 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Основные работы, опубликованные по теме
|
|
|
|
Х а з а н В и т а л и й Л ь в о в и ч
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КАНАЛОВ ДЕКАМЕТРОВОЙ РАДИОСВЯЗИ
Специальность 05.12.04 – радиотехника, в том числе системы
и устройства телевидения
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени доктора технических наук
Омск – 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
В В Е Д Е Н И Е …………………………………………………………………. 11
1. МЕТОДЫ ИМИТАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ОДНОМЕРНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ …………………. 54
1.1. Особенности имитационных математических моделей
одномерных КС ………........................................................................................... 54
1.2. Имитационно-аналитическое моделирование дискретного
КС с постоянными параметрами ………………………………………………... 58
1.3. Феноменологические имитационные модели однолучевого
дискретного КС с переменными параметрами ………………………………….60
1.4. Структурно-функциональное имитационно-аналитическое
моделирование однолучевого дискретного КС с переменными
параметрами ……………………………………………………………………….63
1.5. Имитационно-аналитическое моделирование многолучевого
дискретного КС без краевых искажений ………………………………………..74
1.6. Имитационно-аналитическое моделирование дискретного канала связи
с краевыми искажениями и дискретно-непрерывного канала связи …………. 76
1.7. Имитационно-аналитическое моделирование трассовых испытаний
КВ КС при передаче сообщений на случайных частотах …………………....... 85
1.8. Имитационно-аналитическое моделирование трассовых испытаний
КВ КС с разнесенными сигналами …………………………………………….... 88
1.9. Основные результаты первой главы ……………………………………....... 91
2. МЕТОДЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
|
|
|
УСИЛИТЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ………… 94
2.1. Особенности моделирования главных трактов КВ радиоприемных
устройств ………………………………………………………………………….. 94
2.2. Метод аналитического моделирования безынерционных нелинейных
элементов комбинированными функциями …………………………………….. 96
2.3. Аналитическая модель главного тракта КВ радиоприемного
устройства ……………………………………………………………………….96
2.4. Синтез проходной характеристики главного тракта радиоприемного
устройства по его параметрам …………………………………………………105
2.5. Модель многокаскадного усилительного тракта ………………………..109
2.6. Аналитическая модель усилителя-ограничителя ………………………..117
2.7. Общая аналитическая модель преобразователя частоты ……………….127
2.8. Типовые аналитические модели преобразователей частоты …………..130
2.9. Синтез передаточной характеристики преобразователя частоты по его параметрам ……………………………………………………………………..136
2.10. Аналитические модели ограниченно-идеальных преобразователей
частоты …………………………………………………………………………139
2.11. Имитационно-аналитическое моделирование трассовых
испытаний РПУ ………………………………………………………………..147
2.12. Основные результаты второй главы ……………………………………149
3. МЕТОДЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЦИФРОВЫХ РПУ …………………………………………………………….154
3.1. Задачи и методы моделирования цифровых РПУ ………………………154
3.2. Моделирование идеальных квантователей кусочно-линейными
функциями ………………………………………….…………………………..155
3.3. Моделирование реальных квантователей кусочно-линейными
функциями …………………………………………………………………......159
3.4. Моделирование идеального квантователя совокупностью
линейной функции и ряда Фурье …………………………………………..….160
3.5. Аналитическая модель квантователя с ограниченным
|
|
|
числом шагов квантования ……………………………………………………164
3.6. Аналитическая модель квантователя с неравномерным шагом квантования ………………………………………………………………….….168
3.7. Имитационно-аналитическое моделирование трассовых
испытаний цифровых РПУ ………………………………………………….…169
3.8. Основные результаты третьей главы …………………………………….174
4. МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОГО И КОМПЬЮТЕРНОГО
ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КВ КАНАЛА РАДИОСВЯЗИ…………………………………………………………..…….176
4.1. Задачи имитационного моделирования КВ каналов радиосвязи ….….176
4.2. Система наклонного зондирования ионосферы широкополосными сигналами …………………………………………………………………….. 178
4.3. Физическое моделирование КВ канала связи …………………………..184
4.4. Физическое моделирование воздействия на вход РПУ с
использованием реальных гармонических радиосигналов ………………..187
4.5. Имитационная модель канала связи с использованием результатов
трассовых испытаний …………………………………………………………189
4.6. Компьютерная имитационная модель двухмерного
КС для усилительных трактов РПУ и устройств цифровой
обработки сигналов ……………………………………………………………191
4.7. Компьютерное имитационное моделирование трехмерного
пространственно-временного канала связи ……………………………….…196
4.8. Компьютерная имитационная модель КС для пространственно-
разнесенного приема радиосигналов …………………………………………202
4.9. Компьютерная имитационная модель КС для
компенсаторов помех ……………………………………………………..…..206
4.10. Моделирование трассовых испытаний КВ СС в условиях воздействия преднамеренных помех ………………………………………………………. 209
4.11. Основные результаты четвертой главы ………………………………...211
5. РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ ПО КВ КАНАЛАМ СВЯЗИ …...……………….…………....213
5.1. Результаты исследования на реальной трассе надежности передачи
буквенно-цифровых сообщений ограниченного объема с использованием
высокой и низкой скоростей манипуляции ……………..………………….…213
5.2. Результаты исследования надежности передачи сообщений на
|
|
|
широтных трассах с использованием метода “ЭКВИВАЛЕНТ” ………..…..215
5.3. Результаты исследования надежности передачи сообщений с
использованием имитационных моделей дискретных каналов связи ………222
5.4. Результаты исследования с использованием
имитационно-аналитических моделей трассовых испытаний зависимости надежности передачи сообщений от параметров приемного устройства и помеховой обстановки ……………………………………………………….....226
5.5. Исследование эффективности адаптивной регулировки
чувствительности радиоприемных устройств …………………………….….234
5.6. Исследование влияния на надежность связи квантования
сигналов по уровню ………………………………………………………….…237
5.7. Основные результаты пятой главы …………………………………….….238
6. СИСТЕМЫ ВЫСОКОНАДЕЖНОЙ КВ
МОБИЛЬНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ………………………244
6.1. Радиосвязь с подвижными объектами …………………………………….244
6.2. Система КВ высоконадежной мобильной автоматической радиосвязи
(МАРС) для России и евразийского континента ……………………………..248
6.3. Сравнительный анализ вариантов построения системы
автоматической КВ радиосвязи с подвижными объектами …………………253
6.4. Функционирование системы МАРС в пейджинговом режиме ………….269
6.5. Функционирование ретрансляционных пунктов
системы МАРС в режиме двусторонней связи ………………………………...274
6.6. Функционирование абонентской аппаратуры
системы МАРС в режиме двусторонней связи ….………………………….….277
6.7. Оценка основных характеристик пейджинговой сети МАРС …………...280
6.8. Оценка характеристик сети МАРС при двусторонней связи …….…...…284
6.9. Скрытные высоконадежные системы связи ………………………………286
6.10. Основные результаты шестой главы ……..……………………………….287
З А К Л Ю Ч Е Н И Е………………………………………………..…………....289
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………….……………………………………….296
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Основные работы, опубликованные по теме
диссертации ………………………………………………………………………322
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Номограммы для определения частот
|
|
|
интермодуляционных помех, попадающих в ФОИ РПУ …………….…….…..325
ПРИЛОЖЕНИЕ 3(A). Алгоритмы программ моделей канала связи …………330
ПРИЛОЖЕНИЕ 4(B). Алгоритмы функционирования устройств
КВ системы мобильной автоматической радиосвязи МАРС ……………….….347
ПРИЛОЖЕНИЕ 5(C). Новые формулы для рядов функций Бесселя...............355
ПРОГРАММНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 6(D). Программы, используемые для моделирования
каналов связи (D-1. “Генератор случайных чисел” (гсч_0.bas); D-2. “Генератор случайных чисел с повышенной разрядностью” (гсч_м.bas); D-3. “Двухмерный марковский случайный процесс” (vektor.bas); D-4. “Модель однолучевого дискретного канала связи” (feding-1.bas); D-5. “Модель трассовых испытаний” (feding-2.bas); D-6. “Модель системы связи с автовыбором сообщений” (feding-3.bas); D-7. “Модель системы связи с автовыбором элементов” (feding-4.bas);
D-8. “Модель двухлучевого дискретного канала связи” (feding-m.bas); D-9. “Модель дискретного канала связи с краевыми искажениями и дроблениями” (fedng-k1.bas)).
ПРИЛОЖЕНИЕ 7(E). Программы, используемые в учебном процессе для компьютерного моделирования нелинейных явлений (E-1. Лабораторная работа “Усилитель-ограничитель” (analusog.bas; imitusog.bas; ax-0.bas; bax-0.bas; xb-
0.bas; иx-0.bas; analusog.doc; imitusog.doc); E-2. Лабораторная работа “Усилитель с гладкой нелинейной характеристикой” (us-sin.bas; ax.bas; xb.bas; ix.bas; us-sin.doc); E-3. Лабораторная работа “Преобразователь частоты” (sm-cos.bas; bessel.bas; sm-cos.doc)).
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АМ – амплитудная модуляция
АРУ – автоматическая регулировка усиления
АРЧ – адаптивная регулировка чувствительности
АТ – амплитудная телеграфия
АТТ – аттенюатор
АФМ – амплитудно-фазовый модулятор
АХ – амплитудная характеристика
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
В – возбудитель
ГНЧШ – генератора низкочастотного шума
ГПОШ – генератор последовательности ошибок
ГСЧ – генератор случайных чисел
ГТ – главный тракт
ГШ – генератор шума
Д – детектор
ДКУ – декодирующее устройство
ДМ – демодулятор
ДОФМ – двойная относительная фазовая манипуляция
ДОФТ – двойная относительная фазовая телеграфия
ИИП – источник импульсных помех
ИКС – имитатор канала связи
ИО – идеальный ограничитель
ИПМ – имитационно-параметрическая модель
ИС – источник сообщений
ИСП – источник станционных помех
ИХ – интермодуляционная характеристика
ИШ – источник шума
К – коммутатор
КА – коммутатор антенн
КВ – короткие волны
КИД – коэффициент исправного действия
Кл – клавиатура
КС – канал связи
КУ – кодирующее устройство
K i – комплексный коэффициент передачи по частоте для i – го луча
ЛЗ – линия задержки
|
|
|
М – модулятор сигнала
МАРС – мобильная автоматическая радиосвязь
МО – математическое ожидание
МПЧ – максимально применимая частота
СМ – смеситель
СР – среда распространения сигнала
НЭ – нелинейный элемент
ОФМ – относительная фазовая модуляция
ОФТ – относительная фазовая телеграфия
П – пейджер
ПВ – пространственно-временная (модель)
ПО – подвижной объект
ПрУ – приемное устройство
ПС – получатель сообщения
ПТ – передающий тракт
ПУ – передающее устройство
ПФ – полосовой фильтр
ПХ – проходная характеристика
РГ – регенератор
РПУ – радиоприемное устройство
СКО – среднее квадратическое отклонение
СМ – смеситель
ССС – спутниковые системы связи
СЧ – случайное число
ТЛГ – телеграмма
ТП – тракт передатчика
ТПр – тракт приемника
ТР – триггер
УА – устройство анализа
УВЧ – усилитель высокой частоты
УКВ – ультракороткие волны
УКВП – УКВ пейджер
УО – усилитель-ограничитель
УПФ – узкополосный фильтр
УСЗИ – устройство световой и звуковой сигнализации
УТ – усилительный тракт
УУ – устройство управления
УЦОС – устройство цифровой обработки сигналов
ФНЧ – фильтр нижних частот
ФОИ – фильтр основной избирательности
ФПИ – фильтр предварительной избирательности
ФПЧ – фильтр промежуточной частоты
ХБ – характеристика блокирования
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь
ЧМ – частотная модуляция
ЧТ – частотная телеграфия
ЭМС – электромагнитная совместимость
В В Е Д Е Н И Е
Актуальность проблемы
Несмотря на огромные достижения в области спутниковых систем связи (ССС), декаметровая радиосвязь в настоящее время продолжает играть важную роль при осуществлении передачи данных на дальние и сверхдальние расстояния как объектами гражданских ведомств, так и подразделениями силовых структур РФ.
В военной связи РФ особое место, по-прежнему, принадлежит коротковолновой (КВ) связи как одному из базовых видов резервной связи. Учитывая территориальный размах РФ и ограниченные возможности гражданских сетей в экстремальной обстановке, можно ожидать, что ныне занимаемое военной КВ радиосвязью место в системах управления войсками и оружием в обозримом будущем станет еще более значимым [25, 58].
Уступая ССС по надежности передачи сообщений, КВ системы связи (СС) значительно проще, дешевле, обладают более высокой живучестью, обеспечивают связь в глубоких горных ущельях и защищены от несанкционированного точного определения координат корреспондентских передатчиков.
Особенно важна высоконадежная передача сообщений при использовании КВ СС в чрезвычайных ситуациях (природных катаклизмах, пожарах, военных действиях и т. п.). Высоконадежные каналы декаметровой радиосвязи могут быть использованы также различными ведомствами в мониторингах систем, расположенных на очень больших территориях [104-106].
Важно отметить тот факт, что, в отличие от ССС, сотовых и телефонных линий связи, в России до сих пор нет единой КВ сети радиосвязи со свободным доступом пользователей. Такого рода КВ сеть связи может быть создана на базе разработанных в диссертации высоконадежных каналов связи (КС) с использованием базовых ретрансляторов, удаленных от корреспондентов на
оптимальные для распространения декаметровых радиоволн расстояния [28-36, 74, 78, 85, 103-106, 115, 149, 159-162, 169-171, 177-186, 251, 252, 255, 265, 282].
Декаметовый канал радиосвязи отличается большой сложностью, обусловленной как многолучевостью, зависимостью рабочей частоты от времени года, времени суток, протяженности трассы, так и присутствием большого числа аддитивных помех от посторонних радиостанций, а также наличием возможных преднамеренных помех, создаваемых противоборствующей стороной. Анализ мероприятий, проводимых командованием ВС США и ОВС НАТО с начала 90-х годов, свидетельствует о повышении роли в составе современных вооруженных сил систем разведки и помех сетям связи. Возможность влияния преднамеренных помех на вооруженную борьбу значительно расширилась, и средства разведки со средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ) играют все большую роль при ведении боевых действий [58].
Особенно большие трудности в КВ канале возникают при связи с подвижными объектами (ПО), так как на подавляющем большинстве ПО из-за их ограниченных энергетических ресурсов и малых геометрических размеров невозможно использовать мощные передатчики и высокоэффективные антенны.
Проектирование КВ каналов связи (КС) тесно связано с исследованием явлений, влияющих на надежность передачи сообщений (коэффициент исправного действия (КИД) канала связи) и происходящих как в среде распространения, так и в приемопередающих трактах связной аппаратуры. Под надежностью передачи сообщений в данном случае понимается отношение числа сообщений, принятых с заданным уровнем качества к общему числу переданных сообщений.
Методамии средствами проектирования КС являются натурные исследования характеристик среды распространения сигналов, а также исследования в лабораторных и естественных условиях свойств и алгоритмов функционирования приемопередающей аппаратуры, физическое, аналитическое, имитационное и имитационно-аналитическое моделирование среды распространения и технических средств, входящих в состав КВ КС с целью определения всевозможных факторов, влияющих на надежность передачи сообщений и с целью сравнения надежности
передачи сообщений различных вариантов проектируемых КС между собой и с вариантами ранее разработанных и находящихся в эксплуатации систем связи.
Учитывая все вышеизложенное, следует признать актуальной задачей рассматриваемую в диссертации проблему разработки средств проектирования каналов декаметровой радиосвязи и проведенную в целях решения этой проблемы разработку различных методов математического и физического моделирования каналов связи максимально учитывающих сложные условия их функционирования [4-8, 48, 92-94, 101, 102, 120-124, 128-131, 172-176, 187-202, 284 и др.], позволяющих научно обосновывать выбираемые при проектировании технические решения, существенно сокращать время опытно-конструкторских работ, повышать качество этих работ и уменьшать материальные затраты на их проведение.
Целью работы явилось:
Разработка метода исследования тонкой структуры декаметрового КС посредством наклонного зондирования ионосферы с помощью широкополосных сигналов.
Разработка математических методов моделирования [4, 7, 92-94, 102, 120-124, 128, 129, 173, 176, 188, 189, 194-198, 202, 220, 233, 282] как отдельных элементов приемопередающих трактов аппаратуры, так и декаметрового КС в целом [6, 48, 130, 131, 172, 174, 175, 187, 190-193, 200, 216, 218, 221, 243], учитывающих как тонкую структуру среды распространения (многолучевость), так и другие факторы, (различного рода аддитивные помехи, нелинейные явления, происходящие в усилительных трактах (УТ) радиоприемных устройств (РПУ) и т. д.), которые влияют на надежность передачи сообщений.
Разработка математических [147, 187, 192, 193, 196, 197, 275] и физических [20, 115, 238, 239] методов моделирования сравнительных трассовых испытаний КВ СС, позволяющих прогнозировать их свойства на ранней стадии проектирования и за счет этого повышать качество разрабатываемых устройств при одновременном сокращении сроков натурных сравнительных трассовых испытаний СС и
уменьшении материальных затрат на их проведение за счет лабораторных испытаний в условиях, максимально приближенных к реальным.
4. Использование разработанных методов математического и физического моделирования КС для проектирования КВ СС с подвижными объектами (ПО), отличающихся высокой надежностью и скрытностью [53, 103-106, 115, 159, 169-171, 177-186, 284-255 и др.].
Под высоконадежными КС далее понимаются каналы, обеспечивающие энергетический выигрыш не менее чем 10÷20 дБ по сравнению с каналами, в которых используются такие наиболее распространенные виды работ, как, например, ОФТ-500 и ЧТ-125.
|
|
|
