Комплексная модель тракта ретрансляции диагностирующих сигналов при радиоконтроле линий спутниковой связи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕЛЬ ТРАКТА РЕТРАНСЛЯЦИИ ДИАГНОСТИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ ПРИ РАДИОКОНТРОЛЕ

ЛИНИЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Буров Роман Иванович,

Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", г. Воронеж, Россия, bri555@mail.ru

Гревцев Александр Иванович,

Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", г. Воронеж, Россия, shashafish@mail.ru

Илларионов Борис Владимирович,

Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", г. Воронеж, Россия, illbv@mail.ru

При проектировании линий спутниковой связи и расчете зон обслуживания учитываются любые, даже самые неблагоприятные, сочетания условий распространения сигналов, что при эксплуатации ретранслятора приводит к существенному преуменьшению рассчитанного уровня сигнала по сравнению с фактически обеспечивающимся. В этих условиях контроль соот-ветствия заявленных характеристик реальному уровню плотности потока мощности, создаваемому ИСЗ-ретранслято-ром у земной поверхности, в целях обеспечения электромагнитной совместимости, является наиболее приоритетной задачей радиоконтроля. При проведении радиоконтроля линий спутниковой связи методами активной диагностики необходимо рационально определить параметры диагностирующих сигналов, чтобы они удовлетворяли противоречивым требованиям по их уверенному приему после ретрансляции спутником без нарушения (снижения пропускной способности) функционирования линий спутниковой связи. Проведено математическое моделирование тракта ретрансляции диагностирующих сигналов при многостанционном режиме ретранслятора с учетом взаимного пространственного расположения спутника, зоны обслуживания и станции радиоконтроля. В модели учтены большинство известных факторов и особенностей распространения радиосигналов в линиях спутниковой связи применительно к различным статистическим явлениям в атмосфере (рефракции, деполяризации сигнала), а также нестабильность положения ИСЗ на орбите и связанная с этим вариативность границ зоны покрытия. В результате моделирования сделаны выводы о том, что в условиях априорной неопределенности о поляризационных параметрах используемых на борту контролируемого спутника антенн имеется принципиальная возможность активной диагностики стволов ретранслятора без ослабления диагностирующего сигнала, обусловленного несогласованностью поляризации. Кроме того, существуют принципиальные возможности выявления происходящих изменений в конфигурации контролируемой линии СпС (изменений границ зоны покрытия, рас-пределения абонентов внутри зоны обслуживания) и получение количествен-ной оценки загруженности ретранслятора (количества абонентов).

Информация об авторах:

Буров Роман Иванович, к.т.н., доцент кафедры радиотехники ВУНЦ ВВС "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", г. Воронеж, Россия

Гревцев Александр Иванович, к.т.н., доцент кафедры радиотехники ВУНЦ ВВС "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", г. Воронеж, Россия

Илларионов Борис Владимирович, д.т.н., профессор. Профессор кафедры радиотехники ВУНЦ ВВС "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", г. Воронеж, Россия

Для цитирования:

Буров Р.И., Гревцев А.И., Илларионов Б.В. Комплексная модель тракта ретрансляции диагностирующих сигналов при радиоконтроле линий спутниковой связи // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2020. Том 14. №4. С. 4-14.

For citation:

Burov R.I., Grevtcev A.I., Illarionov B.V. (2020) Complex model of a channel of retransmission of diagnosing signals at radiocontrol of satellite communication links. T-Comm, vol. 14, no.4, pр. 4-14. (in Russian)

DOI: 10.36724/2072-8735-2020-14-4-4-14

Ключевые слова: спутник-ретранслятор, радиоконтроль, спутниковая связь, диагностирующие сигналы, тракт ретрансляции

Проведение радиоконтроля линий спутниковой связи (СпС) предполагает решение ряда задач с целью получения достоверной информации о соответствии реального состояния использований заданного частотного ресурса выданным разрешениям на эксплуатацию радиоэлектронных средств (РЭС), а также поиск, выявление и определение принадлежности наблюдаемых линий СпС заданному для контроля ретранслятору. При этом использование лишь метода наблюдения излучаемых ИСЗ-ретранслятором сигналов не обеспечивает в общем случае достижения поставленной цели. Это обусловлено, во-первых - отличием частотных, структурных, поляризационных и энергетических параметров линий СпС на входе и выходе ИСЗ-ретранслятора, во-вторых - отсутствием или сознательным искажением априорных данных о характеристиках контролируемой линии СпС, в-третьих - возможным изменением конфигурации линии СпС, а при конфликтном взаимодействии - использованием мер помехозащиты. Выходом в данной ситуации может стать использование методов активной диагностики состояния трактов ретрансляции. Сущность данных методов заключается в излучении в направлении спутника специально сформированных испытательных (диагностирующих) сигналов, последующем их приеме после ретрансляции спутником, обработке и определении (на основе контроля изменения параметров сигналов) необходимых характеристик трактов ретрансляций,

Учитывая, с одной стороны, большую протяженность трасс приема-передачи и высокую загруженность стволов Спутника-ретранслятора, а с другой - требования по проведению радиоконтроля линий СпС без нарушения (снижения пропускной способности) их функционирования, необходимо рационально определить энергетические параметры диагностирующих сигналов (ДС). Методика энергетического расчета спутниковых линий связи достаточно полно изложена в ряде работ |1-3], однако при этом не учитывается статистическое распределение мешающих радиоизлучений, как в пространственной, так и во временной области и расчеты приведены только для геостационарных искусственных спутников Земли (ИСЗ). Кроме того, при проведении радиоконтроля возможны ситуации расположения средств контроля вне зоны обслуживания заданного спутника как для линии «вверх», так для линии «вниз», что приводит к дополнительному ослаблению диагностирующего сигнала.

Поэтому, целью настоящей статьи является комплексное моделирование тракта ретрансляции в интересах обоснования требований к энергетическим параметрам диагностирующих сигналов, обеспечивающих в заданных условиях использование методов активной диагностики и функционирование контролируемых линий СпС без снижения их пропускной способности.

В качестве основной особенности линий СпС можно отметить наличие больших потерь энергии сигнала, обусловленных его распространением на огромные расстояния (большой дальностью связи). Например, для геостационарных спутников-ретрансляторов ослабление сигнала может превышать 190 дБ, При построении модели тракта ретрансляции кроме этого основного ослабления необходимо в комплексе учесть и множество других эффектов и факторов, например: фарадеевское вращение плоскости поляризации, искривление (отклонение) от прямолинейной траектории, по-

глощение энергии сигнала в гидрометеорах, деполяризация сигнала и т.д. [1-3]. Кроме того, в комплексную модель тракта ретрансляции необходимо включить не только собственные шумы приемного устройства спутника, но смоделировать влияние различных электромагнитных помех в виде излучений космоса, Солнца и планет, а также мешающих радиоизлучений от земных радиостанций, не являющихся абонентами данной линии СпС. Поэтому взвешенный и комплексный учет всех вышеперечисленных условий позволит обосновать, е одной стороны, требования к энергетическим параметрам диагностирующих сигналов, обеспечивающие функционирование контролируемых линий СпС без снижения их пропускной способности, а с другой — необходимый для уверенного обнаружения уровень ретранслированного ДС на входе радиоприемного устройства средств радиоконтроля.

Исходными данными для проведения энергетического расчета линий СпС являются: координаты (географические долгота и широта, высота над уровнем моря) станции радиоконтроля (рл (Ацентра зоны обслуживания

{Р,с4,с-К) (точка Д на Рис- спутника {Р9,£6,И6) (Для геостационарных ИСЗ долгота Д. орбитальной позиции); коэффициент усиления приемной Сг;г передающей С?е2 и ширина диаграммы направленности антенны ретранслятора Дву,Дв{ в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, мощность, коэффициент передачи полноводного тракта, эквивалентная шумовая температура приемного устройства станции радио контроля Рл,г] и ИСЗ-

ретранслятора Р.,!/-, Тг,- соответственно.

Рис, I. Взаимное пространственное расположение спутника-ретранслятора. зоны обслуживания и анализируемой точки N

Ниже будут рассмотрены основные математические выражения, использующиеся для построения комплексной модели тракта ретрансляции, структурная схема которого и уровни диагностирующих сигналов для различных участков линии спутниковой связи представлены па рис. 2 применительно к многостанционному режиму работы ретранслятора с учетом взаимного пространственного расположения спутника, зоны обслуживания и станции радиоконтроля.

5

линейные координаты анализируемой точки в сис-

теме координат К А, связанной с центром Земли. Результаты расчета но формуле (7) для различных типов орбит (а - геостационарной ¡1 — 35746 кт, б - средневысотной

Кы = кт, В - низкоорбитальной Нко = 1500 кт)

представлены на рис. 5 в виде зависимости угла места антенны $т и наклонной дальности с1 от разностной долготы

(/3 — Ш ) анализируемой точки.

——■■—: —

N ___

- j— 1

X * (О

Рис. 5. Зависимости угла места антенны и наклонной дальности для различных типов орбит от разностной долготы

Представленные зависимости (рис. 5), рассчитанные для С = 52°N и Л = 1.03кт, могут служить для определения

границы оптической видимости (положительные 0 и отличные от нуля значения с/) и наглядно иллюстрируют преимущества геостационарной орбиты в зоне обслуживания, которая при выборе соответствующей ширины диаграммы направленности антенны может достигать глобальных размеров,

В условиях использования на спутнике узконаправленных или многолучевых антенн, устанавливаемых с целью формирования множества локальных зон обслуживания и повышения на этой основе пропускной способности и помехоустойчивости линий СпС за счет пространственной селекции мешающей радиоизлучений, необходимо учи тывать дополнительное ослабление диагностирующего сигнала, вносимое бортовой антенной. Диаграмма направленности (ДМ) антенны определяется зависимостью £ — /(д,у), где д и

у - угловые координаты, характеризующие направление па

источник радиоизлучения (рис. 6).

tg(i9,/2)

Рис. 6. Пример сечения диаграммы направленности антенны

Если диаграмма направленности антенны имеет эллиптическое сечение, то ее математическую модель можно представить в одномерном варианте $а=/(8д)г где

Sa=W/- нормированный угловой параметр, а Т -

угол в плоскости отсчета A0V, для которого значение S ,

такое же, как и для анализируемого направления, заданного в антенной системе координат параметрами д и у

(точка iV на рис. 1). Этот угол будет равен ¥=arctg[tgg- sin2 у+eos2 у , где e^gAO/D/ígíAejl]-

В качестве аппроксимации ДМ антенны в области главного лепестка применяются соотношения [3]:

Su = sin(eS„)/eS., (8)

S, = , (9)

где - функция Бесселя первого порядка первого рода.

Графики функций (8) и (9) приведены на рис, 7 в виде линий равного относительного усиления ДИ антенны (сплошные линии с градацией серого цвета - при совпадающей поляризации, пунктирные линии - при ортогональной поляризации коллинеарных антенн), рассчитанные применительно к геостационарному ИСЗ при Д. = 0°Е,

=15°Е, ^ = 24° N, A0g = 2,1\A0V = 1,7°.

щ ил U^VÍ' } J

к ¿L ц 10 н ^

Рис. 7, Линии равного относительного усиления ДН антенны

Представленные на рис, 7 зависимости наглядно иллюстрируют гак называемую заявочную зону покрытия системы спутниковой связи, приводимую страной-заявителем на первичном согласовании в МСЭ. Однако при реальном проектировании линии СпС для определения зоны покрытия необходимо учитывать ряд дополнительных факторов, оказывающих существенное влияние как на конфигурацию самой зоны покрытия, так и на статистическое распределения уровня сигнала во времени. К числу таких факторов относятся: дополнительное затухание сигнала, обусловленное различными статистическими явлениями в атмосфере (рефракция, деполяризация сигнала); появляющаяся со временем нестабильность орбиты спутника и связанная с этим нестабильность ориентации его антенн, приводящая к флуктуалиям границ зоны покрытия и к ошибкам в наведении земных станций на спутник-ретранслятор. Поэтому на практике зону покрытия ограничивают той ее частью, где заданное значение плотности потока мощности ретранслированного сигнала обеспечивается непрерывно при самых неблагоприятных сочетаниях выше перечисленных факторов, что зачастую приводит к существенному преуменьшению рассчитанной зоны по сравнению с фактически обеспечивающейся при эксплуатации.

Влияние рефракции (т.е. искривление траектория) сигнала при работе линий спутниковой связи проявляется в уве-

личении области поиска спу тника антенно-фидерной системой земной станции, невозможности программного наведения на спутник в области малых углов меета, возникновении дополнительных потерь сигнала в неподвижных антенных системах, ориентированных в направлении заявленного положения ИСЗ, Рефракцию в ионосфере аппроксимируют [2] выражением Щ к 57,3 eos вт /( f1 sin' вт), из которого

можно сделать вывод о том, что она обратно пропорциональна квадрату частоты сигнала И становится пренебрежительно малой при f > 5 ГГц ■ Искривление траектории сигнала в тропосфере не имеет частотной зависимости и ;шя спокойной атмосферы её регулярная составляющая может быть аппроксимирована выражением 5lr sz (п lf-\)ctgOm>

где 0т - угол места, ц - показатель преломления атмосферы. При наведении антенн земных станций по максимуму ретранслированного сигнала искривлением его траектории можно пренебречь, но необходимо учитывать угловое отклонение оси диаграммы направленности антенны от истинного направления на спутник, обуславливающее потери из-за неточности наведения антенн земных станций на спутник, которые в общем случае определяются согласно [1] из соотношения

коллинеарными (передающей и приемной) антеннами при использовании линейной поляризации ЭМВ

Ю/g

1+ 2 ~

1 ti

{A*« J

(10)

Графики зависимости ослабления сигнала из-за неточности наведения антенн от разностной долготы ((3 — р.), рассчитанные согласно (10) при ^ — для различных диапазонов длин волн, приведены на рис. 8.

10 20 30 40 50 р -

Рис. 8. Ослабление сигнала из-за ошибок наведения антенн на ИСЗ

Влияние атмосферы также проявляется в виде фазовой дисперсии сигналов, связанной с эффектом Фарадея |6], который возникает при распространении электромагнитной волны с линейной поляризацией через ионосферу. Данный эффект приводит к разделению этой ЭМВ на две составляющие, распространяющиеся с различными фазовыми скоростями, что обуславливает поворот плоскости поляризации суммарной волны. Для инженерных расчетов можно воспользоваться эмпирической формулой [2], аппроксимирующей угол поворота ПЛОСКОСТИ поляризации линейно-ноляризованной электромагнитной волны

Д, * 2,37-1017//2 (11)

Применительно к функционированию линий спутниковой связи и ретрансляции диагностирующих сигналов необходимо учитывать влияние этого эффекта, проявляющееся в возникновении дополнительных потерь сигнала [1] между

Lf = l0lg(cosfie)

(12)

Результаты расчетов по формулам (II), (12) приведены на рис. 9, анализ которого показывает, что фазовая дисперсия сигналов приводит к заметному повороту плоскости поляризации на частотах до 5 ГГц, а на частотах более 10 ГГц влияние этого явления можно не учитывать.

г дБ 0-5

Рис, 9, Частотные зависимости угла поворота плоскости поляризации и ослабления сигнала

В этих условиях при использовании шумоподобных фазо-кодо-манипулированных диагностирующих сигналов возможно разрушение отклика коррелятора при их оптимальной обработке и тем самым, срыв проведения процедуры радиоконтроля. Для оценки набега фазы спектральных составляющих диагностирующего сигнала можно воспользоваться выражением [5] — Гд ^ с([, где С - ско-

рость света, п ,, - коэффициент преломления атмосферы.

При этом групповое время запаздывания спектральных составляющих диагностирующего сигнала будет определяться как д г = / с//. Дтя определения гранил безискажен-

ной Д/^.Дг =0.1 передачи широкополосных сигналов используется выражение [2]

дг <^з.1о-'73 03)

Результаты расчета, проведенного в среде моделирования Ма1ЬСас1 14 [9], согласно выражения (13) представлены на рис. 10. Анализ представленной зависимости показывает, что наибольшая ширина спектра сигнала , удовлетворяющая условию безискаженной передачи через атмосферу, составляет не более 25 МГц в диапазоне дециметровых длин волн и возрастает до 270 МГц в сантиметровом диапазоне длин волн. Указанные ограничения необходимо учитывать при обосновании требований к параметрам диагностирующих сигналов.

для вертикальном поляризации

ф J£:+ fiOvA )sin0„, - ^JZ^¡Ъ0a■:Лs - cos2 вт ^ (15)

(Е, + /60(7. Лу )sin&m + + /60(Т_ А - cos2 вт где s, - диэлектрическая проницаемость, а, - электропроводность Земли соответственно. Значения £_ и о\ для некоторых видов подстилающей земной поверхности приведены в таблице ниже.

Вид земной

поверхности

Морская вода 80 I...6

Пресная вода 80 10"3...5-10"3

Влажная почва 5...30 10--...КГ

Сухая почва 2...6 юЛ.ло"1

Глубину замираний, возникающих при интерференции прямого и отраженного от земной поверхности лучей, применительно к постоянству их амплитуд и равновероятной [0.Л'] разности фаз между ними в интегральном статистическом распределении можно определить как |2|

т?/1/ i i 1 V*-\-<P'SJ2ej/L^ (Щ

F (V ) = 1--arceos-¡ у '

ж 20y¡SJ29J/Lpl-

Результаты расчетов по формулам (14)...(16) представлены на рис, 13, который наглядно демонстрирует значительные (до 6...15 дБ) колебания уровня сигнала, обусловленные интерференцией прямого и отраженного от земной поверхности лучей при линейной поляризации ЭМВ и малых углах места [2].

ГЩХ

m

a Y, дБ

Рис. 13. Зависимость глубины замираний от множителя ослабления

Из анализа представленных на рис. 13 зависимостей можно сделать вывод о том, что при малых углах места (например, при размещении средств радиоконтроля на значительном удалении от зоны покрытия спутника) необходимо использовать антенны с узкими ДН (с шириной ДП Д(9, < Вт ) и круговой поляризацией. В этом случае глубина

интерференционных замираний даже в наихудших условиях {при углах места близких к углу Брюстера) не будет превышать 6 дБ.

При малых углах места возможно увеличение шумовой температуры приемной антенны земной станции, обусловленное попаданием шумов Земли в главный лепесток её ДП [2]: 71 =Т0г(1—Ф), где Т0г =290Л' - шумовая температура Земли. Количественная оценка этого явления показывает, что прирост шумовой температуры составляет примерно 60 ...80 К при углах места близких к нулю 0 (),

В условиях отсутствия или искажения априорных данных об используемой в тракте ретрансляции виде поляризации ЭМВ представляет интерес количественно оценить потери энергии сигнала при несовпадении поляризационных параметров коллинеарных антенн спутника и средств контроля. Согласно [5| модуль напряжения сигнала, выделяемый па эквивалентной нагрузке приемной антенны в общем случае

кЕп

\U\=-

1 +

4kL.ka+(\-k2)(\-k;)cos2/3i,

(17)

2 \ (\ + к*)(\ + к;) где к - коэффициент, характеризующий ослабление диагностирующею сигнала при распространении, Е - напряженность поля электромагнитной волны, к, - коэффициент

эллиптичности приемной антенны средств радиоконтроля, ка - коэффициент эллиптичности передающей антенны

спутника, р - угол между большими полуосями эллипсов

поляризации передающей ИСЗ и приемной антенн средств радиоконтроля. При строю круговой поляризации электромагнитной волны модуль напряжения (17) на эквивалентной нагрузке приемной антенны будет определяться соотношением

V с,н I

1±-

П+К)

(18)

где знак минус соответствует несовпадению поляризации передающей ИСЗ и приемной антенн средств разведки, а знак плюс - их совпадению. При линейной поляризации радиоволн выражение (17) можно преобразовать к виду

\UL\ = kEjl±

(\-kl)cos20t

(19)

а+%)

Как следует из уравнения (19), максимум коэффициента передачи достигается при сонаправленности векторов поляризации нриемо-иередающих антенн. Однако при проведении рад и о контроля это условие может не соблюдаться как при изменении взаимного расположения спутника и средств радиоконтроля, так и из-за рассмотренных выше фазовых эффектов в атмосфере. Поэтому в сантиметровом диапазоне длин волн наиболее целесообразно использовать диагностические сигналы с круговой поляризацией, а в миллиметровом диапазоне длин волн выбор вида поляризации диагностических сигналов определяется в основном эффектами деполяризации при распространении в атмосфере.

На рисунке 14 представлены рассчитанные в среде моделирования МаЛСаё [10] кривые зависимости максимальных потерь си]" нал а т от коэффициент эллиптичности приемной антенны средств радиоконтроля к при Д,=90° для различных значений коэффициента эллиптичности кв бортовой антенны спутника, из которого следует, что при

]с —» 1 вне зависимости от поляризационных параметров

антенн ИСЗ-ретранслятора лля эллиптической поляризации обеспечивается передача диагностирующего сигнала практически без потерь.

к

Ц.1ЛБ

-10

* ' ■ — — —-

У / / у у у "ММ

0 0! 02 03 04 0.5 0« 0.7 0« 09 к. Рис, 14, Зависимость поляризационных потерь сигнала

На рис, 15 представлены зависимости суммарного ослабления диагностирующих сигналов от координат точки радиоконтроля с учетом воздействия всех выше рассмотренных условий распространения и использования на борту ретранслятора узконанравленной антенны (ширина ДМ &0 = 2,1°, Дву =1,7°) в виде линий равного усиления при

совпадающей (пунктирные линии) и несовпадающей (сплошные линии с градацией серого цвета) поляризации коллинеарных антенн.

р = (20) 5(п г

где ©^ - ЭИИМ средств (станций) контроля, г}61, С6] - соответственно коэффициенты передачи волноводного тракта и усиления приемной антенны спутника, £Х] - суммарное

ослабление Сигнала на трассе распространения. Графики частотной зависимости мощности диагностирующего сигнала на входе ретранслятора для различных условий распространения (а - минимальные потери передачи при совпадающей поляризации, б - максимальные потери передачи с учетом всех ослабляющих факторов при несовпадающей поляризации, в - максимальные потери при совпадающей поляризации) при 0^ =57 с!В1¥ и СйХ11(Л=Ъ2с1ВШ представлены на рис. 16.

-50 Р, дБВТ

-100

-150

-200

Г*

10

15

20 £ ГТи

Рис, 15, Зависимости суммарного ослабления диагностирующих сигналов

Расчеты проведены с использованием выражений (1)...{19) для геостационарной орбиты в 0-диапазоне (8/7 ГГц) без учета ЭИИМ средств контроля < Д, = 0°Е) при

координатах центра зоны обслуживания (точка Ц) Д = 15°£ 1 Е,1С — 24°^ и, для примера, показано размещение средств радиоконтроля (точка СК) в координатах Рк—Ъ9°Е, £ — 52(г.Воронеж). Анализ представленных зависимостей показывает значительное (10...15 дБ) возрастание ослабления диагностирующего сигнала при удалении от центра зоны обслуживания (область малых углов места) и несовпадающей поляризации.

Проведенное выше моделирование условий распространения радиоволн позволяют определить уровень диагностирующего сигнала на входе приемного устройства ИСЗ-ретранслятора, количественная оценка которого может быть получена из выражения

Рис. 16. Частотная зависимость мощности ДС на входе РПУ ретранслятора

Приведенное уравнение (20) связи для линии «вверх» может быть использовано и для расчета на участке «вниз» при замене соответствующих значений КПД фидера, коэффициента усиления спутника и определение доли мощности ретранслятора, приходящейся на излучение диагностирующего сигнала, расчет которой может быть проведен на основе аддитивного суммирования всех радиоизлучений, воздействующих на вход приемного устройства ретранслятора.

Мощность собственных шумов ретранслятора Щ = ктъ, где А- = 1,38-10"23 Вт /Гц ■ К - постоянная Больцмана, Ту - эквивалентная шумовая температура всей

приемной антенно-фидерной системы с учетом внутренних и внешних шумов, д/^ - ширина полосы ствола ретранслятора. Кроме этих шумов на вход ретранслятора воздействуют также радиоизлучения абонентов линии СпС и источников мешающих излучений. После приема, информационные и диагностирующий сигналы, помехи и шум в виде аддитивной смеси усиливаются в общем тракте ретранслятора и излучаются в направлении зоны обслуживания.

В этих условиях при наличии нелинейности в тракте ретранслятора или элементов с АМ-ФМ преобразованием может привести в общем случае к подавлению диагностирующего сигнала сильным информационным и появлению соответствующих помех Рн и р^, которые также излучаются ретранслятором. Следовательно, доля мощности передатчика ствола, приходящаяся на диагностирующий сигнал, будет определяться как

Проведенное в настоящей работе комплексное моделирование тракта ретрансляции диагностирующих сигналов, отличительными особенностями которого являются взвешенный учет условий распространения радиоволн и влияния нестабильности орбиты КЛ на взаимное пространственное положение зоны облуживания, абонентов и средств радиоконтроля применительно к радиоконтролю линий спутниковой связи; позволяет сделать следующие выводы:

1. При проектировании линий спутниковой связи и расчете зон обслуживания учитываются любые, даже самые неблагоприятные, сочетания условий распространения сигналов, что при эксплуатации ретранслятора приводит к существенному преуменьшению рассчитанного уровня сигнала по сравнению с фактически обеспечивающимся, В этих условиях контроль соответствия заявленных характеристик реальному уровню плотности потока мощности, создаваемому ИСЗ-ретранслятором у земной поверхности, в целях обеспечения электромагнитной совместимости является наиболее приоритетной задачей радиоконтроля. Кроме того, указанные факторы обуславливают возможность проведения радиоконтроля даже при значительном удалении средств контроля от границы зоны обслуживания ИСЗ-регранслятора.

2. В условиях априорной неопределенности о поляризационных параметрах используемых на борту контролируемого спутника антенн имеется принципиальная возможность активной диагностики стволов ретранслятора без ослабления диагностирующего сигнала, обусловленного несогласованностью поляризации.

3. Взвешенный учет всех факторов, оказывающий существенное влияние на условия распространения в спутниковых линиях связи, позволяет избежать снижения пропускной

способности контролируемой линии СпС и обосновать рациональные требования к энергетическим параметрам диагностирующих сигналов, а также служить в качестве исходных данных для оценки энергетической и структурной скрытности процедуры радиоконтроля,

4. Существует принципиальная возможность выявления изменений в конфигурации контролируемой линии СпС (изменений границ зоны обслуживания, распределения абонентов внутри зоны) и количественной оценки загруженности ретранслятора (количества абонентов).

Литература

1. Гоибов Э.Б. Нелинейные явления в приемопередающем тракте аппаратуры связи. М,: Связь, 1971, 246 с,

2. Кантор Л.Я. Справочник по спутниковой связи и вещанию. М.: Радио и связь, 1983. 287 с.

3. СпилкерДж. Цифровая спутниковая связь. М.: Связь, 1979. 197 с.

4. Бородин СВ. ЭМС наземных и космических радиослужб. М.: Радио и связь, 1990. 272 с.

5. Тузов Г.И. Помехозащищенность ралиосистем со сложными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 264 с.

6. Калашников Я. И. Системы связи через ИСЗ. М.: Связь, 1989. 211 с.

7. ФортушенкоА.Д. Основы технического проектирования систем связи через ИСЗ. М: Связь, 1990. 261 с.

8. Петров ЮМ. Обеспечение достоверности и надежности компьютерных расчетов. Спб.: БХВ-Пстербург, 2010. 160 с.

9. Очков В. Ф MailiCad 14 для студентов и инженеров. Спб.: БХВ-Пстербург, 2009. 512 с.

10. ГурскийД.А. Вычисления в MathCad. Спб.: Питер, 2006, 544 с.

T-Comm Vol.14. #4-2020

I

13

COMPLEX MODEL OF A CHANNEL OF RETRANSMISSION OF DIAGNOSING SIGNALS AT RADIOCONTROL OF SATELLITE COMMUNICATION LINKS

Roman I. Burov, Military-air Academy of a name of professor N.EZhukovsky and U.A.Gagarin, Voronezh, Russia, bri555@mail.ru Alexander I. Grevtcev, Military-air Academy of a name of professor N.EZhukovsky and U.A.Gagarin, Voronezh, Russia, shashafish@mail.ru Boris V. Illarionov, Military-air Academy of a name of professor N.EZhukovsky and U.A.Gagarin, Voronezh, Russia, illbv@mail.ru

Abstract

At designing of satellite communication links and calculation of service areas any are considered, even the most severe, combinations of propagation conditions of signals, that at repeater operation leads to essential underestimation of the calculated signal level in comparison with actually supplied. In these conditions the control of conformity of the declared characteristics to real level of fluence of the power, created by an artificial satellite-repeater at an earth surface, with a view of electromagnetic compatibility provision, is the most priority problem of radiocontrol. At carrying out of radiocontrol of satellite communication links by methods of active diagnostics it is necessary to determine rationally parametres of diagnosing signals that they met inconsistent requirements on their confident method after retransmission by the companion without violation (capacity reduction) of performance of satellite communication links. In activity mathematical modelling of a channel of retransmission of diagnosing signals is conducted at a multi-station mode of a repeater taking into account a mutual space arrangement of the companion, a service area and radiocontrol station. In model the majority of known factors and features of distribution of radio signals in satellite communication links with reference to the various statistical phenomena in atmosphere (a refraction, a signal unpolarizing), and also instability of a rule of an artificial satellite in an orbit and the variability of margins of a cover zone coupled to it are considered. As a result of modelling conclusions that in the conditions of aprioris-tic ambiguity about polarising parametres of aerials used onboard the controllable companion there is a basic capability of active diagnostics of trunks of a repeater without attenuation of the diagnosing signal caused by mismatching of polarisation are drawn. Besides, there are basic capabilities of detection of occurring variations in a configuration of controllable satellite communication link CnC (variations of margins of a cover zone, distribution of subscribers in a service area) and obtaining of a quantitative estimation of congestion of a repeater (quantity of subscribers).

Keywords: a repeater satellite, radiocontrol, a satellite communication, diagnosing signals, a retransmission channel.

References

1. Gribov E.B. (1971). Nonlinear's mushrooms in a priemo-transferring path of equipment of communication. Moscow: Communication. 246 p.

2. Kantor L.Y. (1983). The directory on a satellite communication and an announcement. Moscow: Radio and Communication. 287 p.

3. Spilker J. (1979). A digital satellite communication. Moscow: Communication. 197 p.

4. Borodich S.V. (1990). Ems land and space radio services. Moscow: Radio and Communication. 272 p.

5. Tuzov G.I. (1985). Noise immunity of radio systems with difficult signals. Moscow: Radio and Communication. 264 p.

6. Kalashnikov N.I. (1989). Communication system through an artificial satellite. Moscow: Communication. 211 p.

7. Fortushenko A.D. (1990). Bases of technical designing of communication systems through an artificial satellite. Moscow: Communication, 261 p.

8. Petrov U.M. (2010). Maintenance of reliability and reliability of computer calculations. St.-Petersburg: BHV-Peterburg.160 p.

9. Ochkov V.F. (2009). MathCad 14 for students and engineers. St.-Petersburg: BHV-Peterburg. 512 p.

10. Gursky D.A. (2006). Calculation in MathCad. St.-Petersburg: Peter. 544 p.

Information about authors:

Roman I. Burov, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Radio Engineering Department, Federal State-Funded Military Educational Institution of Higher Professional Education Military-air Academy of a name of professor N.EZhukovsky and UA.Gagarin, Voronezh, Russia

Alexander I. Grevtcev, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Radio Engineering Department, Federal State-Funded Military Educational Institution of Higher Professional Education Military-air Academy of a name of professor N.EZhukovsky and UA.Gagarin, Voronezh, Russia Boris V. Illarionov, Doctor of Engineering Sciences, Professor, Radio Engineering Department, Federal State-Funded Military Educational Institution of Higher Professional Education Military-air Academy of a name of professor N.EZhukovsky and UA.Gagarin, Voronezh, Russia