автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Особенности проектирования РРЛС и сетей ТВ вещания, связанные со спецификой распространения радиоволн в климатических и географических условиях МНР

¡/ИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ СССР Московский ордена Трудового Красного Знамени институт связи

На правах рукописи Баярсурэн Гонгоогийн

УдК о21.371.029.63

0С0БЕШ0СТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РРДС И СЕТЕЙ ТВ ВЕЩАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ СО СПЕЦИФИКОЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В КЛИШИЧЕСКИХ И ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ¡ЛНР

Специальности: 05.12.07 - Антенны и СВЧ устройства 01.04.03 I - Радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Кравного Знамени институте связи.

Научный руководитель - доктор технических наук, старший научный сотрудник Троицкий В.Н.

Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор Лмпольский В.Г.

- кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Белрнский В.Б.

Ведущая организация - Институт радиотехники и электроники АН СССР.

Защита диссертации состоится "¿■/"¿ЦС^Л 1991 г. час.

на заседании специализированного совета К 118.06.05 в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте связи по адресу: 111024, г.Москва, Е-24, Авиамоторная ул., д.8а. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат

разослан '¿¿Г^ 1990г.

Ученый секретарь ^

специализированного совета, .

кандидат технических наук Берендеева

я I

I.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность .темы. Монгольская Народная Республика занимает обширную территорию, для которой характерна редкая населенность. В целрм Монголия является горной страной.Средняя высота составляет 1580 м над уровнем моря.Эта особенность затрудняет организацию сети связи наземными средства!® на ультракоротких волнах. Из-за-обширности территории наблюдаются заметные отличия в физико-географических и климатических условиях различных местностей территории страны, складываются своеобразные природные пояса /в горах/ и природные зоны /на равнинах и в Гоби/.Для организации широкой сети радио-и телевещания, РРЛС и линии УКВ радиосвязи, охватывающих всю территорию страны, необходимы всесторонние исследования специфических особенностей распространения УКВ в этих природно-климатических поясах.

Как известно, устойчивость' работы наземных и космических радиолиний зависит не только от энергетических параметров аппаратуры, но и от условий распространения радиоволн в данном регионе.

В последние годы успешно развивается телевизионная наземная и космическая сеть связи в стране.Эксплуатируется РРЛС общей протяженностью более 3000 км, установлены более 80 мало- мощных телевизионных ретрансляторов типа ЩГА.В крупных городах и сомонных центрах сельской местности успешно эксплуатируются более 350 приемо-передающих маломощных станций, работающих по системе "Экран".В период до 1995 года предполагается построить РРЛС общей протяженностью около 2000 км.Сейчас 50$ населения имеют возможность принимать программы национального телевидения, а 70$ - I программу советского телевидения.

Поэтому при развитии телевизионной сети в МНР основной акцент .делается на организацию подачи национальной телевизионной

програшы в сельской местности и на расширение зоны действия телевизионных действующих станций.

Из вышеизложенного следует, что для проектирования наземных и спутниковых систем связи с учетом влияния реальных условий распространения радиоволн -на территории МНР особенно актуальны выбор и внедрение различных технических методов расширения зоны уверенного приема телевидения и определение технических требований.

Состояние, вопроса. Было проведено частичное изучение радиоклиматических условий и особенности распространения УКВ в полупустыне Гоби.На территории Монголии „исследования радиометеорологических условий и их .особенностей в отношении распространения УКВ, особенно в горных районах страны, почти не проводились. Кроме того, в МНР вообще не изучено влияние дождя, пыльных бурь и атмосферных газов на распространение УКВ на наземных и космических радиотрассах.Из-за отсутствия необходимых радиоклиматических данных об отличии их в горных и Гобийскпх районах страны при проектировании УКВ радиосвязи их считают одинаковыми но всей территории.Особый интерес представляет собой получение этих данных по отдельным климатическим районам в зависимости, от реальных метеоусловий конкретных регионов.

Существующая в МНР национальная сеть телевизионного вещания охватывает 50$ населения и 10$ всей территории страны.

Технические средства для подачи населенш телевизионного вещания с нарастающим темпом 'переходят к более коротким волнам УКВ.Отсюда следующей задачей работы является исследование особенности распространения дециметровых, сантиметровых и миллиметровых радиоволн на наземных и космических трассах в зависимости от микроклиматических условий в различных районах на территории МНР.

ЦедЕ и задачи. ра0р№.; Целью работы является определение технических требований дая проектирования наземных и спутниковых систем связи с учётом влияния реальных условий распространения ультракоротких радиоволн на территории МНР.Кроме того, в нас-

5Н

тоящее время для МНР особенно~актуальны выбор и внедрение различных технических методов расширения зоны уверенного приема действующих телевизионных станций.

Поставленная цель определяет следующие основные задачи:

Получение достоверных данных но распространению УКВ для дроектирования наземных и космических систем связи путем анализа радиоклиматических параметров территория МНР;

Анализ полученных данных по распространению УКВ и выявление их особенностей в специфических условиях различных физико-географических районов территории МНР, сравнение с данными, полученными в подобных районах других стран;

Проведение экспериментального исследования для выявления особенностей распространения УКВ особенно в гористых местностях МНР, разработка и испытание различных технических методов расширения зоны действия и улучшения качества приёма телевидения;

Рассчитать потери при распространении УКВ в диапазоне частот 4-30 ГГц на наземных и космических трассах путем использования реальных метеорологических данных для территории МНР на базе известных методов;

Разработка рекомендаций и выбор оптимального варианта организации сета национального телевизионного вещания для полного охвата населения а территории страны.

Научная новизна работы состоит в следующем:

I.Получены данные по распространению УКВ в специфических климатических и географических условиях МНР, необходимые для проектирования радиорелейных и УКВ линий связи и линий связи-ИСЗ-Земля:

определены вероятностные характеристики коэффициента преломления воздуха А/ и его градиента для различных климатических и географических районов страны.проанализированы и выявлены их отличия, связанные с 1 особенностями распространения УКВ в горных и Гобнйсках районах страны.

проведены расчеты потерь при растространении УКВ в диапазоне частот 4-30 ГГц в зависимости от интенсивности дождя, пыльных бурь и поглощения в атмосферных газах тропосферы.

2.Рекомендованы методы расширения зоны уверенного приема действующих телевизионных станций с помощью активных а пассивных ретрансляторов на закрытых горных трассах с учётом особенностей рельефа горных районов территории МНР на основе экспериментального исследования распространения .УКВ метрового диапазона в гористой местности на коротких малопересеченных трассах а на более протяженных сально закрытых многовершинных трассах.

3.Установлено, что для полного охвата территории страны национальным телевизионным вещанием выгодно и эффективно применение спутниковой системы связи.В работе показано, что ослабление радиоволн в дожде и пыльных бурях, а также поглощение в атмосферных газах для. территории МНР не является ограничивающим фактором в применении частот ниже 15 ГГц на спутниковых линиях.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные в диссертации данные по распространению УКВ, связанные с природно-климатическими особенностями горных и Гобийских районов страны, могут быть использованы и используются при проектировании УКВ линий связи на наземных и космических трассах,а-так-ч-üe при организации и планировании телевизионной сети и разработке методов повышения устойчивости и прогнозирования работы действующих и проектируемых УКВ радиотехнических систем.Рекомендованные и внедренные в эксплуатацию методы применения активных и пассивных ретрансляторов в метровом диапазоне УКВ используются на практике дая расширения'зоны уверенного приема телевидения на закрытых горных трассах.

Апробашш работы1. Основные результаты, полученные в диссертации, были опубликованы в работах /1-97 и докладывались на IY Всесоюзном совещании по радиометеорологии в СССР, на организованной в МНР конференции, посвященной 15-летию со дня основания Монгольскогр Политехнического Института, на конференции по проблеме "Связь науки и производства", на научно-производственном семинаре главных инженеров связи, на научной конференции, Sil

посвященной 40-летию Монгольского Государственного университета, на научной конференции, посвященной ¡70-летнему юбилею Великой Октябрьской социалистической революции, результаты работы неоднократно обсуадались на научном совете Производственно-исследовательского института связи Министерства связи МНР.Автор имеет свидетельство рационализаторского предложения по испытанию пассивного ретранслятора в метровом диапазоне УКВ. /от 20.12,1982. Гос.per. № 6483/

СЙШиаЙйХНХ Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы.Общий объем диссертации составляет 149 страниц, из которых 101 страница - относятся к основному тексту .Диссертация содержит 38 рисунков"а 36 таблиц.Список литературы включает 107 наименований.

П.ЗАЩИЩАЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОШШ

1.B результате статистической обработка и анализа метеорологических данных за 25 лет по территории МНР получены вероятностные характеристика значений A/j для различных климатических и географических районов страны.Среднегодовые значения Л^г для различных районов колеблются в пределах 230-320 /У-ед.Средняя амплитуда годичных колебаний среднемесячных значений A/j

в горных районах составляет 15 А/-ец., а в Гобийских и степных районах 25-30 N-ед.Получеш статистические распределения для разных районов, которые удовлетворительно аппроксимируются нормальным законом.

2.В результате обработка и анализа метеорологических данных радиозондирования получены статистические распределения величины градиентов коэффициента преломления воздуха ' ^ для различных географических районов ШР.Интегральные кривые & хоршо аппроксимируются нормальным законом.Заметные отклонения Л^ и ^ наблюдаются в небольшом проценте времени на станция:-:, расположенных в Гоби

3.Показано, что сезонный ход a для условий ШР имеет вид двойной волны с максимумами зимой и летом, минимума-isa-весяой и осенью.В гористых районах страны зимние значешш

градиента-ивдекса преломления воздуха . ^ несколько вше, чем летние,- а в Гобийских районах выше летние значения.

4.Установлено, что в слоях толщиной до 900 м среднее значение ^ мало отличается в горных л Токийских районах на территории МНР, а стандартное отклонение 6$ в Гобийских районах несколько больше, чем в горной местности.

5.Обнаружено, что в горных и Гобийских местностях в штшх слоях тропосферы вероятность пониженной рефракции несколько меньше, чём повышенной.

6.Получены данные о медианных значениях множителя ослабления при ДТР УКВ на трассах,проходящих в горных и Гобийских рако-нах.Показано, что наихудшими месяцами года для-территории МНР являются апрель и тй.Поэтоглу для проэктлрования.тропосс£ерных линий следует вести расчет надеаяости связи для этого периода года.

7.Показано, что ,при вероятностном расчете мнозителя ослабления поля УКВ телевизионных и ЧМ вещательных передатчиков по методу МККР на горных трассах поправка при а^^'300 и для-условии Монголии совпадает с поправкой,полученной в /56_/.Метод расчета множителя ослабления по ЖКР на горных трассах дает неверные результаты при > 300 м.

8.Установлено на практике, что в условиях МНР активные п пассивные ретрансляторы могут применяться на закрытых горных трассах для расширения зоны уверенного приема телевизионных станций и улучшения качества приема при соблэдешш определенных технических условий, соответствующих рекомендациям, приведенным в данной работе.

9.Для полного охвата территории страны национальным телевизионным вещанием выгодно и эффективно применение спутниковой системы связы.Показано, что ослабление в дожде и пыльных бурях, а такяе поглощение в атмосферных газах для территории МНР не является ограничивающим фактором в применении частот нияе 15 ГГц на спутниковых линиях.Что касается частот выше 15 ГГц, то их

прдменение требует учета упомянутых явлений.Вероятностные данные об ослаблении в догда . и пыльные, буря- для территории МНР приведена в настоящей работе.

Ш.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ЕалШ2Д2Шй дано краткое обоснование теш исследований, сформулированы основные цела и задачи диссертации а изложено её краткое содерзание.

П£ШЗЯ_ЩШЕа диссертации состоит из двух параграфов.В 1.1 изложены физико-географические и демографические особенности территории МНР.Основное внимание уделено отличительным чертам физико-географических особенностей горных и пустынных районов страны.Описаны физико-географические области территории МНР. В демографическом отношения она является страной с низкой и неравномерной плотностью населения, которая зависит от физико-географических условий.Другнми характерными особенностями, особенно в сельской местности, является миграция населения в разные периоды года, связанная со спецификой ведения сельского хозяйства /пастбищное животноводство/.

В 1.2 проанализированы климатические особенности территории МНР.Приводятся статистические данные о температуре, влажности, давлении, скорости ветра, пыльных бурях и интенсивности дождей, годовые, сезонные и суточные зависимости этих величин.Получены и обобщены данные, необходимые для расчета ослабления сигнала УКВ на земных и космических трассах.

Ва_®МЕйДЛЯава приведены результаты исследования особенностей пространственно-временного распределения коэффициента преломления воздуха и его градиента в климатических условиях горных и пустынных районов МНР с целью выявления характерных особенностей проектирования УКВ линий радиосвязи а организации сети телевещания в этих районах.

В 2.1 приведены результаты изучения пространственно-временного распределения показателя преломления у поверхности земли по многолетним среднемесячным значениям метеопараметров за

период от 15 до 23 лет по пяти метеостанциям, расположенным в различных районах страны.Рассчитаны среднемесячные значения по которым построены зависимости /Vj от времени года.

Кривая годового хода A/j независимо от характера рельефа местности на всей территории страны имеет вид . двойной волны с максимумами в июле и январе и минимумами в апреле-мае и октябре. Летний максимум А> обусловлен относительно высоким влаго-содернанием воздуха, а зимний - низкой температурой.

Многолетняя годовая амплитуда /l/j в горных районах 18,5//-ед., а в Гобийских районах - 29,5 N -ед.Интегральные распределения удовлетворительно описываются нормальным законом.Заметные отклонения A/j наблюдаются в небольшом проценте времени на Гобийской станции.Годовой разброс значений колеблется в

пределах от 230 - до 320 ДДед.

Среднесезошше значения A/j от среднегодовых значений в большей степени отличаются весной и летом./9,1-14,7 /1/-ед/, в меньшай-зимой и осенью /3,4-8,7 /1/-ед./в горных районах ст-раны.В Гобийских районах это значение колеблется в пределах от 14,5 Af -ед. до 21,6 N -ед. Амплитуда годового изменения среднемесячных значений Mi в горных районах составляет 15 /У-ед., в Гоба - 30-35 N -ед.

Суточный ход /t/j во все сезоны года имеет, примерно одинаковый вид с максимумами в 07 и минимумам в 13 ч, Амплитуда суточного хода Nc зимой и летом на Гобийской станции равна 10,511,6 //-ед., а на горных станциях 7,8-8,0 //-ед.Весной и осенью для всех станций амплитуда суточного хода примерно одана-кова.Другой характеристикой радиоклимата страны является пзг.о-нение средних значений Ns за ряд лет .Для станции Даланзадгад, расположенной в пустыне, /}Ср изменяется в пределах от 256,6 до 262,3 А/-ед.

В 2.2, проанализированы результаты изучения гр.адаента показателя преломления воздуха на территории МНР.На ЭШ обработаны данные радиозоадпровавия на трех основных станциях'дая высотных интервалов 2-800 -м а 2-900 ы.Сезошшй ход срсднеи^сягашх

значений почти полностью идентичен с сезонным ходом по многолетним данным, максимумы наблюдаются зимой и летом, а миншуш-весной и осеныо.На горных станциях зимние значения градиента показателя преломления немного /в пределах 0,6 &-ед/ превышают их летние значешя.Следовательно, зимой дальность ра-диогорнзонта в горных районах должна быть несколько большей, чем летом.На Гобийских трассах летние значения и ^ несколько больше зимних.Среднее значение в слое толщиной 2-300 и заключено в* пределах от -3,8 до -4,5 У-ед., а стандартное отклонение в пределах от 1,3 до 2,4 ^-ед.В слое | толщиной 2-900 м изменение среднего значения мало заметно /от -3,2 до -3,5 -ед./, а стандартное отклонение ^ меньше, чем в слое до 300 м, а имеет значение 0,8-1,3 ¿^-ед.

В уреуьей гдаве на основе литературных источников излагается инженерный метод расчета устойчивости работы РРЛС на основании отраженных в I а П главах диссертации данных по распространению радиоволн в горных и Гобийских районах МНР.Рассматриваются особенности проектирования РРЛС и тропосферных радиорелейных линий связи в этих районах на основании данных по радиометеорология страны.Внявленн следующие существенные особенности в горных и Гобийских районах страны, которые необходимо учитывать при проектировании УКВ линий связи.

I.Полученные данные о и <5^- довольно хорошо совпадают с данными для горных районов Забайкалья и Иссык-Куля в толщинах слоя 300 л 900 и;

В горной местности наибольшая амплитуда суточного колебания отмечается в самом тонком приземном слое 2-15 м, / = 8,7 • Ю-8 м-1/ и наименьшая в слое 2-150 м | / л?» = 0.9 • Ю-8 м-1/.

Случаи субрефракции и сверхрефракции отмечаются довольно

редко.

Рассчитаны значения мнояителя ослабления при ДТР УКВ на трассах,проходящих в горных и Гобийских районах страны.Минимальный уровень сигнала приходится на апрель-май независимо от места располоаеняя трассы.

Ль

Д чеурерроД дтгзве рассмотрены особенности распространения радиоволи телевизионного диапазона в гористой местности.Даются рекомендации по увеличению зоны обслуживания телевизионных станций с помощью активных а пассивных ретрансляторов на основе использования данных по распространению УКВ.Приведены результаты испытания подобных ретрансляторов, сооруженных и эксплуатируема на основе этих рекомендаций.

Б 4.1 приводится методика измерения напряженности поля, описание эксперимента и его результаты, которые сравниваются с расчетами по различным методам.

В 4.2; даны рекомендации по увеличению зоны обслуживания телевизионных станций с помощью активных ретрансляторов .Для достоверного определения уровня сигнала изучен характер глубины замираний на.четырех закрытых горных трассах.

Оценены величины глубины замирания сигнала по разностям дЕ{10-90%) и л/5(1-99$.).Для наблюдения колебания медианного • уровня телевизионного сигнала на двух вершинных горных трассах протяженностью 121 км производились записи во все сезоны года в точение недели, в каждом.В результате обработки записи уровня сагнала определено, что:

максимальные значения глубины замираний наблюдаются в апреле и октябре месяцах (7,8-8,4 дб), а минимальные в шаяе в январе (4,8-5,6 дб) по разностям л£ (10-90$);

1-характер изменения медианного значения напряженности поля напоминает годовой ход изменения показателя преломления у по- верхности земли а колеблется в небольших пределах.

В 4.3, описана методика расчета пассивных ретрансляторов различных типов .Даются рекомендации по выбору маета установки, сооружений а эксплуатации пассивных ретрансляторов.Пркваданы таете результаты лх испытания на горных трассах Нухт, Шадашган

и Салхит вокруг телецентра г.Удая-Батора. <

В пятой гларА анализируются особенности использования ИСЗ для организации сетей телевидения в.МЯР.Рассмотрены о со-

бенноста распространения УКВ в доидь и пыльные бури, а также их поглощения в атмосферных газах на территории МНР.

В 5.1, проанализирована обеспеченность телевизионным вещанием населения страны.Определены существенные особенности, связанные с вопросом организации телевизионной сета в сельской местности с помощью наземных и космических линий связи.

В 5.2- изложены некоторые результаты расчёта погонного ос~ лабленю УКВ в диапазоне частот 4-30 ГГц на трассе ИСЗ-Земяя в доядь и пыльные бури ., а также поглощения в атмосферных газах.

Из результатов расчета видно, что на трассе ЙСЗ-Земдя в диапозонах частот до 15 ГГц на территория МНР влияние дсядей и пыльных бурь, поглощение в атмосферных газах незначительно .На более высоких частотах необходим учет этих факторов на основе статистических данных об интенсивности доздей, вероятности шаь-хшх бурь и абсолютной влажности воздуха.Эти данные пртаеденн в настоящей работе.

Р-шаш».

Г.Цвдыпов Ч.Ц. ,Баярсурэн Г.,1антуу 1.

Пространственно-временное распределение коэффициента преломления воздуха на территории Монголии.Электросвязь, № 7, 1977, с.64-66.

2.Баярсхрэн Е, Цэвэлмаа Д. Пространственно-временное распределение радиометеорологических параметров атмосферы на территории Монголии. В кн: Труды П Всесоюзного совещания по радиометеорологии.-М, 1978, с.5-10.

3.Баярсурэн Г.

К вопросу расширения зонн уверенного приема телевидения. Холбооиы мздээлал, й 2, 1974, с.71-79. /На монгольском языке/

4.Баярстрэн Е, Цэвэлмаа Д.,Бадрах 1.

Влияние тропосферы на распространение УКВ.Техник-технологийн мэдээ, й 4, 1976,- с.34-36. /На монгольском языке/

5.Баярсхрэн Г."; Дэвэлмаа Д.,Еадрах Л. Технико-экономические обоснования расширения зоны уверенного приема телевидения с помощью маломощных ретрансляторов.Холбооны мэдээлэл, I." 5, 1975, с.72-94. /На монгольском языке/

6.Баярсурэн Г, Болдбаатар Ц.

Результаты испытания отражающего пассивного ретранслятора на Нухт. Холбооны мэдээлэл, М 2, 1982, сЛ7-24, /На монгольском языке/

7.Баярмрэн Г.

Развитие телевизионной техники. Холбооны мэдээлэл, ¡1 I, 1982, с.19-24. /На монгольском языке/

З.Баярсгрэн Г.

Исследование распространения поля метровых волн в горной местности МНР. Труды НИИР, й 4, 1989.

Подписано в печать 17.12.90 . Формат 60x84/L6. Печать офсетная. Объея 0,8 усл. а.л. Тираж IC0 экз. Заказ 582, Бесплатно.

Отдел оперативной полиграфии МиС. Москва, ул.Авиамоторная,8.