Повышение эффективности функционирования линий декаметровой связи военного назначения
Содержание
Список
сокращений
Введение
. Анализ
условий функционирования линий декаметровой связи
.1 Значение
радиосвязи в сети военной радиосвязи
.2 Расчет
эффективности функционирования линий декаметровой связи в условиях сигнальной и
помеховой обстановки
.3
Требования, предъявляемые к военным линиям декаметровой радиосвязи
.4 Постановка
задачи
. Оценка
эффективности применения различных режимов функционирования линий декаметровой
связи
2.1 Параметры
оценки качества и эффективности радиосвязи в дециметровом диапазоне
2.2 Методика
расчета эффективности функционирования линии декаметровой связи на
фиксированной частоте
.3 Качество
радиосвязи при воздействии преднамеренных помех
.4 Метод
оценки эффективности КВ линий при связи на закрепленных частотах в условиях
преднамеренных помех
.5 Разработка
методики оценки эффективности функционирования линии декаметровой связи в
режиме медленной ППРЧ
.6 Методика
оценки эффективности функционирования радиолинии при разнесенном приеме
3 Помехозащищенные
режимы функционирования линий декаметровой связи
.1 Формализация
процесса управления
3.2 Разработка
эмпирического алгоритма управления режимами функционирования линий декаметровой
связи
.3 Модель
управления функционирования линий декаметровой связи на основе теории систем
.4 Оценка
эффективности предложенных решений
Заключение
Список
литературы
Приложение 1
Список сокращений
РЭП - радиоэлектронное подавление
МПЧ - максимально применимая частота
НПЧ - наименьшая применимая частота
ОРЧ - оптимальная рабочая частота
РЭС - радиоэлектронные средства
РЭР - радиоэлектронная разведка
ЧТ - частотная телеграфия
ЧАРЛ - частотно-адаптивные радиолинии
ППРЧ - программная перестройка рабочей частоты
СРС - средства радиосвязи
ЭМС - электромагнитная совместимость
ОУ - объект управления
АУ - алгоритм управления
УО - управляющий объект
ЭВМ - электронно-вычислительная машина
Введение
Радиосвязь - один из родов связи, используемых для
организации связи в процессе управления войсками. Несмотря на недостаточную
пропускную способность, подверженность различным помехам, зависимость от
условий распространения радиоволн, радиосвязь является наиболее эффективным
средством для передачи информации с приемлемым качеством связи, а иногда и
единственным средством управления.
Опыт проведения локальных войн за последние годы показал, что
эффективность радиосвязи в условиях преднамеренных помех не удовлетворяет
требованиям, предъявляемым к линиям радиосвязи. Именно поэтому необходимо
добиваться повышения эффективности функционирования таких радиолиний.
Существует ряд способов повышения эффективности радиосвязи в
условиях воздействия РЭП, однако нет единого режима помехозащиты, при котором
влияние противника на радиолинии полностью являлось неэффективным.
Наиболее актуальным развитием радиосвязи в настоящее время
является повышение эффективности функционирования линий декаметровой связи.
Целью дипломной работы является повышение эффективности
функционирования линий декаметровой связи военного назначения.
В первой главе провожу анализ эффективности функционирования
линий декаметровой связи. Во второй привожу методики оценки эффективности
радиосвязи при различных режимах функционирования линий ДК связи. В третьей
главе разрабатываю эмпирический
алгоритм управления режимами функционирования линий декаметровой связи и
подвожу итог эффективности функционирования линий КВ связи в различных условиях
помеховой обстановки.
ГЛАВА I
. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛИНИЙ ДЕКАМЕТРОВОЙ СВЯЗИ
Частотный диапазон КВ связи широко используется в ВС РФ. Размер его
достаточно велик, что дает возможность одновременной работы большого числа
радиосредств, при этом дальность радиосвязи может осуществляться на любые
расстояния.
Отражение
коротких волн в любое время суток происходит в ионосфере от слоя F
, высота
которого составляет 240-400 км над уровнем земной поверхности.
С
ростом частоты поглощение энергии волны в ионосфере уменьшается, поэтому
использование более высоких частот наиболее применимо в ДК связи для обеспечения
радиосвязи с требуемым качеством. При этом ОРЧ должна лежать ниже и выше НПЧ.
Немаловажную
роль играет длинна трассы - расстояние от передающей станции до приемной. При
изменении этой длинны происходит и изменение уровней МПЧ и НПЧ, что необходимо
также учитывать при обеспечении связи.
Из
зависимости МПЧ и НПЧ от длины трассы следует, что с увеличением протяженности
радиолинии условия связи улучшаются, так как, участок частот, применимый для
связи, расширяется.
Также
необходимо учитывать флюктуации, различные замирания (быстрые и медленные),
которые способны изменять характеристики сигнала благодаря своим свойствам в
точке приема.
Вследствие
этого на сегодняшний день происходит поиск различных путей решения проблем по
повышению помехоустойчивости и пропускной способности современных систем ДК
связи.
1.1 Значение радиосвязи в сети военной радиосвязи
Значение военной радиосвязи в современных условиях во много
раз возросло по сравнению с периодом ВОВ.
Радиосвязь- это электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн, в
которой передача сообщений ведется при помощи радиопередатчика и передающей
антенны, а прием - при помощи приемной антенны и радиоприемника. Она отличается
быстротой установления, мобильностью, гибкостью, обеспечивает прямые связи между
корреспондентами на любые расстояния с минимальными затратами сил и средств. В
радиопередатчике формируются радиосигналы - электрические колебания несущей
частоты, промодулированные по амплитуде, частоте или фазе в соответствии с
передаваемым сообщением. Радиосигналы излучаются в виде электромагнитных волн
передающей антенной в окружающее пространство, достигают приемной антенны и
поступают в радиоприемник, где они усиливаются и преобразуются в сигналы,
адекватные передаваемому сообщению.
К преимуществам KB радиосвязи следует отнести оперативность установления
прямой связи на большие расстояния, простоту организации радиосвязи с
подвижными объектами, возможность обеспечения связи через большие
труднодоступные пространства, высокую мобильность средств KB радиосвязи,
довольно простую восстанавливаемость связи в случае нарушения (в результате
воздействия как случайных, так и преднамеренных помех) и низкую стоимость
одного канала на километр дальности связи. Особое значение приобретает KB
радиосвязь в чрезвычайных ситуациях - при организации и проведении
аварийно-спасательных работ, координации действий, различных организаций и
служб в районах стихийных бедствий.
Одновременно КВ связи присущи и такие недостатки, как резкое затухание
сигнала на трассе радиосвязи, различный характер замирания сигнала,
ограниченная ёмкость используемого диапазона частот. Качество связи существенно
зависит также от времени суток, года и состояния ионосферы. Кроме того, системы
KB радиосвязи характеризуются чувствительностью к случайным и преднамеренным
помехам, а также высотным ядерным взрывам, малым отношением скорости передачи к
занимаемой полосе частот, значительной доступностью для средств радиоразведки и
одновременно малым отношением сигнал-помеха в точке приема.
При ведении радиосвязи существует ряд технических мер защиты радиосредств
от преднамеренных помех, а именно:
силовое преодоление радиопомех путем повышения энергетического потенциала
радиопередающих устройств и накопления энергетики сигнала при обработке;
использование антенн с высокой направленностью и низким уровнем боковых
лепестков диаграмм направленности, обеспечивающих улучшение отношения мощностей
сигнал/помеха на входе радиоприемных устройств;
применение широкополосных сигналов, адаптивного управления мощностью передатчиков
РЭС, быстрой перестройки частот в целях повышения скрытности излучения РЭС;
использование методов пространственной, амплитудной, поляризационной и
частотно-временной селекции полезных сигналов;
использование в системах связи аппаратуры повышенного быстродействия в
целях сокращения времени передачи сообщений, затруднения ведения противником
РЭР линий связи и создания им радиопомех;
применение адаптивных средств радиосвязи, обеспечивающих автоматическое
вхождение в связь и ее поддержание в условиях воздействия радиопомех.
Основная задача по использованию указанных мер защиты радиосредств от
преднамеренных помех заключается в обеспечении условия, при котором
достоверность извлекаемой информации не уменьшалась бы ниже допустимого уровня.
1.2 Расчет эффективности функционирования линий декаметровой связи в
условиях сигнальной и помеховой обстановки
Для расчета эффективности функционирования линий декаметровой связи
используем методику расчета, изложенную в книге [1].
В качестве исходных данных своих средств связи будем использовать
следующие исходные данные:
. Время проведения сеанса радиосвязи - июль, 12:00, W=50;
2.
Длина радиотрассы - 1020 км (Санкт-Петербург: 59,5
с.ш. и 30 в.д.;
Мурманск: 68,6 с.ш. и 33 в.д.);
.
Мощность, подводимая к передающей антенне - 1 кВт (Р-161-А2М);
.
Тип приемной и передающей антенн ВН 13/9 (наклонный симметричный вибратор);
.
Вид сигнала - ЧТ-500;
.
Допустимая вероятность ошибки в приеме элемента сигнала 
(
дБ);
.
Способ обработки сигналов - одиночный некогеретный прием по огибающей; полоса
пропускания при приеме сигналов ЧТ - 500 
=1,2 кГц.
· По графикам суточного хода МПЧ по слою F2 при W=50
определяю значение МПЧ и ОРЧ
· По карте
суточного хода 
=3,3 МГц
· По графику
МККР определяю эффективные значения напряженности поля сигнала 
от передатчика с эффективной мощностью передатчика 
, 
.
Относительный коэффициент усиления передающей антенны 
· Рассчитываю
средний уровень сигнала на входе приемника по формуле:
, (1)
Где
- длина волны связи, м
=190 Ом -
активная составляющая антенны
=-40 Ом -
реактивная составляющая антенны
=75 Ом -
активная составляющая входного сопротивления приемника
=0 -
реактивная составляющая входного сопротивления приемника
Откуда
следует 
· Выбираю значение рассеяния уровней сигналов на входе
приемника
- для
дневных сеансов
Нахожу
средние уровни помех 
(дБ) и их рассеяние 
на входе
приемника
=18 дБ
=10 дБ -
для дневных сеансов радиосвязи
· Рассчитываю среднее превышение уровня сигнала над уровнем
помех:
и рассеяние превышения сигнала над помехой:
,
откуда
следует, что
=33,24 дБ
=10,8 дБ
· Определяю
требуемое превышение уровня сигнала над уровнем помех 
.
(2)
· С
использованием полученных данных расчета определяю величину параметра 
и по графику интеграла вероятности нахожу ожидаемое
значение вероятности связи
· Из выше изложенного следует, что средние длительности
пригодного и непригодного состояния радиоканала составляют
мин (3)
мин (4)
Где
значения интервала корреляции уровней помех 
при
длине трассы свыше 1000 км 
мин.
Вероятность
своевременной передачи сообщения заданного объема:
(5)
Откуда
следует, что вероятность связи при использовании радиостанций средней мощности
оказывается относительно низкой.
Основные
результаты промежуточных и окончательных расчетов смотри в таблице приложения
1.
1.3 Требования, предъявляемые к военным линиям декаметровой радиосвязи
Военная радиосвязь как процесс передачи информации по радиолиниям должна
отвечать требованиям по достоверности, своевременности и скрытности,
совокупность которых характеризует и определяет качество радиосвязи. При
функционировании военных линий радиосвязи вследствие воздействия различных
неблагоприятных факторов качество радиосвязи может оказаться ниже требуемого.
Рассмотрим показатели обеспечивающие качество радиосвязи и эффективность
линий, а именно достоверность, своевременность и скрытность передачи информации
по радиоканалам.
Достоверность передачи сообщения характеризует степень соответствия
сигналов на входе и выходе радиоканала, которая определяется:
физическими свойствами среды распространения радиоволн;
видами сигналов, способами модуляции и демодуляции сигналов;
способами преобразования сообщений в первичный электрический сигнал и
обратно;
техническим совершенствованием средств радиосвязи.
Специфика различных видов сигналов приводит к необходимости введения
частных критериев достоверности.
При
аппаратурных испытаниях оценкой этой вероятности служит отношение числа
искаженных 
к общему числу переданных посылок 
.
Достоверность
непрерывных сигналов, используемых для передачи речевых сообщений, оценивается
словесной разборчивостью (артикуляцией):
,
(6)
Где
- количество правильно принятых слов; 
- общее число переданных слов. Качество 
не должно быть ниже 80%.
Своевременность
передачи сообщений по радиоканалам характеризуется временем пребывания в линии
радиосвязи, исчисляемым с момента передачи его для отправки до момента вручения
адресату.
Требования
к своевременности для сообщений различной категорий срочности устанавливаются
доедиными нормативами для всех войск связи и количественно определяются
допустимым временем пребывания сообщения нормированного объема в системе связи 
Оценка
качества своевременности характеризуется временем передачи сообщения по
радиоканалу 
При этом должно выполняться следующее требование:
, (7)
где
- допустимое время передачи сообщения, являющееся
одной из компонент общего допустимого времени пребывания сообщения в системе
связи 
Скрытность
радиосвязи характеризует её способность скрыть от противника сам факт передачи
информации. Вскрытой считается радиосеть, если противнику удалось узнать
частоту, позывные корреспондентов, а также принадлежность их к конкретным
пунктам управления.
Здесь
показателем эффективности служит вероятность своевременной передачи сообщений:
(8)
Этот показатель характеризует степень соответствия реального времени
передачи сообщения нормированного объема требуемому значению и является общим
показателем эффективности.
Для повышения эффективности функционирования, пропускной способности,
помехоустойчивости и скрытности передачи информации по коротковолновым линиям
радиосвязи необходимо выделить следующие способы повышения эффективности
радиосвязи:
сетевой принцип построения. Организуется с использованием полносвязной
структурой;
использование кодирования информации. При этом повышается
помехоустойчивость приема сигналов;
использование фазированных антенных решеток. Определяет возможность
управлять диаграммой направленности антенны;
использование адаптивных режимов. Предназначены для изменения в процессе
связи рабочей частоты с целью необходимого превышения сигнала над уровнем помех
в точке приема, также применение групповых сигналов;
управление режимами функционирования. Способность эффективного
использования ресурсов, выделяемых радиолинии;
использование помехозащищенных режимов. Для обеспечения эффективности
радиосвязи в условиях РЭП.
Последний способ является наиболее перспективным для обеспечения
радиосвязи с заданным качеством, поэтому темой моей дипломной работы является
разработка помехозащищенных режимов функционирования линий декаметровой связи в
различных условиях сигнальной и помеховой обстановки.
Известно, что линии декаметровой связи сильно подвержены замиранию
сигналов, поэтому одним из эффективных методов борьбы с замираниями является
разнесённый прием, который получил широкое распространение на практике.
Принцип разнесенного приема заключается в том, что переданное сообщение
на приеме воспроизводится не по одному, а по двум или нескольким сигналам,
несущим одну и ту же информацию.
Одним из возможных путей повышения эффективности КВ радиосвязи в условиях
тяжелой помеховой обстановки, обусловленной ограниченностью пригодного по
условиям распространения радиоволн участка диапазона частот и высокой загрузкой
помехами низкочастотной области декаметрового диапазона является создание
составных радиолиний между двумя достаточно близко расположенными корреспондентами
с использованием удаленных от них на большие расстояния (порядка 2000-3000 км)
ретрансляторов. Эта мера позволяет использовать для связи высокочастотную
область декаметрового диапазона (выше 10-20 МГц), в значительно меньшей степени
загруженную сосредоточенными помехами.
Но
наибольшее распространение получил метод частотной адаптации, реализованный в
ЧАРЛ. Для надежности круглосуточной работы линий KB радиосвязи
<#"564033.files/image046.gif">, 
, 
. Для сравнения эффективности функционирования
различных режимов воспользуемся вероятностью с достоверностью не хуже заданной,
так как, данный показатель можно считать нормированным для всех режимов.
2.1 Параметры оценки качества и эффективности радиосвязи в дециметровом
диапазоне
Качество радиосвязи и эффективность линий оцениваются показателями,
характеризующими достоверность, своевременность и скрытность передачи
информации по радиоканалам.
Достоверность передачи сообщения характеризует степень соответствия
сигналов на входе и выходе радиоканала и определяется:
физическими свойствами среды распространения радиоволн;
видами сигналов, способами модуляции и демодуляции сигналов;
способами преобразований сообщений в первичные электрические сигналы и
первичных электрических сигналов в сообщения;
техническим совершенствованием средств связи.
Искажения сигналов могут возникать при их преобразовании (модуляции) и
усилении передатчике, при распространении радиоволн за счет воздействия помех
различных видов, в силу нелинейного взаимодействия с помехами в тракте
приемника и, наконец, при обратном преобразовании (демодуляции).
Для наиболее широко используемых в военной радиосвязи дискретных сигналов
достоверность количественно оценивается вероятностью ошибочного приема элемента
сигнала (символа, посылки)
При
аппаратурных испытаниях оценкой этой вероятности служит отношение числа
искаженных к общему числу переданных посылок N:
(2.1)
С
точки зрения потребителя более удобной является оценка достоверности по
вероятности ошибочного приема знака сообщения (кодовой комбинации) 
Последняя
зависит не только от вида сигнала, способа его обработки и свойств радиоканала,
но и от способа кодирования информации (типа оконечной аппаратуры).
Своевременность
передачи сообщений по радиоканалам характеризуется временем пребывания в
системе (линии) радиосвязи, исчисляемым с момента передачи его для отправки до
момента вручения адресату. Требования к своевременности для сообщений различной
категории срочности устанавливаются едиными нормативами для войск связи и
количественно определяются допустимым временем пребывания сообщения
нормированного объема в системе связи
Реальное
время пребывания сообщений в системе (линии) радиосвязи 
включает в себя время выполнения вспомогательных
операций (доставки сообщений и их обработки на оконечных пунктах), времени
ожидания передачи и собственно время передачи сообщения по радиоканалу.
Также
для оценки качества радиосвязи важно учитывать время передачи сообщения по
радиоканалу 
. При этом требования к своевременности передачи
сообщения по радиоканалу выполняются, если выполняется условие:
(2.2)
где
- допустимое время передачи сообщения, являющееся
одной из компонент общего допустимого времени пребывания сообщения в системе
связи 
.
Достоверность
передачи информации можно повысить за счет увеличения времени её передачи,
например за счет многократного повторения. Повышение скорости передачи
информации при прочих равных условиях снижает ее достоверность. Поэтому, когда
указывается допустимое время передачи сообщения, всегда предполагается, что оно
должно быть передано с достоверностью, не хуже заданной.
Скрытность
радиосвязи характеризует ее способность скрыть от противника сам факт передачи
информации. Количественной мерой скрытности радиосвязи служит время,
необходимое противнику для ее вскрытия. Это время зависит не только от свойств
самой связи, но и от конкретной оперативной обстановки, а также от технической
оснащенности системы радиоразведки противника.
Требования
к качеству радиосвязи обуславливаются лишь ее целевым предназначением, а
возможности их выполнения зависят от целого ряда факторов, часть из которых
носит случайный характер. Поэтому, показатели эффективности, определяющие
степень соответствия реальных показателей качества требуемым, носят
вероятностный смысл.
Наиболее
общим показателем эффективности могла бы служить вероятность выполнения всех
заданных требований по достоверности, времени передачи сообщений нормированного
объема и скрытности. Однако расчет этого показателя связан с серьезными
аналитическими трудностями и, кроме того, он не позволяет судить об отдельных
(частных) характеристиках системы (линии) радиосвязи. Поэтому на практике
пользуются частными показателями эффективности, а общую ее оценку производят по
совокупности частных показателей.
Более
общим показателем эффективности служит вероятность своевременной передачи
сообщений:
(2.3)
Этот
показатель характеризует степень соответствия реального времени передачи
сообщения нормированного объема требуемому значению.
Расчет
вероятности своевременной передачи сообщения нормированного объема V в
предположении экспоненциального закона распределения длительностей непригодного
состояния радиоканала производится по формуле:
(2.4)
где
- эксплуатационная скорость передачи информации,
измеряемая числом знаков, передаваемых в 1 мин.
При
этом определяется в зависимости от приоритета сообщения и
его объема.
2.2 Методика расчета эффективности функционирования линии декаметровой
связи на фиксированной частоте
При связи с использованием ионосферного отражения радиоволн сигналы
подвержены замираниям. В радиоканале с замираниями сигнал распространяется по
нескольким лучам. Вследствие случайного изменения длин лучей напряжение на
входе приемника представляет собой сумму отдельных колебаний с произвольными
амплитудами и случайными фазами.
При
достаточно большом числе таких нерегулярных составляющих сигнала их суммарное
колебание представляет собой нормальный процесс, а огибающая этого процесса
(амплитуда сигнала) 
является случайной функцией и описывается
распределением Релея с плотностью вероятностей
: 
, (2.5)
где
- эффективное (среднеквадратическое) значение
напряжения сигнала, являющееся параметром распределения Релея.
Флуктуации
фазы сигнала 
при этом характеризуются равномерным распределением
вероятностей в интервале 0,2
с
плотностью 
:
(2.6)
В условиях
релеевских замираний сигналов и помех достоверность принимаемой информации с
достаточной для практики точностью определяется превышением эффективного
напряжения сигнала над эффективным напряжением помех на входе приемника, т.е.
величиной
(2.7)
Для
заданного вида сигнала и способа его обработки помехоустойчивость радиосвязи в
зависимости от характеристик сигналов и помех можно рассматривать как некоторую
функцию
(2.8)
где
- вероятность ошибок по элементам или знакам при
приеме дискретных сигналов или артикуляционные потери при приеме непрерывных
сигналов.
Аналитически
вероятность связи с допустимыми потерями достоверности определяется выражением:
(2.9)
где
- допустимые потери достоверности; 
- требуемое превышение уровня сигнала над уровнем
помех, соответствующее допустимым потерям достоверности; 
- плотность распределения вероятностей значений 
в канале радиосвязи.
Согласно
статистическим данным распределения уровней сигналов и помех во времени
подчиняются нормальному закону. Вследствие этого отношение уровней сигнала и
помех также распределено по нормальному закону:
(2.10)
При
связи отраженной волной наиболее важным для практики представляется случай,
когда замирания носят наиболее глубокий характер, в этом случае замирания
сигналов являются релеевскими и вероятность ошибки приема элемента сигнала в
таком канале такова:
(2.11)
Возможный
порядок расчета показателей эффективности линий декаметровой связи на
закрепленных частотах следующий:
Для
расчета в общем случае должны быть известны следующие исходные данные:
требования
к достоверности передачи информации;
техническая
скорость передачи, объем передаваемых сообщений, допустимое время передачи
сообщений;
координаты
конечных пунктов радиотрассы;
часы
московского дискретного времени, сезон и год, для которого ведется расчет;
мощность,
подводимая к передающей антенне;
тип
передающей антенны и ее параметры;
вид
сигналов;
тип
приемной антенны и ее параметры;
способ
обработки принимаемых сигналов.
.
По исходным данным рассчитываются:
длина
трассы;
координаты
точки отражения радиоволн от ионосферы или контрольных точек;
поправка
времени для перевода местного времени в точке отражения или контрольных точках
в московское декретное время;
оптимальные
рабочие частоты (ОРЧ);
эффективные
значения напряженности полей сигналов в точке приема для заданных временных
интервалов связи.
.
С учетом параметров приемной антенны и входного сопротивления приемника
рассчитывается средний уровень сигнала на входе приемника по формуле
(2.12)
где
- длина волны связи, м; 
- частота связи, МГц; 
-
коэффициент усиления приемной антенны на рабочей частоте в направлении прихода
волны; 
- активная составляющая входного сопротивления
антенны на рабочей частоте, Ом; 
-
реактивная составляющая входного сопротивления антенны на рабочей частоте, Ом; - активная составляющая входного сопротивления
приемника, Ом.
.
На основании статистических данных с учетом времени связи выбираются значения
рассеяния уровней сигналов на входе приемника 
Обычно
для дневных сеансов радиосвязи =3
5 дБ, для ночных сеансов - =57 дБ.
Для
заданных времени суток, года, солнечной активности, типа приемной антенны,
географического положения точки приема и значений ОРЧ находятся средние уровни
помех 
и их рассеяния (дБ) на
входе приемника.
По
результатам, полученным в пунктах 4 и 5, рассчитываются среднее превышение
уровня сигнала над уровнем помех 
и
рассеяние превышения сигнала над помехой:
По
заданным требованиям к достоверности передачи информации с учетом вида сигнала
и способа его обработки определяется требуемое превышение уровня сигнала над
уровнем помех .
Требуемое
превышение уровня сигнала над уровнем помех при использовании непрерывных
сигналов зависит не только от вида сигнала и характеристик канала связи, но и
от типа оконечной аппаратуры.
С
использованием полученных данных расчета определяется величина параметра 
, а затем по графику зависимости 
от частоты антенны находится ожидаемое значение
вероятности связи с достоверностью не хуже заданной.
Используя
полученные ранее данные по данной формуле
(2.13)
можно
также определить вероятность своевременной передачи сообщения заданного объема.
2.3 Качество радиосвязи при воздействии преднамеренных помех
Вследствие специфики радиоканала, являющегося каналом со свободным
доступом, преднамеренные помехи будут воздействовать на приемное устройство
всегда совместно со случайными станционными помехами. Поэтому качество
радиосвязи, характеризуемое достоверностью принимаемой информации, будет
определяться суммарным результатом воздействия случайных и преднамеренных
помех.
Качество
радиосвязи дискретными сигналами в условиях преднамеренных помех количественно
оценивается так же, как и при воздействии только случайных помех, по
вероятности ошибочного приема символа . Для
выбранного вида сигнала и способа его обработки при приеме значение определяется характеристиками радиоканала, и прежде
всего превышением уровня сигнала над уровнем помех в точке приема. В целях
анализа помехозащищенности радиолиний при одновременном воздействии случайных и
преднамеренных помех целесообразно рассматривать величину как функцию двух параметров: соотношения уровней (или
мощностей) сигнала и случайных помех и соотношения уровней (или мощностей)
преднамеренной помехи и сигнала.
Степень
влияния преднамеренной помехи на качество радиосвязи в значительной мере
зависит от ее вида. Многообразие видов преднамеренных помех обусловлено различными
целями и условиями их применения. Не останавливаясь подробно на классификации
активных преднамеренных помех, отметим, что по соотношению их спектральных и
временных характеристик с характеристиками сигнала они подразделяются на
прицельные, полуприцельные и заградительные.
Под
прицельной понимают такую помеху, спектр которой занимает ту же полосу, что и
спектр сигнала, а ее воздействие на прием во времени совпадает с передачей
информации в радиоканале.
Полуприцельная
помеха - это помеха, частично совпадающая либо по спектру, либо во времени с
сигналом.
Заградительная
помеха создается в определенной полосе частот, перекрывающей спектр ожидаемых
сигналов, и воздействует на все работающие в данной полосе частот радиолинии в
течение заданного времени независимо от состояния связей, подлежащих
подавлению.
Известно,
что только прицельные помехи позволяют достичь высокой эффективности
подавления, то есть нарушения связи (снижения качества связи ниже допустимого
значения) при минимальной мощности передатчика помех. Важным достоинством
прицельной помехи является также то, что, будучи рассчитанной на подавление
вполне определенных радиолиний, она оказывает минимальное мешающее действие на
функционирование линий радиосвязи стороны, применяющей помехи.
Заградительные
помехи противник вынужден будет применять при необходимости подавления
одновременно большого числа связей низового звена, а также при отсутствии у
него разведывательных данных о частотах или о времени работы радиолиний, так
как применение прицельных помех в этих случаях вызовет серьезные технические и
организационные трудности. В силу этого следует ожидать, что в большинстве
случаев для подавления KB радиолиний будут использоваться прицельные помехи.
Естественно,
что противник будет стремиться применять те виды помех, которые обеспечат
подавление при минимальных затратах энергии. С этой точки зрения наиболее
рациональной считается преднамеренная помеха, совпадающая по структуре с
сигналом, т. е. имитирующая сигнал. Помехи такого вида будем называть имитационными.
В
некоторых случаях (например, при неизвестной форме радиосигналов) возможно
применение и шумовой прицельной помехи.
Аналитический
расчет помехоустойчивости радиолиний в условиях совместного воздействия
случайных и преднамеренных помех различного вида в общем случае связан со
значительными трудностями. Поэтому ограничимся анализом помехоустойчивости
приема широко используемых в военной радиосвязи сигналов ЧТ при воздействии
наиболее вероятных преднамеренных помех - шумовой и имитационной.
Шумовую
помеху можно представить в виде нормального флюктуационного шума с равномерной
спектральной плотностью мощности
,
где
- средняя мощность преднамеренной помехи в полосе
приема 
. Будем полагать также, что преднамеренная и случайная
помехи носят аддитивный характер, а источники их излучения независимы.
Для
наиболее характерного случая релеевских замираний амплитуд сигнала и помех
вероятность ошибки в приеме элемента сигнала ЧТ при его некогерентной обработке
определяется выражением
, (
2.14 )
где
- отношение средней энергии элемента сигнала 
на входе приемника к суммарной спектральной плотности
помех 
; 
-
средняя мощность сигнала на входе приемника; 
-
длительность элемента сигнала.
Из
аддитивного характера помех и независимости их излучения следует
, (2.15)
где
- спектральная плотность мощности случайных помех; 
-средняя мощность случайных помех в полосе 
; 
- полоса
пропускания фильтра, согласованного с элементом сигнала.
Анализ
результатов расчета помехоустойчивости приема сигналов ЧТ в условиях одновременного
воздействия случайных станционных и преднамеренных шумовых помех приведем ниже
в целях сравнительной оценки с помехоустойчивостью в условиях имитационных
помех.
Имитационная
помеха в рассматриваемом случае представляет собой также сигнал ЧТ с тем же
частотным сдвигом и той же длительностью элементарной посылки 
, что и у полезного сигнала, но со случайной по
отношению к нему сменой информационных единиц и нулей.
Вследствие
случайного изменения времени прихода полезного и мешающего сигналов в точку
приема начало элемента (символа) имитационной помехи по отношению к элементу
сигнала будет сдвинуто на некоторое случайное время 
. Следовательно, при приеме одного элемента сигнала будет
выполняться одно из трех событий (рис. 2.1):
А
- на длительности элемента сигнала не происходит смены символов помехи, а
символы сигнала и помехи одинаковые;
В
- на длительности элемента сигнала не происходит смены символов помехи, а
символы сигнала и помехи противоположны по знаку;
С
- на длительности элемента сигнала происходит смена символов помехи.
Событие
А соответствует случаю, когда на всей длительности элемента сигнала
преднамеренная помеха действует в сигнальном фильтре. В этом случае помеха увеличивает
напряжение на выходе сигнального фильтра и тем самым способствует правильному
приему данного элемента сигнала.
Рис.2.1.Варианты приема элемента сигнала при воздействии имитационной
помехи
Обозначим
вероятность ошибочного приема элемента сигнала в такой ситуации 
.
Событие
В соответствует случаю, когда на всей длительности элемента сигнала помеха
действует в несигнальном фильтре, увеличивая напряжение на его выходе, и тем самым
существенно снижает вероятность правильного приема данного элемента сигнала.
Вероятность ошибки для этого случая обозначим .
Событие
С соответствует случаю, когда на части длительности элемента сигнала помеха
действует в сигнальном фильтре, а на остальной его части - в несигнальном
фильтре. В этом случае вероятность ошибочного приема элемента сигнала 
будет зависеть от соотношения этих частей.
Учитывая
несовместимость событий А, В и С, составляющих полную группу, выражение для
средней вероятности ошибки в приеме элемента сигнала можно представить в виде
суммы вероятностей ошибок, соответствующих указанным случаям, с весами, которые
определяются вероятностями этих событий:
, (2.16)
где
- вероятности событий А, В, С соответственно.
Полагая
символы сигнала ЧТ и имитационной помехи равновероятными и учитывая
независимость следования символов помехи относительно символов сигнала, можно
показать, что 
и 
. Тогда
выражение (2.16) примет вид
(2.17)
Таким
образом, дальнейший расчет достоверности приема сигнала ЧТ при воздействии
имитационных помех сводится к определению величин , , 
.
Расчеты
этих вероятностей для случая некогерентного приема в условиях релеевских
замираний сигналов и помех приводят к следующим результатам:
; (2.18)
; (2.19)
; (2.20)
где
- среднее отношение мощности сигнала к мощности
случайных помех; 
- среднее отношение мощности имитационной помехи к
мощности сигнала.
Подставляя
значения , , в (2.17), получим окончательное выражение для средней
вероятности ошибочного приема сигналов ЧТ в условиях одновременного воздействия
имитационных и случайных помех:
(2.21)
Легко
убедиться, что при отсутствии преднамеренных помех на входе приемника (т.е. при
) выражение (2.14) преобразуется в известную формулу
для вероятности ошибки некогерентного приема сигналов ЧТ в релеевском канале со
случайными помехами (см. табл. 2 приложения 1).
Результаты
расчета помехоустойчивости приема сигналов ЧТ при одновременном воздействии
преднамеренных и случайных помех представлены на рис. 2.2 в виде графических
зависимостей 
, где введены следующие обозначения: 
, 
. На
рисунке сплошные линии соответствуют случаям воздействия имитационной помехи, а
пунктирные линии -шумовой помехи.
Из
анализа приведенных зависимостей следует, что преднамеренные помехи существенно
снижают достоверность приема сигналов ЧТ. Качество связи в некоторых случаях
становится недопустимо низким (
) даже
при мощности преднамеренных помех меньшей, чем мощность сигнала (т.е. при
G<0). При этом действие преднамеренных помех проявляется тем заметнее, чем
лучше качество связи в условиях воздействия только случайных помех.
Графики
на рис. 2.2 подтверждают также, что имитационная помеха значительно эффективнее
чем шумовая, т. е. при одинаковой пиковой мощности первая вызывает гораздо
большее увеличение вероятности ошибки 
, чем
вторая.
Рис. 2.2. Помехоустойчивость приема сигналов
ЧТ в условиях преднамеренных помех
Полученные
зависимости позволяют по заданным требованиям к качеству
радиосвязи (величине 
) определить при конкретном значении 
величину 
, при
которой выполняется условие 
.Это
является необходимым условием для расчета показателей эффективности радиосвязи
в условиях радиоподавления.
2.4 Метод оценки эффективности КВ линий при связи на закрепленных
частотах в условиях преднамеренных помех
В
качестве показателя эффективности радиолиний в условиях радиоподавления будем
использовать вероятность связи с достоверностью не хуже заданной 
. В соответствии с выбранным показателем эффективность
радиолиний является некоторой функцией заданного качества (достоверности)
связи, которое при использовании дискретных сигналов характеризуется допустимой
вероятностью ошибочного приема элемента сигнала. В свою очередь качество
радиосвязи в условиях радиоподавления будет зависеть от степени воздействия на
радиолинию преднамеренных помех. Так как преднамеренные помехи по сути являются
мешающими сигналами, то их статистические свойства будут такими же, как и у
полезных радиосигналов. Разумеется числовые значения параметров полезных
радиосигналов и преднамеренных помех будут различаться, поскольку они
принадлежат разным источникам излучения.
Как
следует из анализа помехоустойчивости, вероятность ошибочного приема элемента
сигнала при совместном воздействии преднамеренных и случайных помех является
функцией двух параметров - 
и , т.е. 
. Поэтому
любому конкретному значению 
соответствует
целый набор совокупностей знамений и .
Если
заданы допустимые потери достоверности 
, то для
каждого фиксированного значения 
из
зависимости можно определить значение 
, при котором 
. Так,
например, при приеме сигналов ЧТ в канале с релеевскими замираниями в условиях
имитационных и случайных помех для 
дБ
величина 
обеспечивается при 
дБ (см.
рис. 4.2). В то же время для значений нельзя
найти ни одного значения , при котором бы выполнялось условие 
. Это объясняется тем, что, когда 
, то даже при отсутствии преднамеренных помех уже не
выполняется требование по достоверности, т. е. 
.
В
силу случайного во времени характера изменения параметров и вероятность
ошибки также является случайной функцией времени. При
некотором конкретном значении условную
вероятность выполнения неравенства можно
определить как вероятность выполнения эквивалентного ему неравенства 
с помощью выражения
, (2.22)
Где
- плотность распределения вероятности случайной
величины ; 
, 
- функция, обратная функции .
К
примеру, для случая приема сигналов ЧТ в канале с релеевскими замираниями при воздействии
шумовой и случайной помех получим
(2.23)
Вероятность
связи в условиях совместного воздействия преднамеренных и случайных помех можно
определить как безусловную вероятность выполнения неравенства 
путем усреднения (2.22) по всем возможным значениям z
в пределах от до 
:
, (2.24)
где
- плотность распределения вероятности величин .
В
этом выражении определяется по заданной величине из формул, характеризующих помехоустойчивость приема
сигналов в условиях воздействия только случайных помех.
Для
конкретных расчетов вероятности связи по формуле (2.24) помимо требований по
достоверности необходимо знать законы распределения случайных величин и и
параметры этих распределений.
Как
уже отмечалось ранее, при связи ионосферными волнами величину можно полагать нормально распределенной с параметрами
и .
Методика определения этих параметров для заданных условий связи изложена в
пункте 2.2. при расчете вероятности связи в условиях воздействия случайных
помех.
Так
как преднамеренные помехи имеют одинаковые с радиосигналами статистические
свойства, то величина , как композиция двух независимых нормальных случайных
величин, будет иметь также нормальное распределение вероятностей с плотностью :
, (2.25)
где
- среднее значение величины ; 
-
среднеквадратическое отклонение (рассеяние) величины от своего среднего значения.
Определение
параметров и производится
по той же методике, что и при определении и . Чтобы воспользоваться этой методикой, необходимо
знать хотя бы ориентировочно местоположение передатчика помех, а также его
мощность и тип применяемой антенны.
Вероятность
KB буквопечатающей радиосвязи, определяемая выражением (2.24), рассчитана на
ЭВМ при условии нормального распределения случайных величин и .
Результаты расчета представлены на рис. 2.3 и 2.4 в виде графиков зависимости
вероятности связи от требований к качеству приема при различных значениях параметров и для
случаев воздействия шумовой и имитационной преднамеренных помех. Из приведенных
графиков видно, что воздействие преднамеренных помех приводит к существенному
снижению устойчивости связи. Особенно низкой вероятность связи оказывается при
достаточно высоких требованиях по достоверности принимаемой информации.
Например, для 
дБ и 
дБ
вероятность 
в условиях шумовой помехи принимает значение, меньшее
0,2, а в условиях имитационной помехи равна нулю.
Рис. 2.3. Вероятность KB
радиосвязи на закрепленной частоте при воздействии шумовой помехи
Имитационная
помеха по своему влиянию на устойчивость радиосвязи оказывается значительно
эффективнее, чем шумовая. Так, если 
, дБ и 
дБ, то
вероятность связи при воздействии шумовой помехи составляет 0,3, в то время как
при воздействии имитационной помехи она снижается почти но нуля.
В
условиях РЭП параметры случайных помех также оказывают существенное влияние на
устойчивость радиосвязи. В частности, для случая 
дБ, изменение величины от 30 до
20дБ (что соответствует увеличению уровня станционных помех на 10дБ) приводит к
уменьшению вероятности связи в условиях имитационных помех от 0,4 до 0,1.
Подводя
итог анализу графиков, представленных на рис. 2.3 и 2.4, можно сделать вывод,
что при современных требованиях к качеству радиосвязи, характеризуемых
значениями 
, осуществить связь на закрепленной частоте в условиях
преднамеренных помех оказывается практически невозможным уже при условии 
дБ, которое в подавляющем большинстве реальных
ситуаций будет выполнено.
Рис. 2.4. Вероятность KB
радиосвязи на закрепленной частоте при воздействии имитационной помехи
В
ряде случаев для оценки эффективности радиосвязи в условиях РП необходимо знать
не только вероятность связи с требуемой достоверностью, но и средние
длительности пригодного 
и непригодного 
состояний
радиоканала. Выражения для расчета значений и определяются с помощью аппарата теории выбросов
случайных процессов. Результаты расчетов по этим выражениям показывают, что в
условиях преднамеренных помех среднее время пригодного состояния радиоканала не
превышает нескольких единиц минут, а среднее время непригодного состояния
радиоканала составляет десятки минут. По этой причине средняя скорость передачи
информации и вероятность своевременной передачи сообщений оказывается крайне
низкими.
Таким
образом, радиосвязь на закрепленных частотах вследствие ее низкой эффективности
в условиях радиоподавления не отвечает современным требованиям управления
войсками.
2.5 Разработка методики оценки эффективности функционирования линии
декаметровой связи в режиме медленной ППРЧ
Для разработки методики оценки эффективности функционирования линий
декаметровой связи в режиме медленной ППРЧ использую методику расчета,
изложенную профессором Военной академии связи Семисошенко М.А. и кандидатом
технических наук подполковником Пшеничниковым А.В. в журнале [2].
При методе ППРЧ расширение спектра обеспечивается путем скачкообразного
изменения несущей частоты в выделенном для работы СРС диапазоне Ws . Под
скачкообразным изменением частоты следует понимать периодическую перестройку
одной частоты или нескольких частот, используемых для передачи сигналов.
Сигналы с ППРЧ можно рассматривать как последовательность в общем случае
модулированных радиоимпульсов, несущие частоты которых перестраиваются в
диапазоне Ws. Число перестраиваемых частот и порядок их чередования
определяются - псевдослучайными кодами.
Обязательным условием применения сигналов с ППРЧ является
детерминированность псевдослучайной последовательности радиоимпульсов, точнее
их несущих частот и временного положения, что позволяет на приемной стороне СРС
обеспечить частотную и временную синхронизацию сигналов. Для постановщика помех
закон перестройки несущей частоты в СРС с ППРЧ неизвестен, что исключает
возможность создания эффективных способов подавления. Фундаментальный принцип
псевдослучайности сигналов препятствует системе РЭП добиваться эффективного
воздействия на СРС с ППРЧ организованных помех и вынуждает систему РЭП с
ограниченной мощностью передатчика распределять соответствующим образом
спектральную плотность мощности помехи по частотному диапазону СРС.
Одним из способов обеспечения помехозащищенности функционирования линии
декаметровой связи является использование режима медленной программной
перестройки рабочей частоты (ППРЧ).
В целях повышения эффективности функционирования линии радиосвязи с ППРЧ
будем использовать управление ее частотно-временным ресурсом, под которым будем
понимать относительное время использования каждой частоты программной
перестройки на интервале работы радиолинии.
Для учета возможности управления частотно-временным ресурсом радиолинии с
ППРЧ, заключающимся в преимущественном использовании в радиолинии тех частот,
на которых обеспечивается экстремальное значение выбранного показателя
эффективности функционирования линии радиосвязи, введем понятие коэффициента
использования частоты.
Под
коэффициентом использования 
-й
частоты радиолинии с ППРЧ будем понимать отношение суммарного временного
интервала работы радиолинии, определяемому временем анализа
(
): 
(2.26)
Понятие
коэффициента использования частоты имеет несколько интерпретаций. Учитывая, что
при условии мгновенной перестройки радиолинии с частоты на частоту количество
перестроек в радиолинии 
определяется
отношением временного интервала ее работы 
к
длительности передачи информации на одной частоте
(2.27)
коэффициент
использования 
-й частоты, определяется выражением (2.26),
представим следующим образом:
(2.28)
где
- количество перестроек на 
-ю частоту.
Количество
перестроек радиолинии на -ю частоту
соответствует количеству временных участков 
,
используемых для передачи информации на -й частоте:
Поэтому
другим представлением коэффициента использования частоты является отношение
количества временных интервалов 
к общему
количеству временных интервалов анализа 
:
(2.29)
где
Так
как на интервале в радиолинии с ППРЧ передается 
элементов
сигнала, то еще одной интерпретацией коэффициента использования частоты
является отношение суммарного количества элементов сигнала, передаваемых на 
-й частоте 
, к
общему количеству элементов сигнала 
:
(2.30)
Из
выражений (2.26 - 2.30) следует, что сумма коэффициентов рабочих частот равна
единице.
2.6 Методика оценки эффективности функционирования радиолинии при
разнесенном приеме
Разнесенный прием как метод повышения помехоустойчивости передачи
сообщений в основном применяется в системах КВ радиосвязи.
Известно, что при осуществлении КВ радиосвязи ионосферными волнами
амплитуда сигнала в точке приема практически всегда изменяется за счет
замираний. При этом динамический диапазон изменения амплитуд может достигать
20-30 дБ, а период замираний лежит в пределах от десятых долей секунды до
нескольких секунд. Основная причина замираний сигналов - интерференция
нескольких лучей, приходящих в точку приема после отражения от ионосферы по
разным путям с изменяющимся временем запаздывания. Одним из эффективных методов
борьбы с замираниями сигналов является разнесенный прием, который получил
широкое распространение на практике.
Принцип разнесенного приема заключается в том, что переданное сообщение
на приеме воспроизводится не по одному, а по двум или нескольким сигналам,
несущим одну и ту же информацию.
Различают следующие виды разнесенного приема:
. Пространственно разнесенный прием, когда производится одновременный
прием сигналов одного передатчика несколькими приемниками на разнесенные в
пространстве антенны;
. Частотно-разнесенный прием сигналов, передаваемых одновременно на
нескольких частотах одним или несколькими передатчиками.
. Временной разнесенный прием сигналов, многократно передаваемых на одной
и той же частоте через некоторые интервалы времени.
. Поляризационно разнесенный прием, при котором для регистрации лучей с
различной поляризацией используют разные антенны.
Необходимым условием осуществления любого из указанных способов
разнесенного приема является независимость сигналов в точке приема. При
соблюдении этого условия вероятность совпадения максимальных и минимальных
значений амплитуд сигналов мала, более вероятно их несовпадение. Это позволяет
уменьшить динамический диапазон изменений амплитуды результирующего сигнала и
тем самым повысить среднее отношение сигнал/помеха по сравнению с одиночным
(неразнесенным) приемом.
Наиболее
распространенным способом разнесенного приема КВ сигналов является
пространственно разнесенный прием. При пространственном разнесении антенн
параметр разнесения обычно задают в виде нормированного расстояния разнесения: 
, где 
-
расстояние между антеннами, м; 
- длина
волны связи, м.
При
частотно-разнесенном приеме величина разноса рабочих частот определяется
интервалом корреляции замираний по спектру и в декаметровом диапазоне волн
обычно составляют 0,5-2 кГц. Частотно-разнесенный прием применяется не только
для борьбы с замираниями сигналов, но и является эффективным методом повышения
устойчивости КВ связи при воздействии сосредоточенных станционных помех.
Основной
недостаток частотного разнесения состоит в расширении полосы частот, занимаемой
системой связи, что приводит к увеличению взаимных помех, т.е. к ухудшению
условий ЭМС средств радиосвязи.
Поляризационно
разнесенный прием применяется в основном в КВ каналах с целью уменьшения
поляризационных замираний сигналов.
Временное
разнесение сигналов накладывает ограничения на скорость телеграфирования и
длительность радиограммы, так как интервал повторения сигнала должен
превосходить среднюю длительность замираний в канале связи. Несмотря на это
принципы временного разнесения широко используются при слуховой работе ключом,
а также в системах с автоматическим запросом ошибок и повторением информации.
При
пространственно разнесенном некогерентном приеме сигналов ЧТ с автовыбором
ветви по максимуму сигнала в условиях независимых релеевских замираний сигналов
и помех в каналах приема вероятность ошибки приема элемента сигнала
определяется выражением
, (2.31)
Где
- число ветвей разнесения (трактов приема); 
- превышение уровня сигнала над уровнем помех в
каналах приема.
Так
как при пространственно разнесенном приеме уровни сигналов и помех, а следовательно,
и их отношения в ветвях разнесения жестко коррелированны и распределены по
нормальному закону, то вероятность связи с достоверностью не хуже заданной
будет определяться выражением:
, (2.32)
где
- среднее превышение уровня сигнала над уровнем
помех; - рассеяние этого превышения (в ветвях рассеяния,
дБ); 
- требуемое превышение уровня сигнала над уровнем
помех при ветвях разнесения.
Методика
и порядок расчета величин и ничем не
отличается от методики и порядка их расчета при одиночном приеме сигналов на
закрепленных частотах (расчет эффективности радиолинии при связи ионосферными
волнами на закрепленных частотах).
Значение
в децибелах при заданной норме ошибок можно определить из графических зависимостей (рис.
2.5), рассчитанных по формуле (2.31) для различного числа ветвей разнесения.
Используя результаты расчета вероятности связи по формуле (2.32) можно
определить и другие показатели эффективности радиосвязи при применении методов
пространственно разнесенного приема.
Рис. 2.5 Помехоустойчивость пространственно разнесенного приема в каналах
с замираниями
Из результатов проведенных ранее расчетов следует, что:
применение разнесенного приема обеспечивает существенное повышение
вероятности связи по сравнению с одиночным приемом как летом, так и зимой, как
в ночные часы суток, так и днем;
применение более чем двух ветвей разнесения при
пространственно-разнесенном приеме не дает существенного выигрыша в
устойчивости связи.
Эффективность функционирования радиолинии при адаптивной радиосвязи.
Радиолинии, самоприспосабливающиеся к условиям ведения связи, в которых
процесс управления регулируемыми параметрами полностью автоматизирован, принято
относить к классу адаптивных линий связи.
Под адаптивной радиолинией понимают автоматизированную радиолинию,
которая приспосабливается к изменяющимся условиям функционирования путем
изменения своих параметров или структуры с целью достижения заданного (или
наилучшего) качества связи.
В силу случайного характера изменения уровней сигналов и помех в точке
приема функционирование радиолинии всегда будет протекать в условиях априорной
неопределенности относительно каких-либо характеристик радиоканала. Отсюда
следует, что для целенаправленного регулирования параметров радиолинии
необходимо постоянно изучать условия ее функционирования. Поэтому адаптивная
радиолиния должна содержать устройства, обеспечивающие непрерывный анализ
условий связи, выработку на его основе управляющих сигналов (команд) и передачу
их на исполнительные устройства для изменения параметров радиосредств.
В состав структурной схемы адаптивной радиолинии помимо радиопередатчиков,
радиоприемников, передающей и приемной оконечной аппаратуры, являющихся
неотъемлемыми элементами любой радиолинии, входят вспомогательные устройства,
осуществляющие управление параметрами радиосредств в соответствии с изменениями
условий связи. К ним относятся: устройства анализа, блок управления, передатчик
и приемник команд управления. Совокупность перечисленных устройств называют
аппаратурой адаптации или аппаратурой автоматизированного ведения связи. В
дуплексной радиолинии такая аппаратура должна быть у обоих корреспондентов.
Конечной целью адаптации является обеспечение заданного или наилучшего
качества связи. Эта цель может достигаться изменением различных параметров и
структуры радиолинии вплоть до изменения алгоритма ее функционирования.
Среди регулируемых в процессе связи характеристик адаптивной радиолинии
можно прежде всего выделить параметры радиосигналов: несущую (среднюю) частоту,
мощность, длительность (скорость манипуляции), форму сигнала. Кроме того,
адаптация может осуществляться изменением структуры (решающей схемы) приемника,
выбором различных типов передающих и приемных антенн и изменением их
характеристик, варьированием структуры кода сообщения и др. Наконец, в процессе
связи может изменяться сам алгоритм управления параметрами адаптивной
радиолинии. Следует также указать на возможность приспособления радиолинии к
изменяющимся условиям ведения связи путем регулирования не одного, а нескольких
параметров.
Способы адаптации оказываются эффективными лишь в тех случаях, когда на
рабочей частоте обеспечивается достаточное превышение уровня сигнала над
уровнем помех. Это необходимое превышение можно обеспечить изменением самой
рабочей частоты. Такой способ адаптации основывается на неравномерности
загрузки помехами используемых для связи частот и различии уровней сигналов на
них. Следовательно, адаптивные радиолинии, приспосабливающиеся к изменяющимся
условиям связи путем изменения рабочей частоты с целью обеспечения необходимого
превышения сигнала над помехами на входе приемника, обладают наибольшей
эффективностью.
Такие автоматизированные радиолинии называют частотно-адаптивными. По
существу они реализуют метод группового использования частот при относительно
малых временных затратах на смену частоты связи за счет автоматизации этого
процесса.
Регулирование других параметров радиолинии (прежде всего, скорости
передачи информации), применяемое как дополнение к частотной адаптации,
позволяет получить дальнейшее увеличение эффективности радиосвязи.
Статистические критерии выбора и смены рабочих частот.
Алгоритм функционирования системы управления частотно-адаптивной КВ
радиолинии, ее сложность и эффективность в значительной мере определяются
критериями выбора и смены рабочих частот, учитывающих случайный, а в общем
случае нерегулярный характер изменения внешней среды.
В качестве критериев выбора рабочих частот (частотных полос) из группы в
каждой точке приема радиолинии могут быть использованы следующие:
уровень помехи меньше некоторого допустимого:
(2.33)
Где
- число частот в группе;
текущее
среднее уровней помех минимально:
(2.34)
где
(2.35)
-
относительное превышение текущих средних уровней помех над допустимым
минимально:
(2.36)
Где
- среднеквадратичное отклонение текущих уровней
помех;
прогнозируемое
значение уровней помех минимально:
(2.37)
Где
- корреляционная функция уровней помех 
;
-
прогнозируемое значение уровней помех в момент времени 
;
прогнозируемое
значение текущих средних уровней помех минимально:
(2.38)
Если
уровни сигналов можно считать примерно одинаковыми на всех частотах группы, то
указанные выше статистические критерии набора рабочих частот эквивалентны
критериям выбора частот по соотношению уровней сигнал/помеха. К примеру,
критерий выбора (2.34) может быть записан в этом случае в виде:
(2.39)
где
; 
- уровень
сигнала (в децибелах) на каждой из частот группы; 
- уровень помехи (в децибелах) на 
-й частоте группы ( 
); - допустимое превышение уровней сигнал/помеха (в
децибелах).
Из
множества критериев перехода с рабочей частоты на новую наиболее
распространенным и простым является критерий:
(2.40)
Или
при известном уровне сигнала:
(2.41)
Так
как вероятность ошибок в канале при передаче дискретной информации
определяется, в частности, соотношением сигнал/помеха, то критерий (2.41) можно
записать в виде:
(2.42)
Где
- текущее значение вероятности ошибок в рабочем
канале; 
- допустимое значение вероятности ошибок.
Если
при передаче дискретных сообщений в информационном канале применяется решающая
обратная связь, то критерий (2.41) эквивалентен превышению числа запросов выше
допустимого значения:
(2.43)
Критерии
выбора и смены рабочих частот определяют один из важнейших временных
параметров, влияющих на надежность частотно-адаптивной системы КВ радиосвязи, -
среднее время работы на одной частоте или плотность потока смен рабочих частот.
Целесообразно использовать такие критерии выбора и смены частот, которые бы
обеспечивали возможно большее время работы на одной частоте или менее частую
смену рабочих частот.
Организация ретрансляции на трассах большой протяженности.
Известно, что распространение радиоволн KB диапазона на
трассах большой протяженности (1500-2000 км), как правило, является
многолучевым. Это приводит к изменениям глубины и частности интерференционных
замираний в точке приема, которые в основном и определяют качество
радиоканалов, ограничивая скорость передачи сообщений по ним. Достаточно
эффективной мерой повышения качества радиоканала и устойчивости связи является
организация не просто ретрансляционных пунктов непосредственно на этих трассах,
а создание сети ретрансляционных пунктов определенной структуры. Это позволяет
успешно бороться с явлениями, вызванными не только естественными процессами в
ионосфере, но и преднамеренными нарушениями состояния слоев ионосферы
(например, в результате высотных ядерных взрывов). Положительный эффект в этом
случае достигается организацией радиосвязи с необходимым корреспондентом по
направлениям, "обходящим" зоны нарушения естественного состояния
ионосферы.
Организация KB радиосвязи с ретранслятором, вынесенным из зоны.
Необходимость и важность оперативного обеспечения устойчивой KB
радиосвязи между корреспондентами, удаленными друг от друга на расстояние
200...500 км очевидна как для отдельных территориальных зон (районов) одного
государства или промышленных объектов отдельных отраслей его экономики, так и
для ряда государств в целом. Очень актуальна KB связь на такие расстояния
(зоновая радиосвязь) для военных систем управления различного назначения.
Характерным для этих дальностей связи являются: двулучевое распространение
радиоволн, обеспечение связи но принципу “каждый с каждым” и, как следствие,
необходимость использования ненаправленных антенн, крайне ограниченный диапазон
частот, пригодных для связи по условиям распространения, и относительно высокий
уровень случайных помех в этом диапазоне. Все это существенно снижает
устойчивость зоновой KB радиосвязи. По мнению ряда специалистов удовлетворение
требований к зоновой KB радиосвязи по устойчивости, а также расширение ее
функциональных возможностей можно обеспечить за счет ретрансляторов, вынесенных
из данной зоны на расстояния порядка 500...2000 км. В этом случае связь по
принципу “каждый с каждым” реализуется через один из таких радиоцентров -
ретрансляторов. Такой способ организации радиосвязи позволяет обеспечить ее
перевод из низкочастотной части KB диапазона к более частотноемкой его
высокочастотной части. Это позволяет использовать частоты, наиболее пригодные
для связи как по условиям распространения (на трассах протяженностью 1000, 2000
км) радиоволн, так и по помеховой обстановке на них. Кроме того на таких
радиоцентрах целесообразно и возможно применять остронаправленные антенны. В
целом это позволит дополнительно увеличить отношение сигнал-помеха в точке
приема и сделать радиосвязь в зоне более свободной от недостатков, характерных
для KB радиосвязи на коротких трассах, обеспечив тем самым повышение ее
устойчивости.
ГЛАВА III
ПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫЕ РЕЖИМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛИНИЙ ДЕКАМЕТРОВОЙ СВЯЗИ
.1 Формализация процесса управления
Теория
управления - наука
<#"564033.files/image227.gif">
Рис.3.1 Способы управления
. При управлении по возмущениям управляющим объектом
производятся измерения величины и характера возмущений F со стороны внешней
среды и на их основе формируются управляющие воздействия
(рис.3.1.б.). Таким образом, при этом способе управления
изменения внешней среды в ходе операции учитываются соответствующим образом при
формировании управляющих воздействий, а само управление строится как функция
возмущений. Этот способ управления находит преимущественное применение в тех
случаях, когда внешние случайные факторы одинаковы как для ОУ, так и для УО и
могут быть измерены в ходе операции.
. Если возмущения на систему со стороны внешней среды
отличаются большим разнообразием и диапазоном изменения, их измерение
затруднительно или невозможно, то применяют управление по состоянию объекта
управления (рис.3.1.в.). Такое управление реализуется в системах с обратной
связью. Благодаря обратной связи становится возможным получать информацию о
текущем состоянии ОУ и тем самым определять отклонение от намеченной линии
поведения. Исходя из величин этих отклонений и вырабатывается управляющее
воздействие.
При организации связи необходимо также осуществлять
управление режимами функционирования связи с достоверностью не хуже заданной,
то есть, использовать радиолинию декаметровой связи в соответствии с
располагаемыми ресурсами при воздействии преднамеренных помех.
Необходимо отметить, что управление имеет место только тогда,
когда определены следующие условия:
1. Цель - обеспечение максимальной эффективности
радиосвязи в условиях воздействия помех;
2. Действия - использование различных режимов
функционирования линий декаметровой связи в радиолинии;
. Ресурсы - частотный ресурс, временной ресурс,
выделенные радиолинии для организации связи.
Схематично процесс управления можно представить в виде
воздействия субъекта управления на объект управления при их взаимодействии с
помощью прямой и обратной связей в условиях преднамеренных помех, как показано
на рис. 3.2:
Рис. 3.2. Система управления
При этом необходимым условием является построение адаптивной схемы, которая
воздействует управляющим локализованным образом на субъект управления. Другими
словами адаптивная схема как бы сканирует окружающую обстановку (выделенный
частотный диапазон для радиолинии) и, на основании полученного ею результата,
задает какие режимы функционирования связи и в какой последовательности
необходимо использовать в определенные моменты времени за период организации
связи. Благодаря этому радиолиния приспосабливается к воздействиям
преднамеренных помех за счет изменения имеющихся в ней режимов.
Изменение режимов способно повысить эффективность радиосвязи и не дать
противнику возможности постановки преднамеренной помехи.
.2 Разработка эмпирического алгоритма управления режимами
функционирования линий декаметровой связи
Суть эмпирического алгоритма при разработке режимов функционирования
заключается в том, что радиостанция работает на фиксированной частоте и если
качество связи и эффективность удовлетворяет, то следовательно остается
работать на фиксированной частоте. Если же качество связи не удовлетворяет, то
надо выбирать режим группового использования частот.
После того, как выбрали групповое использование частот, проверяем
качество связи. Если качество связи удовлетворяет, то оставляем этот режим,
если же нет, то выбираем режим адаптации. После выбора проверяем качество
связи. Если качество устраивает, то оставляем этот режим, если нет, то
переходим в режим с использованием ретрансляции. Если в данном режиме качество
связи неудовлетворительное, то мы переходим в режим с ППРЧ, регулируем его
(скорость перестройки частоты). После того, как режим отрегулирован, следует
проверка (оценка) качества связи.
Если качество связи удовлетворяет, то оставляем этот режим. Если нет, то
необходимо обратиться к соответствующему командиру (начальнику), чтобы ввели
новые ресурсы (частоту, мощность).
3.3
Модель управления функционирования линий декаметровой связи на основе теории
систем
Построение системной модели управления функционирования линий
декаметровой связи является необходимым условием для создания радиолинии с
требуемым качеством. При этом необходимо решить следующие задачи:
1. Либо анализировать выходной сигнал при известной системе
управления в зависимости от поступающего на вход системы сигнала путем сравнения;
2. Либо произвести моделирование такой системы сигнала,
способствующей для получения нужного выходного сигнала в зависимости от
известного входного сигнала.
Мы не знаем, как поведет себя противник в любой момент времени за период
организации связи, - какими видами помех будет воздействовать. Но если
произвести анализ помеховой обстановки в данной модели, то можно, основываясь
на полученных результирующих данных, получить представление о поведении
противника, т.е. «прогнозировать» его действия. Далее при использовании
адаптивной схемы управления происходит выбор частоты с нужной вероятностью
связи из выделенных частот в радиолинии, которая сможет обеспечить передачу
информации с достоверностью не хуже заданной.
Поведение такой системы во многом зависит от воздействия помех (изменение
переменных), как показано на рис. 3.3.
Рис. 3.3 Поведение системы управления при воздействии помех
Здесь Х - управляющее воздействие (ввод параметров и т.д.),
М - постороннее воздействие (преднамеренные помехи), а Y - выходная величина (результат).
Для создания данной модели необходимо задать определенные параметры,
которые позволят получить так называемую границу между средой и системой
управления, предписывающую предел, внутри которого можно производить анализ
воздействия преднамеренных помех на эту систему и обеспечить её управление
путем воздействия режимами функционирования связи.
Совокупность выходных величин и их изменения определяют поведение системы
в целом и позволяют адаптивной схеме производить анализ и оценивать её
состояние, в результате этого появляется возможность использовать разные методы
управления режимов функционирования радиосвязи для обеспечения связи с
достоверностью не хуже заданной.
3.4 Оценка эффективности предложенных решений
Согласно проведенному анализу функционирования линий декаметровой связи
вполне очевидно, что организация и обеспечение KB радиосвязи требуемого
качества - задача достаточно сложная в условиях мирного времени, в период же
боевых действий эта сложность неизмеримо возрастает.
Решением этой задачи в таких условиях, в первую очередь, является
использование помехозащищенных режимов, а также увеличение частотного ресурса и
мощности передатчиков средств связи, ну и конечно же построения новых образцов
синтезаторов частот, возбудителей, усилителей мощности, антенных согласующих
устройств и другой техники связи. Понятно, что эффективное и более полное
использование всех возможностей, заложенных в функциональных узлах и
подсистемах средств KB радиосвязи, требует наличия специалистов высокой
квалификации.
Также назрела необходимость развертывания фундаментальных работ по
обоснованию приоритетных направлений повышения качества связи, как в отдельных
KB радиолиниях, функционирующих, как правило, в очень сложных условиях
помеховой обстановки, так и при их совместной работе в рамках общего частотного
ресурса.
К сожалению, исследования по рассмотренным направлениям ведутся большей
частью не комплексно, а разрозненно. Сам поиск и выбор мер по совершенствованию
KB линий радиосвязи осуществляется специалистами преимущественно интуитивно без
детальной проработки.
Расчет эффективности функционирования систем KB радиосвязи показал их
низкую способность функционировать в условиях сложной электромагнитной
обстановки, вызванной наличием сосредоточенных преднамеренных и
непреднамеренных помех. Поэтому специалистам и ученым необходимо более детально
рассмотреть использование режимов ППРЧ, режимов адаптации и ретрансляции
сигналов, группового использования частот для повышения эффективности KB
радиосвязи.
декаметровый военный связь помеховый
Заключение
В ходе выполнения дипломной работы были получены следующие результаты:
. Анализа условий функционирования линий декаметровой связи;
. Расчета эффективности функционирования линий декаметровой связи в
условиях сигнальной и помеховой обстановки;
. Оценки эффективности применения различных режимов функционирования
линий декаметровой связи;
. Методики оценки эффективности функционирования линии декаметровой связи
в режиме медленной ППРЧ, разнесенном приеме, и использовании адаптивного
режима;
. Разработан эмпирический алгоритм управления режимами функционирования
линий декаметровой связи;
. Рассмотрены помехозащищенные режимы функционирования линий декаметровой
связи;
. Предложены необходимые меры для повышения эффективности радиосвязи в
условиях помех.
Результаты работы показали, что построение перспективных линий
декаметровой связи является целесообразным. Направления дальнейших исследований
необходимо направить на повышение эффективности радиосвязи с достоверностью не
хуже заданной при использовании помехозащищенных режимов функционирования линий
декаметровой связи. Также нужно разрабатывать новые, более лучшие критерии,
которые по своим параметрам способны удовлетворять данному условию.
Литература
1. Игнатов
В.В., Килимник Ю.П., Никольский И.Н. Военные системы радиосвязи. Ч.1. / Под
редакцией Игнатова В.В. Л.:ВАС, 1989. - 386 с.
2. Научно-технический
журнал Информация и космос, 2006. - 116 с.
. Борисов
В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е. Помехозащищенность систем радиосвязи с
расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей
частоты - 2 изд. М.:2008. - 512 с.
. Килимник
Ю.П., Лебединский Е.В., Прохоров В.К., Шаров А.Н. Адаптивные автоматизированные
системы военной радиосвязи. ВАС, 1978. - 284 с.
. Деева
Л.Ф. Пособие по графическому оформлению дипломных и курсовых проектов. СПВВИУС,
1994. - 146 с.
. Головин
О.В., Простов С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи. / Изд.-М.:
Горячая линия - Телеком, 2006. - 182 с.
. Бастракова
М.И., Экспериментальное исследование диапазонов оптимальных рабочих частот
декаметровых систем связи / Сборник трудов: Вестник МарГТУ, Йошкар-Ола, №3
2008. - 236 с.
8. <#"564033.files/image231.gif">
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МГц
|
МГц
|
дБ
|
|
Ом
|
Ом
|
дБ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
июль
|
10:00-12:00
|
6,5
|
3,3
|
30
|
3,0
|
190
|
-40
|
51,24
|
4
|
18
|
10
|
33,24
|
10,8
|
0,74
|
0,75
|
0,61
|
Таблица 2
|
Вид сигнала
|
Способ обработки
|
Вероятность ошибки приема
элемента сигнала
|
|
|
 
|
|
|
ЧТ (F1)
|
некогерентный
|
 
|
|
|
ДЧТ (F6)
|
некогерентный
|
 
|
|
ОФТ
(F9) Некогерентный по методу сравнения фаз Когерентный по
методу сравнения полярностей 
При
|
При 
|
|