автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Методика определения зависимости надежности связи и энергетического потенциала коротковолновой радиолинии от выбора рабочей частоты

ЯРЕМЧЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ НАДЕЖНОСТИ СВЯЗИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОЛИНИИ ОТ ВЫБОРА РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ

Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

и

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005546215

Серпухов-2013

005546215

Работа выполнена в Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» (МОУ «ИИФ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Смирнов Дмитрий Вячеславович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

ведущий научный сотрудник МОУ «ИИФ» Зеленевский Владимир Владимирович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник одела ВНК ВС РФ Шевченко Вячеслав Анатольевич

Ведущая организация: Научно-исследовательский внедренческий центр автоматизированных систем (НИВЦ АС), г. Москва

Защита состоится « 25 » декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 520.033.01 при Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» по адресу: 142210, Московская, область, г. Серпухов, Большой Ударный пер., д.1 а.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 142210, Московская область, г. Серпухов, Большой Ударный пер., д.1 а, МОУ «Институт инженерной физики»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МОУ «Институт инженерной физики»

Автореферат разослан « 22 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 520.033.01

кандидат технических наук, доцент ^ О.В. Коровин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Известные достоинства коротковолновой (КВ) связи обусловили ее широкое применение для решения задач передачи сообщений с относительно невысокой скоростью на большие расстояния. В настоящее время КВ связь рассматривается как важнейший резерв радиосвязи с удаленными подвижными объектами. Основными недостатками КВ связи являются относительно низкое ее качество (вероятность связи с допустимой достоверностью) и невысокая энергетическая скрытность. Эти недостатки во многом обусловлены наличием быстрых (интерференционных) замираний принимаемых сигналов. Они вызваны рассеянием радиоволн на неоднородностях ионосферы и диффузной многолучевостью, наблюдаемой в каждом дискретном луче.

Анализ современных тенденций развития КВ связи показывает, что они фактически не затронули одного из важнейших направлений повышения ее надежности и достоверности, связанного с борьбой с быстрыми замираниями (БЗ) сигналов, обусловленными многолучевым характером распространения КВ ионосфере.

В настоящее время известны способы устранения влияния БЗ, вызываемых дискретной многолучевостью. Они базируются на применении узконаправленных следящих передающих или приемных антенн, обеспечивающих излучение либо выделение одного дискретного луча.

Однако эти способы не позволяют бороться с замираниями сигналов, вызванными диффузной многолучевостью. Последняя может возникать даже при однолучевом РРВ в односкачковых КВ радиолиниях (PJT) из-за рассеяния одного дискретного луча на неоднородностях ионосферы. При этом обычно полагают, что вследствие диффузной многолучевости при распространении КВ принимаемый сигнал подвержен достаточно глубоким БЗ релеевского типа. Для компенсации влияния последних вводят коэффициент защиты (т. е. дополнительное увеличение отношения сигнал/помеха на входе приемника для обеспечения требуемой достоверности Рошдоп), который считается не зависящим от выбора рабочей частоты (/о) В то же время из экспериментальных данных известно, что в однолучевых КВ радиолиниях с понижением рабочей частоты (РЧ) относительно максимально применимой (МПЧ) глубина БЗ уменьшается. Следовательно, требуемый коэффициент защиты от БЗ можно снизить за счет правильного выбора РЧ. Это, в свою очередь, приведет к повышению надежности связи без дополнительных энергетических затрат и снижения достоверности.

Вопросам борьбы с диффузной многолучевостью в КВ каналах связи большое внимание уделено в школах таких ученых как Финк JI.M., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Комарович В.Ф., Сосунов Б.В., Серков В.П., Слюсарев П.В., Хмельницкий Е.А., Калинин А.И., Черенкова JI.E., Чернышов О.В., Долуханов М.П., Буга H.H., Немировский М.С., Шинаков Ю.С., Кириллов

Н.Е., Пенин П.И, Маслов О.Н.и другие. Однако вопросы исследования «тонкой» структуры диффузных лучей и закономерностей изменения глубины интерференционных замираний в зависимости от выбора рабочей частоты и состояния ионосферных неоднородностей пока остается открытым.

Объектом исследования является коротковолновая (КВ) радиолиния (РЛ) с одним дискретным лучом и диффузной многолучевостью, вызывающей быстрые замирания (БЗ) принимаемых сигналов.

Цель диссертационного исследования: разработка практических рекомендаций по обеспечению требуемой надежности связи при минимальном энергетическом потенциале КВ радиолинии в диапазоне рабочих частот на основе учета частотной зависимости коэффициента защиты от БЗ.

Предмет исследований: методики оценки надежности связи и энергетического потенциала КВ радиолиний.

Научная задача: разработка методики определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от рабочей частоты и обеспечиваемого энергетического потенциала с учетом частотной зависимости глубины быстрых замираний.

^Требуемым научным результатом (ТНР) решения научной задачи является получение функциональной ((//) зависимости надежности КВ связи (//,„) от выбора рабочей частоты (/0), необходимого энергетического потенциала радиолинии (Мт) и допустимой достоверности {Рошдо„) приема сигналов:

Д»=И/о> рошЛт\. (1)

В ходе решения общей научной задачи (декомпозированной на две частные) были получены следующие научные результаты, представляемые к защите:

1.Методика определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты с учетом глубины быстрых замираний.

ТИР является зависимость надежности связи от коэффициента защиты от БЗ г„,(/0) и отношения сигнал/помеха £,(/„)/£„(/„), зависящих от выбора рабочей частоты:

Д„ = £,(/„)/£ (/о),Р„шм}- (2)

2. Методика определения необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты.

ТНР является зависимость минимально необходимого энергетического

потенциала радиолинии от выбора рабочей частоты и установление его взаимосвязи с надежностью КВ связи

Мт = И/0> А..*.}, До. = г{м„). (3), (4)

3 Научно обоснованные технические решения и рекомендации по повышению надежности КВ связи на основе учета зависимости коэффициента защиты от БЗ от выбора рабочей частоты.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что:

1. Разработана аналитическая методика определения оптимальной рабочей (ОРЧ) в КВ радиолинии с учетом не только поглощения и отражения волны в ионосфере, но и глубины БЗ принимаемых сигналов из-за диффузной многолучевости, что обеспечивает максимальную надежность КВ связи с допустимой достоверностью.

2. Впервые разработана методика определения минимально необходимого энергетического потенциала в рабочем диапазоне частот КВ радиолинии при обеспечении допустимой надежности КВ связи.

3. Научно обоснован новый способ измерения ионосферных неоднородностей на базе применения не вертикального, а трансионосферного зондирования с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

Достоверность и обоснованность научных и практических результатов подтверждается: применением современных научных методов; непротиворечивостью представленных научных результатов известным результатам в данной области знаний; сходимостью к известным результатам при введении ограничений и допущений; результатами экспериментальных исследований, проведенных с применением методов полунатурного моделирования.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1) разработаны практические рекомендации для нахождения новой оптимальной рабочей частоты (например, =5 МГц), на которой достигается надежность КВ связи Д„=0,93...0,95, существенно превосходящая надежность связи Дс„= 0,84 на более высокой традиционной ОРЧ (/;,„« 0,9/м= 7,3 МГц);

2) разработаны практические рекомендации по уменьшению на новой оптимальной рабочей частоте МГц) минимально необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии на 6 дБ по сравнению с обеспечиваемой на традиционной ОРЧ (/орч «0,9 /м=7,4 МГц).

3) в разработанных технических предложениях по повышению качества

KB связи на базе трансионосферного мониторинга мелкомасштабных неоднородностей с помощью СРНС.

Личный вклад соискателя в получение результатов. Все исследования, изложенные в диссертационной работе, проведены лично соискателем в процессе научной деятельности в рамках выполнения плановых ОКР. Ему принадлежит основная идея диссертационной работы, её формализация в виде частных научных задач, результаты их решения и экспериментов, публикации и апробация результатов.

Результаты работы реализованы:

1. В Научно-исследовательском внедренческом центре автоматизированных систем (НИВЦ АС), г. Москва, при обосновании способа и устройств трансионосферного зондирования в интересах КВ связи (акт о реализации НИВЦ АС от 21.09.2013 г.).

2. В Военной академии РВСН имени Петра Великого (филиал в г. Серпухов Московской области) в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы управления» (в ходе дипломного проектирования и при изучении дисциплины «Информационные сети и телекоммуникации») (акт о реализации ФВА РВСН от 02.10.2013 г.).

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: 14 НТК различного уровня, в том числе 3 Международного уровня, 11 Всероссийского уровня. Опубликованы в 18 работах, из них: 16 статей в научно-технических сборниках и журналах, из которых 4 опубликованы в журнале из Перечня ВАК, 2 отчета об ОКР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка научных источников и приложения. Список научных источников содержит 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы противоречия, цель, научная задача, а также основные научные результаты, представляемые к защите. Показаны научная новизна, практическая значимость, реализация и достоверность научных исследований.

В первом разделе проведен анализ путей повышения надежности связи и энергетического потенциала КВ радиолинии (РЛ).

Качество КВ связи характеризуется надежностью связи (т.е. вероятностью связи с достоверностью Рош не хуже допустимой Рош доп)

( Дев Т Р(Рош — Рош.доп./

2-2,

(5)

^^ .д=Р(2>2л..... )=/г

где / = 10 ¡«И1 - среднее (медианное) отношение сигнал/помеха (С/П), дБ, реализуемое на входе приемника (ПРМ); гдоп =10 - допустимое

отношение С/П на входе ПРМ для обеспечения допустимого значения вероятности ошибки Рош доп. Последнее определяется как сумма 2л0и= 2Н + минимально необходимого (2Н) отношения С/П и коэффициента защиты от Д.„ " г (¿и

1 и.н

и.с - 0.4

/

... .1. —1— 1 1 ... .1 . .. 1

X дК

БЗ (7Гп).Зависимости Д;В = Б и Рош = (// (2) приведены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Зависимость надежности связи от расчетного параметра

Рис. 2. Зависимость вероятности ошибки от отношения С/П при релеевских Б3(1) и отсутствии Б3(2)

Согласно рисунку 2 для обеспечения Рошдоп=3-10 ^потребуется 2Д0П=10+15=25 дБ при традиционном допущении о релеевском характере БЗ в КВ радиолинии (при которых 2в3=\5 дБ).

В соответствии с (5) при заданных требованиях к допустимой надежности ДСВДоп=: ) условие осуществления КВ связи записывется в

виде

(6)

где <7У - коэффициент защиты от медленных замираний (МЗ)

принимаемых сигналов, а медианное отношение С/П по мощности (Рс/Р„) на входе ПРМ

2=10 1§/г2 = 10 (Рс/Р„) = 1§ (Р&лВЖ: Ж„7РП) (7) определяется техническими характеристиками радиосредств (мощностью передатчика (ПРД) Р,, коэффициентом усиления передающей антенны в, и КПД ее фидера /7,, коэффициентом направленного действия приемной антенны 02) и множителями ослабления волны в свободном пространстве И7^ и поглощения Иее в ионосфере.

Показатели ZH* дБ 2бз дБ ZM3i дБ 2доп дБ Рь дБ/Вт Z, дБ результат

ДсВ = 0,8;Рош = 3- 10 15 13,4 38,4 44(5кВт) 40 да

Дев = 0,95; Рош = 3-10"3 10 15 26,4 51,4 44(5кВт) 50(20кВт) 56(80кВт) 40 46 52 нет нет fla(tPi в 16 раз)

Дев= 0,95 ;Р0Ш = 5 • 10"2 7 6 26,4 39,4 44(5кВт) 40 да

В соответствии с современными (ДсВД0П = 0,8; РОШДоп = 3-10"3 или Д, доп = 0,95; Рош доп = 5 10"2) и перспективными (ДсВ доп = 0,95; Рош доп = 3-10'3) требованиями к допустимым значениям надежности и достоверности КВ связи в таблице приведены результаты выполнения условия (6) осуществления связи.

Анализ результатов данной таблицы указывает на наличие следующего противоречия в практике: при одновременном росте требований к надежности и достоверности приема (до ДсВДоп= 0,95; РОШДоп=3-10'3) условие осуществления КВ связи с использованием обычных ПРД и антенн (т. е. при Z < 40 дБ) не выполняется или требует значительного повышения мощности ПРД (Р]) и энергетического потенциала РЛ. Однако последнее приведет к снижению энергетической скрытности КВ РЛ.

Условие осуществления КВ связи (6) с учетом (7) можно формально выразить через энергетический потенциал (ЭП) радиолинии (М), который выбирается так, чтобы компенсировать потери на РРВ:

М = 10 lg

hi Р„

/ 1 Л

о УлВ

W;

(8)

Следует отметить, что обычно через энергетический потенциал записывается условие осуществления связи в УКВ диапазоне, где мощность помех (Рп) практически не зависит от выбора частоты Рп (fa) = const. В диапазоне КВ мощность помех Рп(/0) существенно уменьшается с повышением рабочей частоты, а мощность принимаемого сигнала РД^) -повышается. Поэтому условие осуществления КВ связи (2) обычно записывается через технический фактор Г, не зависящий от частоты:

£("(/0)>7Е:»(/„),

(9)

где

т* = 2. + + + 20 1е 7В/0,25Р,ОА , (10)

а £<"(/0) и £'"(/,) - единичная напряженность поля сигнала и удельная напряженность поля помех в точке приема на рабочей частоте.

Проведенный анализ возможностей повышения надежности связи в КВ радиолинии (5) без повышения энергетического потенциала (М~Р,) показал следующее.Известно, что в соответствии с закономерностями поглощения и

отражения волны в ионосфере рабочая частота (РЧ) в КВ радиолинии выбирается в диапазоне между наименьшей (НПЧ) и максимальной (МПЧ) применимыми частотами: /н </„</„. Оптимальная РЧ (ОРЧ) традиционно определяется по условию устойчивого отражения волны как =fO'8...0,9)/M. Поэтому условие осуществления КВ связи, записанное в

любом виде (6, 8, 9) проверяется во всем диапазоне рабочих частот /н </0 </м или на ОРЧ. При этом коэффициент защиты от БЗ во всем диапазоне частот считается неизменным (например, Z63=15 дБ согласно рис.2). Однако согласно экспериментальным данным, глубина БЗ (а следовательно и требуемый коэффициент защиты от БЗ) будет уменьшаться по мере понижения РЧ относительно МПЧ (/м). Поэтому при приближении РЧ к МПЧ коэффициент Zfi!( fa) будет возрастать, а потери на поглощение КВ в ионосфере ^IW^{f0) = Ln{fa) - уменьшаться. Тогда с учетом этого противоречия анализ условий (8) и (6, 7) позволяет сделать следующие выводы: 1) существует оптимальная рабочая частота (ОРЧ) по критерию минимально необходимого энергетического потенциала KB PJI (minМн =Мми); 2) на этой частоте обеспечивается максимальная надежность

связи КВ радиолинии (тах Дсв).

Отсюда следует практическая цель диссертационной работы Проведенный анализ недостатков известного научно - методического аппарата (НМА) показал, что на его основе достичь поставленную цель нельзя в силу следующих причин.

Известно выражение для определения надежности КВ связи с учетом частотной зависимости глубины БЗ:

Ь дс

(11)

где технический фактор отличается от (7)

ТШь =2 + +101§(В/0,25Р|0102) (12)

и зависит от выбора рабочей частоты из-за частотной зависимости (/„).

Однако выражения (11,12) позволяют лишь на качественном уровне показать наличие ОРЧ {[о = /1рч), на которой достигается максимальная

надежность КВ связи Дет(/,)=тах при заданных технических характеристиках радиосредств (Р,,С,,02). Это обусловлено следующими недостатками выражений (11, 12):

1) определение отношения С/П Е'с"(/'„)/К'Оо) осуществляется по графикам МККР, а не аналитическими методами;

2) неявная зависимость Дсв = <//{/,, М, „„„} надежности связи КВ

радиолинии от выбора рабочей частоты (РЧ) и обеспечиваемого энергетического потенциала (ЭП).

Эти два недостатка определяют постановку общей научной задачи и декомпозицию ее на две частных.

Во второй главе приведены результаты решения первой и второй частных научных задач.

Решение первой частной научной задачи - разработки методики определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты с учетом глубины быстрых замираний -осуществлено в 4 этапа. На 1-м этапе производится определение единичной напряженности поля сигнала в точке приема с помощью метода Казанцева А.Н. В результате получена аналитическая зависимость этого поля от

выбора рабочей частоты, углов падения волны <р: на слои ионосферы (1=0, Е, Б1, ¥2) и действующей высоты отражения волны Нд(/0).

На 2-м этапе осуществляется определение удельной напряженности поля помех Е^ в зависимости от коэффициента помех Б,. Обосновано, что коэффициент атмосферных и промышленных помех можно найти для различных рабочих частот ¥л(/0) по формуле Власенко В.И. На 3-м этапе обоснована частотная зависимость глубины БЗ и соответствующего коэффициента защиты Сначала установлена

аналитическая зависимость т -параметра Накагами, характеризующего глубину БЗ принимаемых сигналов

от = [1 - ехр(- 2сг*)]"', (13)

от дисперсии флуктуаций фазы во фронте волны на выходе неоднородного отражающего слоя

^ « 2г0фр/0(Иа)/свес2 (14)

где Р - интенсивность ионосферных неоднородностей (10 1... 1СГ2) с характерными масштабами гп»400 м, Ьэ - эквивалентный путь волны в неоднородной ионосфере, <ра - угол падения волны на ионосферу.

Зависимость параметра (т) глубины БЗ принимаемых сигналов от дисперсии флуктуаций фазового фронта Д<р(р,Ьэ), порождаемых

неоднородностями ионосферы АДг(р,1г) и определяющих относительные фазовые сдвиги приходящих лучей Ар,, проиллюстрирована рисунком 3.

Согласно (13, 14) по мере повышения РЧ (/0) возрастают флуктуации фазы во фронте выходной волны (ег^ ~ А<р:) и ш -параметр уменьшается, что свидетельствует о росте глубины БЗ принимаемых сигналов.

В свою очередь, частотно зависимый параметр т( /0) определяет коэффициент защиты от БЗ согласно выражению

= =101§{2отГ(2Р,, ^ -11}-101§(-21п2РшЛ;„) (15)

ИОНОСФЕРА

АЩр,к)

'Р(РЛЭ) = (<Р)+^1>(Р.1 э)

<р(р,,Ьэ) = Ар, ~ Лт,

ДО ~ 5,(»)А'(А О

Рис. 3 Модель КВ радиолинии с учетом влияния неоднородностей ионосферы на образование диффузной многолучевости

Полученные аналитические выражения для £;''(/,), Е™(/0) и ^6>(/0) позволили на 4-м этапе методики построить (рис.4) зависимость надежности связи КВ радиолинии от выбора РЧ и определить ОРЧ ) по критерию обеспечения максимально достижимой надежности КВ связи.

Согласно рис.4 новое значение ОРЧ (/,,„,, =5 МГц), на которой достигается максимальная надежность КВ связи Д'св =0,93 при заданных технических характеристиках радиосредств, будет меньше традиционной ОРЧ 1Уорч ~ /м = 7,3 МГц), на которой обеспечивается существенно меньшая надежность связи =0,84.

Решение второй частной научной задачи - разработки методики определения необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты - произведено в 2 этапа.

На 1-м этапе найдена аналитическая взаимосвязь необходимого энергетического потенциала с техническим фактором КВ радиолинии.

Обосновано, что условие осуществления радиосвязи (8), записанное через ЭП (М > иИ^Щ2) необходимо представить в ином виде:

0,25Р,С|Р;=_Р^^[£ЯЧ2Д1; (16)

ВДВ Ал;кт„ [£<"Р-кТ0 где М0 - энергетический потенциал КВ РЛ, не зависящий от рабочей частоты /0, определяемый эквивалентной излучаемой мощностью

Рэ„ = 0,25РДО2/В. (17)

Условие осуществления радиосвязи, записанное через технический фактор (е™ > ТЕ"') представим как

£(.) /Ет й]/Тт (18)

Сравнительный анализ (16) и (18) позволяет найти взаимосвязь энергетического потенциала КВ радиолинии с техническим фактором:

К2 к1 к к*

т= " ■ (19),(20)

(А/.кТо);

На 2-м этапе методики найден минимально необходимый энергетический потенциал в рабочем диапазоне частот КВ радиолинии.

В соответствии с (19) необходимый энергетический потенциал КВ радиолинии, обеспечивающий на НПЧ (/0 = /„) надежность связи, равную допустимой (ДеВ =ДеВ доп),определяется как

м- Д,-(П ЫЧРЧкКРК, (21)

°Д/")" №Ш]2 кТ0 " (21)

Тогда, минимально необходимый энергетический потенциал КВ радиолинии для обеспечения Дсв лоп с учетом зависимости глубины БЗ А",? (/,) от выбора РЧ определяется выражением

м' ( ^ ) - (/о )Г КI, (/о )К1, (уул

которое в дБ записывается в виде

Мо-Ж)дБ = Е^оЭдб +2бз(^)+ 2МЗ +204 дБ (22 а)

С учетом = £ло11 а7, зависимость минимально необходимого энергетического потенциала КВ РЛ от выбора РЧ (/0) и требований к надежности связи (ДСВДоп) описывается выражением

м'0лЛл,Дс,.Лб=е?(/01б - £«>(/Х+г6Хл)+

+&.и«.А>г+ 204 дБ. (23)

В соответствии с (21) и (23) условие осуществления КВ связи с требуемой надежностью можно записать через энергетические потенциалы радиолинии как

К,иг, * КЛ/Хгл или ша(/Х = м'0„дБ - (24)

где АМ0(/0)- относительное превышение энергетического потенциала радиолинии по сравнению с необходимым. На рис. 5 приведена зависимость минимально необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии от выбора РЧ.

М()мндБ +М0ндБ

222 220 216 212 208 204 200 196 192 188 184 180 176

ДМ г

-м

Он

М

орч I

^ Г

]У

Ом

О." дБ

- 12 8

-- 4

----1

-8

-- -12

4 5 « 7 / 9 10 £0.МГЦ

Рис. 5. Зависимость минимально необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии от выбора РЧ

Анализ рис 5 показывает, что на новой ОРЧ = 5 МГц) минимально

необходимый для обеспечения допустимой надежности КВ связи энергетический потенциал радиолинии

может быть выбран почти на 6 дБ ниже, чем на традиционной ОРЧ (/,„ « 0,9 /м=7,4 МГц) и на 9 дБ ниже, чем на НПЧ (/■„).

В соответствии с условием (24) осуществления КВ связи в работе получена зависимость надежности связи в КВ РЛ от частоты и энергетического потенциала в виде

А МЩ,

д'М<„> +д^(/о)]=р'

(25)

где Ш'Х/0\Б=ММБ

Согласно выражению (25) при работе на НПЧ (/„=/„) превышение энергетического потенциала РЛ по сравнению с необходимым отсутствует АЛ/о(/,)„,;=0 и надежность связи равна допустимой Д'св = /г'[^„„] = Д'св доп. При работе на частотах /0 > /н выше НПЧ имеется превышение энергетического потенциала РЛ по сравнению с необходимым АМ'0 (/0 )>|; > 0 и поэтому надежность связи становится больше допустимой Д\в > Да доп.

В третьей главе разработаны научно обоснованные практические рекомендации и технические решения по обеспечению требуемой надежности КВ связи при минимальном энергетическом потенциале.

В частности, в результате разработки инженерной методики и алгоритма расчета на рисунках 6 и 7 представлены зависимости надежности связи КВ радиолинии от выбора РЧ и обеспечиваемого энергетического потенциала (ЭП) и изменения превышения ЭП с ростом требуемой надежности связи Д'св доп.

Рис. 6 Зависимость надежности связи КВ РЛ от РЧ и обеспечиваемого ЭП (М'0): 1) 200 дБ;2) 191 дБ

Рис. 7. Изменение превышения ЭП с возрастанием требуемой надежности связи Д'св дол: 1)0,8;2) 0,9; 3) 0,93 ;4) 0,95.

Научно обоснованные технические решения относятся к области оперативного мониторинга ионосферы для расчета коэффициента защиты от БЗ. Согласно (13-15) коэффициент защиты от БЗ в КВ радиолинии существенно зависит от интенсивности ионосферных неоднородностей

гб1(Л) -ИР)-

Предложенный способ (рис.8) измерения интенсивности ионосферных неоднородностей Р с помощью спутниковой радионавигационной системы (СРНС) базируется на полученном выражении

5

(26)

/глее 0п

Достоинством предложенного способа по сравнению с традиционными способами вертикального зондирования ионосферы является возможность проведения измерений среднего значения (Л^т(6?(|)) и СКО егл,г (0п) полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы Л^^), определяющих интенсивность неоднородностей р (в0) в подионосферной точке трассы РРВ

(см. рис.8), с помощью двухчастотного приемника СРНС, размещаемого рядом с приемником КВ связи.

Рис.8. Способ измерения интенсивности ионосферных неоднородностей помощью спутниковой радионавигационной системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научная задача разработки методики определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от рабочей частоты и обеспечиваемого энергетического потенциала с учетом частотной зависимости глубины быстрых замираний.

В результате решения научной задачи получены следующие результаты и выводы:

1) методика определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты с учетом глубины быстрых замираний;

2) методика определения минимально необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты.

3) результаты решения научной задачи позволяют:

- при заданных технических характеристиках радиосредств на найденной новой оптимальной рабочей частоте (/орч =5 МГц) достичь максимальной надежности КВ связи Д'св= 0,93, которая существенно выше обеспечиваемой надежности связи Да =0,84 на более вызокой традиционной ОРЧ {/орч ~0,9 /м= 7,3 МГц);

- при заданных типовых требованиях к надежности КВ связи обеспечить на новой оптимальной рабочей частоте =5 МГц) минимально необходимый энергетический потенциал радиолинии на 6 дБ ниже, чем на

традиционной ОРЧ (/ ~ 0,9 /м =7,4 МГц) и на 9 дБ ниже, чем на НПЧ (/н).

Цель диссертационной работы достигнута. Дальнейшие исследования целесообразно продолжить в направлении теоретического обобщения полученных результатов на случай проявления дискретно-диффузной многолучевости в КВ радиолиниях и применения в них методов адаптивного разнесенного приема сигналов и помехоустойчивого кодирования.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях из перечня ВАК:

1. -Яремченко, C.B. Пеленгация искусственного ионосферного образования с помощью навигационного космического аппарата / С.Ю. Короткое, В.П. Пашинцев, В.И. Стрекозов // Известия института инженерной физики. - Серпухов, 2013. -№4. - С. 88-94.

2. Яремченко, C.B. Помехоустойчивость спутниковой связи при активных помехах и ограниченной полосе когерентности канала / С.Ю. Коротков, В.П. Пашинцев, М.Э. Солчатов // Инфокоммуникационные технологии. - Самара, 2013. - №4. - С. 35-38.

3. Яремченко, C.B. Улучшение отказоустойчивости вычислительных сетей при множественной адресации / C.B. Яремченко, А.П. Галкин // Известия института инженерной физики. - Серпухов, 2012. —№3. - С. 22-24.

4. Яремченко, C.B. Минимизация маршрутизаторов при обеспечении информационной защиты в сетях / C.B. Яремченко, А.П. Галкин // Известия института инженерной физики. - Серпухов, 2013. —№1. — С. 2-4 В других изданиях:

5. Яремченко, C.B. Анализ помехоустойчивости цифровых каналов связи на базе стандарта IEEE 802.16 / C.B. Яремченко // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная Дню радио. Вып. LXVI. М.: «Информпресс-94», 2012. С. 293-296с.

6. Яремченко, C.B. О необходимости применения ортогональных в усиленном смысле сигналов для коротковолновых систем радиосвязи/ С.Ю. Коротков, C.B. Яремченко, С.С. Манаенко// Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная Дню радио. Вып. LXVIII. М.: «Информпресс-94», 2013. С. 255-257с.

7. Яремченко, C.B. Математическая модель процесса обработки

многопакетных сегментов в узле коммутации сети передачи данных / С.Ю. Короткое, C.B. Ярёмченко, A.M. Деркач // Сб. тр. X Российской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга: КНИИТМУ, 2011. - С. 68-73.

8. Яремченко C.B. Проблема выбора параметров технических средств спутниковой связи при использовании пониженных частот и сдвоенного приема сигналов / С.Ю. Короткое, C.B. Ярёмченко, В.П. Пашинцев, А.Ф. Чипига // Сб. тр. XII Российской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга: КНИИТМУ, 2013.-С. 125-128.

9. Яремченко, C.B. Методика системного анализа проблемы выбора параметров технических средств спутниковой связи при использовании пониженных частот и сдвоенного приема / C.B. Яремченко , В. П.Пашинцев,С.Ю Коротков // Сб. тр. XII Российской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга: КНИИТМУ, 2013. - С. 129-134.

10. Яремченко, C.B. Применение численного метода вращений к оценке помехоустойчивости резонансного приема сигналов / С.Ю. Коротков, C.B. Ярёмченко // Сб. тр. VII Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». -Протвино, 2013. - С. 665-667.

11. Яремченко, C.B. Методика синтеза систем дискретных квазиортогональных сигналов / С.Ю. Коротков, C.B. Ярёмченко, Д.В. Гайдук, A.B. Белоконь // Сб. тр. XXX Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем». - Серпухов: СВИ PB, 2011.-Т. 4.-С. 103-108.

12. Яремченко, C.B. Применение систем ГЛОНАСС/GPS для обнаружения и пеленгацииискусственных ионосферных образований / C.B. Яремченко // Сб. тр. XI Российской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». -Калуга: КНИИТМУ, 2012. - С. 683-687.

13. Яремченко, C.B. Оптимизация величины скользящего окна транспортного протокола IP-сети / С.Ю. Коротков, C.B. Ярёмченко, C.B. Чайка // Сб. тр. VI Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». — Протвино, 2012. - С. 241-243.

14. Яремченко, C.B. Специфика применения способа синдромного декодирования в системе спутниковой связи / С.Ю. Коротков,C.B. Ярёмченко, А.Д. Белов, С.С. Манаенко •// Сб. тр. V Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». - Протвино, 2011. - С. 122-125.

15. Яремченко, C.B. Методика расчета мощности шума на входе приемника системы спутниковой связи с пониженной несущей частотой / С.Ю. Коротков, C.B. Ярёмченко, А.Ф. Чипига, Э.Х. Дагаев // Сб. тр. XXXII

Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем». - Серпухов: ФВА, 2013. - Т. 5. - С. 350-352.

16. Яремченко, C.B. Научно-методическое обеспечение выбора параметров технических средств спутниковой связи при использовании пониженных частот и сдвоенного приема сигналов / C.B. Яремченко C.B. С.Ю. Коротков, А.Ф. Чилига, В.П. Пашинцев // Сб. тр. XXXII Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем». - Серпухов: ФВА, 2013. - Т. 5. - С. 301-308.

17. «Жасмин-Д-ИИФ»: эскизный проект ОКР / МОУ «Институт инженерной физики»; гл. конструктор В.А. Цимбал. - Серпухов: МОУ «ИИФ», 2010. - С. 80-95.

18. «Жасмин-Д-ИИФ»: технический проект ОКР / МОУ «Институт инженерной физики»; гл. конструктор В.А. Цимбал. - Серпухов: МОУ «ИИФ», 2011. - С.65-88.

Подписано в печать 22.11.2013 г. Нем. л. 1,25. Печать офсетная. Зак. 19. Тираж 100 экз. Отпечатано в МОУ «Институт инженерной физики» Множительный участок

Межрегиональное общественное учреждение «Институт инженерной физики»

На правах рукописи

04201453237

Яремченко Сергей Владимирович

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ НАДЕЖНОСТИ СВЯЗИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОЛИНИИ ОТ ВЫБОРА РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ

Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Смирнов Д.В.

Серпухов-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ.................................... 4

ВВЕДЕНИЕ......................................................................... 6

1. АНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СВЯЗИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОЛИНИИ.............................................................................. 12

1.1 Состояние, тенденции развития КВ связи обоснование объекта исследований...................................................................................... 12

1.2 Анализ показателей качества КВ радиосвязи и предъявляемых к ним требований................................................................................ 21

1.3 Анализ возможных путей обеспечения условия осуществления КВ радиосвязи с заданной надежностью и достоверностью............................... 29

1.4 Анализ известного научно-методического аппарата определения надежности связи КВ радиолинии и необходимости его совершенствования . 42

1.5 Постановка научной задачи и частных задач исследования........... 50

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СВЯЗИ И НЕОБХОДИМОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КВ РАДИОЛИНИИ С УЧЕТОМ ГЛУБИНЫ БЫСТРЫХ ЗАМИРАНИЙ............ 62

2.1 Методика определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты с учетом глубины быстрых замираний...................................................................................... 62

2.1.1. Определение единичной напряженности поля сигнала в точке приема......................................................................................... 62

2.1.2. Определение удельной напряженности поля помех в точке приема.......................................................................................... 68

2.1.3. Определение частотной зависимости глубины быстрых замираний и соответствующего коэффициента защиты............................ 73

2.1.4. Определение зависимости надежности связи в КВ радиолинии

от выбора рабочей частоты............................................................... 89

2.2 Методика определения необходимого энергетического потенциала

КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты........................ 100

2.2.1. Определение взаимосвязи энергетического потенциала с техническим фактором КВ радиолинии................................................ 100

2.2.2 Определение минимально необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии в рабочем диапазоне частот........................... 113

2.3 Выводы........................................................................................................................................................125

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ТРЕБУЕМОЙ НАДЕЖНОСТИ КВ СВЯЗИ

ПРИ МИНИМАЛЬНОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ПОТЕНЦИАЛЕ....................................129

3.1 Разработка алгоритма определения ОРЧ по критерию обеспечению надежности КВ связи при заданных радиосредствах................................................................129

3.2 Рекомендации по проведению маневра рабочими частотами радиосредствами для обеспечения требуемой надежности КВ связи................................136

3.3 Инженерная методика обеспечения требуемой надежности связи КВ радиолинии путем маневра частотами и радиосредствами с учетом частотной зависимости глубины быстрых замираний............................................................147

3.4 Обоснование технических решений по измерению интенсивности ионосферных неоднородностей с помощью спутниковой радионавигационной системы..........................................................................................................................167

3.5 Выводы......................................................................................................................................................176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................................................................178

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................................179

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................................................................................190

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АФУ - антенно-фидерное устройство

БЗ - быстрые замирания

ВИ - возмущения ионосферы

ВИЗ - вертикальное ионосферное зондирование

вчх - высотно-частотная характеристика

ДЧ - двухчастотный

дкм - декаметровая

дн - диаграмма направленности

ЕВИ - естественные возмущения ионосферы

ЗРВ - закон распределения вероятностей

ив - ионосферно-волновая

КВ - короткие волны (коротковолновый)

КС - канал связи

МЗ - медленные замирания

МПЧ - максимально применимая частота

НАП - навигационная аппаратура потребителей

НМА - научно-методический аппарат

НПЧ - наименьшая применимая частота

ОРЧ - оптимальная рабочая частота

ПРД - передатчик

ПРМ - приемник

пэс - полное электронное содержание

РЛ - радиолиния

РРВ - распространение радиоволн

РЧ - рабочая частота

ско - среднеквадратическое отклонение

СРНС - спутниковая радионавигационная система

СРС - системы радиосвязи

с/п - сигнал/помеха

ТИЗ - трансионосферное зондирование

ФАР - фазированная антенная решетка

ЧАРЛ - частотно-адаптивные радиолинии

чдс - частотно-диспечерская служба

ЧСЗ - частотно-селективные замирания

ЧТ - частотная телеграфия

шпс - широкополосный сигнал

ЭК - электронная концентрация

эмв - электромагнитная волна

эп - энергетический потенциал

ВВЕДЕНИЕ

Известные достоинства коротковолновой (КВ) связи обусловили ее широкое применение для решения задач передачи сообщений с относительно невысокой скоростью на большие расстояния. В настоящее время КВ связь рассматривается как важнейший резерв радиосвязи с удаленными подвижными объектами. Основными недостатками КВ связи являются относительно низкое ее качество (вероятность связи с допустимой достоверностью) и невысокая энергетическая скрытность. Эти недостатки во многом обусловлены наличием быстрых (интерференционных) замираний принимаемых сигналов. Они вызваны рассеянием радиоволн на неоднородностях ионосферы и диффузной многолучевостыо, наблюдаемой в каждом дискретном луче.

Анализ современных тенденций развития КВ связи показывает, что они фактически не затронули одного из важнейших направлений повышения ее надежности и достоверности, связанного с борьбой с быстрыми замираниями (БЗ) сигналов, обусловленными многолучевым характером распространения КВ ионосфере.

В настоящее время известны способы устранения влияния БЗ, вызываемых дискретной многолучевостыо. Они базируются на применении узконаправленных следящих передающих или приемных антенн, обеспечивающих излучение либо выделение одного дискретного луча.

Однако эти способы не позволяют бороться с замираниями сигналов, вызванными диффузной многолучевостыо. Последняя может возникать даже при однолучевом РРВ в односкачковых КВ радиолиниях (РЛ) из-за рассеяния одного дискретного луча на неоднородностях ионосферы. При этом обычно полагают, что вследствие диффузной многолучевости при распространении КВ принимаемый сигнал подвержен достаточно глубоким БЗ релеевского типа. Для компенсации влияния последних вводят коэффициент защиты (т.е. дополнительное увеличение отношения сигнал/помеха на входе приемника для обеспечения требуемой достоверности Рош.доп), который считается не зависящим

от выбора рабочей частоты (/¿) В то же время из экспериментальных данных известно, что в однолучевых КВ радиолиниях с понижением рабочей частоты (РЧ) относительно максимально применимой (МПЧ) глубина БЗ уменьшается. Следовательно, требуемый коэффициент защиты от БЗ можно снизить за счет правильного выбора РЧ. Это, в свою очередь, приведет к повышению надежности связи без дополнительных энергетических затрат и снижения достоверности.

Вопросам борьбы с диффузной многолучевостыо в КВ каналах связи большое внимание уделено в школах таких ученых как Финк Л.М., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Комарович В.Ф., Сосунов Б.В., Серков В.П., Слюсарев П.В., Хмельницкий Е.А., Калинин А.И., Черенкова Л.Е., Чернышов О.В., Долуханов М.П., Буга H.H., Немировский М.С., Шинаков Ю.С., Кириллов Н.Е., Пенин П.И, Маслов О.Н.и другие. Однако вопросы исследования «тонкой» структуры диффузных лучей и закономерностей изменения глубины интерференционных замираний в зависимости от выбора рабочей частоты и состояния ионосферных неоднородностей пока остается открытым.

Объектом исследования является коротковолновая (КВ) радиолиния (РЛ) с одним дискретным лучом и диффузной многолучевостыо, вызывающей быстрые замирания (БЗ) принимаемых сигналов.

Цель диссертационного исследования: разработка практических рекомендаций по обеспечению требуемой надежности связи при минимальном энергетическом потенциале КВ радиолинии в диапазоне рабочих частот на основе учета частотной зависимости коэффициента защиты от БЗ.

Предмет исследований: методики оценки надежности связи и энергетического потенциала КВ радиолиний.

Научная задача: разработка методики определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от рабочей частоты и обеспечиваемого энергетического потенциала с учетом частотной зависимости глубины быстрых замираний.

Требуемым научным результатом (ТНР), или целевой функцией, решения научной задачи является получение функциональной (ц/) зависимости

надежности КВ связи (Д„) от выбора рабочей частоты (/0), необходимого энергетического потенциала радиолинии (Мон) и допустимой достоверности (Л»*») приема сигналов:

>> Ли,()0Л- (о

В ходе решения общей научной задачи (декомпозированной на две частные) были получены следующие научные результаты, представляемые к защите:

1 .Методика определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты с учетом глубины быстрых замираний.

ТНР является зависимость надежности связи от коэффициента защиты от БЗ гбз(/о) и отношения сигнал/помеха £с(/0)/£п(/0), зависящих от выбора рабочей частоты:

дсв =р{26Ш £(/о)М,Ш,Р0Ш1)0П)- (2)

2. Методика определения необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты.

ТНР является зависимость минимально необходимого энергетического потенциала радиолинии от выбора рабочей частоты и установление его взаимосвязи с надежностью КВ связи

м0н =И/о> Дсвдоп\, Д, = г{М„}. (3), (4)

3. Научно обоснованные технические решения и рекомендации по повышению надежности КВ связи на основе учета зависимости коэффициента защиты от БЗ от выбора рабочей частоты.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что:

1. Разработана аналитическая методика определения оптимальной рабочей (ОРЧ) в КВ радиолинии с учетом не только поглощения и отражения волны в ионосфере, но и глубины БЗ принимаемых сигналов из-за диффузной многолучевости, что обеспечивает максимальную надежность КВ связи с допустимой достоверностью.

2. Впервые разработана методика определения минимально необходимого

энергетического потенциала в рабочем диапазоне частот КВ радиолинии при обеспечении допустимой надежности КВ связи.

3. Научно обоснован новый способ измерения ионосферных неоднородностей на базе применения не вертикального, а трансионосферного зондирования с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

Достоверность и обоснованность научных и практических результатов подтверждается: применением современных научных методов; непротиворечивостью представленных научных результатов известным результатам в данной области знаний; сходимостью к известным результатам при введении ограничений и допущений; результатами экспериментальных исследований, проведенных с применением методов полунатурного моделирования.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1) разработаны практические рекомендации для нахождения новой оптимальной рабочей частоты (например, /орч=5 МГц), на которой достигается

надежность КВ связи Дга=0,93...0,95, существенно превосходящая надежность связи Дсв= 0,84 на более высокой традиционной ОРЧ (/ « 0,9 /м = 7,3 МГц);

2) разработаны практические рекомендации по уменьшению на новой оптимальной рабочей частоте {/орч=5 МГц) минимально необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии на 6 дБ по сравнению с обеспечиваемой на традиционной ОРЧ (/ « 0,9 /м=7,4 МГц);

3) в разработанных технических предложениях по повышению качества КВ связи на базе трансионосферного мониторинга мелкомасштабных неоднородностей с помощью СРНС.

Методы исследований: теория распространения коротких волн, математическое моделирование многолучевых каналов связи, статистическая теория связи, методы статистического описания неоднородной ионосферы, статистическая радиофизика, методы спутниковой навигации.

Личный вклад соискателя в получение результатов. Все исследования, изложенные в диссертационной работе, проведены лично соискателем в процессе научной деятельности в рамках выполнения плановых ОКР. Ему принадлежит основная идея диссертационной работы, её формализация в виде частных научных задач, результаты их решения и экспериментов, публикации и апробация результатов.

Результаты работы реализованы:

1. В Научно-исследовательском внедренческом центре автоматизированных систем (НИВЦ АС), г. Москва, при обосновании способа и устройств трансионосферного зондирования в интересах КВ связи (акт о реализации НИВЦ АС от 21.09.2013 г.).

2. В Военной академии РВСН имени Петра Великого (филиал в г. Серпухов Московской области) в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы управления» (в ходе дипломного проектирования и при изучении дисциплины «Информационные сети и телекоммуникации») (акт о реализации ФВА РВСН от 02.10.2013 г.).

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: 14 НТК различного уровня, в том числе 3 -Международного уровня, 11 - Всероссийского уровня. Опубликованы в 18 работах, из них: 16 статей в научно-технических сборниках и журналах, из которых 4 опубликованы в журнале из Перечня ВАК, 2 отчета об ОКР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения, содержит 178 страниц основного текста, 36 рисунка, 5 таблиц, список использованных источников из 126 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы противоречия, цель, научная задача, а также основные научные результаты, представляемые к защите. Показаны научная новизна, практическая значимость, реализация и достоверность научных исследований.

В первой главе проведен анализ путей повышения надежности связи и энергетического потенциала КВ радиолинии (РЛ). Обосновано наличие

противоречия в практике и цель диссертационной работы. Проведен анализ недостатков известного научно-методического аппарата (НМА), на основе которого осуществлена постановка общей научной задачи и декомпозиции ее на две частных.

Во второй главе приведены результаты решения двух частных научных задач: 1) разработки методики определения надежности связи в КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты с учетом глубины быстрых замираний; 2) разработки методики определения необходимого энергетического потенциала КВ радиолинии в зависимости от выбора рабочей частоты

В третьей главе разработаны научно обоснованные практические рекомендации и технические решения по обеспечению требуемой надежности КВ связи при минимальном энергетическом потенциале. В частности, разработаны инженерная методика и алгоритмы расчета зависимости от выбора РЧ надежности связи КВ радиолинии и обеспечиваемого энергетического потенциала (ЭП). Поскольку коэффициент защиты от БЗ в КВ радиолинии существенно зависит от интенсивности ионосферных неоднородностей, обоснован способ ее измерения с помощью спутниковой радионавигационной системы (СРНС).

В заключении диссертационной работы сформулированы основные ее результаты и выводы, намечены пути развития данной актуальной тематики.

1 АНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СВЯЗИ И ЭНЕРГЕТИСЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОЛИНИИ

1.1 Состояние, тенденции развития коротковолновой радиосвязи и обоснование объекта исследований

Известно [10, 11, 15, 17, 25, 35-37, 42, 55, 59, 89, 103], что коротковолновая (КВ), или декаметровая (ДКМ) радиосвязь широко используется в телекоммуникационных системах для передачи сообщений на большие расстояния (до 4 тысяч километров). Последнее обусловлено рядом преимуществ КВ радиосвязи по сравнению с другими родами связи [25 ,55]:

- оперативность установления прямой связи;

- простоту организации радиосвязи с подвижными объектами;

- возможность обеспечения связи через большие труднодоступные пространства (зоны повышенного заражения, водные и горные районы, лесные завалы);

- высокую мобильность средств КВ радиосвязи;

- довольно простую восстанавливаемость связи в случае ее нарушения (как в результате воздей