CC BY
52
объекта, Алгоритм может быть реализован на уровне Вторичной цифровой обработки в вычислителе (ЭВМ), Используя предложенный алгоритм, можно улучшить показатели точности измерителя или увеличить дальность действия устройства, не прибегая к модернизации аппаратной части существующих локационных устройств.
Библиографический список
1. Тихонов В.И., Харисов В,И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 1991. - 608с.
2. Ярлыков М.С., Миронов М.А. Марковская теория оценивания случайных процессов. - М.: Радио и связь, 1993. -464с,
Статья принята к публикации 21.05.07
К. И.Труднее
Оптимизированная система коротковолновой радиосвязи с ретранслятором, вынесенным за зону обслуживания абонентов
Известны системы КВ-радиосвязи с ретранслятором, вынесенным за зону обслуживания абонентов [1]. Применение вынесенных ретрансляционных пунктов (ВРП) дает преимущества по сравнению с системами радиосвязи прямого действия; 1) повышение отношений сигнал/помеха благодаря направленности антенны ВРП; 2) уменьшение уровней помех для более высоких рабочих частот; 3) решение вопросов взаимодействия абонентов.
В работе [2] для повышения эффективности систем КВ-радиосвязи с ВРП предложено использовать передатчик наклонного зондирования (НЗ) ионосферы, расположенный вблизи центра зоны обслуживания абонентов, и приёмник сигналов НЗ, расположенный на ВРП. Показана также возможность подавления многолучёвости сигналов для радиолиний ВРП-абоненты и абоненты-ВРП при выборе оптимальных рабочих частот (ОРЧ) и диаграммы направленности (ДН) приемо-передающей антенны ВРП, что позволяет оптимизировать систему радиосвязи с ВРП по критерию максимума напряженности поля для мода 1F2, т.е. основного способа распространения с одним отражением от слоя F2 ионосферы.
Цель работы: 1) обоснование алгоритмов прогнозирования оптимальных рабочих частот (ОРЧ) по данным НЗ для систем КВ-радиосвязи с ВРП; 2) оценка мощностей радиостанций абонентов, обеспечивающих передачу информации с заданной надежностью.
1. Методы расчета диапазонов ОРЧ
Для прогнозирования диапазонов ОРЧ необходимы расчеты максимальных наблюдаемых частот и максимальных применимых частот для мода 1F2 (MH41F2 и MF141F2), наинизших наблюдаемых частот для верхних лучей (HH41F2b), отраженных слоем F2, а также MH42F2 для мода 2F2, т.е. для двух отражений радиоволны от слоя F2 ионосферы. Эти частотные характеристики прохождения КВ измеряются методом НЗ ионосферы для радиолинии центр зоны - ВРП и должны прогнозироваться вперед по времени для радиолиний абоненты - ВРП,
дальности и ориентации которых отличаются от экспериментальной радиолинии. Такой прогноз предлагается осуществить на основе расчетов перечисленных выше характеристик с коррекцией этих расчетов по данным НЗ. В результате прогнозируется частотный диапазон МНЧ2Р2-ННЧ1Р2в, соответствующий ОРЧ для радиолиний абоненты- ВРП. Для этого диапазона характерно однолу-чевое прохождение радиоволн модом 1Р2, так как возможные отражения от области Е ионосферы можно подавить за счет ДН антенны ВРП. В результате обеспечивается возможность существенного (в ~ 10 раз) повышения скорости передачи дискретной информации в виде текста.
Для расчета МПЧ1Р2, МНЧ2Р2 предлагается использовать методы [3,4], преимущество которых заключается в оперативном учете горизонтальной неоднородности ионосферы вдоль радиолиний. Этими методами рассчитываются также углы излучения и приема КВ в вертикальной плоскости, используемые для оптимизации приемопередающей антенны ВРП, Отметим, что метод [4] рекомендован Международным консультативным комитетом по радио (МККР) для расчетов характеристик распространения КВ модом 2№.
Расчеты МНЧ1Р2, ННЧ1Р2в основаны на методе [5], преимущество которого в учете рассеяния КВ случайными неоднородностями ионосферы с использованием параметра Б, который определяется из данных НЗ по разностям ДМ=МНЧ1Р2-МПЧ1Р2.
2. Алгоритмы прогнозирования диапазонов ОРЧ по данным НЗ ионосферы
Основой алгоритмов прогнозирования частотных диапазонов МНЧ2Р2-ННЧ1Р2в (диапазонов оптимальных рабочих частот - ОРЧ) являются сглаженные зависимости МНЧШ, МПЧ^2, ННЧ^2в, [\zlH42F2 от времени, полученные в результате обработки экспериментальных данных ионограмм НЗ. Использование сглаженных МПЧ1Р2 позволяет определять эффективные индексы активности
Солнца при итерациях этими индексами как входными параметрами программы (см. раздел 1) до тех пор, пока разность измеренных и рассчитанных значений МПЧ1Р2 не станет меньше 0.1 МГц. Затем посредством итераций по измеренным ДМ определяют значения параметров рассеяния радиоволн Б. В итоге имеем зависимости Ш и 5 от времени, которые дополнительно сглаживаются, что дает прогноз этих параметров вперед по времени до измерения следующей ионограммы НЗ. Прогнозируются также поправочные коэффициенты К2 и К1, равные отношениям сглаженных измеренных значений МНЧ2Р2 и ННЧ1Р2в к рассчитанным по сглаженным У|/э и Б.
Значения Шэ, Б, К2, К1 обновляются после каждой ионограммы НЗ и используются в оперативных прогнозах диапазонов МНЧ2Р2-ННЧ1Р2в для заданных моментов времени и заданных радиолиний ВРП-абоненты. Прогнозируются также минимальные значения МНЧ2Р2 (МНЧ2птп) и максимальные значения ННЧ1Р2в (ННЧ1тах) для зоны в целом при расчетах для пунктов зоны, удаленных на расстояния ~ 100 км.
3. Алгоритмы назначения рабочих частот для радиолиний абоненты - ВРП
Согласно разработанным алгоритмам для каждого набора прогнозируемых значений Шэ, Б, К1, К2, времени суток, дня года и координат абонентов вначале решается задача выбора конкретных рабочих частот, принадлежащих диапазону МНЧ2гшп-ННЧ1тах, из массива разрешенных для радиосвязи в данной зоне. Эти частоты в данный период должны быть свободны от приема-передачи сигналов других абонентов, а также свободны от внешних станционных помех. Из выбранных частот на основе измерений уровней помех выбираются частоты, для которых прогнозируемые отношения сигнал/помеха выше порога приема сообщений от абонентов зоны с заданным качеством. Номера этих частот, сглаженные значения \Л/э, 5, К1, К2 и сигналы синхронизации передаются по служебному каналу. Приемники ВРП настраиваются на эти частоты. После включения приемник абонента получает служебную информацию, на основе которой, а также координат ВРП, собственных координат и времени прогнозирует диапазон МНН2Р2-ННЧ1Р2в, а затем из этого диапазона, данных служебной информации и результатов измерений уровней помех выбирает рабочую частоту, свободную от помех. На этой рабочей частоте абонент передает информацию на адрес другого абонента с указанием своего адреса (номера) и тест-сигнала, который служит для контроля качества приема. От ВРП на этой частоте поступает сигнал, подтверждающий прием информации с заданным качеством. Если такой сигнал отсутствует или качество приема ниже заданного, то радиостанция абонента выбирает другую рабочую частоту из диапазона МНЧ2Р2-ННН1Р2в и передача пакета информации повторяется. Такой выбор продолжается до получения заданного качества приема пакета информации на ВРП.
При работе абонента в режиме приема его радиостанция получает служебную информацию, прогнозирует частотный диапазон МНЧ2Р2-ННЧ1Р2в, в котором выбирает рабочие частоты из массива разрешенных частот, для этих частот выполняет измерения уровней помех, номера этих частот и свой адрес (номер) передаются на ВРП на одной из выбранных частот. ВРП дает подтверждение приема на этой частоте. При наличии пакета информации, предназначенного данному абоненту, радиостанция ВРП направляет также тест-сигнал на этой частоте. После подтверждения качества приема радиостанцией абонента в его адрес от ВРП направляется пакет информации от другого абонента и тест-сигнал. Радиостанция абонента дает подтверждение качества приема. Если качество приема не соответствует заданному, то передача пакета повторяется на других частотах до получения заданного качества.
4. Оценка мощностей радиостанций абонентов
Мощности радиостанций подвижных абонентов, имеющих слабонаправленные антенны с КНД =1,5, рассчитывались для наиболее сложных условий прохождения и приема КВ - зимняя ночь при низкой активности Солнца (\1У=10), абонент находится в районе с высоким уровнем индустриальных помех. Задавались следующие одинаковые параметры систем передачи дискретной информации с ВРП и без ВРП: 1) размер зоны обслуживания абонентов - 500 км; 2) вероятность ошибочного приема двоичных символов р=10'4; 3) а=1 - число ошибок, исправляемых помехоустойчивым кодом.
Для системы радиосвязи без ВРП определялся максимальный уровень помех Еп для индустриального района, соответствующий минимуму ОРЧ МГц для дальности 500 км зимой ночью при Ш=10. Затем по формулам [6] для р=10"4 определялось соответствующее отношение сигнал/помеха, напряженность поля полезного сигнала Ес. и мощность передатчика, обеспечивающая Ес в указанных выше условиях. Получено, что для надежной передачи информации в наиболее сложных условиях без ВРП необходимы передатчики мощностью больше 100 кВт, что практически невозможно для подвижных абонентов.
Для этих условий получена также оценка мощности сигнала абонентской радиостанции на примере системы зоновой КВ-радиосвязи с ВРП, расположенным на оптимальной дальности =1500 км от центра зоны [2]. Согласно [6] для оптимизированной антенны такого ВРП с КНД =426 при приеме на 2 пространственно-разнесенных антенны и помехоустойчивом коде с а=1 дополнительный выигрыш в мощности передатчика составляет =600 раз, Минимальное значение ОРЧ для оптимального удаления ВРП от центра зоны составляет =4 МГц, что при расположении ВРП в местности с небольшим уровнем индустриальных помех дает напряженность поля помех в =»3 раза меньше Еп для индустриальных районов.
Таким образом, для оптимизированной системы зоновой КВ-радиосвязи с ВРП возможно применение ра-
диостанций абонентов мощностью меньше 10 Вт, что вполне приемлемо для подвижных абонентов, в том числе для индивидуальных носимых комплектов.
5. Преимущества разрабатываемой системы
1. применение малогабаритных радиостанций абонентов мощностью ~10 Вт позволит существенно уменьшить стоимость создания и эксплуатации системы по сравнению с известными системами, где используются передатчики мощностью ~1 кВт;
2. возможность применения для труднодоступных регионов, где использование сотовых систем радиосвязи нецелесообразно, при уменьшении стоимости канала (-10 раз) по сравнению со спутниковой связью;
3. небольшой вес и габариты радиостанций позволят использовать их на мобильных комплексах, а также в носимых вариантах;
4. существенное (-10 раз) повышение скорости передачи дискретной информации при существенном уменьшении вероятности ошибочного приема;
5. возможность уменьшения мощностей абонентских радиостанций до -1 Вт.
Библиографический список
1. Головин О.В. Декаметровая радиосвязь. - М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.
2. Агарышев А.И., Агарышев В.А., Труднее К.И. Повышение эффективности систем КВ-радиосвязи с вынесенным ретранслятором на основе подавления многолучевости сигнала II Материалы V Межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы радиотехники». - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. -С. 7-17.
3. Агарышев А.И. Оперативный расчет максимально применимых частот с учетом горизонтальной неоднородности ионосферы II Радиотехника. - 1987. - N 12. - С.74-76.
4. Агарышев А.И. Метод расчета максимальных наблюдаемых частот при двухскачковом распространении декамет-ровых радиоволн II Радиотехника.-1985.-№ 4,- С.67-70.
5. Агарышев А.И. Влияние неоднородностей ионосферы на распространение верхних лучей и радиоволн с частотами выше классической МПЧ II Геомагнетизм и аэрономия - 1994, -Т. 34, N 6. -С. 112-119.
6. Труднее К.И., Агарышев А.И. Разнесённый приём и помехоустойчивое кодирование в системе радиосвязи с ретранслятором, II Современные проблемы радиоэлектроники: / Под ред. А.И. Громыко, A.B. Сарафанова. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005.- С.66-68.
Статья принята у публикации 21.05,07
А.С.Гуров
Аппаратно-программный комплекс для измерения наклонов земной поверхности на базе наклономерной станции Островского_
Байкальским филиалом Геофизической службы СО РАН на территории комплексной геофизической обсерватории Талая организованы измерения различных геофизических полей: сейсмических колебаний, высокочастотного сейсмического шума, уровня воды в скважине, уровня напряженности электромагнитного поля в диапазоне до 50 кГц, вариаций магнитного поля и др. Перед автором была поставлена задача организовать непрерывный мониторинг наклонов земной поверхности. Было принято решение создать на базе наклономерной станции Островского (НСО) производства Особого конструкторского бюро ордена Ленина Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта АН СССР аппаратно-программный комплекс для измерения наклонов земной поверхности.
Имеющаяся НСО выпуска 1988 г. ранее была законсервирована и хранилась на складе, В состав НСО входили два наклономера с фотоэлектрическим усилением сигнала, термограф, стабилизатор и регистрир с фотоэлектрическим увеличением и регистрацией на фотобумагу [1, 2]. В настоящее время регистрация результатов измерения на фотобумагу неприемлема, так
как такой способ является громоздким, неудобным для последующей обработки, морально и технически устаревшим (в частности, прекращено производство соответствующих фотоматериалов).
Наклономер с фотоэлектрическим усилением сигнала состоит из горизонтального маятника, снабженного электрическими катушками и магнитной системой, фотоэлектрического преобразователя и осветителя фотоэлементов. Маятник подвешен на одной вертикальной струне и двух горизонтальных плоских растяжках. На маятнике имеются две цилиндрические катушки с обмотками из медного провода, которые входят в кольцевые зазоры с двух сторон магнита. Катушки, обеспечивая затухание собственных колебаний маятника, служат главным образом для определения и контроля чувствительности наклономера, а также для дистанционного управления маятником с помощью электрического тока. Период колебаний горизонтального маятника определяется углом наклона оси вращения маятника относительно линии отвеса; для данного наклономера период составляет 5 ± 0,1 с. Оптическая схема наклономера при-
