CC BY
1УДК 621.311.6:504.064.36
Т.Б. Семин
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: pajiloy2000@gmail.com
МОНИТОРИНГ ДЕКАМЕТРОВЫХ РАДИОЛИНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
SDR-ТЕХНОЛОГИЙ
Эффективность декаметровых систем радиосвязи зависит от условий их применения и способности адаптироваться к ним. Эти условия определяются ионосферой, состояние которой зависит от солнечной активности и вариаций магнитного поля Земли. Следовательно, является актуальной задача мониторинга декаметровых радиолиний в реальном масштабе времени. С появлением технологии SDR такой мониторинг стал более доступным. На примере радиотрассы Москва - Аляска, большая часть которой приходится на полярную область, показана возможность оценки параметров канала связи с использованием передатчиков точного времени.
Ключевые слова: Северный морской путь, технология SDR, мониторинг состояния ионосферы.
T.B. Semin
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: pajiloy2000@gmail.com
MONITORING DECAMETER RADIO LINKS USING SDR-TECHNOLOGIES
The effectiveness of decameter radio communication systems depends on the conditions of their use and the ability to adapt to them. These conditions are determined by the ionosphere, the state of which depends on the solar activity and variations of the Earth's magnetic field. Therefore, the task of monitoring decameter radio links in real time is urgent. Such monitoring has become more accessible by means of SDR technology. With example of the Moscow - Alaska radio route, most part of which is in the polar region, the possibility to estimate the parameters of a communication channel using precise time transmitters is shown.
Key words: Northern Sea Route, SDR technology, monitoring of the ionosphere state.
Морское судоходство Северным морским путем является для России стратегическим важным, вытекающим из его геополитического значения. Безопасность мореплавания в соответствии с «Правилами плавания в акватории Северного морского пути» достигается телекоммуникационным обеспечением, в том числе с использованием декаметровых радиоканалов. В высоких широтах использование таких каналов осложняется особенностями полярной ионосферы и сложной геофизической обстановкой, в частности магнитными бурями. Целью работы является обобщение опыта диагностики и прогнозирования параметров коротковолновых каналов в этих широтах, определение оптимального способа получения необходимых для выбора оптимальных рабочих частот источников гелиогеофизической обстановки.
В соответствии с п. 31 Правил плавания в акватории Северного морского пути [1] на борту судна, совершающего переход, должно находиться радиооборудование, предназначенное для использования в зоне действия морских районов А1, А2, A3 и А4. Для районов А3 и А4 Морским Регистром судоходства [2] предусмотрено радиооборудование, работающее в диапазоне коротких волн. Декаметровые каналы радиосвязи имеют ряд достоинств, к которым можно отнести простоту организации радиоканала, их живучесть, небольшую, по сравнению, например, со спутниковыми системами, стоимость основных фондов. Вместе с тем они имеют и существенные недостатки, обусловленные механизмом распространения этого диапазона длин волн [3]. Существование и эффективность декаметрового радиоканала определяется:
Шестая национальная (всероссийская) научно-техническая конференция
1. Солнечной активностью, которая имеет суточный и сезонный ход, что существенно сказывается на параметрах радиоканала, в том числе величине оптимальной рабочей частоты.
2. Состоянием магнитного поля Земли. Магнитные бури приводят к росту неоднородностей ионосферной плазмы, что приводит к ухудшению, а в ряде случаев и невозможности передачи информации по такому каналу.
3. Параметрами технических средств, в частности антенных устройств. Изменение электронной концентрации и высоты преломляющего слоя ионосферы приводит к необходимости изменять угол излучения (приема) в вертикальной плоскости в широких пределах.
4. Замираниями, т. е. случайным изменением уровня сигнала в пункте приема как следствие многолучевости распространения и магнитоионного расщепления падающей на ионосферу электромагнитной волны.
Следовательно, кумулятивным фактором, определяющим эффективность применения радиотехнического оборудования декаметрового диапазона, является пространственно-временная изменчивость среды, в которой происходит распространение электромагнитного излучения - плазмы ионосферы.
Мониторинг состояния ионосферы может осуществляться путем ее облучения электромагнитным излучением с Земли. В зависимости от угла падения на ионосферу зондирование подразделяется на вертикальное, наклонное и возвратно-наклонное. При расположении источника электромагнитного излучения на спутнике Земли происходит зондирование ионосферы сверху, что позволяет осуществить ее радиотомографию. Полученные таким образом параметры ионосферы могут использоваться для корректировки прогноза прохождения радиоволн. Однако доступ к этой информации судов, находящихся, например, на трассе Северного морского пути, мягко говоря, проблематично.
Для оперативного прогноза прохождения радиоволн ранее использовались декаметровые передатчики с известным местоположением и фиксированными рабочими частотами, например радиовещательные станции. К сожалению, приходится констатировать, что коротковолновое радиовещание в РФ с 2013 г. признано нерентабельным и прекращено. Заметим, что западные «партнеры» радиовещание не только коротковолновое, но и средневолновое и длинноволновое сохранили.
В качестве опорных сигналов можно использовать сигналы точного времени, передаваемые радиостанцией RWM, а также сигналы маркерных передатчиков, например Северного флота. С появлением технологии SDR и развитием сетей на ее основе, например Kiwi [4], имеется возможность осуществить дистанционный мониторинг в любой точке Земного шара, где есть эти приемники. В качестве пункта наблюдения нами выбран Анкоридж, Аляска, поскольку в этом случае радиотрасса большую часть проходит вблизи Северного морского пути (рис. 1).
Рис. 1. Трасса Москва - Анкоридж
Протяженность трассы, большая часть которой приходит в полярных широтах, составляет около 7 000 километров. Небольшая мощность передатчика в Москве (5 кВт) и большое поглощение на трассе привело к необходимости использовать максимальное усиление приемника и сузить полосу пропускания. Пример спектрограммы записи сигнала в полосе 500 Гц показан на рис. 2.
Рис. 2. Спектрограмма сигнала станции RWM на частоте 9996 кГц
То есть такой подход позволяет получить объективную величину уровня сигнала, а не субъективную оценку оператора. При этом, осуществляя автоматический мониторинг маркерных передатчиков на различных частотах, можно в реальном масштабе времени производить оценку канала и хранить эти сведения в памяти компьютера.
Обработав полученные записи, можно получить значения индекса мерцаний, т. е. оценить глубину замираний. Таким образом, в автоматическом режиме можно получить сведения об оптимальной рабочей частоте и при необходимости использовать ее в реальном масштабе времени.
Выводы:
1. Использование существующей сети маркерных передатчиков позволяет получить сведения об оптимальной рабочей частоте в зоне действия, в том числе судов Росрыболовства на Дальнем Востоке.
2. Использование технологии SDR дает возможность автоматически записывать, анализировать и определять оптимальную рабочую частоту, оценивая состояние канала по отношению сигнал/шум и глубине замираний.
Литература
1. Правила плавания в акватории Северного морского пути: Постановление правительства Российской Федерации от 18 сентября 2020 года № 1487 [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/565820314 (дата обращения: 25.03.2023).
2. Правила по оборудованию морских судов. Часть IV. Радиооборудование [Электронный ресурс] / Российский морской регистр судоходства. - URL: https://meganorm.ru/Data2/1/ 4293741/4293741687.pdf (дата обращения: 25.03.2023).
3. Чернов Ю.А. Распространение радиоволн и прикладные вопросы. - М.: Техносфера, 2017. - 688 c.
4. URL: http://kiwisdr.com/public.
