиливается и обрабатывается так же, как основной сигнал, на который настроен приёмник. Таким образом, появляются неосновные интермодуляционные каналы приёма: ± пщ ± шщ = щ и ± пщ ± шщ = Щпч. Здесь щ и щ - частоты помех; щ - частота полезного сигнала, на которую настроен приёмник; щпч - промежуточная частота; n, m - целые числа. Первое из этих соотношений определяет интермодуляционные каналы приёма, образующиеся во входных каскадах усилителей высокой частоты (УВЧ), а второе - в смесителях приёмников.
В смесителях могут также образовываться комбинационные каналы приёма как результат взаимодействия гармоник помехи с гармоникой частоты сигнала гетеродина в соответствии с уравнением ± рщ ± = Щпч, где щ, Щ - частоты комбинационного канала и гетеродина со-
ответственно; (р+l) - порядок комбинационного канала.
Третья группа неосновных каналов приёма, формальная запись которых имеет вид щ + P1W1 @ щ, включает в себя внеполосные каналы, которые проявляют своё действие на соседних с основным каналом частотах в форме перекрестной модуляции и блокировании полезного сигнала. Их устранение делается организационными мерами путем разноса рабочих частот.
Выявление потенциальных источников помех, проникающих по комбинационным каналам приёма, имеет смысл с учетом только первого преобразования частоты полезного сигнала щ
ввиду пренебрежимой малости откликов за счет дальнейшего преобразования.
Как известно, непосредственное УВД производится РЭС авиационной радиосвязи в метровом диапазоне радиоволн, а для резервной связи выделен декаметровый диапазон. Для гражданской авиации диапазон частот регламентируемый ICAO (118 ^ 136 МГц).
При анализе интермодуляционных помех, образующихся в каскадах УВЧ, обычно ограничиваются кубичным членом. Можно показать, что для средств авиационной командной связи диапазон частот помех, возникающих за счет интермодуляции в каскадах УВЧ, составляет (0,5 ^ 1,5) щ. Другими словами, для средств диапазона МВ потенциальные источники помех,
обусловленные интермодуляцией, распределены по частоте в диапазоне (59-204) МГц. Определенный выше диапазон частот помех за счет интермодуляционных каналов приёма в каскадах УВЧ позволяет определить те РЭС, которые работают на излучение в этом диапазоне. Это, в свою очередь, дает возможность с помощью алгоритмов образования этих помех распределить требуемые для работы частоты, которые не будут иметь побочных каналов приёма.
В районе аэропорта и особенно на радиопередающих центрах аэропортов, предназначенных для дальней связи, на излучение работают радиостанции МВ и ДКМВ диапазона. В связи с тем, что мощности их излучения достаточно велики, ясна необходимость учета воздействия ДКМВ средств связи на связные средства МВ диапазона по интермодуляционным каналам приёма вида щп1 ± щп2 = щ.
В этом случае частоты наиболее опасных интермодуляционных помех, образующихся в каскадах УВЧ, будут (щ ± = щ, 2о>1 - щ = щ , где щ - частота помехи, ближайшая к час-
тоте щ; щ - частота помехи, наиболее удаленная от щ .
Помехи, образующие интермодуляционные каналы приёма в смесителе, в значительной степени ослабляются входными цепями и каскадами УВЧ, а поэтому достаточно ограничиться вторым порядком канала, тем более, что режим работы смесителя выбирают на квадратичном участке вольтамперной характеристики. В большей степени интермодуляция в смесителе про-
является, когда частоты помех расположены по разные стороны от частоты wc, то есть частоты наиболее опасных интермодуляционных каналов определяются как |юп1 ± wn21 = wn4 .
Зная характеристики приёмника, в том числе и его промежуточную частоту, легко определяются средства связи, образующие эти каналы приёма.
Таким образом, специфику условий работы средств связи гражданской авиации предопределяет наличие взаимных и внешних помех. Поэтому при анализе работоспособности аппаратуры связи необходимо кроме собственных шумов учитывать также влияние указанных помех.
Проведенный анализ дает возможность выявить конкретные радиотехнические системы, работающие на излучение, как потенциальные источники помех, проникновение которых на выход приёмников средств радиосвязи по неосновным каналам приёма обуславливает наличие дополнительной составляющей Рп показателя работоспособности, что снижает качество функционирования системы авиационной радиосвязи. Степень ухудшения при неизменных параметрах информационного канала определяется характеристиками воздействующих помех. К их числу относятся энергетические и спектральные характеристики помех. Вместе с тем сеансность систем радиосвязи в гражданской авиации, особенно при УВД, когда обмен информацией между диспетчером и экипажем воздушного судна проводится в определенные сеансы времени и по установленному регламенту, предопределяет важное место временных характеристик взаимных помех. Наложение помех во время сеанса связи экипаж - диспетчер может приводить к различным негативным последствиям, влияющим на безопасность полетов.
THE ANALYSIS OF THE INFLUENCE SIDE CHANNEL RECIEVE ON CONDITION OF CAPACITY TO WORK OF THE FACILITIES AIRCRAFT RELATIONSHIP
Hodakovsky V.A., Unichenko E.G.
Analysis of the influence side channel acceptance is conducted in article on condition of capacity to work of the facilities aircraft relationship.
Key words: channels of the acceptance, aircraft relationship, capacity to work, validity, influencing factors.
Сведения об авторе
Ходаковский Владимир Анатольевич, 1940 г.р., окончил РКИИГА (1962), заслуженный деятель науки ЛССР, профессор, доктор технических наук, профессор РИМИС, автор более 300 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, радиотехника, организация и управление высшей школой и социально-экономическими системами.
Униченко Егор Григорьевич, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФАУ «Государственный центр «Безопасность полетов на воздушном транспорте», область научных интересов - управление составляющими безопасности полетов.
