Обоснование значений параметров технических средств систем спутниковой связи, работающих на пониженных частотах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОБОСНОВАНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ, РАБОТАЮЩИХ НА

ПОНИЖЕННЫХ ЧАСТОТАХ

Чипига Александр Федорович

канд. техн. наук, профессор, Северо-Кавказский федеральный университет,

г. Ставрополь E-mail: [email protected] Киселев Данил Павлович Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь

E-mail: [email protected] Меденец Виктор Владимирович Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь

E-mail: [email protected] Песков Марк Владимирович

Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь

E-mail: [email protected]

BASIS OF PARAMETERS SETTING FOR SATELLITE COMMUNICATION EQUIPMENT, USING LOW-FREQUENCY CARRIER

Chipiga Alexander

candidate of Science, Professor, North-Caucasus Federal University, Stavropol

Kiselev Danil

4 course student, North-Caucasus Federal University, Stavropol

Medenets Victor

4 course student, North-Caucasus Federal University, Stavropol

Peskov Mark

4 course student, North-Caucasus Federal University, Stavropol АННОТАЦИЯ

Показана возможность решения задачи обеспечения заданных помехоустойчивости и энергетической скрытности систем спутниковой связи, работающих на пониженных частотах, путем расчета технических характеристик радиосредств.

ABSTRACT

In this article performance calculation of radio facilities is suggested as an approach to solution of the problem of noise immunity and energetic concealment of satellite communication systems.

студент 4 курса,

студент 4 курса,

студент 4 курса,

Ключевые слова: системы спутниковой связи; поглощение волны в

ионосфере; пространственно-разнесённый прием сигнала; технические характеристики радиосредств; помехоустойчивость; энергетическая скрытность.

Keywords: satellite communication systems; wave absorption in ionosphere; split signal reception; radio facilities specs; noise immunity; energetic concealment.

Известно [1], что помехозащищенность любых систем связи, в том числе систем спутниковой связи (ССС), определяется двумя составляющими: помехоустойчивостью (ПУ) и скрытностью (Ск). ПУ систем связи при передаче дискретных сообщений оценивается или по величине вероятности ошибочного приема ( p ) при заданном отношении сигнал/шум (С/Ш) на входе ПРМ ( h2 ), или по величине отношения С/Ш ( h2 ) при заданной вероятности ошибки ( p ):

Рош =^(h2), или h2 = ^(Рош). (1),(2)

Условие обеспечения ПУ ССС записывается в виде неравенства (3), или равенства (4):

h2 > ^2оп, или h2 = кг, (3),(4)

где допустимое отношение С/Ш ( h2 ) определяется по функциональной зависимости (1) при вероятности ошибки ( p ), равной ее допустимому значению ( p = p ), а сомножитель Г > 1 — это энергетический (или

V ош ош доп/~ Г V

системный) запас на неучитываемые факторы (в ССС этот запас может составлять от Г=1 дБ до 10 дБ и его выбор является сложной задачей).

Условия обеспечения ПУ ССС (4) можно записать в развернутом виде как [2]

h2 = PtGt (f0)Gr f) = h2 f L0(f0)Ln (f0)kr3 (f0)R доп^°

где: P - мощность передаваемого сигнала;

G Xf)« 0,5(жf /о)2 — коэффициенты усиления передающей (t) и приемной (r) антенн диаметром dA;

L0f) = (4 ж zjjc )2 — потери при распространении радиоволн (РРВ) в свободном пространстве на расстоянии z ;

L (f) — потери на поглощение в среде РРВ;

k — постоянная Больцмана;

Тэ f) — эквивалентная шумовая температура приемной системы;

R — скорость передачи.

Анализ условия (5) показывает, что в традиционно используемом ССС диапазоне частот f = 1...10 ГГц оно легко выполняется при скорости передачи R«°,1...1Мби^/с и мощности передатчика (ПРД) всего р«1°Вт. Это обусловлено хорошими условиями распространения радиоволн (при потерях в свободном пространстве L0 = (4 ж zjjc )2 «180 дБ на расстоянии z = 4 -107 км потери на поглощение в ионосфере составляют всего Ln (f) «0,1 дБ), высоким коэффициентом усиления передающей и приемной антенны Gtr «0${jdf /о)2 ~20...40дБ и низкой шумовой температурой внешних помех

Тэ (f0)«100° K.

Однако хорошие условия распространения радиоволн (РРВ) в ССС обуславливают низкий коэффициент энергетической скрытности (ЭСк).

Известен [3] способ повышения ЭСк ССС за счет понижения частоты до f=60...80 МГц и разнесенного приема на несколько антенн.

Условие обеспечения ПУ ССС (5) при использовании пониженной частоты (f « 30...100МГц) и сдвоенного (n = 2) приема сигналов можно конкретизировать с учетом выражений для коэффициентов усиления антенн

метрового диапазона волн типа «волновой канал» о<г *7Ь^г/0/с = кАЬЫг/, где ЬМг — длина антенны, и потерь передачи в свободном пространстве 4 = (4л г/с)2 = (к0г0/)2 к следуюЩему виду:

Л. = Р& (/о)Ог (/о) = ГЦ- Х Яг = Ь2 )Г (6) Ь0/)Ьп (/о)кТэ (/о)Яг (/0)к1Гэ (/0) д

Согласно (6) потери на поглощение волны в ионосфере ьп (/) ~ жт//02, определяемые ее ПЭС (), и шумовая температура внешних помех Т (/ )~ 1//02 4 этом диапазоне могут существенно возрастать, а отношение С/Ш на входе ПРМ CCC — уменьшаться с понижением частоты.

Анализ условия обеспечения ПУ ССС (6) при использовании пониженной частоты (/ * 30...100МГц) и сдвоенного (п = 2) приема сигналов показывает, что

при величинах Г = 1...10 дБ; Я *105 бит/с; #оп2 = 27. ..37 дБ и типовых значениях параметров (10) на частоте / * 60МГц:

^(/о) * 7^/о/с = КК/, * 5 дБ; А = (4л 20/0/ с )2 = (ко /~150 дБ; А(/0) ~ ^т//о2 ~ 1. 20дБ; Тэ(/0) ~ 1 /о2 4 ~ 105 °К

необходимо обеспечить мощность излучения бортового ПРД Р ~5• 102...5-104 Вт, что практически нереализуемо.

Отсюда следует вывод о наличии крупной практической проблемы, состоящей в том, что при использовании в ССС пониженной несущей частоты (/ * 30...100МГц) и пространственно-разнесенного приема сигналов на п = 2 антенны условие обеспечения ПУ ССС может не выполняться при реализуемых технических характеристиках радиосредств (мощности передатчика Р < 102...103 Вт, размерах передающих и приемных антенн А < 10 м, скорости

передачи r = 105...106 бит/с, энергетическом запасе Г = 1...10 дБ).

Поэтому актуальной практической задачей является разрешение проблемы выбора технических средств, обеспечивающих требуемую ПУ и ЭСк ССС при использовании пониженной частоты (f « 30...100МГц) и сдвоенного (n = 2) приема сигналов.

Список литературы:

1. Куприянов А.И., Сахаров А.В. Радиоэлектронные системы в информационном конфликте. — М.: Вузовская книга, 2003. — 528 с.

2. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др.; Под ред. Г.И. Тузова. — М.: Радио и связь, 1985. — 264 с.

3. Пашинцев В.П., Чипига А.Ф., Сенокосова А.В., Дагаев Э.Х. Метод оценки энергетической скрытности систем спутниковой связи с пониженной частотой // Труды XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация навигация связь», г. Воронеж 13—15 апреля 2010 г., с. 2120—2130.

4. Чипига А.Ф., Сенокосова А.В. Защита информации в системах космической связи за счёт изменения условий распространения радиоволн // Космические исследования. 2007. Т. 45. № 1. С. 59—66.

5. Чипига А.Ф., Сенокосова А.В., Алексеев Д.В., Бессмертный Ю.М., Барышев А.Н. Повышение помехозащищённости систем спутниковой связи за счёт понижения несущей частоты и разнесенного приема // Сб. трудов международной НПК «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». Ч. 2. Серпухов. 2010. С. 346—348.

6. Чипига А.Ф., Шевченко В.А., Сенокосова А.В., Дагаев Э.Х. Математическая модель трансионосферного канала с учетом поглощения и многолучевости принимаемого сигнала // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (25). С. 32—40.