автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методика параметрического синтеза систем спутниковой связи, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием сигналов

На правах рукописи

Дагаев Эдуард Хамзатович

МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ПОНИЖЕННЫЕ ЧАСТОТЫ И СДВОЕННЫЙ

ПРИЕМ СИГНАЛОВ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в

технике и технологиях)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 а [*:0М 2314

005550063

Ставрополь - 2014 .

] г

005550063

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном

учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет» (ФГАОУ ВПО СКФУ)

Научный руководитель: Чипига Александр Федорович

кандидат технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Цимбал Владимир Анатольевич

доктор технических наук, профессор, Военная академия РВСН (филиал г. Серпухов), профессор кафедры автоматизированных систем боевого управления

Габриэльян Дмитрий Давидович доктор технических наук, профессор, ФГУП Ростовский-на-Дону НИИ радиосвязи, заместитель руководителя научно-технического комплекса по науке

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный

национальный исследовательский университет», г. Белгород

Защита состоится «10» июля 2014 г. в 13-00 на заседании диссертационного совета Д 212.245.09 при Северо-Кавказском федеральном университете по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп. 1, ауд. 416.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-1 Кавказский федеральный университет» по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2 и на сайте университета 1Шр:/Лууу\у.ncfu.ru.

Автореферат разослан 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.245.09 кандидат физико-математических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Эффективность любых систем связи, в том числе систем спутниковой связи (ССС), определяется их живучестью, надежностью и помехозащищенностью. В свою очередь помехозащищенность определяется двумя составляющими: помехоустойчивостью (ПУ) и скрытностью. Анализ условия обеспечения ПУ ССС показывает, что в традиционно используемом диапазоне несущих частот fa = 1...10 ГГц оно легко выполняется при высокой скорости передачи 1^—1 Мбит/с и низкой, мощности передатчика (ПРД) Pt ~ ЮВг, Это обусловлено хорошими условиями риснросфанения радиоволн (РРВ) и низкой шумовой температурой внешних помех. Однако хорошие условия РРВ в ССС обуславливают их низкую энергетическую скрытность. . :

• : ■ G 'Другой стороны; известен способ повышения энергетической скрытности ССС при близком размещении приемника (ПРМ) радиоперехвата (РПХ) от ПРМ ССС за счет применения пониженной несущей частоты /0 =60...80МГц (что обуславливает рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы, ; многолучевость РРВ и замирания принимаемых сигналов) и разнесенного приема сигналов На 4 и более (п > 4) антенн.

Анализ недостатков этого способа повышения энергетической скрытности ССС позволяет сделать два вывода: 1) увеличите числа" приемных антенн более двух (п > 2) приводит к снижению эффективности разнесенного приема сигналов, поэтому в ССС с пониженными частотами целесообразно использовать сдвоенный (и = 2) прием сигналов; 2) понижение несущей частоты ССС сопровождается повышением энергетической скрытности и снижением ПУ (вследствие роста глубины быстрых замираний и уровня помех при понижении несущей частоты в ССС). Анализ условия обеспечения ПУ ССС при понижении несущей частоты до f0 »30...40МГц и сдвоенном приеме (п = 2) сигналов указывает на необходимость увеличения мощности бортового ПРД до значений Pt « 0,5...50 кВт, что практически нереализуемо.

. Отсюда следует противоречие в практике (практическая проблема): при использовании в ССС пониженной несущей частоты (/Q ~ 30...100 МГц) и пространственно-разнесенного приема сигналов на п = 2 антепны условие обеспечения ПУ ССС может не выполнятся при реализуемых технических характеристиках радиосредств (мощности, передатчика I] <102...103 Вт, размерах передающих и приемных антенн LAt г <10м;

скорости передачи ^ = 10'...10е бит/ с и энергетическом (системном) запасе Г = 1...10 дБ).

Объектом исследованпн являются ССС на участке ЙСЗ-Земля при близком размещении ПРМ РПХ от ПРМ ССС, использующие пониженные несущие частоты ( fo œ 30...100МГц) и сдвоенный прием сигналов (и = 2).

Цель диссертации заключается в разработке практических рекомендаций по вы. бору параметров технических средств, обеспечивающих требуемую помехоустойчивость и энергетическую скрытность ССС при использовании пониженной частоты (/о ~ 30...100МГц) и сдвоенного (п - 2) приема сигналов.

Поставленная выше практическая проблема относ1Гтся к классу слабоструктурированных проблем. Поэтому для достижения поставленной цели необходимо разработать методику системного анализа проблемы выбора параметров технических средств

ссс по требованиям к энергетической скрытности и ГГУ (характеризуемых допустимыми значениями коэффициента энергетической скрытности /ЭСдоп .и вероятности ошибочного приема -Ройгдоп) ПРИ использовании пониженных частот и сдвоенного приема. В результате разработки этой методики обоснована задача принятия решения (выбора целевой функции); которая состоит в том, чтобы установить зависимость -]/^'-Г'/о}=Л1/(-Рошд<,„.Гэсдо,,) технических характеристик радиосредств ( мощности бортового ПРД Р[, размеров передающей L и приемной Lантенн, их пространственного разноса Ард\ скорости передачи Rr, системного запаса Г и несущей частоты /д низкочастотных ССС от заданных требований к их помехоустойчивости и энергетической скрытности (Реядоп,

Предметом исследований является научно-методический аппарат оценки влияния технических,,и Частотно-зависимых параметров ССС на энергетическую скрытность и помехоустойчивость одиночного и сдвоенног о приема сигналов.

Научная задача заключается в разработке методики параметрического синтеза (выбора технических характеристик радиосредств, скорости передачи, системного запаса, несущей частоты) низкочастотных ССС по заданным требованиям к их энергетической скрытности и помехоустойчивости.

Для решения поставленной общей научной задачи была проведена ее декомпозиция на 4 частные научные задачи разработки:

1) уточненной математической модели неоднородной ионосферы для повышения достоверности расчета характеристик быстрых замираний в трансионосферном радиоканале;

2) методики расчета мощности шума на входе приемника ССС с пониженной несущей частотой;

3) методики аналитической оценки энергетической скрытности ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема сигналов;

4) методики синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием, по заданным требованиям к НУ и энергетчёской скрытности.

Мётоды исследования включают НМА системного анализа, математического описания ионосферной плазмы, распространения радиоволн через случайно-неодпоро^ные среды, статистической радиофизики, математического моделирования многолучевых каналов связи; методов обработки сигналов и оценки помехоустойчивости при одиночном и разнесенном приеме; энергетического расчета радиолиний.

Значительный вклад в развитие' 'этих методов внесли. В, *,'В.'''Кузнецов, Я. JI. Альперт, М. А. Колосов, М. П, Долуханов, А. И. Калинин,,^. ^ГЙттов, Л. М. Финк, Д. Д. Кловский, В. И. Коржик, Ô.À. Зенкевич, Б.В. Сосунов. ; ''

Научная новизна результатов диссертаций состоит'в'¿nbjiyiêùiëiï ' г ' ' '

1. Впервые разработана мсгод11ка с'истеМнЬгЬ ангъч1иЗг1: прЬблелШ выбора параметров технических средств ССС по" требованиям K\^H^i^m4edkoîftKpbrr[iocin и помехоустойчивости при использовании пониженных частот1^^ ЗЙ.и'ООМГц) и сдвоенного Приема (на 2 антенны) сигналов. 1. ! ¡¡:^|| мИ! '

2. Обоснована уточненная математическая модель неоднородной ионосферы, отличающаяся от известных учетом статистических характеристик флуктуаций полного электронного содержания (ПЭС), которая позволяет уточнить математическую модель трансионосферного радиоканала' и повысить достоверность расчета характеристик быстрых замираний принимаемых сигналов.

3. Разработана методика расчета мощности шума (помех) на входе приемника ССС, использующей диапазон не традиционных (/о = 1 ...10 ГГц), а пониженных несущих частот (/о ~ 30...100 МГц).

4. Разработана методика оценки энергетической скрытности ССС, которая, в отличие от известных, позволяет получить аналитическую зависимость этой оценки от выбора пониженной несущей частот и цространственного разноса антенн.

5. Разработана Методика синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием сигналов, по заданным требованиям к помехоустойчивости и энергетической скрытности.

Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем:

1) разработаны инженерная методика и алгоритм расчета технических параметров радиолинии ССС с пониженной несущей частотой и сдвоенным приемом сигналов при обеспечении неизменной корреляций замираний в разнесённых антеннах;

2) обоснован вывод о возможности достижения требуемой помехоустойчивости и энергетической скрытности ССС с пониженными частотами и сдвоенным приемом сигналов при использовании типовых технических средств диапазона метровых волн за счет адаптивного выбора пониженной частоты и параметров приемных антенн;

3) в соответствии с разработанным алгоритмом расчета предложена структурная схема построения ССС с применением адаптивных блоков выбора пониженной несущей частоты и параметров приемных антенн по результатам измерения параметров неоднородной ионосферы с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС);

' 4) обоснован способ и разработано устройство измерения статистических характеристик ПЭС ионосферы и определепия интервала пространственной корреляции замираний в трансионосферном радиоканале с помощью СРНС.

Достоверность н обоснованность полученных результатов подтверждаются: .'¿¿пользованием' широко известных исходных данных о параметрах неоднородной ! среднешнротной ионосферы; использованием апробированного научно-методического аппарата ' статистической радиофизики и статистической теории связи; соответствием полученных теоретических результатов расчета глубины замираний в трансионосфер-ньгх каналах известным экспериментальным данным измерения индекса мерцаний в ÇÇC на частотах/0 =150 МГц и 400 МГц.

, :., Основные положения и результаты, выдвигаемые для защиты:

1. Методика системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС по требованиям к помехоустойчивости и энергетической скрытности при использовании пониженных частот и сдвоенного приема.

2. Уточненная математическая модель неоднородной ионосферы для повышения достоверности расчета характеристик замираний в трансионосферном радиоканале.

3. Методика расчета мощности шума на входе приемника ССС с пониженной несущей частотой.

., 4. Методика аналитической оценки энергетической скрытности ССС при использовании прнижсшплх частот и сдвоенного приема сигналов.

и _.. ¿. Методика синтеза, параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием, по заданным требованиям к энергетической скрытности и помехоустойчивости.

б. Результаты разработай технических решений ССС с применением блоков выбора пониженной несущей частоты и параметров приемных антенн по результатам измерения статистических характеристик полного электронного содержания ионосферы с помощью СРНС.

Реализация результатов диссертациошюй работы: 1) в ООО «Инновационный научно-технический центр», г. Москва (акг о внедрении от 27.09.2013 г.) 2) в МОУ «Институт иня£ёШ|М>й'ф£зШЬУ>1^/(^йз&ов Московской области (акт о внедрении от 16.11.2013 г.); 3) в учебнбм прЬцессе СКФУ.

Апробация'результатов диссертации осуществлялась в ходе докладов ее материалов на следующих научно-технических конференциях (НТК): 3-й Международной НТК в СевКавГТУ в 2008 г. (г. Ставрополь), 16-й Международной НТК в ОАО «Концерн «Созвездие» и Воронёжском ГУ в 2010 г. (г. Воронеж), 30-й Всероссийской НТК в СВИ PB в 2011г. (г. Серпухов), 11-й Российской НТК в КНИИТМУ в 2012 г. (г. Калуга), 1-й Всероссийской молодежной НТК в БелГУ в 2012 г. (г. Белгород); 66-Йи 67-й Всероссийских конференциях, посвященных Дню радио в 2011 и 2012 гг. (г. Москва).

Публикации Результаты диссертации опубликованы в 17 печатных трудах, из них б статей опубликованы в журналах из перечня ВАК: Теория и техника радиосвязи, 2011, № 2 и № 4; Вестник Северо-Кавказского государственного технического ушгеер-ситета, 2009, № 1; 2010, №4; 2011, № 1 (две статьи). ■

' " Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 4 приложений, содержит 202 страницы основного текста (всего в диссертации 255 стр.), 44 рисунка, 5 таблиц, список использованных источников из 132 наименований. ' . ' ■ ' ■

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы актуальность диссертационньк исследований, сформулированы цель и научные задачи (общая и частные), раскрыты научнёя'нЬвизна и практическая ценность результатов работы, их достоверность и обоснованпость, приведены сведения о реализации результатов диссертации, их апробации и публикациях, сформулированы основные положения и результаты, выдвигаемые для защиты.

В первой главе проведен анализ проблемы обеспечения энергетической скрьгг-ности и помехоустойчивости ССС. и,;

Известно, что ПУ систем связи при передаче дискретных сообщений оцетшается или по величине вероятности ошибочного приема (,Рош ) при заданном отношении сигнал/шум (С/Ш).на входе ПРМ (Л2), или по величине отношения С/Ш (Л2) при заданной вероятное™ ошибки (.Рош):

Рот = Ч'(Л2). или 1г2=Ч'-1(РошУ : 1(1),(2)

Условие обеспечения ПУ ССС записывается в виде: : <;>,|;'рмо.

л2ЙЛ2011, ши А2-Л20ПГ; •'•■•••

где допустимое отношение С/Ш (Адоп) определяется по функциональной зависимости (1) при вероятности ошибки (Рош), равной ее допустимому значению (Рош -- ^шлоп=10-3), а сомножитель Г > 1 -'это энергетический (или системным) запас на не учитываемые факторы (в ССС этот запас может составлять от Г = 1 дБ до 10 дБ и его выбор является сложной задачей).

Условия обеспечегаш ПУ ССС (4) можно записать в развернутом виде как

к,_Ег_р?й „ ¡>,о,шаш 1

'V ¡<i\ LAAVM) ШЛЖ доп ' С )

где Ег - энергия принимаемого сигнала с Мощностью Рг и длительностью Ts\ N0 = кБТэ - спектральная плотность мощности шума; кп = 1,38 -10"23 (Дж/Ки) - постоянная Больцмана; 7'э - эквивалентная шумовая температура приемной системы (К°); Pt — мощность передаваемого сигнала; Gt — коэффициент усиления (КУ) передающей антенны; Gr — КУ приемной антенны; La и /_, - потери передачи в свободном пространстве и потери на поглощение в среде. Анализ условия обеспечешш ПУ ССС (5) показывает, что в традиционно используемом диапазоне частот /q = 1. ..10 ГГц оно легко выполняется при скорости передачи Rj « 0Д...1Мбиг/с и мощности передатчика (ПРД) Р, »10Вт. Это обусловлено хорошими условиями распространения радиоволн и низкой шумовой температурой внешних помех.

Однако хорошие условия распространения радиоволн (РРВ) в ССС обуславливают низкий коэффициент энергетической скрытности (ЭСк), характеризуемый превышением допустимого отношения С/Ш на входе ПРМ РПХ ( Лдоп р ) наД фактическим

(/¡р) его значением: уэс = h^[ou р jh^ . Анализ условия обеспечения ЭСк ССС при < решении задачи радиоперехвата (РПХ):

/гр<'!допр> IL'I!I Уэс =Лдогтр/Лр >! (б)

показывает, что при близком (на расстоянии Лр <10 км) размещении ПРМ РПХ от

ПРМ ССС и одинаковых их характеристиках (когда выполняются равенства Ah'r = h2 =h'mJ~-, h'mnt - И'яоп), условие обеспечения энергетической скрытности не вы-

1 Полняется, о чем свидетельствует соотношение

rx=Kw/K=hL/K^=h'BOjh>xmr^- (7)

Однако известно, что при использовании в ССС пониженных (до /0 « 60...80МГц) частот (обуславливающих рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы, многолучевость и релеевские быстрые замирания (БЗ) сигналов на входе приемников ССС и ПРХ) и пространственно-разнесенного приема сигналов на п = 4 антенны можно обеспечить (при Г = 1) очень высокий коэффициент энергетической скрытности:

, Гзс = JK -34дБ, (8)

где h'aonp = /¡д'оп1(/0) «50 дБ -допустимое (для обеспечения Рошдоп=10"5) отношение С/Ш на входе ПРМ ЩХ с.одой (и =1)антенной ; h'p - Aj^C/o) ~ 16.ДБ - фактическое отношение С/Ш,на входе,ПРМ,ПРХ, размещенного вблизи от Ц1'М ССС с применением п — 4 разнесенных антенн. ..

На рисунке 1 приведены известные зависимости изменения допустимого Лдопр =ЛдОП1(/о) и,фактического h2p =йд0п4(/о) отношений С/Ш на входе ПРМ РПХ, а также коэффициента энергетической скрытности ССС (при Г=1) Уэс = Лдоп 1 С/о )/^доп4 Mo ) от выбора частоты (/0) и числа разнесенных антенн. Анализ этого рисунка показывает, что при выборе в ССС несущей частоты /0 > 200 МГц коэффициент энергетической скрытности составляет несколько дБ, а на пониженных частотах /д < 60 МГц он возрастет до значений ух >34 ¿Б при использовании п = 4 разнесенных антенн, и ух > (23...13) дБ при использовании п = 2 разнесенных антенн (т.е. сдвоенного приема).

|-34дБ| п-Л ЯБ,= 0,5

1 . ^ ! " ; \ J . '! !'! К-:'-.- •

80 100 120 140 160 ijso'- 200 220 240 260 '

►Л, МГц

Рисунок 1 - Зависимости допустимого ''^Л^р^'^драО и фактического (К ~ ^допи) отношения С/Ш па входе ПРМ радиййёрёхвата от выбора несущей частоты (/0)'ЙЙЙ'и4исла'(>11=4;и1 = 2) разнесешп^ антега!''

Поскольку увеличение числа приемных антенн более двух (л >2) приводит к снижению эффективности разнесенного приема сигналов, то в ССС с -пониженными частотами целесообразно использовать сдвоенный (п - 2) прием сигналов.

На рисунке 2 представлен предлагаемый способ обеспечения ПУ и энергетической скрытности при использовании в ССС пониженной частоты и сдвоенного (и = 2) приема сигналов. Условие о беспёчения энергетической скрытности CCfc при использовании' сдвоенного (л = 2)'приема сигналов будет отличаться от случая счетверённого (и =4) приема (8) заменой фактического отношения С/Ш на входе ПРМ РПХ

. : r^K^JK «^(Л)/^о„2а)Г«(23.Л.13)дБ/Г>1. :г ; (9) Анализ рисунка 2 и условия (9) обеспечения энергетической скрытности ССС при снижении несущей частоты до /0 œ 60МГц и использовании сдвоенного (л = 2)

приема сигналов указывает на возможность достижения достаточно высоких коэффициентов энергетической скрытности (до значений =13.. 23 дБ при Г = 1 и коэффициенте корреляции БЗ в разнесенных антеннах = 0,99 и = 0 соответственно).

■ < Ю км •

Рисунок 2 - Способ обеспечения помехоустойчивости и энергетической скрытности при использовании в ССС пониженной частоты и сдвоенного ( п = 2 ) приема сигналов.

Условие обеспечешм ПУ ССС (5) при использовании пониженной частоты .(/о ~30...100МГц) и сдвоенного (и = 2) приема сигналов можно конкретизировать с учетом выражений для коэффициентов усиления антенн метрового диапазона волн , длиной £д/>г типа «волновой канал» С1г ~ = кАЬы г/0 и потерь передачи в

' ''свободном пространстве = (4ж г0/0/с)2 = (&ого/о)2 к следующему виду:

(10)

¿о(/о)£п(/о)КТ,аж ШКТ-ЛЛ)

Согласно (10) потери на поглощение волны в ионосфере Ln{f[~NT//02, определяемые ее ПЭС (NT). и шумовая температура внешних помех ~ 1/f0 этом диа-■ пазоне могут существенно возрастать, а отношение С/Ш на входе ПРМ CGC - уменьшаться с понижегаем несущей частоты.

Анализ условия обеспечения ПУ ССС (10) при использовании пониженной частоты и сдвоенного приема сигналов показывает, что при величинах - 27...37 дБ; Г = 1...1Q дБ; Дт»105 бит/с и типовых значениях параметров (10) на частоте /0 =» 60 МГц :

(/о) - - 5 дБ; h = {KzofS ~ 150 дБ;

4(/)~1...20дБ; /',(/,)-И)' "К необходимо обеспечить мощность излучештя бортового ПРД Р, ~ 0,5. ..50 кВт, что практически нереализуемо.

Это обстоятельство обуславливает сформулированные выше практическую проблему и цепь диссертацибнНьк исследований.

Поскольку поставленная выше практическая проблема относится к классу сла-боструюурированных, для ее разрешения разработана методика системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС по требованиям к энергетической скрытности и ПУ при использован™ пониженных частот и сдвоенного приема. Она состоит из 6 этапов:

1-2 этап. Выявление слабоструктурированной проблемы и постановка цели. Зэтан Выбор критериев: Гэс s Гзсдоп, h2 = /^оп2Г (где ГэсдОП>1. Г S1).

4 этап. 1 'енерирование альтернатив: 1)выбор характеристик технических средств: мощности передатчика Р и размеров антенн Lpj (при ограничениях

Pt ^ 103 Вт,, Lpj Юм); 2) выбор скорости передачи: Rr=l/Ts (при ограничениях

ttj = 103...10ббиг/с); 3) выбор энергетического запаса (Г = 1...10дБ); 4) выбор пони-жешюй частоты определяющей допустимые значения частотно-зависимых параметров: V/j; гэ(/0), /£„,(/„). .

5 этап. Оценка альтернатив и выбор решения. Основу этапа составляет разработанный способ выбора пониженной частоты и параметров технических средств по требованиям к энергетической скрытности и ПУ ССС.

Суть данного способа состоит в следующем:

1) условие обеспечения энергетической скрытности ССС (9) можно записать в децибелах как....

Yж: (*/о)дБ ^дошС/о)дБ ^дош С/0)дБ ~~ ^дБ — У'х.доп дБ > (1 I)

2) в соответствии с (11) и рисунком 1 можно построить график зависимости Уж дЕ = ^(Л) коэффициента энергетической скрытности ССС от выбора несущей частоты (рисунок За); '

3) по требованиям к энергетической скрытности ССС (т. е. к допустимому значению коэффициента энергетической скрытности Хэсдоп ) можно определить максимально

допустимое значение несущей частоты (f0 доп) и диапазон.частот (/0< /Одоп ), в котором выполняются требования к энергетической скрытности ( уэс > ^ЭСдоп);

4) условие обеспечения ПУ ССС (10) можно записать в децибелах как разность

А2(дв)(/о)-Лд2оп2Сд6)(/о)=ГдБ-П(/0)дБ=ГцБ (12)

обобщенного технического (Т) параметра, не зависящего от несущей частоты, и частотно-зависимого (П) параметров: . , , .... ,

r = PtLAiLAr/z%Krtb; 11С/0 ) = Ai (Л ) (Л ) fL.i (Л ) • (13), (14)

При этом согласно рисункам 1 и 2 допустимое отношение С/Ш на входе ПРМ ССС с использованием сдвоенного (и =2) приема сигналов зависит от требований к ПУ (Рош доп )> коэффициента глубины БЗ /¿(/0)и коэффициента их корреляции КЛЛЛр), определяемыхвыбором частоты (/о) и разноса антенн (Ар = АрА):

= 'ФоШД„л,= 2,Rm{fn,Ap)\ \ (15)

5) построить график зависимости параметра ПлБ от выбора несущей частоты /0 (рисунок 36); ■

Рисунок 3 - Выбор пониженной частоты . (/Одоп) и параметров технических средств (Т) по требованиям к энергетической скрытности (а) и ПУ (б) ССС.

6) для найденного значения допустимой несущей частоты (/одоп) и выбранного энергетического запаса (Г) определить величину доцустимого частотно-зависимого параметра П(/одоп ), а затем - обобщенного технического параметра

Т — Р'LpjLptf/ZQRik-£ ;

7) по величине техш1ческого параметра Т выбираются параметры технических средств

{P.J^iJ-ArJh)-

Таким образом, выполнение повышенных требовании к энергетической скрытности 'й ПУ ССС, использующих погашенные частоты и сдвоенный прием, примерно в равной степенй зависит от выбора альтернатив: параметров технических средств (Pt,L^;Lд.), разноса антенн (Дрл\ скорости передачи (Ях), энергетического запаса (Г) И Несущей частоты (/о). Поэтому осуществить выбор решения в пользу какой-либо одной альтернативы не представляется целесообразным.

6 этап. Постановка задачи принятия решения (обоснование целевой функции):

об)

Получение фушещюналыюй зависимости (16) параметров технических средств {P„LM,L1^'), разноса йнтенн (Aскорости передачи (RT), энергетического запаса (Г) и; несущей частоты (/0 ) от требований к ЭСк ( уждоа) и ПУ (Рош доп ) ССС является требуемым научным результатом решения общей научной задачи.

В настоящее время решение этой научной задачи невозможно в силу следующих недостатков (противоречии) известного научно-методического аппарата (НМА):

1. ВыЛолПениё условий (П)'и (12) обеспечения энергетической скрытности и ПУ В шгзкочастотных ССС зависит от допустимого отношения С/Ш на входе приемника /£...(/„). Его величина (15) определяется коэффициентами глубины БЗ принимаемых сигналов и пространственной корреляции БЗ в разнесенных антеннах:

^ =[ехр(^)-1)]1 ; Яи = ехр(— Ар\/ Api) = ехр[- Ар\¡{Ijajj, (17), (18)

зависящих от дисперсии флуктуации фазы во фронте волны на выходе ионосферы

а\ =^m^/c)4ih3coseca (/3HNm/f0)\ . • (19)

При этом достоверность расчетов согласно выражениям (17-19) недостаточно высока. Это обусловлено низкой точностью измерения максимальной атектронной концентрации (ЭК) ионосферы (Nm) с помощью станции вертикального зондирования (СВИЗ), тогда как имеется возможность се повышения при измерении полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы (/VT ~ Nm) с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС): ;

2. В извсспгых работах по низкочастотным ССС фактическое отношение С/Ш на

Т-ГГ» 2" 4 ! ' * ^

входе ПРМ ( A J не учитывает увеличения^мощности помех- % и. эффективной шумовой температуры антейны-при понижении несущей частоты в CGC: Р0{/0)~Тэ(/0) ~ 1//0.

3. Известные'зависимости (рисунок 1) допустимых отношений С/Ш (Лд0Пи) и коэффициента эйер^&йиёской скрытности ( ) ССС от выбора пониженной частоты (/0) построены графо-аналитическим путем. Для случая БЗ райсовского типа (когда Убз > И; применения одиночного (и = 1) и сдвоенного (« = 2) приема отсутствует необходимая для построения рисунка 3 аналитическая зависимость энергетической скрытности '¿¿С от частоты': = ).

4. Отсутствует методшеа параметрического синтеза низкочастотных ССС со сдвоенным приемом, позволяющая определить искомую целевую функцию (16).

Указанные 4 недостатка извертного НМА обуславливают потребность декомпозиции сформулированной выше общей научной задачи на 4 частные научные задачи и получение тр€;буемы^ научных результатов (ТНР) их решения ,(^0 - 24),j,'

.1, Угош^щая математическая модель неоднородной ^оносфдзы для поэьцвеция достоверности расчета,характеристик БЗ в трансионосффном радиоканале:. ,,', _

^-Ч'С/^), *. . (20),(21)

2. Методика расчета мощности шума на входе приемника ССС с пониженной несущей частотой:

„;.,;,.:.„ . . , ' ' . (22)

3. Методика,аналитической оценки энергетической скрытности ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема:

:v::;;" : г^^^гм^гшШ

4. .Методика синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием, по заданным требованиям к ПУ и энергетической скрытности:

^ = PtLAtLAr^AlRT=yTs,r,J(^ = 4'(JPommп,ГэсДОп)-: (24)

Вторая глава посвяшена решению 1-й частной научной задачи; разработке «Уточненной математической модели, неоднородной ионосферы для повышения достоверности расчета характеристик быстрых замираний в трансионосферных радиоканалах». Она решена в 3 этапа.

На первом этапе разработана уточненная математическая модель неоднородной йоносферы для описания транейоносфёрного канала связи. ■-■■''

Обосновано, что математическую модель поглощающей неоднородной (по высоте к и Пространству р = х,у) ионосферы можно представить в ввде (рисунок 4) совокупности: : , .

__ 1) однородного (по высоте к) слоя Б с толщиной Ьэ и средней ЭК, равной = Ьт) = Нт, которая описывается средней интегральной ЭК ТУтр = ¡ъ^т;

2) расположенного на нижней границе слоя Р ионосферы тонкого слоя неодно-родцостей интегральной ЭК слоя Е .ионосферы ДЛГхр(р) с нулевым средним значением <АУУТр(/?)>= О и дисперсией =л/^/5/ъ(ДДт)2 = сотС; :

3) расположенного на нижней границе слоя Е; бесконечно тонкого слоя, где происходят лишь столкновения электронов с эф([>ектйвной частотой (ЭЧСЭ) У'щ.' '

н, юл, ' ' ' * ; ; •• ■ и ч'

л*

I

—150

ЛЛ'тт С/О^ДЛТрр <,о>> = О

Г-

Рисунок 4 - Уточненная модель неоднородной1 поглощаю щейионосферы. и

Данная модель ионосферы наиболее полно позволяет учесть р^ижшр' интегральных (Л^ТР, О'^р, уэр) параметров ионосферы на искажения фазового фронта

волны ), обуславливающих многолучевое РРВ; и пбтери из-за поглоще-

ния в ионосфере э^ )• Кроме того, среднее значение и СКб'флугауа-

ций интегральной ЭК в слое Б определяют среднее значение и СКО флукггуаций ише-дратьной ЭК ш всей ионосфере: ^^ . Эти статистические характе-

ристики неоднородной ионосферы могут быть определены с высокой точностью по результатам измерений ПЭС ¿\(р) х^(р) = Я, + (р);с; помощью,СРНС.,' .

На основе уточненной модели ионосферы (рисунок 4).разработана математическая Модель трансионосферного канала связи с учетом.. поглощения и многолучевого распространения волйы, которая описывается вьфажениями 'для сигнала на входе приемника (г) и его' средней'мощности При этом входящие в данные выражения множшели ослабления волны из-за ее - - поглощешыв ионосфере Фп-ФгУз, собсс а)//; и быстрых замираний УУ^ ± у/ [ст9 ~ (г^ ^собсс а //а] зависят от несущей частоты (/0), угла тр'анс11ЬносферногЬ РРВ (сг> 5°) й параметров неоднородной ионосферы: среднего значения и СКО флуктуации шпеф'алыюй ■ ЭК (Л7,; ) и ЗЧСЭ (к, ) В ионосфере.

На втором этапе произведен сравнительный анализ достоверности расчета глубины БЗ в трансионосферных каналах связи. Его основу составляет расчет глубины БЗ

по формуле (17) ^з^ехрС^)-!)]"', где средоеквадратнческое отклонение (СКО)

флугауаций фазового фронта волны <х на выходе неоднородной ионосферы можно

рассчитать по 3-м формулам: . , ■ . '

Во-первых, по известной формуле, определяемой из (19) как г

етЩ1) = ( Д,Я„ / /0> , (25)

где ос - угол места трансионосферного РРВ, которая содержит три не Измеряемых параметра (/, - характерный размер ионосферных неоднородностей, их интенсивность, /г, - эквивалентную толщину ионосферы) и один измеряеМьй (Д^„ - максимальную среднюю ЭК). Причем последний параметр измеряется с нйзкой, точностью с помощью станции вертикального ионосферного зондирования (СВИЗ).. Параметры сред-неширотной дневной ионосферы, входящие в (25), имеют типовые значения:

N. =б-10иэл/м3; Д. = 3-10"3; I, =400м; К =5-105м. _ (26)

Во-вторых, значение <т можно найти через среднее значение ПЭС ионосферы ( ) по формуле, которую для удобства сравнения с (25) можно привести к вИду:

ст„ = -/2(80,8л-/с)л^0/2Айц)созсса(Д,Лгт/ /0). (27)

Она содержит три не измеряемых-параметра (¿0 - наибольший размер нроднородцо-стей, их интенсивность Д, и толщину ионосферы ДЛ„) и один измеряемый (Щ). Причем Ыт можно измерять с высокой точностью с помощью СРНС. Параметры средне. широтной ионосферы, входящие в формулу (27), характеризуются типовыми значениями: . . ■ •' • • ' ' , .

=4-1017эл/м2; Д, -З-Ю"3; Ь0 =105м; М„ = 1,25-105м. (28)

В-третьих, уточненное по сравнению с сг^^ значение сг«2у) можно рассчитать по модифицированной формуле (27), но уточненных в диссертации параметрах среднсши-ротной ионосферы:

М„«5,5-105м;77т=4-1017эл/м2; А=3-1О-5;10=Ю3м. (29)

Кроме того, расчеты по модифицированной формуле (27),будут более достоверными, чем по известной формуле (25), поскольку интенсивность неоднородносгей (Д,) можно определить через среднее значение (Ю и флуктуации (ДМТ) ПЭС

(АГ = + ДЛ^ согласно полученному выражению

Т ' Т 1 А = • , (30)

В таблице 1 представлены результаты расчета СКО фазового фронта волны по трем указанным формулам и соответствующих коэффициентов глубины замираний г1т (ПРИ идущей частоте /0 ~1 ГГц.30МГц и вертикальном угле распро-

О

страиения а - 90 ).

Таблица 1. Результат}»! расчета по 3-м формулам значений сг^у и /2,

/о. ГЦ 109 5-10® 4-Ю8 2,5-108 2-Ю8 1.5-10® ДО8 8107 7-108 6-108 3-10®

°>0)'Рад 0,03 0,06 ? 0,075 0,12 0,15 ; 0.2 ' • 0,3 0,375 0,43 0,5 1

г2 • 1,1 103 277Д . 177,3 68,9 43,9 ,24,5 : 10,6 6,62 4,96 3,52 0,58

СТ<0(2).РЗД од 0,4 0,5 0,8 ';' 1 ' : 1.33 "2 ■2,5 ' " 4 2,86 3,33 6,66

Г2' (2) 24,5 5,76 3,25 1;12 0,58 оа 0,02 1,910"' 2,85-10^ 1,5-Ю5 5-10 ю

^гх.'Рад 0,097 0,194 0,242 0,388 0,485 0,647 0,97 1,21 1,386 1,62 : ЗДЗ

гк) 105,8 . 26,1 16,5 6,14 3,77 1,93 . 0,64 од 0,17 0,079 310"3

Сравнение данных этой таблицы с экспериментальным?!, результатами измерения индекса мерцанлй на частотах /0 = 150МГц « 0,6) н /„ = 400МГц (у^ я 24)

позволяет?: сделать вывод. что наиболее достоверные результаты, расчет?, глубины БЗ

на основе применения <}юрмулы (17), зависимости (27) ЙКО фазового фронта волны на выходе!, неоднородной' ионосферы -чту)-ШтРШ^ЩЩ, от параметров ПЭС и уточненных параметров ионосферы (29, зо). . . " '' : ■ ..' ''."Г.

;• Третям .этапе решеш!я 1-й частной задачи проведен анализ достоверности , расчета интервала пространственной корреляции БЗ в транспоносферном канале. ' Коэффшшещ- корреляции БЗ в трансионосферном канале определяется согласно известному В1,фажешпо (18), где интервал пространственной корреляции БЗ определяется как Арк = /;/ст. . Недостатки этих: выражений состоят в том, что;. 1) в выражение для дисперсии (ег*) флуктуаций фазового фронта волны (19) входит три неизмеряемых параметра (Д,;а один параметр - измеряется с низкой точностью; 2) интервал пространственной корреляций БЗ '(Ар,) должен зависеть от высота размещения ИСЗ (Н1а ) отпосительно'1ш5кней грашщьг(А;) ионосферы.

Для устрапещтя этих недостатков- можно воспользоваться известным выражением для структурной функции флуктуаций фазового фронта трансионосферной волны в плоскости приема сигналов на расстоянии Ар:

;7„. . , Ч^^^Д^-^/Н,,/,]1, (31)

определяется по формулам (27,30).

Определение интервала! пространственной корреляции БЗ (Ар,) молено, осуществить по формуле (31) как расстояние (Арк = Др), при котором.структурная функция флуктуавдй фазового' ' <}фонта волны Др(Др) принимает, заданное значение Сравное 1 радиапу: Тогда интервал пространственной корреляции БЗ (Ар,) , будет определяться по формуле ■ ■ •

" Арх — Н.:сз/.0/(11ИС1 — 1\)(ТГ -(/,К)[Н1ет/(Нисз -/¡.)] (32)

Таким образом, искомая зависимость (21) К^-^ШМЮ коэффициента корреляции БЗ в трансионосферном канале от выбора пониженной несущей частоты, разноса антенн и параметров ПЭС ионосферы получена в виде совокупности выражений (18), (32) и (27). •■..'■. В 3-й главе решены 2-я, 3-я и 4-я частные научные задачи. ..

Решение 2-й частной научной задачи - разработан «Методики расчета мопцю-сти шума на входе приемника ССС с пониженной несущей частотой» содержит 2 этана..

На первом этапе обоснована общая методика расчета в ССС мощности шумов на входе приемника и эффективной шумовой температуры приемнри системы: _

/> ^N0AI'C = А-;/-,Л/<; = къС1\ +Ч\^,М'СЛ , (33)

ГдС /с =1 38-Ю23Вг/(Гц-К) - постоянная Бальцмана; М0/- спектральная плотность мощности шума в полосе пропускания приемника AFC. Эффективные Шумовые температуры приемной системы Г5,антенны Т; иГТРМТгом связаны между собой как

+ (34)

где Г1^Г1лгГ1фг - КПД антенно-фидерного устройства (АФУ); ГАФУ-шумовая температура АФУ- Т0 = 290 К° ■ Гя - яркосгная температура внепших шумов (помех):

Гя=Гг + Гн + Г„+Гс+^+^(Г, + Гв),; :; • (35)

где Tt - шумовые температуры: космического пространства (Гк), индустриальных помех (Ги) атмосферных (грозовых) помех (Гет), станционных помех (Ге), излучения атмосферы с учетом гидрометеоров (Гвг), излучения Земли (Т3\ Излучения отраженных от Земли шумов {Таз), обусловленных водяным слоем на обтекателе антенны

(г;,); £ -коэффициент учета энергии боковых лепестков (обычно =0,06... 0,6).

На втором этапе методики произведен анализ шумовых температур в ССС; использующих пониженные частоты (/0 = 30...100 МГц ).

Анализ экспериментальных данных для 6-ти составляющих, яркостной температуры Гя (35) показал, что в диапазоне/о »30... ЮОМГн они имеют значения:

1)Г = 105...103À'; 2) Т =10'...MfK (для малонаселенных районов); 3)Г„<\0гК-,ЦТс*0к1 5)7<10/i; 6)çp(T,+TJ*6i)K. Следовательно для ССС с пониженными частотами яркосгная температура внешних помех определяется шумовой температурой космического пространства (Гк), которая связана обратно пропорциональной зависимостью с выбором несущей частоты:

(36)

С учетом (36) и шумовых температур антеняо-фвдерного устройства (ГАФУ) и

приемника (Г,™) в диапазоне/о =30...100 МГц: \ .' \

0,7-0,5=0,35; ГМУ =Г0(1-т7,)-1№ Т^<ЖЖ (37) выражение (34) для эффективной шумовой температуры приемной системы сводится к

ВВДУ " (38)

Отсюда можно сделать вывод, что мощность шумов на входе приемника ССС, использующей пониженные частоты, определяется кослшческими помехами и поэтому искомая аналитическая зависимость (22) ~7'• Ч'( 1//0) эффективной шумовой температуры приемной системы от Bbi6opa частоты описывается выражениями (33 38) Po=hT3isFc*i.\0\c/f0)2-*ksAFc. :;/ ,

Решение 3-й частной научной задачи: разработки «Методики аналитической оценки энергетической скрытности ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема» состоит из 2-х этапов.

На первом этапе ра-фаботана методи'к.1 аналитической оценки помехоустойчивости ССС с пониженными частотами. ' .u L! .-•; < ..aT'IJ ^ t_ . ¡.г!,,

Известные аналитические зависимости ^рШш-й ошибки' от от-

ношения сигнал/щу.м дляодиночного (и=1) и сдюе!Шого пртаШ ^йгналов с

райсовскими (х,;, >0) коррелированными (Д£3 >0) замирашммидостаточно сложны и

це позволяют получить обратные завимшости И2 = к¥~У(Рош). Для решения задачи

предложено использовать приближенныезависимости Рот » xY(h2).

Аналитическая зависимость ~ Т(/г2) для одиночного (и = 1 ) некогерентного (НК) приема сигналов ' с райсовскими БЗ (у^>0), справедливая при условии h2 >>\ + у2, полученан виде :

; . : ^ 2 l\nn*U-r2)exp(-r2)/b2, (39)

где у2 = у^=аHaï» -. коэффициент глубины БЗ (параметр;Райса), характеризуемый оттюшетюм мощностей регулярной и флуюуационной состав!ляющйх БЗ (0^уг <,оо).

Из (39) получена аналитическая зависимость допустимого отношения С/Ш при одиночном приеме 'сигналов (н = 1 ) от глубины БЗ в виде

- . ....-'....... - ''дон 1 * С + Г* дон • (40)

Известна приближенная аналитическая зависимость Рот »Ч'(Л!) для сдвденцо-1Х) ("-2) приема сигналов с райсовскими (у^ > 0) коррелированными (ЛБЗ > 0) зами-ранияш!, справедливая при условиях h2 » 1 + у2-, h2 > l/(l-R2):

s2)2 ( 2у2Л "on. , exp 7

14-R

(41)

■"i! "■'■•• о -3(1+Г)

.: ■ • .. ' ОШ ~ - ' S ,

............'(l'-'R)h

где. : Я ^ Янз -ехр(-Ард jАр2 ) - коэффициент пространственной, корреляции БЗ

(0</i <1): ' -■';•■■•■ -.., I,' ,..„.„;,

• ; Из <41) получена аналитическая зависимость допустимого отношения С/Ш при сдвоенно'мгфИеме (« В виде формула ' ' ' ' j

' ' ' Ранее были найдены зависимости (17, 18,27, 32) параметров БЗ (у2 Л) и транси-

оиосферном канале от выбора несущей частоты:

: (43) К = ехр(—Ард/Ар«) - схр[-Лр;а^(//ися-¡О'/ККЛ (44)

= С&ОЯтг/с^^/^ )С05СС а< Л'. /.I/ /0). ' (45)

В соотнстстшш с этими зависимостями при уточненных параметрах ионосферы (28) и угле мест а а = 25° в таблице 2 приведены зависимости от выбора в ССС несущей частоты (в диапазоне /„ 1ГГЦ...30М1 ц) параметров замиршшй Л Л/Л)" Допустимых отношештй С/Ш при одиночном и сдюенном приеме сигналов . '

« г. _____I '___ЛГ^^.« „Яптгг.та14 аоЛТЛТТ Т ТТОТЛ'» 1Я МИ1">Я И ЯО-

/о, Гц 10' 5-Ю8 4-10'' 2,5-108 2-1С'8 1.5-10* 108 8 107 7-10® 6108 3 ios ;

0>'рад 0,066 0,133 0,167 0,267 озз 0,44 0,67 0,83 0,95 i,ll 2,22

г2 223,7 55,5 35,4 ,13,5 8,48 4,56 1,78 0,99 0,67 0,41 7-10"3

Арк',м '" 1497ÎS ' 7486 5989 3743 2994 224^ 1497 1198 Î048 898 449

АР^оп >м 10630 5315 4252 2657 2083 1595 1063 850 744 638 319

- - - 2,9 22,9 . 37,6 46,7 48,7 49,3 49,7 50

- - 0,49 13,23 22,26 27,3 28,13 28,3 28,3 28

Заметим, что зависимость (42) /¡д2оп2 = /0) приведена в таблице 2 при выполнении условия обеспечения неизменного допустимого значения коэффициента корреляции БЗ (равного R=R доп = 0,7) в разнесенных антеннах^

АР.., лоп - - АРкл/да)"' - 0,71 Арк. (46)

Таким образом, зависимости ' допустимого отношения С/Ш при одиночном /£„, = ги(/о)] и сдвоенном (15) /£„, = yJJ^" = 2,*бз(/„, Ар)] при-

еме сигналов от выбора в ССС пониженной частоты получены в виде аналитических

выражений (40,42-45).

На втором этапе решения 3-й частой научной задачи получена аналитическая формула для оценки энергетической скрытности ССС с пониженными частотами.

Коэффициент энергетической скрытности ССС при использований сдвоенного приема (и = 2 ) можно определить графическим путем (рисунок 5) по формуле (11): (

?ЭсС/о)дБ = ^доп1 (У0)дБ _^лоп2(У0)дЕ

С учетом полученных выше выражений (40) и (42) коэффициент энергетической скрытности ССС при пониженной несущей частоте и сдвоенном (п = 2) приеме сигналов (9) можно определить по аналитической формулё 'как

- „ (l + y2)exp(-r2)/рошдоп)

Уэс — о h2

' 1-Я2

доп 2

3(1 +г2)

ехр

f о 2 ^ 1 + i?

0.5

гош доц

\0,5

ЗР

ош доп

ехр

г2Я ~1 + R

Г"1' (47)

2

где параметры БЗ (у. ЭД) зависят от выбора несущей частоты (/0) согласно выражениям (43-45). Графики зависимости уэс =Т(/0) коэффициента энергетической скрытности ССС от выбора несущей частоты, построенные по формулам (47, 43 - 45), совпадают с приведенными на рисунке 5.

• ; • • , jT-rCf?««..

ГЭС « 1 - 3

а ТЛО? -Q,7 ■= олн

74.

Рисунок 5 - Зависимости допустимых отношений C/1J1 и коэффициента энергетической скрытности ССС от выбора пониженной несущей частоты.

Таким образом, искомая зависимость (23) коэффициента энергетической скрытности ССС при сдвоенном приеме сигналов от выбора пониженной частоты получена в виде аналитических выражений (47) и (43'-45). •

Решение 4-й частой научной задачи - разработки «Методики синтеза параметров технических средств низкочастотных ССС по требованиям к помехоустойчивости и энергетической скрытности» - состоит из 5-ти этапов.

1). До условию обеспечения энергетической скрытности ССС (у^ â доп ) с учетом выражений (43, 45) при допустимом коэффициенте корреляции БЗ в антеннах Л л„ьп= определяется диапазон частот (/0 «/одои) аналитическим путем согласно полученному выражению вида ' 'lii: ' •"•!• 'и •

/0<лм^-Гсо5еса

доп»

<р доп

где

(48) ЯЛ (49),(50)

г _ 1+Ддоп ,„ ^ДОП ~ ~ ш

R

ДОП

1-Я:

\0,5

доп

ЗР

с

ОШ ДОП

(ГХзсдоп^

Этот же результат можно получить и графическим путем, как показано на рисунке 6

■ ' . | ! ?« ■ НЧ'Г ЛЧЦУ-«.УМ > " ■ ■

Хэс à*- ^эслюю

Ï

(

ГЭС лвоп) - *f»Qf!.* *

.J-.........Ш,

fa * до« , Лл

Рисунок б - Определение диапазона пониженных частот ССС по условию обеспечения энергетической скрытности (-/э0 доп =15 дБ) при энергетическом запасе

Г ~ 5 2) Уточняется условие (12) обеспечения ПУ ССС с учетом изменения обобщенного технического параметра (13) при использовании пониженных частот и сдвоенного (п=2) приема сигналов с помощью фазированной антенной решетке (ФАР), состоящей из N антенн типа «волновой канал» длиной Ьд, •

h2 (Л) - Адоп(2)('/о) = ГдБ - Я(/0)дБ = ^дБ>

(52)

где T = PtLAtrlAtWIfArLArl^RT; = (53«54)

3). Определяется частотно-зависимый параметр согласно выражениям (54, 38,

42):

ПШд, = ¿пФдб + Wo>« + КМХ* ■

^п С/о) дБ =L17-10"6yVTH3coseca//o2;

'^Э С/0 )дБ =10 tel 2 • I О2 (с//о)2'41 = 231 - 24 lg/о ;

^доп(2) (Л)

■^ошцсп^ ^доп).

[l + Г4(/о)1ехР

/Ч/о) 1+Яя„„

(55)

(56)

(57)

(58)

где у2 (/о) определяется согласно (43, 45), и осуществляется построение графика зависимости частотного параметра П от выбора несущей /0, как показано на рисунке 7.

П.лВ

/ъ, Ml 'ii

Рисунок 7 - Определение частотно-зависимого параметра П(/о) ссс с По" ниженньми частотами.

4). Согласно условию (52) обеспечения допустимой ПУ ССС ГдБ = Г^ + П(/о ) по частотно-зависимому параметру П(/о ) находится его значение на допустимой пониженной частоте П(/Оаоп ) и при выбранном энергетическом запасе 1 д£ определяется обобщенный технический параметр Тдб = /'f(j- + П(/оДОп ) =как показано на рисунке 8.

П.дБ__

SS ......i......[...... т «..пЕ... ......

во 75 70 г И(/{> sort ✓ ~

So Г ^ДБ . ... ' ; . . — ____

fiS ео h .... ..... — —

55 •-• ...... —

as - •

■«о ..... ~ï< jr. Ж » ... ......

35 ЗО ...... ......}...... — ...... .....

25 •

¿5 ::::: ... ...... ..... фЬ ____ .....А.:.... ...... Ш —... ...... — ...... ...... — — •-- îw... ......

S ...... J .. ..{....}..... . . i |___ •

О Одоп 11 П -- S _ Т"?—г _ } ^

ЗО ао СО ао SDO 120 1АО 160 iSC 20С 220 2АО 2<SO fa 'u

Рисунок 8 - Определение обобщенного технического параметра (Т) по условию обеспечения помехоустойчивости ССС. ; ! "1™ : -!

5). По величине обобщенного технического параметра (53) при заданных значениях дальности связи z0 =10б ...4-107м, разноса шпени [Ар^) и пониженной частоты (/Одоп ) выбираются параметры технических средств ССС: жр:

а) мощность передатчика и характеристики перёдшЙщей1 антенны (LMr}Mг]^ ),

б) скорость передачи (R- ), в) длина {LJ) приемной антенны тина «волновой канал», г) число этих антенн ( ) в фазированной антенной решетке.

Отсюда можно сделать вывод, что разработана 5-этапНая методика синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты й сДвоенный прием, по заданным требованиям к ПУ и энергетической скрытности, позволяющая получить искомую зависимость (24) {'/' = Pti Ьл,LA, Nv, А/-»,, Лт-1\ /0}- ,„)•

В 4-й главе разработаны практические рекомендации по выбору технических средств ССС, использующих пониженную частоту и сдвоенный прием сигналов в 2 этапа. ■ "' : ■ .■-;■

Сначала в соответствии с результатами решения общей научной задачи разработаны инженерная методика и 5- этапный алгоритм расчета технических параметров радиолинии ССС с пониженной частотой и сдвоенным приемом сигналов при неизменной корреляции замираний в антеннах (/?= Rnot = Q,7=const).

В качестве примера в таблице 3 приведены результаты расчета параметров приемных антенн ССС при высотах орбиты ЙСЗ z0 =106 ...4- 107м, скорскггях передачи R- =105,.Д05 бит/с и типовых значениях мощности I !РД и .параметров передающих айгенн диапазона метровых волн: Pt ~\00 Вт (20дБ);. . = 8 м(9 дБ) ; VAi = 0,8(-1дб); П((г 0,5(—3 дБ); PtLMt]M% =25 дБ. ........... J " о.::.

Таблица 3. Расчет параметров приемных антенн низкочастотных ССС.

Z„ M яг бит/с Р^аЛМЛ, дБ ДБ ДБ АЛ дБ К м

4-Ю7 (высокоорб. ИСЗ) Ю5 Ю4 103 25 -223 -21 -31 -41 30 20 10 10 6,2 10 100=10x10 . 16=4x4 '1.

Ю7 (среднеорб. ИСЗ) ю5 ю4 25 -223 -33 -43. . 18 8 7 6,3 . 9=3x3 1 ;

106 (низкоорб. ИСЗ) юб ю5 25 -223 -43 -53 8 -2 6,3 0,6 , 1 -1

Анализ результатов таблицы 3 позволяет сделать следующие' выводы: 1) использование в ССС пониженной несущей частоты (например, /„.„,, <70 МГц) и 2-х приемных антенн с допустимым пространственным разносом ( До,,доп à 744 м при ЯЛ!т < 0,7), а также технических средств диапазона метровых волн с типовыми параметрами передатчика (Pt =100 Вт) и передающей антенны (Ьл =8м ) позволяет в принципе обеспечить предъявляемые требования к ПУ и энергетической скрытности ССС (Р^доп =10"5; ух Яоп=15 дБ) ; 2) при высоких орбитах ИСЗ (Z0=4-10'm) и передаче сообщений с большой скоростью (Д.=Ю3 бит/с) указанные требования к ПУ й энергетической скрытности ССС выполняются только при использовании 2-х приемных ФАР, состоящих из jVa.=100=10x 10 элементарных антенн типа «волновой канал» длиной LAr = 10 м каждая; при стжешш скорости передачи до Лг=10!бит/с достаточно вместо ФАР. использовать приемную антенну типа «волновой канал» длиной = Ю м; 3) при низких орбитах ИСЗ (Zo=106m) и передаче сообщений с большой скоростью (Лг=103бит/с) указанные требования к ПУ и энергетической скрытности ССС выполняются При использовании 2-х приемных антенн типа «волновой канал» длиной всего LAt= 0,63 м

каждая. , : .. ' .... ,

На основе алгоритма расчета технических параметров разработана структурная схема ССС с адаптивными блоками выбора пониженной несущей частоты и управления приемными антеннами по результатам зондирования ионосферы с помощью ÇPHC ГЛОНАСС / GPS. Данная схема ССС, помимо передатчика и приемника ССС, содержит двухчастотный приемник СРНС и дополнительные блоки: выбора пониженной несущей частоты; определения допустимого разноса антенн; вычисления частотно-зависимого параметра; определения обобщенного технического параметра; выбора характеристик приемной антенны и скорости передачи, а также йзмеренйя статистических характеристик ПЭС на базе полученного выражения (30).

. В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертации. ,

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС по требованиям к помехоустойчивости и энергетической скрытности и при использовании пониженных частот и сдвоенного приема.

2. Разработана уточненная математическая модель ионосферы с учетом ее неод-нородностей и поглощающих свойств, обеспечивающая повышение достоверности расчета характеристик замираний в трансионосферном радиоканале.

3. Разработана методика расчета мощности шума на входе приемника ССС, использующей пониженные несущие частоты.

4. Предложена методика аналитической оценю! энергетической скрытности ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема сигналов.

5. Обоснована и разработана методика синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные несущие частоты и сдвоенный прием сигналов, по заданным требованиям к допустимым значениям энергетической скрытности (у^ доп = 15 дБ) и помехоустойчивости (РОШдоп =Ю"5).

6. Разработаны инженерная методика и 5- этапный алгоритм расчета технических параметров радиолинии ССС с пониженной частотой и сдвоенным приемом сигналов при неизменной корреляции замираний в антеннах.

7. Предложены технические решения построения ССС с применением блоков выбора пониженной несущей частоты и параметров приемных антенн по результатам измерения статистических характеристик полного электронного содержания ионосферы с помощью СРНС.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1. Дагаев, Э. X. Сравнительный анализ выражений для дисперсии флуктуаций фазового фронта волны на выходе неоднородной ионосферы [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2009. - № 1 (18).-С. 56-61.

2. Дагаев, Э. X. Качественный анализ процесса распространения радиоволн через ионосферу с учетом поглощения и многолучевости принимаемого сигнала [Текст] / В. П. Пашинцев, А. Ф. Чипига, А. В. Сенокосова, Э. X. Дагаев // Вестник СевероКавказского государственного университета. — 2010. — № 4 (25). — С. 103-108.

3. Дагаев, Э. X. Оценка интервала пространственной корреляции замираний в трансионосферном канале связи [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев // Теория и техника радиосвязи. - 2011. - № 2. - С. 54-56.

4. Дагаев, Э. X. Модель ионосферы для расчета поглощения волны в системах спутниковой связи [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев, А. В. Сенокосова, В. А. Шевченко // Теория и техника радиосвязи. - 2011. - № 4. - С. 97-102.

5. Дагаев, Э. X. Математическая модель трансионосферного канала с учетом поглощения и многолучевости принимаемого сигнала [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев, А. В. Сенокосова, В. А. Шевченко // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2011. - № 1 (26). - С. 32-40.

6. Дагаев, Э. X. Оценка влияния поглощающих свойств ионосферы и ее неоднородно-стей на среднюю энергию сигнала [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев, А. В. Сеноко-

сива, В. А. Шевченко /7 Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2011. - № 1 (26). - С. 24-32.

Другие публикации:

7. Дагаев, Э. X. Постановка задачи уточнения значений неизмеряемых параметров ионосферы для реализации мероприятий по защите информации на физическом уровне ЭМВОС. [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев /'/ Инфокоммуникационные технологии в науке, производстве п образовании: материалы 3-й международной научно-технической конференции. Часть 2. - Ставрополь, 2008. — с. 152-153.

8. Дагаев, Э. X. Метод оценки энергетической скрытности систем спутниковой связи с пониженной частотой [Текст] / А. Ф. Чипига, А. В. Сенокосова, Э. X. Дагаев // Радиолокация навигация связь: труды XVI Международной научно-технической конференции. - Воронеж, 2010. - с. 2414-2421.

9. Дагаев, Э. X. Методика расчета потерь на поглощение волны в ионосфере для систем космической связи [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев // Труды Российского НТО радиотехники. электроники и связи имени А. С. Попова. Серия: научная сессия, посвященная Дню Радио. Выпуск: LXVI. - Москва, 2011. - с. 160-161.

К). Дагаев, Э. X. Методика системного анализа энергетической скрытности спутниковой связи при близком размещении приемника радиоперехвата [Текст] / А. Ф. Чипига, А. В. Сенокосова, Э. X. Дагаев, А. Д. Белов /У Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем: материалы XXX Всероссийской НТК. - Серпухов: Серпуховской военный институт ракетных войск. 2011.-с. 227-232.

11. Дагаев. Э. X Аналитическая зависимость энергетической скрытности спутниковой связи от выбора несущей частоты [Текст] / А. Ф. Чипига, Э. X. Дагаев, Л. В.С'енокосова, А. Д. Белов. А. А. Апонасенко // Труды Российского НТО РЭС им. A.C. Попова. Серия: научная сессия, посвященная Дню Радио. Вып. LXVI1. -Москва, 2012. -с. 75-78 .

12. Дагаев. Э. X. Системный анализ энергетической скрытности спутниковой связи [Текст] / Э. X. Дагаев., А. В. Ляхов // Теория и практика системного анализа: сборник грудой Всерос. молодеж. конф. - Белгород: 1-1Д «Белгород», 2012. -с. 154-157

13. Дагаев, Э. X. Методика расчета мощности шума на входе приемника спутниковой свит с пониженной несущей частотой [Текст] / Э. X. Дагаев, А. Ф. Чипига, С. Ю. Короткое С. В. Яремченко // Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем: труды 32-й Всероссийской научно-технической конференции. Сборник № 5. - Серпухов: Военная академия РВСН им. Петра Великого, 2013. - с. 353-356.

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»

МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ПОНИЖЕННЫЕ ЧАСТОТЫ И СДВОЕННЫЙ ПРИЕМ СИГНАЛОВ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(в технике и технологиях)

На правах рукописи

Дагаев Эдуард Хамзатович

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Чипига А.Ф.

Ставрополь - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИИ........................................................................ Стр. 4

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................... 5

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СКРЫТНОСТИ И ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ССС... 14

1.1 Анализ энергетической скрытности и помехоустойчивости ССС........ 14

1.2 Анализ проблемы обеспечения энергетической скрытности ССС и обоснование цели исследований................................................................................... 32

1.3 Методика системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема.......................................................................................................... 46

1.4 Анализ недостатков известного научно-методического аппарата и постановка научных задач исследования.................................................................. 53

2. УТОЧНЕННАЯ МОДЕЛЬ НЕОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК БЫСТРЫХ ЗАМИРАНИЙ В ТРАНСИОНОСФЕРНОМ РАДИОКАНАЛЕ.... 59

2.1 Обоснование выбора математической модели неоднородной ионосферы для описания трансионосферного радиоканала................................... 59

2.1.1 Модель ионосферы с учетом изменения по высоте электронной концентрации и эффективной частоты соударений электронов............................ 64

2.1.2 Математическая модель ионосферы с учетом эффективной частоты соударений электронов и неоднородностей электронной концентрации................................................................................................................... 70

2.1.3 Математическая модель трансионосферного канала связи с учетом поглощения и многолучевого распространения волны........................................... 82

2.2 Сравнительный анализ достоверности расчета глубины замираний в трансионосферных каналах........................................................................................... 94

2.3 Оценка интервала пространственной корреляции замираний в трансионосферном канале связи.................................................................................. 109

2.4 Выводы............................................................................................................ 114

3. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СИНТЕЗА ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ССС, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ПОНИЖЕННЫЕ ЧАСТОТЫ И СДВОЕННЫЙ ПРИЕМ................................... 118

3.1 Методика расчета мощности шума на входе приемника ССС с пониженной несущей частотой.................................................................................... 118

3.2 Методики аналитической оценки энергетической скрытности ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема сигналов ........... 130

3.3 Методика синтеза параметров технических средств низкочастотных ССС по требованиям к помехоустойчивости и энергетической скрытности...... 142

3.4 Выводы..................................................................................................... 148

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ССС, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ПОНИЖЕННУЮ ЧАСТОТУ И СДВОЕННЫЙ ПРИЕМ СИГНАЛОВ........................................... 152

4.1 Инженерная методика расчета технических параметров радиолинии ССС с пониженной частотой и сдвоенным приемом сигналов.............................. 152

4.2 Технические решения для ССС с пониженной несущей частотой и сдвоенным приемом сигналов...................................................................................... 167

4.3 Выводы..................................................................................................... 183

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................. 186

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................... 191

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Качественный анализ процесса распространения радиоволн через ионосферу с учетом поглощения и многолучевости принимаемого сигнала................................................................................................... 203

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Математическая модель трансионосферного канала с учетом поглощения и многолучевости принимаемого сигнала.......................... 212

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Оценка влияния поглощающих свойств ионосферы и ее неоднородностей на среднюю энергию сигнала.................................................. 225

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Метод оценки энергетической скрытности систем спутниковой связи с пониженной частотой и разнесенным приемом на четыре антенны............................................................................................................................. 241

список сокращен™

БЗ - быстрые замирания

ЗС - земная станция

ИСЗ - искусственный спутник Земли

КС - канал связи

КУ - коэффициент усиления

мз - медленные замирания

МО - математическое ожидание

ни - нормальная ионосфера

НМА - научно-методический аппарат

пз - помехозащищенность

ПРД - передатчик

ПРМ - приемник

ПУ - помехоустойчивость

ПЭС - полное электронное содержание

РЗ - релеевские замирания

РсЗ - райсовские замирания

РПХ - радиоперехват

РРВ - распространение радиоволн

РЭП - радиоэлектронное подавление

РЭС - радиоэлектронная система (средство)

свиз - станция вертикального ионосферного зондирования

СКО - среднеквадратическое отклонение

СРНС - радиосвязи спутниковая радионавигационная система

ССС - система спутниковой связи

с/ш - сигнал/шум

эк - электронная концентрация

ЭСк - энергетическая скрытность

ЭЧСЭ - эффективная частота соударения электронов

ВВЕДЕНИЕ

Современный этап развития телекоммуникаций Российской Федерации характеризуется широким внедрением систем спутниковой связи (ССС). Наряду с повышением пропускной способности, важнейшей тенденцией развития ССС является повышение эффективности функционирования. Известно, что эффективность шобых систем связи, в том числе ССС, определяется их живучестью, надежностью и помехозащищенностью [292]. В свою очередь помехозащищенность определяется двумя составляющими: помехоустойчивостью (ПУ) и скрытностью [3,14,15,72-76, 81, 91,108].

Анализ условия обеспечения ПУ ССС показывает, что в традиционно используемом диапазоне несущих частот /0 = 1...10 ГГц оно легко выполняется при высокой скорости передачи ( ~ 1Мбит/с ) и низкой мощности передатчика (Pt « 10 Вг ). Это обусловлено высокими коэффициентами усиления передающих и приемных антенн, хорошими условиями распространения радиоволн (РРВ) и малой мощностью шумов (помех) из - за низкой шумовой температурой внешних помех. Однако хорошие условия РРВ в ССС обуславливают основной их недостаток: низкую энергетическую скрытность [81].

С другой стороны, известен [116, 117] способ повышения энергетической скрытности ССС при близком размещении приемника (ПРМ) радиоперехвата (РПХ) от ПРМ ССС за счет применения пониженной несущей частоты /0 = 30...100 МГц (что обуславливает рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы, многолучевое РРВ и интерференционные (быстрые) замирания принимаемых сигналов) и разнесенного приема сигналов на 4 и более (п >4) антенн (что обеспечивает повышение достоверности приема сигналов в каналах с замираниями).

Анализ недостатков этого способа повышения энергетической скрытности ССС позволяет сделать два вывода: 1) увеличение числа приемных

антенн более двух (п > 2) приводит к снижению эффективности разнесенного приема сигналов, поэтому в ССС с пониженными частотами целесообразно использовать сдвоенный (п = 2) прием сигналов; 2) понижение несущей частоты ССС сопровождается повышением энергетической скрытности и снижением ПУ (вследствие роста глубины быстрых замираний и уровня помех при понижении несущей частоты в ССС). Анализ условия обеспечения ПУ ССС при понижении несущей частоты до /0 »30...40МГц и сдвоенном приеме ( п = 2) сигналов указывает на необходимость увеличения мощности бортового ПРД до значений Pt » 0,5...50кВт, что практически нереализуемо.

Отсюда следует противоречие в практике (практическая проблема): при использовании в ССС пониженной несущей частоты (/0 »30...100МГц) и пространственно-разнесенного приема сигналов на п = 2 антенны условие обеспечения ПУ ССС может не выполнятся при реализуемых технических характеристиках радиосредств (мощности передатчика (ПРД)

Pt < 10 ...10 Вт, размерах передающих и приемных антенн ^Аt,r <Юм?

скорости передачи ^ = Ю5...106 бит/с и энергетическом (системном) запасе Г = 1...10дБ).

Объектом исследований являются ССС на участке ИСЗ-Земля при близком размещении ПРМ радиоперехвата от ПРМ ССС, использующие пониженные несущие частоты (/0 »30...100МГц) и сдвоенный прием сигналов (п = 2).

Цель диссертации заключается в разработке практических рекомендаций по выбору параметров технических средств, обеспечивающих требуемую помехоустойчивость и энергетическую скрытность ССС при использовании пониженной частоты (/0 « 30...100МГц) и сдвоенного (п = 2) приема сигналов.

Поставленная выше практическая проблема относится к классу слабоструктурированных проблем. Поэтому для достижения поставленной цели

необходимо разработать методику системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС по требованиям к энергетической скрытности и ПУ (характеризуемых допустимыми значениями коэффициента энергетической скрытности /ЭСдоп и вероятности ошибочного приема доп)

при использовании пониженных частот и сдвоенного приема. В результате разработки этой методики обоснована задача принятия решения (выбора целевой функции), которая состоит в том, чтобы установить зависимость {Т = Р^А1ЬА1:ЛрА'Л, = УТ,Г,/0} = Гэсдоп) технических характеристик

радиосредств ( мощности бортового ПРД Pt, размеров передающей LAt и приемной ЬЛг антенн, их пространственного разноса Др^ ), скорости передачи RT, системного запаса Г и несущей частоты /0 низкочастотных ССС от заданных требований к их помехоустойчивости и энергетической скрытности

С-^ОШДОП' ^эсдоп^*

Предметом исследований является научно-методический аппарат (НМА) оценки влияния технических и частотно-зависимых параметров ССС на энергетическую скрытность и помехоустойчивость одиночного и сдвоенного приема сигналов.

Научная задача заключается в разработке методики параметрического синтеза (выбора технических характеристик радиосредств, скорости передачи, системного запаса, несущей частоты) низкочастотных ССС по заданным требованиям к их энергетической скрытности и помехоустойчивости.

Для решения поставленной общей научной задачи была проведена ее декомпозиция на 4 частные научные задачи разработки:

1) уточненной математической модели неоднородной ионосферы для повышения достоверности расчета характеристик быстрых замираний в трансионосферном радиоканале;

2) методики расчета мощности шума на входе приемника ССС с пониженной несущей частотой;

3) методики аналитической оценки энергетической скрытности ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема сигналов;

4) методики синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием, по заданным требованиям к ПУ и энергетической скрытности.

Методы исследования включают НМА системного анализа, математического описания ионосферной плазмы, распространения радиоволн через случайно-неоднородные среды, статистической радиофизики, математического моделирования многолучевых каналов связи; методов обработки сигналов и оценки помехоустойчивости при одиночном и разнесенном приеме; энергетического расчета радиолиний.

Значительный вклад в развитие этих методов внесли В. В. Кузнецов, Я. JI. Альперт, М. А. Колосов, М. П. Долуханов, А. И. Калинин, С. М. Рытов, JI. М. Финк, Д. Д. Кловский, В. И. Коржик, О.А. Зенкевич, Б.В. Сосунов.

Научная новизна результатов диссертации состоит в следующем:

1. Впервые разработана методика системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС по требованиям к энергетической скрытности и помехоустойчивости при использовании пониженных частот

(/о « 30...100МГц ) и сдвоенного приема (на 2 антенны) сигналов.

2. Обоснована уточненная математическая модель неоднородной ионосферы, отличающаяся от известных учетом статистических характеристик флуктуаций полного электронного содержания (ПЭС), которая позволяет уточнить математическую модель трансионосферного радиоканала и повысить достоверность расчета характеристик быстрых замираний принимаемых сигналов.

3. Разработана методика расчета мощности шума (помех) на входе приемника ССС, использующей диапазон не традиционных (/0 = 1...10 ГГц), а пониженных несущих частот (/0 « 30...100МГц).

4. Разработана методика оценки энергетической скрытности ССС, которая в отличие от известных позволяет получить аналитическую зависимость от этой оценки от выбора пониженной несущей частот и пространственного разноса антенн.

5. Разработана методика синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием сигналов, по заданным требованиям к помехоустойчивости и энергетической скрытности.

Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем:

1) разработаны инженерная методика и алгоритм расчета технических параметров радиолинии ССС с пониженной несущей частотой и сдвоенным приемом сигналов при обеспечении неизменной корреляции замираний в разнесенных антеннах;

2) обоснован вывод о возможности достижения требуемой помехоустойчивости и энергетической скрытности ССС с пониженными частотами и сдвоенным приемом сигналов при использовании типовых технических средств диапазона метровых волн за счет адаптивного выбора пониженной частоты и параметров приемных антенн;

3) в соответствии с разработанным алгоритмом расчета предложена структурная схема построения ССС с применением адаптивных блоков выбора пониженной несущей частоты и параметров приемных антенн по результатам измерения параметров неоднородной ионосферы с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС);

4) обоснован способ и разработано устройство измерения статистических характеристик ПЭС ионосферы и определения интервала пространственной корреляции замираний в трансионосферном радиоканале с помощью СРНС.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются: использованием широко известных исходных данных о параметрах неоднородной среднеширотной ионосферы; использованием апробированного НМА статистической радиофизики и статистической теории связи; соответствием полученных теоретических результатов расчета глубины

замираний в трансионосферных каналах известным экспериментальным данным измерения индекса мерцаний в ССС на частотах /о =150 МГц и 400 МГц.

Реализация результатов диссертационной работы: 1) ООО «Инновационный научно-технический центр», г.Москва (акт о внедрении от 27.09.2013 г.); 2) в МОУ «Институт инженерной физики», г. Серпухов , Московской области (акт о внедрении от 16.11.2013 г.); 3) в учебном процессе Северо-Кавказского федерального университета.

Апробация результатов диссертации осуществлялась в ходе докладов ее материалов на следующих научно-технических конференциях (НТК): 3-й Международной НТК в СевКавГТУ в 2008 г. (г. Ставрополь), 16-й Международной НТК в ОАО «Концерн «Созвездие» и Воронежском ГУ в 2010 г. (г. Воронеж), 30-й Всероссийской НТК в СВИ PB в 2011г. (г. Серпухов), 11-й Российской НТК в КНИИТМУ в 2012 г. (г. Калуга) 1-й Всероссийской молодежной НТК в БелГУ в 2012 г. (г. Белгород); 66-й и 67-й Всероссийских конференциях, посвященных Дню радио в 2011 и 2012 гг. (г. Москва). Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 16 печатных трудах, из них 6 статей опубликованы в журналах из перечня ВАК: Теория и техника радиосвязи, 2011, №2 и №4; Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета, 2009, № 1 ; 2010, №4; 2011, №1. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 4 приложений, содержит 202 страниц основного текста (приложения - 53 стр., всего в диссертации 255 страниц), 42 рисунка, 5 таблиц, список использованных источников из 134 наименований.

Основные положения и результаты, выдвигаемые для защиты: 1. Методика системного анализа проблемы выбора параметров технических средств ССС по требованиям к помехоустойчивости и энергетической скрытности и при использовании пониженных частот и сдвоенного приема.

2. Уточненная математической модель неоднородной ионосферы для повышения достоверности расчета характеристик замираний в трансионосферном радиоканале.

3. Методика расчета мощности шума на входе приемника ССС с пониженной несущей частотой.

4. Методика аналитической оценки энергетической скрытности ССС при использовании пониженных частот и сдвоенного приема сигналов.

5. Методика синтеза параметров технических средств ССС, использующих пониженные частоты и сдвоенный прием, по заданным требованиям к энерге