 |
Основные положения, выносимые на защиту 13 глава
|
|
|
|
Соответственно, отсчеты квадратур сигнала (станционной помехи) на выходе тракта К-го приемника описываются следующими выражениями:
U kc(nDt) = A (nDt) cos(Ф 0(nDt)+ D Ф k), (4.9.6)
U ks(nDt) = A (nDt) sin(Ф 0(nDt)+ D Ф k). (4.9.7)
Сформировав на выходе тракта промежуточной частоты К -го приемного устройства индивидуальные отсчеты квадратур сигнала, станционных помех и шума, можно, просуммировав соответствующие квадратуры всех этих компонентов, получить отсчеты квадратур результирующего колебания. Методы формирования
отдельных компонентов квадратур на выходе тракта основного приемного устройства ничем не отличаются от описанных в предыдущих разделах. Шумовые компоненты на выходе трактов различных приемников, как уже указывалось, считаются некоррелированными и формируются независимо друг от друга.
Выходными данными модели входных воздействий для компенсатора помех являются отсчеты квадратур результирующих колебаний на выходах ПЧ трактов приемных устройств, подключенных к различным антеннам (в количестве до четырех). Таким образом, максимально возможное количество основных выходных данных в этом конкретном случае не превосходит числа 8. В качестве дополнительных выходных данных могут быть представлены отсчеты квадратур сигнала, станционных и шумовых помех, которые могут способствовать анализу результатов приема сообщения.
Входными данными модели радиосигналов для компенсатора помех являются:
L 1, L 2 и L 3 - расстояния от основной антенны до дополнительных,
a2 и a3 - полярные углы между направлениями от основной антенны на первую антенну и на две остальные,
bi-полярные углы прихода сигнала(i =0) и станционных помех (i ¹0),
f - частота принимаемого радиосигнала.
|
|
|
Кроме того, как и в предыдущих моделях, требуется знание законов изменения амплитуды и фазы сигнала и помех как за счет их модуляции в передающих устройствах, так и за счет влияния канала распространения радиоволн.
4.10. Моделирование трассовых испытаний КВ СС в условиях воздействия преднамеренных помех
При моделировании трассовых испытаний КВ СС в условиях воздействия преднамеренных помех учитывался тот факт, что работа корреспондентов осуществляется на частотах близких к оптимальным рабочим частотам. Радиоразведывательная аппаратура противника и его радиопередатчики, с помощью которых создаются преднамеренные помехи, расположены в пространстве
относительно передатчиков и приемников работающих корреспондентов случайным
образом. То есть для противника каналы не являются оптимальными, что приводит к относительным энергетическим потерям. В связи с этим вероятность обнаружения противником факта передачи сообщения зависит от излучаемой мощности. A для подавления сигнала ему необходимы передатчики очень большой мощности. Компенсировать энергетические потери противник может за счет увеличения количества рассредоточенных в пространстве радиоразведывательных центров и передатчиков радиопомех.
На рисунке 4.10.1 приведена полученная с помощью имитационного моделирования зависимость КИД КВ СС в условиях воздействия преднамеренных помех, когда энергетические потери для радиоразведки и постановщика помех противника составляет 20 дБ.
Результаты вычислительного эксперимента показали, что чрезмерное увеличение мощности передачи повышает вероятность обнаружения сигнала противоборствующей стороной и в результате появления преднамеренных помех на рабочей частоте коэффициент исправного действия канала связи не увеличивается с увеличением мощности сигнала, а с некоторого момента начинает уменьшаться. Отсюда следует вывод: передача сообщений должна вестись минимально возможной мощностью даже за счет снижения скорости манипуляции. Полученные выводы хорошо согласуются с современными требованиями к перспективным коротковолновым приемопередающим устройствам для Министерства обороны. "Перспективы развития военной КВ радиосвязи существуют в рамках создания и практического применения как в тактическом, так и высших звеньях управления парка портативных (маломощных) КВ радиостанций (РПРД ≤ 1 … 10 Вт), имеющие узкие (Δf ≈ 10 … 50 Гц) и «сверхузкие» (Δf ≈ 2 … 10 Гц) полосы пропускания приемников" [58].
|
|
|
Для уменьшения вероятности обнаружения факта передачи необходимо вводить адаптацию по мощности и работать с минимально необходимой мощностью. Повышение КИД в радиолинии при этом возможно за счет избыточных обнаруживающих и исправляющих ошибки кодов, каналов обратной связи,
позволяющих переспрашивать фрагменты сообщений, принятых с недостаточно высоким качеством, использования пространственно и территориально разнесенного приема сигналов и т. д.
| 0 10 20 30 40 50 60 70 дБ |
| КИД |
Рисунок 4.10.1. Зависимость коэффициента исправного действия КВ СС в условиях воздействия преднамеренных помех
4.11. Основные результаты четвертой главы
В четвертой главе рассмотрены различного рода физические и компьютерные имитационные модели. Описана предложенная автором диссертации оригинальная физическая имитационная модель КС, получившая название “ЭКВИВАЛЕНТ”, которая использует реальные КВ сигналы, излучаемые либо специально, либо принимаемые от заранее известных источников, например, от станций точного времени.
Приводятся результаты трассовых круглосуточных испытаний системы связи посредством такого рода имитационного моделирования с использованием сигналов станций точного времени.
Дано описание компьютерной имитационной модели двухмерного КВ КС, которая отличается тем, что позволяет сформировать отсчеты сигнала, которые адекватны отсчетам на выходе главного тракта реального РПУ, имеющем ограниченный динамический диапазон.
Описаны принципы имитационного компьютерного моделирования трехмерного пространственно-временного КС для приема сигналов с разнесением
|
|
|
по поляризации, приема пространственно-разнесенных сигналов, приема сигналов с компенсацией станционных помех.
Результаты вычислительного эксперимента при работе в условиях преднамеренных помех показали, что стремление повысить КИД за счет увеличения мощности передатчика чревато обнаружением сигналов противником и их подавлением. Для уменьшения вероятности обнаружения факта передачи необходимо вводить адаптацию по мощности и работать с минимально необходимой мощностью.
Результаты четвертой главы говорят о том, что имитационное моделирование является значимым этапом в процессе проектирования систем связи. Важно отметить, что кроме экономии материальных средств за счет сокращения продолжительности трассовых испытаний, использование имитационного моделирования имеет также и оборонное значение, так как затрудняет противнику разработку аппаратуры радиоразведки и радиопротиводействия вновь создаваемым средствам связи до момента начала их эксплуатации.
5. РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ ПО КВ КАНАЛАМ СВЯЗИ
5.1. Результаты исследования на реальной трассе надежности передачи буквенно-цифровых сообщений ограниченного объема с использованием высокой и низкой скоростей манипуляции
В 1960¸1970 годах в Омском НИИ приборостроения в ходе проведения НИР "Шорох-Бурун", "Десна", "Тишина" и др. по исследованию надежности передачи сообщений по КВ каналу радиосвязи под руководством автора диссертации регулярно проводились круглосуточные многомесячные испытания аппаратуры связи, использующей для передачи коротких сообщений различные виды манипуляции и работающей с различными скоростями. В частности, исследовались два типа модемов, которые предлагается использовать в описанной в шестой главе КВ системе мобильной автоматической радиосвязи, а именно, ОФТ-500 и ЧТ со скоростью манипуляции 4 бода. Особенностью ЧТ является то, что девиация частоты в испытываемом модеме была относительно мала и равнялась 20 Гц. В низкоскоростной системе использовалось двукратное частотно-временное разнесение сигналов и кодирование сообщения в целом с трехкратной избыточностью. Сравнительные испытания систем проводились на односкачковой меридиональной трассе. Исследовалась зависимость надежности передачи сообщения от мощности передатчика. Мощность передатчика изменялась дискретно от 10 кВт в сторону уменьшения с дискретностью 10 дБ. Испытания проводились на случайных частотах. Результаты испытаний в виде КИД (кривых надежности) приведены на рисунке 5.1.1.
|
|
|
На рисунке 5.1.2 приведена зависимость выигрыша по мощности DE (в дБ) от уровня надежности передачи сообщения медленнодействующей системы связи ЧТ-20 по отношению к быстродействующей системе ОФТ-500.
| ЧТ-20 |
| ОФТ-500 |
| День |
| Ночь |
| Ночь |
| День |
| 0 10 20 30 40 50 60 70 80 дБ |
| КИД |
Рис. 5.1.1. Зависимость КИД каналов связи от мощности передатчиков
| День |
| Ночь |
| ∆Е, дБ |
| КИД % |
| 20 30 40 50 60 70 80 |
Рис. 5.1.2. Зависимость энергетического выигрыша медленнодействующей системы по отношению к быстродействующей
Из рисунка видно, что ночью энергетический выигрыш медленнодействующей системы связи (ЧТ-20, скорость манипуляции 4 бода) по отношению к быстродействующей системе связи (ОФТ-500) значительно больше, чем днем.
Медленнодействующая система связи позволяет передавать сообщения при мощности в среднем на четыре порядка меньше с той же надежностью связи, что и быстродействующая система связи. Если при адекватных антенно-фидерных устройствах определенная надежность связи в системе с ОФТ-500 обеспечивается при мощности передатчика порядка 10 кВт, то при медленнодействии мощность передатчика может быть уменьшена до 1 Вт без снижения этого уровня надежности. Такой выигрыш по мощности имеет место за счет увеличения чувствительности приемного устройства, использующего при медленнодействии узкополосные фильтры основной селекции с полосой пропускания порядка 40 Гц, приема сообщений по всем присутствующим лучам (разность хода лучей много меньше длительности элемента сообщения), частотно-временного разнесения сообщений и избыточного кодирования.
Результаты испытаний позволяют утверждать, что при наличии адаптации, использования частотно-разнесенных сигналов и работе на специально выделенных и подготовленных заранее частотах медленнодействующий вид работы позволит обеспечить высоконадежный прием сообщений даже в том случае, когда передача будет вестись с подвижных объектов с помощью низкоэффективных антенн.
|
|
|
5.2. Результаты исследования надежности передачи сообщений на
широтных трассах с использованием метода “ЭКВИВАЛЕНТ”
В Омском НИИ приборостроения в декабре 1977 г. под руководством и при непосредственном участии автора диссертации были проведены испытания низкоскоростной системы связи с использованием сигналов московской и иркутской станций точного времени по описанному в главе 4 методу “ЭКВИВАЛЕНТ”. Этот эксперимент имеет прямое отношение к исследованиям, направленным на изучение проблем передачи сообщений через удаленные ретрансляторы, так как позволяет судить о возможности обеспечения круглосуточной связью корреспондентов, удаленных от ретрансляционного пункта на расстояние одного скачка отражения радиоволн от ионосферы. Целью испытаний было исследование зависимости КИД от количества не принятых знаков в сообщении, полученном в результате
круглосуточных испытаний медленнодействующей системы на случайных частотах в каждом из поддиапазонов с использованием позначного частотно-временного разнесения с избыточным двадцатипроцентным кодом, позволяющим существенным образом уменьшить вероятность трансформации знаков в телеграмме. На приемном конце радиолинии использовались ненаправленные антенны. На рабочих частотах в каждом из поддиапазонов в районе 5, 10 и 15 МГц для каждой из радиостанций было проведено 100 сеансов связи, представляющих собой короткие сообщения по 100 десятичных знаков. Результаты эксперимента для каждого из трех поддиапазонов частот приведены в таблицах 5.2.1, 5.2.2 и 5.2.3. В таблицах указаны проценты принятых в каждой телеграмме знаков в зависимости от времени суток и отношения рабочих частот к МПЧ. Прочерком в таблицах обозначены часы, когда сеансы связи не проводились по техническим или организационным причинам.
На рис. 5.2.1, 5.2.2 и 5.2.3 для рабочих частот, соответствующих поддиапазонам 15, 10 и 5 МГц, приведены индивидуальные кривые интегральных распределений телеграмм по количеству не принятых знаков для каждой из трасс. Здесь же даны интегральные распределения для сквозной трассы Москва - Иркутск, которые соответствуют случаю передачи сообщений из г. Москвы в г. Иркутск, или из г. Иркутска в г. Москву, когда ретранслятор находится в г. Омске. Оценка качества связи для сквозной трассы производилась по худшему из каналов связи Москва - Омск или Иркутск - Омск. Из приведенных рисунков видно, что нижняя часть КВ диапазона рабочих частот обеспечивает наивысшую надежность передачи информации по индивидуальным каналам и при одновременной работе на два противоположных направления.
| Иркутск-Омск |
| Москва-Иркутск |
| Москва-Омск |
| % телеграмм, принятых с качеством не хуже заданного |
| 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % % не принятых знаков в телеграмме |
Рис. 5.2.1. Распределение телеграмм по количеству не принятых
знаков для верхней части КВ диапазона частот
| Москва-Омск |
| Иркутск-Омск |
| Москва-Иркутск |
| 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % % не принятых знаков в телеграмме |
| % телеграмм, принятых с качеством не хуже заданного |
Рис. 5.2.2. Распределение телеграмм по количеству не принятых
знаков для средней части КВ диапазона частот
| Москва-Омск |
| Иркутск-Омск |
| Москва-Иркутск |
| 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % % не принятых знаков в телеграмме |
| % телеграмм, принятых с качеством не хуже заданного |
Рис. 5.2.3. Распределение телеграмм по количеству не принятых
знаков для нижней части КВ диапазона частот
Таблица 5.2.1
Надежность связи в верхней части диапазона рабочих частот
| Местное время в точке приема сигналов (г. Омск) | |||||||||||||||||||||||||
| Дата | Го-род | ||||||||||||||||||||||||
| fр | И | 2.08 | 2.08 | 2.08 | 2.12 | 2.08 | 1.56 | 1.1 | 0.6 | 0.79 | 0.76 | 0.73 | 0.77 | 0.81 | 0.86 | 0.95 | 1.2 | 1.58 | 1.87 | 2.14 | 2.17 | 2.14 | 2.11 | 2.11 | 2.11 |
| fмпч | М | 2.03 | 1.8 | 1.8 | 1.7 | 1.8 | 1.93 | 2.0 | 2.0 | 1.77 | 1.4 | 1.05 | 0.8 | 0.73 | 0.71 | 0.72 | 0.76 | 0.87 | 1.01 | 1.32 | 1.75 | 2.0 | 2.14 | 2.18 | 2.1 |
| 6.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | ||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||
| 7.12 | И | _ | _ | ||||||||||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||||||||||||||
| 8.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | ||||||||||||||||||||
| 9.12 | И | _ | _ | _ | |||||||||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | |||||||||||||||||||||
| 12.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | ||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||||||
| 13.12 | И | _ |  0
| ||||||||||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | |||||||||||||||||||||
| 14.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ |
В таблице обозначено: И - Иркутск;
М - Москва
Таблица 5.2.2
Надежность связи в средней части диапазона рабочих частот
| Местное время в точке приема сигналов (г. Омск) | |||||||||||||||||||||||||
| Дата | Го-род | ||||||||||||||||||||||||
| fр | И | 1.47 | 1.49 | 1.47 | 1.47 | 1.47 | 1.04 | 0.74 | 0.59 | 0.52 | 0.51 | 0.48 | 0.51 | 0.53 | 0.57 | 0.64 | 0.8 | 1.05 | 1.25 | 1.43 | 1.43 | 1.43 | 1.43 | 1.43 | 1.45 |
| fмпч | М | 1.35 | 1.2 | 1.2 | 1.15 | 1.2 | 1.3 | 1.33 | 1.33 | 1.18 | 0.93 | 0.7 | 0.53 | 0.49 | 0.47 | 0.48 | 0.5 | 0.58 | 0.67 | 0.89 | 1.15 | 1.33 | 1.43 | 1.45 | 1.4 |
| 6.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||
| 7.12 | И | _ | _ | ||||||||||||||||||||||
| 1977г | М | | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||||||||||||
| 8.12 | И | _ | _ | _ | _ | ||||||||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | _ | ||||||||||||||||||
| 9.12 | И | _ | _ | _ | |||||||||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | ||||||||||||||||||||
| 12.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ |  100
| ||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||||||||
| 13.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||||||||||||||||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | ||||||||||||||||||||
| 14.12 | И | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | |||
| 1977г | М | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ | _ |
|
|
|
