К вопросу определения статистических характеристик коэффициента передачи однолучевого декаметрового канала связи с учетом естественных возмущений ионосферы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

АВТОМАТИКА, УПРАВЛЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА

УДК 621.391.825

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ОДНОЛУЧЕВОГО ДЕКАМЕТРОВОГО КАНАЛА СВЯЗИ С УЧЕТОМ ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ИОНОСФЕРЫ

© 2007 г. В.В. Антонов, В.И. Петренко, А.Н. Ключенко

Известно, что в ионосфере наряду с регулярными изменениями ее состояния (суточными, сезонными) часто наблюдаются возмущения, во время которых существенно увеличивается или уменьшается средняя электронная концентрация (ЭК) N (И) целых областей ионосферы, а также нарушение её микроструктуры [1]. Если эти отклонения наблюдаются в течение 1 ч и более, то они называются естественными возмущениями ионосферы (ЕВИ). Последние традиционно разделяются на четыре типа: 1) повышение поглощения в слое Д 2) образование спорадического слоя Е» 3) изменение критических частот /р) слоя Е2, 4) увеличение диффузности слоя Е2.

Наиболее важным с точки зрения работы средне-широтных радиолиний являются естественные возмущения третьего типа. Эти возмущения характеризуются аномальным изменением ионизации в области Е. Следует заметить, что процент времени существования ЕВИ за год достаточно высок и, как правило, повышается с увеличением солнечной активности и широты трассы. В этих условиях значительно затрудняется маневр рабочими частотами, обеспечивающими требуемое качество работы однолучевых декамет-ровых (ДКМ) каналов связи (КС). Степень возмущения ионосферы количественно оценивается коэффициентом вариации критических частот V/ [1].

Известно, что для количественной оценки качества работы ДКМ КС в условиях ЕВИ необходимо установить аналитическую взаимосвязь между статистическими параметрами (СП) коэффициента передачи (КП) ДКМ КС и физическими параметрами возмущенной ионосферы (ФПВИ).

В [2] получена зависимость СХ КП однолучевых ДКМ КС для нормального состояния ионосферы (НСИ) от трех факторов: параметров неоднородной ионосферы N (И), рабочей частоты волны /0 и угла ее падения на ионосферу ф 0 . Эта зависимость получена через величину дисперсии флуктуаций фазового фронта ДКМ волны на выходе слоя Е следующего вида:

аф = 2(80,8п/о)2г01э[рЩ)^2//о]2 , (1)

где с - скорость света, г0 - максимальный размер не-однородносетй, Ьэ - эквивалентный путь, проходимый

волной в ионосфере, в - интенсивность неоднород-ностей, к0 = /0//т < 1 - коэффициент пропорциональности между /0 и максимально применимой частотой (МПЧ) /).

Выражения для СХ КП однолучевого ДКМ КС, полученные через величину а ф, имеют вид [2]

2 , ехр (-аф), (2)

а р = Fa-

lz 2 = Fa [1 - exp(-ab]

(3)

где а р, 2а 1 - соответственно регулярная и флуктуа-

ционная составляющие коэффициента; Ео - стандартный множитель ослабления сигнала по мощности.

Целью статьи является получение аналитических зависимостей СХ КП в однолучевом ДКМ КС от ФПВИ (N(Ит),в,У/,г0), рабочей частоты волны /0 и угла её падения на ионосферу ф 0, позволяющих количественно оценить характер изменения модели однолучевого ДКМ КС при ЕВИ.

Для получения искомых аналитических выражений обратим внимание на следующие обстоятельства

[3]:

1. Для средних широт характерны как отрицательные, так и положительные возмущения, при которых средняя электронная концентрация понижается либо повышается на 30 - 40 % от своего среднего значения.

2. Во время ионосферной бури на плавное изменение средней ЭК слоя Е2 налагаются интенсивные неоднородности.

3. Случайные флуктуации средней ЭК на высоте отражения ^И) подчиняются нормальному закону распределения вероятностей (ЗРВ) и имеют вид:

W

(n (h))

1

х exp

72uD[ N (h) v ]

(Nh) v - m [ Nh) v ])2

2D[ N (h) v

(4)

где M [ N (h) v ] - математическое ожидание вариаций

средней ЭК на высоте отражения N(h) V , D[N(h) v ] -дисперсия этих вариаций.

Эти числовые характеристики (N(h) V) определяются согласно [4] как

M[NhV]=i N(h)V^[N(h)V]dNh)V = N00, (5)

D [aTV ] = k2 D[ N (hm) v ] = k 2a2N (hm). (10)

С учетом выражения (7) зависимость (9) можно представить как

M [а

фу i

2(80,8п)2 r0 L э

cfo

N(hm) v =

= kN(hm ) = аФ•

D [ N (h) v ] = J [ N (h) ^ - N (A)] 2 W [ N (h) v ] rfN (h) f

= а2[N(h)v] = ü2n(h) •

(6)

С учетом (5) и (6) зависимость (4) можно записать

в виде

W (N (h))

i

2па^ (h)

exp

(N(h) v - N(h))2

2а 2n (h)

Представим выражение для флуктуаций фазового фронта волны на выходе ионосферного слоя (1) как

а ф = 2(80,8 п/с)2 г0Ь э[рЖ (Нт )к Ц /0 ]2 = к 2 [ N (Нт)] 2,

к = 7^

f 80,8nßкО Л

Cfo

(7)

аф= kN(hm )•

(8)

W (а фУ) = k- W

А

-1W [ N (h) к ] •

Таким образом, математическое ожидание афу

при ЕВИ равно СКО флуктуаций фазового фронта выходной волны (8) при НСИ.

С учетом выражения (7) зависимость (10) можно представить в виде

D ^ ] = 2(80,8п)2 Го L s

^ßk2А2

cf0

4У{ N(hm) =

im,2

= 2(80,8п)2 r0 L э

ßkpN (hm)

cf0

4vf = 4alvf2.

где N(кт) - максимальная средняя ЭК, к - постоянный коэффициент, равный

Тогда зависимость среднеквадратического отклонения (СКО) флуктуаций фазового фронта выходной волны будет иметь вид

При этом СКО флуктуаций будет определяться как

а[афу] = 2аф^/ .

Таким образом, СКО вариаций фазового фронта выходной волны увеличивается в 2У/ раз по сравнению со случаем отсутствия медленных вариаций средней ЭК.

На основании вышеизложенного запишем выражение для закона распределения вероятности вариаций фазового фронта выходной волны Ж (афу) при ЕВИ в виде

Вместе с тем известно [5], что при линейной зависимости вида y = ax (где x - непрерывная случайная

величина и a = const), плотность распределения величины y определяется как

Wx (х)=a Wy ( y i.

a V a )

Исходя из этого определим закон распределения вероятностей случайных вариаций дисперсии флуктуаций фазового фронта а в виде

W (аф v) =

1

A/2nD[ä 1

exp

г exp

фv J

(аф v-аф )

2D[а

фV J

V2^

(афV -аф)'

2D

фv

где

D ФV = D^ ] = 4афк2

(11)

(12)

'фу — ^ф^1 и фг / ■

В результате усреднения выражений (2), (3) по ЗРВ (11) были получены выражения для СХ КП в однолучевом ДКМ КС при ЕВИ в виде

a2 =

^ pv

Числовые характеристики при линейной трансформации закона распределения определяются как [5]

М [ах] = аМ [х] и Б [ах] = а 2Б [х].

Тогда выражения для определения числовых характеристик ЗРВ случайных вариаций афу определим

в виде

М ^ ] = кМ [ N (кт) у ] = кЩ^); (9)

exp [-аф/(1 + 2Dфv))

2 2 , exP [-а Ф/( + 2Dфv ))

2а bv = 1

(13)

(14)

41 + 2 D ^ '

Выражения (13), (14) позволяют представить КП I Л 2

по мощности b в однолучевом ДКМ КС при ЕВИ в

v

виде

1

b =

= «;v +2zbv =

exp [-а 2/(1 + 2 D ^)]

Vi + 2 D 4v

\

- exp [-а2/ (i + 2D фу ]] Vi + 2 D Vv

(15)

Проведенные согласно выражению (15) расчеты показывают, что при наличии ЕВИ соотношение между СХ КП изменяется. Увеличение значения а ф приводит к более резкому снижению а2 и возрастанию

2а по сравнению с их значениями при НСИ, а следовательно, и к более быстрому изменению типа модели однолучевого ДКМ КС. Вместе с тем сумма, определяющая среднестатистическое значение КП в однолучевом ДКМ КС по мощности как при НСИ, так и при ЕВИ, останется неизменной и равной единице.

Таким образом, полученное выражение (15) устанавливает искомую взаимосвязь через числовые характеристики а 2 и Б фу, которые согласно выражениям (1) и (12) зависят от исследуемых факторов:

ФПВИ (N(Ит), в, V/, г0), рабочей частоты волны ( /0 ) и геометрии радиолинии ( ф0 ).

Достоверность полученных зависимостей подтверждается тем, что в случае отсутствия ЕВИ выражения (13), (14) сводятся к известным (2), (3) выражениям для СХ КП однолучевого ДКМ КС, полученных в предположении НСИ.

Литература

1. Теория электромагнитного поля и распространение радиоволн. Ч. 2: Распространение радиоволн / В.П. Серков, П.В. Слюсарев. ВАС, 1973.

2. Пашинцев В.П., Колосов Л.В., Тишкин С.А., Антонов В.В. Применение теории фазового экрана для разработки модели односкачкового декаметрового канала связи // Радиотехника и электроника. 1996. Т. 41. № 1, С. 21-26.

3. Ионосферные возмущения и их влияние на радиосвязь / Ответ. ред. Р. А. Зевакина, Л.Н. Ляхова М., 1971.

4. Горяинов В.Т., Журавлев А.Г., Тихонов В.И. Примеры и задачи по статистической радиотехнике / Под ред. В.И. Тихонова. М., 1970.

5. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М., 1970.

Ставропольский военный институт связи ракетных войск

14 ноября 2006 г.

v

УДК 654.9

МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ СИГНАЛИЗАЦИИ

© 2007 г. А.Г. Дедегкаев, А.М. Кабышев

Применяемые в настоящее время системы охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации решают важную задачу обеспечения жизнедеятельности и нормального функционирования бытовых и промышленных объектов. Такие системы отличаются большим разнообразием, решают поставленные задачи различными методами и имеют свои достоинства и недостатки.

Унифицировать блоки систем сигнализации, расширить их возможности, повысить надежность и упростить схемные решения, уменьшить трудоемкость наладки и монтажа можно, применяя современные средства микропроцессорной техники, которые позволяют разрабатывать системы сигнализации на основе универсальных модулей. Структурная схема такого модуля представлена на рис. 1.

Модуль предназначен для приема, передачи, кодирования и дешифрирования информации. Основу модуля составляет микро-ЭВМ, передача информации осуществляется через порты ввода и вывода. К порту ввода могут подключаться первичные источники информации охранной и охранно-пожарной сигнализа-

ции (активные и пассивные оптико-электронные из-вещатели, омические извещатели и т.д.), приемники информации по оптическому каналу, радиоканалу, проводной связи, а также клавиатура (перемычки), предназначенная для задания режимов работы модуля.

Порт ввода \

информации >

Ж

Микро-ЭВМ

ПЗУ

ТЕ

Порт ввода информации

7FT

Блок питания

Рис. 1

К порту вывода подключаются оповещатели (световые и звуковые), устройства отображения информации, устройства передачи информации по радио или оптическому каналу (используются лазеры и свето-диоды) и по проводной линии связи.