CC BY
64
Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь
УДК 621.396.24
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРОСТРАНЕНИЯ ДЕКАМЕТРОВЫХ РАДИОВОЛН ЧЕРЕЗ ГОРИЗОНТАЛЬНО-НЕОДНОРОДНУЮ РАССЕИВАЮЩУЮ ИОНОСФЕРУ
В.А.Агарышев1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведено описание программы, позволяющей прогнозировать углы излучения и приёма радиоволн, максимальные применимые и наблюдаемые частоты, напряжённости поля для основных способов распространения дека-метровых радиоволн через горизонтально-неоднородную рассеивающую ионосферу. Показаны возможности использования программы в системах радиосвязи, использующих наклонное зондирование ионосферы. Ил. 2. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: декаметровые радиоволны, напряжённость поля, максимально применимая частота, углы излучения и приёма, прогнозирование параметров ионосферы, программное обеспечение, рассеяние радиоволн в ионосфере, горизонтальная неоднородность ионосферы, наклонное зондирование ионосферы.
PROGRAM REALIZATION OF THE FORECASTING ALGORYTHM OF DECAMETER RADIOWAVES SPREADING CHARACTERISTICS THROUGH THE HORIZONTALLY INHOMOGENEOUS DISSIPATING IONOSPHERE V.A. Agarishev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The author describes a program which enables to forecast the angles of radiowave radiation and receiving, maximum applied and observed frequencies, field intensities for the main ways of decameter radiowave spreading through the in-homogeneous dissipating ionosphere. The author shows the possibilities to use the program in the systems of radio communications employing an inclined probing of the ionosphere. 2 figures. 5 sources.
Key words: decameter radiowaves, field intensity, a maximum applied frequency, angles of radiation and receiving, forecasting of ionosphere parameters, software, dissipating of radiowaves in the ionosphere, horizontal inhomogeneity of the ionosphere, an inclined probing of the ionosphere.
Введение. Для проектирования и эксплуатации радиотехнических систем связи, пеленгации, локации в диапазоне декаметровых радиоволн (рабочие частоты 3-30 МГц) необходимо прогнозировать характеристики распространения этих волн, такие как напряжённости поля в пункте приёма Е, углы излучения 6 и приёма в радиоволн в вертикальной плоскости, максимальные применимые и максимальные наблюдаемые частоты (МПЧ и МНЧ). Эти характеристики необходимо прогнозировать для основных способов распространения декаметровых радиоволн (ДКВ), таких как одно, два и три отражения от основного слоя Р2 ионосферы, т. е. способов (модов) 1Р2,2Р2,3Р2. Обозначим перечисленные характеристики как Е1,Е2,Б3,61,62,63,Р1,Р2,Р3,МПЧ1,МПЧ2,МПЧ3,МНЧ1, МНЧ2,МНЧ3 соответственно.
Прогнозы напряжённостей поля ДКВ позволяют, например, выбрать оптимальные мощности радиопередатчиков и коэффициенты направленного действия (КНД) приёмо-передающих антенн для систем радиосвязи, в том числе для перспективных систем с вынесенным ретранслятором [1]. Прогнозы углов излучения и приёма ДКВ в вертикальной плоскости позволяют оптимизировать диаграммы направленности (ДН) приёмо-передающих антенн [1] с целью повышения отношений полезный сигнал/помеха в пункте приёма.
Т Рас г чёт параметров KB линии связи
Координаты передатчика Широта: i49-9 Долгота: I195-2
Рабочая частота (МГц): Число Вольфа: Высота рассеиБания(км): Параметр рассеиеания(грац): Мин. угол излучения(грац) Макс, угол излучения(грац): Шаг по углу(град): Участок ингегрирования(км): Мощность передагчика(Вт): Диаграмма направленности: КНД:
Расчёт
Рис. 1. Ввод и обозначения исходных данных: 1 -рабочая частота; широта и долгота передатчика (приёмника) ^1,^1(^2,^2); й и Т - дата и время прогноза;
число Вольфа (характеристика активности Солнца); Ьз - эффективная высота рассеяния; Б - параметр интенсивности рассеяния; вт'т, втах - минимальный и максимальный углы излучения; Лв - шаг по углу в градусах; Лй - интервал усреднения; Р - мощность передатчика; КНД - коэффициент направленного действия передающей антенны; значение Р<1 определяется из нормированной диаграммы направленности (ДН) этой антенны для среднего угла излучения
1Агарышев Виталий Анатольевич, аспирант, тел.: 40-51-29, 539-349, e-mail: reirem@istu.edu. Agarishev Vitaliy Anatoljevich, a postgraduate, tel.: 40-51-29, 539-349, e-mail: reirem@istu.edu.
Рис. 2. Блок-схема алгоритма прогнозирования характеристик ДКВ
В известных программных реализациях прогнозов ДКВ, например, [2], не учитывается влияние регулярной (прогнозируемой) и случайной неоднородности ионосферы на характеристики ДКВ, хотя согласно результатам исследований, например, [3,4], это влияние может весьма существенно менять средние характеристики ДКВ по сравнению с их прогнозами для горизонтально-однородной регулярной среды распространения.
Цель работы заключается в описании и демонстрации возможностей разработанного алгоритма и программы расчётов средних характеристик ДКВ, учитывающих изменения основных параметров слоя Р2 ионосферы вдоль заданных радиолиний и рассеяние ДКВ случайными неоднородностями плотности электронов в ионосфере.
Описание разработанной программы. Разработанный алгоритм прогнозов характеристик ДКВ и его программная реализация используют методы, обоснованные при анализе результатов измерений этих характеристик в [4]. Окно ввода данных в программу приведено на рис. 1. Блок-схема разработанного алгоритма показана на рис. 2.
Блок 5 алгоритма реализован на основе известного прогноза коэффициентов М(3000)Р2 и критических частот слоёв Е, Р2 ионосферы [2]. Значения этих параметров рассчитываются над пунктами передачи и приёма в блоке 5, где также рассчитываются эффективные высоты слоя Р2 М и 1л2 над этими пунктами. Затем в блоке 1 выполняется линейная интерполяция изменений рассчитанных в блоке 5 параметров вдоль заданной по данным блока 3 радиолинии. В блоке 1 рассчитываются траектории лучей с углами излучения 01, которые меняются в секторе Этт, Этаж с постоянным шагом Д0, где границы сектора соответствуют ДН
передающей антенны, а при уменьшении Д0 уменьшается случайный разброс усреднённых для разных 0i результатов статистических расчётов характеристик ДКВ.
При выполнении статистических расчётов направления траекторий с разными 0i на высоте hs (0is - на восходящем участке траектории и ßis - на нисходящем) меняются случайным образом в соответствии с нормальным законом, где среднее отклонение равно нулю, а среднеквадратичное отклонение равно S и характеризует интенсивность рассеяния ДКВ в ионосфере. Для каждой траектории на основе геометрических построений рассчитывается также высота отражения hi от слоя F2, дальность вдоль Земли до точки пересечения траектории с поверхностью Земли r, угол места траектории для этой дальности ßir. При этом не учитываются преломлённые через слой F2 траектории, которые в результате рассеяния на нисходящем участке проходят над сферической поверхностью Земли.
Наличие преломлённых и рикошетирующих траекторий приводит к уменьшению напряжённости поля ДКВ для КМПЧ по сравнению с расчётами для регулярной ионосферы без случайных неоднородностей [4]. Однако благодаря рассеянию в ионосфере становится возможным приём ДКВ с рабочими частотами 1>МПЧ, что можно наблюдать, например, при использовании метода наклонного зондирования (НЗ) ионосферы [5]. Возможность прогнозирования характеристик ДКВ с учетом их рассеяния в ионосфере, в том числе для 1>МПЧ, является важным преимуществом разработанного программного обеспечения.
В блоке 2 алгоритма (см. рис. 2) рассчитываются числа попаданий траекторий nj для интервалов дальностей длиной DD, середины которых находятся на разных дальностях Dj от передатчика, и соответст-
Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь
вующие средние углы выхода Эс и прихода рс|. Из массива результатов расчётов выбирается интервал дальностей, соответствующий дальности радиолинии й, определяются средние значения углов излучения 0с и приёма рс ДКВ для этой дальности, а также число попаданий п в заданную окрестность этой дальности. Для средней траектории в блоке 2 рассчитываются также углы пересечения ионосферных слоёв й, Е, Р1 на восходящем (0й, 0Е, 0Р1) и нисходящем (рР1, рЕ, рй) участках этой траектории.
В блоке 4 учитывается поглощение ДКВ в ионосфере с использованием известного метода А.Н. Казанцева [5], развитого в предлагаемой программе с учётом несимметрии средней траектории ДКВ относительно середины радиолинии. Учитываются также дополнительные потери при распространении ДКВ, связанные с их рассеянием в ионосфере, для чего используются выражения, обоснованные в [4]. В результате рассчитываются значения напряжённостей поля для основных способов распространения ДКВ при Р=1. Затем эти значения можно уточнить в сторону уменьшения при определении значений Р по известной ДН передающей антенны для рассчитанных средних углов излучения модов 1Р2, 2Р2, 3Р2 .
Пример использования разработанной программы. Эта программа может использоваться для решения различных задач, связанных с проектированием и эксплуатацией радиотехнических систем ДКВ диапазона. Рассмотрим применение программы для решения задач проектирования и эксплуатации системы радиосвязи с ВРП, т.е. ретранслятором, вынесенным за зону расположения абонентов системы радиосвязи [1].
Для выбора оптимальных рабочих частот (ОРЧ) в системе радиосвязи с ВРП используют ионограммы НЗ ионосферы, по которым определяют эффективные индексы активности Солнца Wэ и параметры интенсивности рассеяния Б. Для определения Wэ и Б можно рекомендовать методику, использующую ввод исходных данных согласно рис. 1,2: 1) географических координат передатчика сигналов НЗ и ВРП; 2) даты й и времени Т измерений; 3) рабочей частоты f как измеренного методом НЗ значения МПЧ для мода 1Р2,
т.е. частоты смыкания верхнего и нижнего лучей; 4) W=100; 5) hs=100 км; 6) S=0; 7) 9min=0, 0max=9O0, Д0=О,ООО1°; AD=10 км. Затем рассчитывают значение напряжённости поля для мода 1F2 (E1). Если E1 >0, то, уменьшая W и выполняя расчёты Е1, путём итераций определяем максимальное значение W, для которого Е1>0, и это значение принимаем за Wэ. Если при W=100 Е1=0, то, увеличивая W и выполняя расчёты Е1, путём итераций определяем максимальное значение W, для которого Е1>0, и это значение принимаем за Wэ.
Для определения S задаём: в операции 3 f=MH41 из ионограммы НЗ, в операции 4 W=Wэ и с шагом 0.1° увеличиваем S до тех пор, пока Е1 не станет меньше порога надёжного приёма. Полученные значения Wэ, S и разработанную программу можно использовать затем для прогнозов диапазонов ОРЧ вперёд по времени и для разных местоположений абонентов. Согласно [1] эту программу можно использовать также для оптимизации ДН приёмо-передающей антенны и местоположения ВРП.
Библиографический список
1. Агарышев А.И. Повышение эффективности систем КВ-радиосвязи с вынесенным ретранслятором на основе подавления многолучёвости сигнала / А.И.Агарышев, В.А.Агарышев, К.И.Труднев // Мат-лы V Межвуз. научно-техн. конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы радиотехники». - Иркутск: ИрГТУ .-2006.-С.7-17.
2. A simple HF propagation method for MUF and field strength //Document CCIR 6/288. - CCIR XVIth Plenary Assembly.
- Dubrovnic. - 1986. - 34 p.
3. Агарышев А.И. Метод расчета максимальных наблюдаемых частот при двухскачковом pаспpостpанении де-каметровых радиоволн / А.И.Агарышев // Радиотехника.
- 1985. - № 4.- C.67-70.
4. Агарышев А.И. Влияние неоднородностей ионосферы на распространение верхних лучей и радиоволн с частотами выше классической МПЧ / А.И.Агарышев // Геомагнетизм и аэрономия.- 1994. - Т. 34, N 6. - С. 112119.
5. Иванов В.А. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона: учебное пособие / В.А.Иванов, Н.В.Рябова, В.В.Шумаев. - Йошкар-Ола: МарГТУ. - 1998. - 204 с.
УДК 551.594(021.6)
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА «РОДНИК-2М» И.А.Асламов1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Описаны устройство и принцип работы эталонного генератора влажного газа «Родник-2М». Большое внимание уделяется автоматизации программно-аппаратного комплекса: совместной работы программы ПК, системы сбора данных, коммутации Agilent 34901A и микроконтроллерного модуля. Ил. 1. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: автоматизация научных исследований, микроконтроллер, программирование, программно -аппаратный комплекс, системы сбора данных.
AUTOMATION OF THE SOFTWARE AND HARDWARE-BASED COMPLEX "RODNIK-2M" I.A. Aslamov
Irkutsk State Technical University,
1Асламов Илья Александрович, аспирант, тел.: 423299, e-mail: ilya_aslamov@bk.ru. Aslamov Ilja Alexandrovich, a postgraduate, tel.: 423299, e-mail: ilya_aslamov@bk.ru.
