Метод передачи данных с борта воздушного судна в городских районах в режиме автоматического зависимого наблюдения для снижения эффекта отражения волн Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.396.98.004.1

МЕТОД ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С БОРТА ВОЗДУШНОГО СУДНА В ГОРОДСКИХ РАЙОНАХ В РЕЖИМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАВИСИМОГО НАБЛЮДЕНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЭФФЕКТА

ОТРАЖЕНИЯ ВОЛН

Д.А. ЗАТУЧНЫЙ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Логвиным А.И.

В данной статье рассматривается задача выбора места передачи данных в режиме АЗН с целью снижения погрешностей, связанных с отражением волн. Формулируется критерий выбора места передачи данных на основе математического анализа условий прихода разного количества отражённых волн.

Ключевые слова: автоматическое зависимое наблюдение, отражённая волна, среднее число зданий, отражающая поверхность, интерференция радиоволн.

1. Введение

АЗН (автоматическое зависимое наблюдение) представляет собой метод наблюдения, в соответствии с которым ВС автоматически предоставляют по линии передачи данных информацию, полученную от бортовых навигационных систем и систем определения местоположения, включая опознавательный индекс ВС, данные о его местоположении в четырех измерениях и, при необходимости, дополнительные данные. В качестве систем определения местоположения следует использовать спутниковые радионавигационные системы (СРНС), составленные из навигационных космических аппаратов (НКА).

Особенности распространения радиоволн в городских кварталах достаточно полно были рассмотрены в [1].

Крупные строения, размеры которых во много раз превышают длину волны ОВЧ-излучения, создают обширные теневые зоны, а рассеянные и отражённые волны придают процессу распространения радиоволн в городе существенно многолучевой характер и формируют сложную интерференционную структуру поля с глубокими и резкими пространственными замираниями. Это создаёт значительные трудности как для прогноза условий работы радиосредств, так и для обеспечения надёжной радиосвязи, особенно в системах широкополосной цифровой связи и при связи с подвижными объектами.

Современные города с точки зрения распространения радиоволн представляют столь сложную среду, что её математическое описание немыслимо без упрощений, определяемых целями конкретной задачи. Для ОВЧ крупные городские строения практически непрозрачны, их размеры во много раз превышают длину волны. Это приводит к образованию в городе обширных теневых зон и в значительной степени определяет свойства формирующегося поля.

2. Модель городской застройки

В качестве модели городской застройки примем множество крупных непрозрачных объектов, случайно расположенных на плоской поверхности - поверхности земли. Построим декартову прямоугольную систему координат (х, у, I), совместив с поверхностью земли координатную плоскость I = 0. Рельеф городской застройки в принятой модели будем описывать резко пересечённой поверхностью с крутыми неровностями, причём поверхностью непрерывной или являющейся пределом последовательности непрерывных поверхностей, которую можно описать уравнением I = Z (х, у), однозначно определяющим высоту рельефа I относительно земной поверхности.

t ч (О,z > Z(х,у),

Построим характеристическую функцию %(r) = < / \ •

[1, z < Z (х, у).

N

При г > 0 представим её в следующем виде %(г) = ^ %п (х, _у)%0п (2), где N - число зданий в

П =1

районе; сп (х, у) - функция, равная единице, если проекция точки (х, у, z) на плоскость г = 0 попадает внутрь или на границу п -го здания, и нулю в противном случае; кп - высота п -го здания;

%а (г) - характеристическая функция, равная единице на интервале (а, Ь) и нулю вне его.

Вычислим среднее значение %(г) по ансамблю возможных её реализаций. Будем считать, что высоты [кп}, п = 1,2,...,N имеют одинаковые распределения для всех п и не зависят от

формы проекций зданий на плоскость г = 0, а также от общего их числа N . Результат усредне-

N

ния может быть записан в виде: < %(г)>=< Сп(Х У) >< Соп (гК так как при сделанном пред-

п =1

і_\^ --------------п . Обозначим через м>(..п)

положении < %0” (г)> не зависит от п . Обозначим через ^(0п) плотность распределения высот зданий, тогда < Со0п >= | ^(0п )Э0п = Р0 (г) и определяет вероятность того, что 2 < 0п. Функция

z

x(x, y,0)== ^ Хп (x, У) принимает единичные значения в плоскости z = 0 на множестве, яв-

п=1

ляющемся объединением проекций всех зданий, и равна нулю вне этого множества. Её среднее

N

значение ^ xn (x, y) = M определяет вероятность того, что проекция точки на плоскость z = 0

п=1

принадлежит указанному множеству, т.е. попадает внутрь какого-либо здания. Таким образом, <Х(г )>= Mph(z).

3. Критерий передачи данных с борта ВС

В случае передачи ОВЧ-сигнала с борта ВС основной вклад в формирование принимаемого сигнала, как следует, например из [1], вносят однократно рассеянные волны. Их число является случайной величиной, распределённой по закону Пуассона, единственным параметром которого является среднее число наблюдаемых точек отражения N , т. е. вероятность прихода N отражённых волн определяется формулой

p(N ) = -(n)- e ~ N. (1)

N!

Расчётное значение N приближённо представляется суммой N = —1 + N2 , в которой слагаемые —1 и N 2 определены в следующих формулах

___ „ ( 1 Л v

— =pnd (1 - x)exp - -(1 - -) tgV-. (2)

V - J 2

В данной формуле n - это среднее число зданий на единице площади.

Величина v1 определяется равенством

1 + -

cos v, =-----^ . (3)

1 1 + 2- V 7

Метод передачи данных с борта ВС в городских районах в режиме А ЗН. . . 147

В данной формуле приведены следующие обозначения: ё - расстояние между ВС и пунктом приёма данных; X = (Уо^) 1; У0 - некоторая константа.

— РП X V-У? 1 2

Величина V? определяется равенством

-л-2

tgv2 = р- Х3/2. (5)

Введём величину Р[ = 1 - е-N . Величина Р1 определяет вероятность прихода в точку наблюдения однократно отражённых волн. Значение Р1 следует рассматривать как нижнюю границу при оценке вероятности прихода однократно отражённых волн.

Как уже было сказано выше, основной вклад в формирование сигнала вносят однократно

рассеянные волны. Сделаем вывод: Р1 ® 0, если N1 ® 0, N- ® 0 .

При этом из (2) следует, что N1 ® 0, если X ® 0, V® 0, ё ® 0, V! ® 0.

На основании анализа формул (2) и (3) предложим условие получения минимальной величины N1

X® 0, ё < ё1п< У1., (6)

где ^1, V - некоторые допустимые значения.

Из (4) следует, что X® 0, V ® 0, п2 ® 0.

На основе анализа формул (4) и (5) предложим условие получения минимальной величины N2

С® 0, П< V-, (7)

где У2 - некоторое допустимое значение.

Из условий (6) и (7) следует критерий выбора места передачи данных для ослабления эффекта отражения волн: X ® 0, ё < V < V, где V = шт(Р1, V).

ЛИТЕРАТУРА

1. Пономарёв Г.А., Куликов А.Н., Тельпуховский Е.Д. Распространение УКВ в городе. - Томск: МП “РАСКО”, 1991.

METHOD OF DATA’S BROADCASTING FROM AIRSHIP’S BOARD IN TOWN’S REGION IN ADS REGIM FOR DIMINISHION OF WAVE’S REFLECTION EFFECT

Zatuchny D.A.

In this paper the problem of place’s choice for data’s broadcasting in ADS regim in order to diminish of mistakes, connected with wave’s reflection is considered. Criterion of place’s choice for data’s broadcasting based on mathematical analysis of conditions of different amount of wave’s reflection arrival is formulated.

Key words: automatic dependent surveillance, reflected wave, mean number of buildings, reflecting surface, interferention of radiowaves.

Сведения об авторе

Затучный Дмитрий Александрович, 1970 г.р., окончил МГПУ им. В.И. Ленина (1992), кандидат технических наук, доцент кафедры технической эксплуатации радиоэлектронных систем воздушного транспорта МГТУ ГА, автор 43 научных работ, область научных интересов - навигация, организация воздушного движения.