автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка комплексного метода обеспечения электромагнитной совместимости между негеостационарными системами спутниковой связи

На правах рукописи

Кадыров Тимур Данилович

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО МЕТОДА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ МЕЖДУ НЕГЕОСТАЦИОНАРНЫМИ СИСТЕМАМИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Специальность 05.12.13. - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена на кафедре Систем радиосвязи Московского технического университета связи и информатики.

Научный руководитель' доктор технических наук,

старший научный сотрудник, Быховский Марк Аронович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Тележный Борис Григорьевич

кандидат технических наук, Стадинчук Александр Сергеевич

Ведущая организация: 4-ый Центральный научно-исследовательский ин-

ститут Министерства обороны Российской Федерации

Защита состоится « /Л> 2005 г. в часов на заседании

диссертационного совета К 219.001.03 Московского технического университета связи и информатики по адресу:

111024, Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а, ауд. 455.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке униперситета Автореферат разослан «/2 » 200 {г

Учёный секретарь

диссертационного совета К 219.001.03, Пу иу ¿2. ¡г Кандидат технических наук, профессор А. Г. Попова

гооь-ъ 2691

imoots

1. Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Исторически освоение космического пространства для организации и предоставления услуг спутниковой связи началось с создания и эксплуатации спутниковых систем на геостационарной орбите (ГСС), что в первую очередь объяснялось уникальными физическими свойствами этой орбиты - сохранение неподвижного положения космического аппарата относительно поверхности Земли Освоение ГСО произошло стремительно.

Такое положение вынудило мировое сообщество даже прибегнуть к резервированию участков геостационарной орбиты в интересах стран с низким потенциалом экономики и фактически доступ негеостационарных систем спутниковой связи (НГСС) был закрыт в полосах частот, используемых геостационарными ияями

Ситуация изменилась относительно недавно. Примерно с начала 90-х годов развитие современных технологий спутниковой связи стимулировало огромный интерес к созданию систем на базе негеостационарных спутников, и в последнее время особенно для предоставления высокоскоростных урлуг фиксированной спутниковой связи (ФСС). Отзываясь на возникшие потребности, соответствующим образом была изменена национальная и международная правовая база, открывая дверь для доступа НГСС в полосы частот, ранее традиционно используемые только ГСС.

Решения Всемирных конференций радиосвязи 1997 и 2000 годов стимулировали развитие перспективных НГСС ФСС. На данный момент имеется информация о более 20 НГСС, заявленных в МСЭ-Р для предоставления услуг фиксированной и подвижной связи в полосах частот, ранее используемых только ГСС. При эюм на первый план вышли вопросы обеспечения ЭМС как между ГСС и НГСС, так и между различными НГСС в общих полосах частот. Эти вопросы стали одними из наиболее интенсивно изучаемых в Исследовательских комиссиях Международного союза электросвязи (МСЭ).

В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, направленные на обеспечение ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) НГСС с другими НГСС и обоснование рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, с учетом необходимости достижения максимальной эффективности использования НГСС

Исследованиям данного направления было посвящено большое количество работ, выполненных в НИИ Радио, а также предприятиях промышленности (НПО ПМ, НИИ ТП). В данных работах широко освещены проблемы ЭМС РЭС различного па-значения, моделирования НГСС, синтеза параметров РЭС, а также оптимизации спутниковых систем с целью достижения в них максимальной потенциальной пропускной способности. В частности большое внимание данным вопросам было уделено а работах Бородича C.B., Машбица Л.М., Кантора Л.Я., Стрельца В.А., Глушко В И Однако, как показал, проведенный анализ, разработанное методическое обеспечение не может быть применимо для решения в полном объеме задачи обоснования рациональных параметров РЭС НГСС для достижения ЭМС с РЭС других НГСС. В частности, в данных работах не рассматривалась возможность совместного функционирования многоспутниковых НГСС в общих полосах частот, в существующих методиках не учитывается случайный характер возникновения наши nfWiUy„E3.C НГСС, пе учтены

I 'ОС НАЦИОНАЛЬНА;

! ММИОТСКА

! STFZJ4 !

дополнительные факторы ослабления полезного сигнала в атмосфере и действие солнечного излучения при определении критериев защиты от помех Кроме того, при имитационном моделировании НГСС, даже при соответствующей доработке, требуемые вычислительные затраты очень высоки

Таким образом, несмотря на глубокую проработку вопросов электромагнитной совместимости РЭС спутниковых систем, вопросы, касающиеся условий обеспечения защиты РЭС негеостационарных сетей от помех, создаваемых РЭС других НГСС, исследованы недостаточно. В связи с этим разработка методического обеспечения, позволяющего проводить обоснование параметров функционирования РЭС НГСС для обеспечения электромагнитной совместимости с РЭС других НГСС является актуальной научной задачей

Целью работы является решение научной задачи разработки комплексной методики для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС с учетом требований по обеспечению ЭМС с РЭС других НГСС и выработки на ее основе практических рекомендаций для конкретных условий совместного функционирования РЭС НГСС.

Объектом исследований в диссертационной работе является ЭМС РЭС НГСС, функционирующих в общих полосах частот

Предмет исследований - параметры функционирования РЭС НГСС Достижение поставленной цели осуществляется решением следующих исследовательских задач:

- анализ особенностей функционирования РЭС НГСС, применяемых методов уменьшения помех и факторов, оказывающих наибольшее влияние на их ЭМС;

- разработка моделей и методик в составе комплексной методики обоснования рациональных параметров РЭС НГСС, позволяющих проводить: а) оценку уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС других НГСС, б) оценку необходимого частотного ресурса НГСС; в) обоснование требований по защите РЭС НГСС от помех со стороны РЭС мешающих НГСС; г) выбор рациональных параметров функционирования РЭС НГСС;

- проведение прикладных исследований для установления характера влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС на величину уровней помех, создаваемых РЭС НГСС, а также для разработки практических рекомендаций по обеспечению ЭМС РЭС НГСС для конкретных условий их совместного функционирования.

Научная новизна работы и полученных в ней результатоЬ определяется следующим'

а) впервые поставлена и решена задача достижения ЭМС между НГСС в системной постановке, когда в исследовательскую схему включены факторы, характеризующие влияние внешних условий на распространение полезного и помехового сигналов, применение в НГСС различных методов уменьшения помех, направленных на снижение создаваемых помех в отношении других НГСС, воздействие помех между НГСС с учетом их случайного характера;

b) разработанная постановка задачи и методическая схема ее решения отличаются от известных тем, что их целевой направленностью является выбор параметров функционирования РЭС НГСС на основе комплексного анализа их влияния на уровни помех, создаваемых РЭС НГСС, и на ее требования к необходимому частотному ресурсу, что позволило проводить обоснование рациональных значений таких параметров для достижения ЭМС с РЭС НГСС при минимальных накладываемых ограничениях на НГСС;

c) созданная комплексная методика отличается от известных тем, что:

- при анализе ЭМС НГСС воздействие помех от НГСС, а также функционирование сетей НГСС рассматриваются как случайные процессы, что позволило выделить различных составляющие помех, характеризующиеся вероятностью их возникновения, и определить наиболее эффективные пути их уменьшения,

- при выборе рациональных параметров функционирования РЭС НГСС оценка уровней помех от НГСС и определение их допустимых значений осуществляется с учетом особенностей распространения радиосигнала в атмосфере и возникающего при этом его ослабления, а также воздействия солнечного излучения;

с!) разработанные практические рекомендации впервые позволили определить основные приоритеты в использовании различных методов уменьшения помех для обеспечения выполнения НГСС требований по ЭМС между НГСС, сформулировать предложения по выбору рациональных параметров функционирования РЭС конкретных типов НГСС.

Практическая значимость работы состоит в возможности использования результатов оценок и получаемых на их основе практических рекомендаций государственными радиочастотными органами, организациями промышленности, занимающимися разработкой, созданием и эксплуатацией систем спутниковой связи при:

- обосновании направлений развития систем и комплексов спутниковой связи, обеспечивающих повышение их помехозащищенности;

- задании требований и формировании технических решений на различных этапах разработки, проектирования и эксплуатации перспективных сетей связи;

- экспертизе проектных материалов промышленности;

- рассмотрении радиочастотных заявок на новые спутниковые сети и согласовании условий их ЭМС с существующими системами связи.

Достоверность полученных в работе результатов подтверждается многочисленными работами по оценке ЭМС конкретных НГСС со станциями различных радиослужб в том числе и с другими НГСС, отсутствием противоречий между полученными в работе результатами и существующими научными положениями теории ЭМС, совпадением результатов полученных на основе аналитического и имитационного моделирования на ЭВМ, а также совпадением в частных случаях с результатами, полученными другими авторами при проведении исследований близких к теме данной диссертационной работы.

Основными научными и практическими результатами, выносимыми на защиту, являются:

1. Постановка задачи на проведение исследований по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС для обеспечения ЭМС между НГСС в общих полосах частот.

2. Комплексная методика для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, включая'

- методику оценки помех, создаваемых между НГСС;

- методику определений требований по защите РЭС НГСС,

- методику выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС

3. Рекомендации по применению в НГСС различных методов уменьшения помех и выбору соответствующих им рациональных параметров функционирования

Структура и объем работы. Работа состоит из четырех разделов, введения, заключения и 2-х приложений, изложена на 193 страницах, иллюстрирована 41 рисунками, содержит 26 таблиц, список литературы включает 79 библиографий Основные результаты работы реализованы при:

- подготовке предложений в Технические задания делегациям администрации связи России на собрания рабочих групп МСЭ-Р и СЕПТ,

- подготовке 5 научно-1ехнических докладов Админис[рации связи России на собрания рабочих групп 4-7-8, 4А, 7В и 7Е Сектора радиосвязи МСЭ, на Подготовительное собрание к Конференции (2002 г.) и Всемирную конференцию радиосвязи 2003 г. (ВКР-2003);

- при разработке внутренних и международных радиочастотных заявок на НГСС «МОНИТОР», «ГЕО-ИК-2», «РОСТЕЛЕСАТ-Н» и «РОСТЕЛЕСАТ-В»;

- подготовке и проведении переговоров между администрацией связи России и администрациями связи США, Японии, Франции по вопросам координации частотных присвоений НГСС МОНИТОР, ГЛОНАСС, КОМПАРУС.

Материалы диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в 5 ЦНИИ МО РФ, МИЭМ, 4-й Международной конференции "Спектр-2003" и в ходе собраний рабочих групп МСЭ-Р Результаты опубликованы в 9 работах, из которых 3 печатных

2. Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель работы и приведена краткая аннотация работы по разделам, дана оценка новизне полученных результатов, а также сформулированы научные результаты, выносимые на защиту.

В первом разделе работы проведен анализ условий совместного функционирования РЭС НГСС в общих полосах частот При этом в соответствии с существующими международно-правовыми нормами выделены две различные ситуации, возникающие при рассмотрении возможности совмещения ПГСС'

- применение процедур координации в соответствии с пп 9 11А и 9 21 Регламента радиосвязи Международного союза электросвязи,

- процесс согласования условий использования частотных присвоений НГСС.

Анализ указанных международно-правовых ситуаций показал, что пне зависимости от международного юридического статуса НГСС в используемых ею полосах частот при ее разработке всегда возникает задача обеспечения таких характеристик и параметров функционирования системы, которые позволили бы реализовав требования по ЭМС с другими НГСС.

Отличительной особенностью систем НГСС является применение в данных системах различных методов уменьшения помех, реализуемых с целью обеспечения условий совмещения с другими системами в общих полосах частот При этом под методом уменьшения помех понимается изменение определенного параметра функционирования РЭС НГСС с целью уменьшения уровней помех, создаваемых НГСС в отношении других сетей радиосвязи.

Основываясь на результатах исследований, выполненных в рамках МСЭ-Р, применяемые для совмещения с другими системами методы условно классифицировать на две основные категории:

1 Методы, основанные на изменении базовых характеристик НГСС (орбитальное построение, способ организации связи, используемые классы излучений, характеристики антенных систем, требования к минимально необходимому частотному ресурсу, методы ретрансляции сигналов и т п).

2. Методы, основанные на изменении параметров функционирования РЭС НГСС в рамках ее заданных базовых характеристик.

Использование 1-ой группы методов приводит к пересмотру концепции построения НГСС, что может быть связано с изменением всего се технического облика. 2-ая группа методов позволяет реализовать требования по ЭМС с другими НГСС без внесения кардинальных изменений в построение системы НГСС В тех случаях, когда совмещение между НГСС не может быть достигнуто на приемлемых условиях за счет применения таких методов, делается вывод о необходимости пересмотра базовых характеристик НГСС и изменении концепции ее построения.

В данной диссертационной работе исследования проводились в опюшении параметров функционирования РЭС НГСС, характеризующих 2-ую группу методов уменьшения помех (Табл. 1).

Принимая во внимание существующий юридический сгатус НГСС в полосах частот, распределенных для фиксированной и подвижной (ПСС) спутниковых служб, определение ЭМС в случае совмещения нескольких систем НГСС можно сформулировать следующим образом. ЭМС НГСС означает обеспечение способности радиолинии, образуемой с использованием РЭС полезной НГСС, функционировать с требуемым качеством при воздействии непреднамеренных помех со стороны мешающей НГСС.

Таким образом, анализ факторов, влияющих на качество функционирования радиолинии в сетях НГСС в условиях их совместного функционирования, позволил определить те из них, которые оказывают наибольшее влияние на их ЭМС

Анализ показал, что качество работы радиолиний НГСС зависит от факторов, которые условно можно разделить на внутренние и внешние

Табл. 1

Методы уменьшения помех

№ п/п Название метода уменьшения помех Параметр функционирования РЭС НГСС

1. Уклонение от группировки НГСС Угловой сектор зоны исключения передачи видимой со спутника или земной станции НГСС", я

2. Ограничение минимального угла места НГСС Минимальный рабочий угол земной станции НГСС2', е

3 Выбор правила установления связи "КА-ЗС" в НГСС Правило установления связи "КА-ЗС" в НГСС31, Л

4 Регулирование мощности излучения станций НГСС Относительное уменьшение мощности излучения станций НГСС4), и>

лением приема станций другой НГСС

11 е - минимально допустимый угол между направлением оси антенны ЗС НГСС и плоскостью горизонта ^ А - правило выбора КА НГСС для установления связи

4) и> = 10- \%(}У01И/,), где Ио - номинальная мощность передатчика, И', - измененная мощность передатчика

К числу внутренних факторов К относятся технические характеристики радиолинии НГСС, внутрисистемные помехи, потери за счет неидеальности оборудования

Внешние факторы V можно классифицировать по признаку их прогнозируемо-сти и возможности адекватной компенсации негативною влияния, они могу; бьпь как детерминированные, так и недетерминированные.

- К числу детерминированных внешних факторов У<1 относятся помехи, создаваемые другими наземными и геостационарными спутниковыми сетями, рабсмающими в общих полосах частот, ослабление полезного сигнала в атмосфере и т д

Особенностью этого класса факторов является или неизменность в течение достаточно долгого промежутка времени, или же наличие достоверных сведений о законах их изменений во времени и реальная возможность адекватной компенсации таких изменений.

Недетерминированными внешними факторами являются Ур.

- помехи, создаваемые излучениями небесных тел (Солнце);

- ослабления уровня сигнала, вызванные осадками;

- помехи, создаваемые НГСС.

Адекватность представления помех от НГСС, как случайного фактора определяется, в первую очередь, неопределенностью начальных параметров орбитальной группировки НГСС, а также независимостью и случайностью совпадения факта функционирования физического канала связи, организуемого с помощью станции НГСС, и факта создания помех от других НГСС.

Проведенный анализ показал, что помехи, создаваемые НГСС, являются одним из факторов, влияющих на качество функционирования радиолинии полезной НГСС, при этом изменение соответствующих параметров функционирования РЭС НГСС влечет за собой изменение уровня этих помех. Одновременно изменение э 1 и.\ же параметров влияет на требования к необходимому частотному ресурсу Оценка необхо-

димого частотного ресурса основана на требовании по обеспечению заданного качества обслуживания определенного количества эквивалентных каначов передачи данных НГСС.

На основе проведенного анализа, принятых ограничений и допущений сформулирована смысловая постановка задачи-

При заданных характеристиках НГСС, и требованиях к качеству их радиолиний, определить рациональные параметры функционирования РЭС НГСС, для которых:

a) обеспечивается ЭМС РЭС НГСС; и при этом

b) в системе обеспечивается минимально необходимый частотный ресурс.

Данную задачу решается при следующих исходных предпосылках'

1. Помехи станциям НГСС создаются только станциями мешающей НГСС, находящимися в зоне видимости полезной станции. При этом помехи создаются по линии "космос-Земля" и "Земля-космос".

2. В рассматриваемых полосах частот могут работать более двух НГСС. При этом требуется оценить помехи не только от рассматриваемой системы, но и от других систем работающих в общих полосах частот.

3. В НГСС предусмотрена возможность применения различных методов уменьшения помех, под которыми понимается изменение того или иного параметра функционирования НГСС с целью уменьшения уровней помех, создаваемых НГСС.

4 Заданы диапазоны допустимых изменений параметров функционирования РЭС НГСС, характеризующих методы уменьшения помех.

С учетом изложенного, математическая постановка задачи формулируется следующим образом.

Пусть на основе анализа условий совмещения НГСС в общих полосах частот. 1. Определены:

a) совокупность параметров рассматриваемой НГСС X в отношении которой решается задача обеспечения ЭМС с полезной сетью НГСС У, включая

- орбитальные параметры и технические характеристики НГСС,

- параметры РЭС Хг = (а,е, ш,А) с X, характеризующие методы уменьшения помех применяемые в НГСС;

параметры качества обслуживания абонентов и прогнозируемой нагрузки и сети НГСС, X, с ЛТ;

b) совокупность параметров НГСС К, с которой требуется обеспечить ЭМС, определяющих ее основные внутренние характеристики, которые оказывают наибольшее влияние на качество функционирования радиолинии НГСС и являются определяющими при оценке помех между НГСС;

c) совокупность параметров НГСС Л/, которые также могут учитываться как дополнительные источники помех, работающие в общих полосах частот;

<1) основные внешние факторы V, оказывающие наибольшее влияние на качество функционирования радиолинии НГСС.

2 Сформулированы требования к качеству функционирования радиолинии НГСС.

10

3. Предложены

a) показатель 2„ характеризующий уровни помех, создаваемых НГСС в отношении станций другой НГСС;

b) показатель характеризующий необходимый частотный ресурс НГСС и показатель Тх, характеризующий пропускную способность сети

4. Определена система основных ограничений и допущений Д принятых при проведении исследований.

В ходе диссертационных исследований требуется разработать комплексную методику, которая бы позволила-

1) Установить связь между параметрами НГСС и показателями, характеризующими уровни помех, создаваемых между двумя сетями НГСС, и необходимый частотный ресурс НГСС, в зависимости от сценария:

2) На основе требований г' к качеству функционирования радиолинии НГСС определить требования по защите станций НГСС от помех со стороны другой НГСС

фсс е-.

3) Определить рациональные парам. РЭС НГСС X' = (а' ,е' ,А')\ при которых:

ех=е(х;,х„л„у,1>)<;д- sx=s(x;,лг,, л)—>т,п

Во втором разделе в соответствии с постановкой задачи и методической схемой ее решения определена структура комплексного метода обеспечения ЭМС РЭС НГСС, который представляет собой совокупность моделей и методик, описывающих отдельные стороны исследуемого процесса Основным принципом при декомпозиции задачи обоснования рациональных параметров функционирования я РЭС НГСС н<1 составные части является обеспечение возможности создания наиболее формальных моделей и методик, применимых в широком диапазоне исходных данных Предла: ас-мая структура позволяет автономно совершенствовать отдельные меюдики и соответствующие им расчетные задачи, расширять состав методического обеспечения для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в случае, например, наличия возможности применения в НГСС других методов уменьшения помех.

Комплексная методика для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС включает в себя-

Нулевой (нижний") уровень - модель функционирования РЭС НГСС Первый уровень: а1 методика оценки помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС другой НГСС; б) методика оценки необходимого частотного ресурса системы НГСС; в) методика определения требований по защите НГСС от помех создаваемых другими НГСС.

В основе данных методик лежит модель "нулевого уровня". Второй (верхний) уровень - методика выбора параметров функционирования РЭС НГСС Данная методика использует в качестве входных параметров выходные параметры методик "первого уровня".

1 в данном случае знак (*) обозначает "рациональный"

Структурная схема комплексной методики представлена на Рис 1

Рис. 1 Состав комплексной методики и взаимосвязь ее элементов

Также во втором разделе рассмотрен и обоснован выбор аналитической модели функционирования НГСС, являющейся методикой нулевого уровня

В третьем разделе для решения сформулированной задачи разработана комплексная методика выбора рациональных параметров функционирования НГСС, включающая в себя следующие методики: а) методику оценки помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС другой НГСС; б) методику оценки необходимого частотного ресурса системы НГСС; в) методику определения требований по защите НГСС от помех создаваемых другими НГСС; г) методику выбора параметров функционирования РЭС НГСС

Методика оценки помех предназначена для определения значения показа!еля помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС друюй НГСС - вероягнос1и тою, что суммарная мощность помех, создаваемых РЭС НГСС на выходе приемной ашен-ны станции НГСС, превысит заданный уровень,

В методике впервые были учтены:

- случайный характер уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС другой НГСС, а также эффект суммарного воздействия помех от множественных источников;

- ослабление помехового сигнала, создаваемого станциями НГСС, в газах атмосферы, в т.ч дожде;

- влияние помех от нескольких систем НГСС;

- различные возможные алгоритмы установления связи между ЗС и К А НГСС,

- особенности функционирования РЭС НГСС при применении специальных меюдов уменьшения помех.

В основе решения данной задачи лежит аналитическая модель функционирования РЭС НГСС. Ее особенностью является описание вектора состояния НГСС (I) и вероятности данного состояния (Р(/)) на основе характеристик НГСС (X) к в зависимости от положения эталонного КА (ЭКА) в НГСС, которое задается через:

- геодезические координаты подспутниковой точки ЭКА - долготу и широту (я''1,Л1'1)2 (для случая неповторяющихся орбит НГСС); или

- долготу восходящего узла и среднюю аномалию ЭКА (л1'1 М<г>) (для повторяющихся орбит).

При этом элементами вектора состояния НГСС являются'

- геоцентрические координаты всех КА НГСС,

- геоцентрические координаты точек прицеливания лучей антенн КА и ЗС НГСС3,

66<М), вь{п,\

- мощность излучения в каждом луче антенн КА и ЗС НГСС

В ходе проведения моделирования задаются все возможные варианты положения ЭКА - реализуется полная группа событий

- для неповторяющихся орбит - е [-я, я], ¡У* е [-8, 6], где 8 - наклонение орбиты;

- для повторяющихся орбит - ¿}г) е {Ц}, е [-и; я].

Целью модели является описание процесса функционирования НГСС В отличие от имитационных моделей, где процесс описывается в зависимости от времени, данная модель описывает процесс функционирования НГСС в зависимости от положения эталонного КА.

Вероятность Р(/) для каждой НГСС находится следующим образом-Для неповторяющихся орбит:

Р(Л) = Д1ДЛ-р(я1',,4"), (2)

где

р^-ММ —ми

_ 2 sijg)_

_(l+A!) sir<«5)-(l-Jt3) (co<(u) Vsm;(<5)-sinJ(i)+sir<iu) sn<i.j)_

(3)

7s,n3(i)-sin!(£) где (й- аргумент перигея орбиты КА НГСС,

177 (4)

ктЬ-с-

где в - эксцентриситет орбиты КА НГСС. Для повторяющихся орбит:

4 " 2-я Т

где Т- коэффициент кратности периодов орбиты КА НГСС и вращения Земли вокруг оси.

2 г - (reference) эталонный

5 точка прицеливания луча - точка в пространстве, через которую проходит ось луча

Подход аналитического моделирования ранее применялся другими авторами для оценки помех от НГСС на спутниковую систему на геостационарной орбите и описывает только случайный процесс функционирования мешающей группировки НГСС Однако, данный подход не применим для оценки помех между несколькими НГСС, когда в любой момент времени следует учитывать следующие основные факторы помехового сценария:

- постоянное изменение взаимного положения спутников НГСС в группировках,

- случайность факта функционирования каналов связи в НГСС,

- антенны земных станций отслеживают перемещение активного спутника НГСС и, следовательно, координаты прицеливания лучей антенны меняются во времени

В рамках данной работы был разработан метод оценки ЭМС РЭС НГСС позволяющий проводить оценку ЭМС, когда в сценарий действия помех между системами могут быть включены более одной группировки НГСС Данный метол основан на применении аналитической модели функционирования РЭС НГСС, которая впервые была использована для оценки ЭМС нескольких НГСС

Факторы помехового сценария в двух различных группировках можно представить как независимые друг от друга случайные процессы В качестве примера, рассмотрим сценарий воздействия помех между НГСС приведенный на рис 2

В данном сценарии, полезная система НГСС Y испытывает помехи со стороны трех мешающих систем НГСС X, R1 и R2 на линии «космос-Земля» Уровень помехи на входе ЗС НГСС К определяется как:

Л„„ = Ея'е<"У-Л (6)

КА У

__ Мешающий _ _____ Полезная радиолиния

сигнал в НГСС У

Рис 2 Пример сценария воздействия помех между НГСС

Где:

/ - порядковый номер источника помех;

<р'„ „ - внеосевой угол луча т антенны земной станции « НГСС У в направле-

нии источника помехи /, град.;

Я' - мощность помехи на входе антенны приемной станции, Вт,

О1"'^) - диаграмма усиления антенны ЗС НГСС.

Пусть в["\ координаты прицеливания каждого /я-го луча для каждой п-ой земной станции полезной НГСС на активный спугник КА У. Тогда значения двух величин в}"'* и однозначно определяют угол <р'„.

Учитывая, что ЗС нацеливается на активный спутник, положение которого будет постоянно меняться во времени, координаты прицеливания ЗС при неизвестных начальных параметрах функционирования НГСС У являются случайной величиной Координаты прицеливания спутников мешающих НГСС на ЗС У в,}"^ зависят от постоянно меняющихся во времени позиций спутников, и, следовательно, при неизвестных начальных параметрах функционирования НГСС, угол прихода радиоволн мешающих сигналов на входе антенны земной станции, а также уровень мешающего излучения на входе антенны приемной станции Я' следует рассматривать как случайные величины.

Учитывая, что четырехмерный вектор { П', в^'} и величина являются независимыми друг от друга случайными величинами определив их функции плошо-сгей распределения вероятности рД^"',,), а({я, О]'"'}), рт({н, и ркз({п, с!"1}) можно определить функцию плотности вероятности суммарной мощности помехи па входе приемника ЗС НГСС У.

На каждом (й-ом) шаге моделирования на основе вектора сосюяния для вссх НГСС 3 определяются позиции спутников НГСС и уровень помехи на земные станции полезной НГСС рассчитывается для всех значений в},"\ с использованием выражения (б). При этом вероятность возникновения данного уровня помехи рассчитывается как

е<""2})-/и{я\ Ф\ 0'"'"})

Случайная величина суммарного уровня /„, „ является функцией от случайных величин векторов состояния НГСС X - 3 г и НГСС У - 1 г, а также других векторов состояния других мешающих группировок НГСС Jк¡ и

Таким образом, задача сводится к описанию модели функционирования каждой группировки НГСС участвующей в оценке помех между НГСС и последующему получению функций распределения векторов состояния группировок НГСС

По результатам моделирования формируется функция распределения суммарной мощности помех:

Искомый показатель помех вычисляется следующим образом.

е=р(/>г)=1-р(/-). (8)

В обобщенном виде схема решения данной задачи представлена на Рис.3.

Методика разработки требований по защите РЭС НГСС от помех со стороны РЭС других НГСС осуществляется на основе требований и методологии Рекомендации МСЭ-Р 8.1323

Рис 3 Обобщенная схема методики оценки помех, создаваемых РОС НГСС

В данной работе критерий защиты РЭС НГСС от помех определен следующим образом- помеха от НГСС является приемлемой, если вероятность того, что мощность помехи от НГСС превысит предельное значение будет не выше допустимой

Р(/>/')<2"

При этом, конкретные значения указанных предельных значений определяются с использованием разработанной методики.

Р(/ > 10 ■ 1е(0.06. Л/,)) < е: =0.1. (9)

Р(/ > ю■ 1ё((у' -1). ЛГ,))<; е; = 0.1 ■ О - р(ч г ц )) (Ю)

р(/гю !ё((у(1|)-1)-7У,))<&' =0 (11)

где:

<7 - вычисляемое значение "сигнал-шум" на входе приемника РЭС НГСС в условиях отсутствия помех от РЭС НГСС, ослаблений в осадках и воздействия солнечного излучения,

^ - задаваемая требуемая вероятность того, что заданное отношение "сигнал-шум" на входе приемника РЭС НГСС будет превышено;

V - вычисляемое допустимое относительное уменьшение отношения "сигнал-шум" на входе приемника РЭС НГСС;

- вычисляемое относительное уменьшение отношения "сигнал-шум" на входе приемника РЭС НГСС, приводящее к срыву синхронизации в демодуляторе, N1 - совокупная суммарная мощность собственных шумов приемника

В основе методики определения требований по защите РЭС НГСС от помех, создаваемых другими НГСС лежит вероятностный метод оценки влияния 3-х незави-

симых случайных факторов, ослаблений в осадках, помеховот солнечного излучения и помех от РЭС НГСС, на общую доступность радиолинии НГСС, который был применен в рамках данной работы для определения требований по защите РЭС НГСС от помех. Отличительной особенностью методики является разработанная в ее составе методика определения относительного увеличения недоступности радиолинии НГСС вследствие действия помех от мешающей НГСС В соответствии с заданными требованиями по качеству работы радиолинии НГСС помехи не должны приводить к

уменьшению отношения "сигнал"/"общий шум" равного определенному значению " с вероятностью, составляющей не более 10% от требуемой недоступности радиолинии НГСС (10) Для исследований было принято допущение, чю ослабление по 1езпого сигнала в отсутствии помех искусств, происхождения происходят в основном в дожде (это справедливое утверждение в особенности для "влажных" климатических зон), а также за счет мешающего солнечного излучения. Таким образом, определив детерминированные параметры как неизменные на рассматриваемом интервале времени, качество функционирования радиолинии НГСС также можно рассматривать как случайную величину, плотность распределения которой является сверткой плотности распределения случайной величины ослабления в дожде, ослабления вследствие действия помехового солнечного излучения и случайной величины уровня помех

Пусть г - уменьшение отношения сигнал/шум (С /IV) в радиолинии НГСС, вызванное влиянием недетерминированных внешних факторов: дождь, Солнце и помехи от других НГСС. Тогда можно записать:

1-х, + х, + у (12)

Где:

хг - уменьшение (Жв радиолинии из-за ослабления в осадках, дБ; х, - уменьшение С/ТУ в радиолинии из-за помех от Солнца, дБ, .у - уменьшение С/ТУ в радиолинии из-за помех от НГСС, дБ. Данная задача решается определением функций распределений независимых случайных величин х,, х, и у с использованием существующих моделей прогнозирования ослабления сигнала в дожде и оценки солнечного излучения определенных в Рекомендациях МСЭ-Р, а также используя аналитическую модель функционирования НГСС при определении влияния помехового солнечного излучеиия

Адекватность результатов, получаемых с помощью разрабоынной методики, подтверждается использованием в рамках данной методики модели ослабления сигнала в осадках и модели воздействия помехового солнечного излучения разработанных в рамках МСЭ-Р и положенных в основу ряда Рекомендаций МСЭ-Р, широко применяемых в спутниковой связи и спутниковом радиовещании. В тоже время, разработанная методика впервые позволила оценить факторы ослабления сигнала в дожде и помехового солнечного излучения в комплексе для определения критериев защиты РЭС НГСС. Данные факторы оказывают наибольшее влияние на качество функционирования радиолиний НГСС в отсутствии помех от искусственных источников

Вычисление необходимого частотного ресурса НГСС осуществляется с использованием методики, в основе которой лежит модель функционирования РЭС НГСС Для оценки необходимого частотного ресурса для предоставления заданного объема услуг используется общее выражение для расчета частотного ресурса:

Т.П.УЛ мг • (13)

М1 ц

А,

Где.

/V, - количество лучей в кластере повторного использования част от; Тюп - скорость передачи (трафик) в зоне обслуживания луча / требуемая для предоставления услуг (Мбайт/с);

К, - спектральная эффективность радиоканала (Мбит/с/МГц), V„ - величина избыточности за счет применяемых методов помехоустойчивого кодирования.

Ключевым параметром для определения необходимого частотного ресурса является параметр, характеризующий пропускную способность в зоне обслуживания определенного луча КА НГСС - Тю . На каждом (А-ом) шаге моделирования на основе векюра состояния НГСС определяется суммарное количество эквиваленшых каналов в зоне обслуживания луча т НГСС, которые потенциально могут обслуживаться на данном шаге моделирования, /,„, По результатам моделирования вычисляется математическое ожидание потенциально обслуживаемых эквиваленшых каналов передачи данных в зоне обслуживания луча т -¿„ = м[1т ] Очевидно, что требование по обслуживанию Ьт количества эквивалентных каналов с заданным качеством обслуживания (вероятность отказа обслуживания, длительность задержки) определяют требуемое количество каналов обслуживания или пропускную способность сети. Величина нагрузки на одного абонента вычисляется по следующему выражению'

Ро=К»о (14)

Данный параметр интерпретируется как вероятность того, что абонент осуществляет вызов и активен в течение часа наибольшей нагрузки Для режима коммутации каналов параметр выражается в Эрлангах. Для служб с коммутацией пакетов этот параметр имеет эквивалентную интерпретацию как средняя длительность активного состояния в период, соответствующий ЧНН. Частота поступления вызовов, являющаяся случайной величиной, обычно описывается распределением Пуассона. Величина нагрузки в одном луче т составит:

Рг-КРь (15)

С учетом требований по допустимой вероятности отказа обслуживания с использованием различных моделей обслуживания (например, модель Эрлаига В) определяется требуемое количество каналов N для обслуживания нагрузки рг

Тогда требуемая пропускная способность в каждом луче т определяется как ТШщ = Л' с1'1, Мбит/с (16)

где г1'1 - скорость передачи информации в эквивалентном канале связи

Обоснование рациональных параметров функционирования РЭС НГСС осуществляется с использованием разработанной методики выбора рациональных параметров функционировании РЭС НГСС Ее новизна сосюш в возможное ж решения задачи обеспечения ЭМС между РЭС НГСС и при минимальных ограничениях па НГСС; в учете комплексного применения различных методов уменьшения помех при

выборе параметров РЭС. Для решения задачи выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС был использован модифицированный метод покоординатного спуска, суть которого заключается в сведении многомерной задачи к последовательным одномерным задачам, которые решаются методами минимизации функции одной переменной - в данном случае методом золотого сечения. Целесообразность использования данного метода, а также его эффективность была подтверждена работами других авторов по данному вопросу. Модификация данного метода состоит в проверке выполнения условия выполнения требований по защите РЭС НГСС от помех на каждом шаге вычислений

В четвертом разделе представлены результаты прикладных исследований, направленных на установление характера влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС на величину создаваемых ею помех и требуемый частотный ресурс, а также на разработку практических рекомендаций по обеспечению ОМС РЭС НГСС для конкретных условий их совместного функционирования

На рис 4-12 представлены некоторые результаты анализа влияния различных параметров РЭС НГСС на уровни создаваемых ею помех и необходимый частотный ресурс. Как видно из представленных графиков увеличение размера сектора уклонения (параметр функционирования я) выше определенного порога нецелесообразно, поскольку это не приводит к существенному уменьшению уровня помех, но ограничивает зону обслуживания НГСС, что в конечном итоге ведет к снижению ее пропускной способности. Для НГСС на низких круговых орбитах (в пределах 1 ООО км) пороговые значения размера сектора уклонения составляет порядка 10-90" Если в ходе выбора рациональных параметров функционирования НГСС оказывается, что требования по защите полезной НГСС от помех могут быть выполнены при размере сектора уклонения превышающем 90°, то разработчикам данной системы целесообразно пересмотреть базовые характеристики НГСС (орбитальное построение, класс излучения станций, параметры антенных систем и т д.) для уменьшения потерь потенциальной пропускной способности. В этом случае величина размера сектора уклонения 10° может рассматриваться как рекомендуемая.

Уменьшение мощности излучения станций НГСС (параметр функционирования и>) может рассматриваться как предпочтительный метод для снижения относительного увеличения недоступности радиолинии. Данный метод целесообразно также применять в тех случаях, когда необходимо уменьшить долговременную составляющую помех (для которых Р(й/)=0 1) Применение данного метода имеет существенно более низкую эффективность с точки зрения уменьшения максимальных помех от НГСС (для которых Р(7^/)=0) по сравнению с другими методами, поэюму его применение в таких случаях нецелесообразно и можег быть оправдано, только тогда, когда другими методами снизить уровни помех не удается

Применение ограничения минимального угла места (параметр функционирования е) в зоне обслуживания НГСС, как метода уменьшения помех, наиболее целесообразно использовать для снижения максимальной составляющей помех па ЗС НГСС Были разработаны практические рекомендации по выбору рациональных параметров РЭС для отечественной НГСС "МОНИТОР" для обеспечения ЭМС с ЗС действующей НГСС «ОШСКВИФ» (США).

Рис. 4. Зависимость уровня помехи (дБВт) от а (градусы)

Рис. 5. Относительное увеличение недоступности радиолинии (%) от а (градусы)

Рис. б. Необходимый частотный ресурс (частотные каналы) от а (градусы)

Рис. 7. Зависимость уровня помехи (дБВт) от е (градусы)

Рис 8. Относительное увеличение недоступности радиолинии (%) от е (градусы)

Рис. 9. Необходимый частотный ресурс от е (градусы)

Рис 10. Зависимость уровня помехи (дБВт) от и» (дБ)

Рис 11 Относительное Рис 12 Необходимый увеличеиис недоступно- частотный ресурс от н> сти радиолинии (%) от и> (дБ)

(ДБ)

На Рис. 13 представлены результаты решения данной задачи в графическом виде. На верхней части рисунка представлена серия графиков зависимости уровней мак-

симальных и долговременных помех, создаваемых НГСС, от применяемою в системе угла уклонения от группировки НГСС для различных значений относительного уменьшения мощности излучения КА НГСС В нижней части рисунка также приведена серия графиков зависимости относительного увеличения недоступности радиолинии от тех же параметров. В средней части рисунков представлена аналогичная зависимость для количества частотных каналов При этом было задано, что в полезной системе НГСС необходимо реализовать минимум 3 частотных канала

50 70 90 110 130 160 Размер сектора исключения передач, град

Рис 13. Графическое пояснение к решению задачи выбора параметров РЭС НГСС

В частности было определено, что для обеспечения удовлетворения ПГСС требованиям по защите ЗС НГСС, работающих в НГСС типа "ШАБАТ-ЗОА" и располагаемых на высоких широтах рациональным является- уклонение от группировки НГСС, с максимальным размером сектора исключения передачи я=63° и дополнительным снижением мощности передачи КА НГСС на и»=2 дБ, При этом обеспечивается максимальная эффективность использования частотно! о ресурса в НГСС «МОНИТОР».

В заключении изложены основные результаты диссертационной работы, которые состоят в следующем:

1 Проведен анализ условий и проблем ЭМС РЭС НГСС, функционирующих в общих полосах частот. Рассмотрены особенности функционирования НГСС, определены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на функционирование радиолиний, проведен морфологический анализ возможных методов уменьшения помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС других ПГСС, и соошстствующих им параметров функционирования РЭС НГСС Определены направления исследований и состав необходимого методического обеспечения для оценки создаваемых уровней помех и выбора параметров функционирования РЭС НГСС Выбраны показатели, характеризующие уровни помех, создаваемых РЭС НГСС, и необходимый частотный ресурс Приняты ограничения и допущения. Сформулирована смысловая и формализованная постановка задачи, предложена методическая схема ее решения

2. Разработана комплексная методика, позволяющая обеспечить ЭМС РЭС НГСС и обосновывать рациональные параметры функционирования РЭС НГСС, включающая в себя- методику оценки помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС другой НГСС, которая позволяет установить и оценить зависимость выходного показателя помех от различных характеристик и параметров функционирования РЭС НГСС, в том числе при применении в системе специальных методов уменьшения помех для обеспечения ЭМС с РЭС других НГСС. В методике впервые были учтены, случайный характер уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС другой НГСС, ослабление помехового сигнала, создаваемого станциями НГСС, в газах атмосферы, в дожде, а также действие помехового солнечного излучения; особенности функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех. В основе предложенной методики лежит аналитическая модель функционирования РЭС НГСС, которая впервые позволила проводить оценку помех между НГСС исходя из аналитического описания вероятностных характеристик положения КА НГСС в нескольких различных группировках НГСС

- методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в условиях ограничений требованиями по защите РЭС НГСС от помех Результатом использование методики является определение таких параметров функционирования РЭС НГСС, которые позволяют обеспечить ЭМС РЭС ПГСС, при обеспечении требований к необходимому частотному ресурсу в НГСС,

методика определения требований по защите РЭС НГСС от помех, создаваемых РЭС мешающей НГСС. в основе которой лежит вероятностный метод оценки влияния нескольких независимых случайных факторов, ослаблений в осадках, помехового

солнечного излучения и помех от РЭС НГСС, на общую доступность радиолинии НГСС, при этом дополнительно были учтены факторы ослабления полезного сигнала в атмосфере, влияния солнечного излучения приводящие к соответственному уменьшению энергетического запаса в радиолинии; уменьшения общей доступности в системе НГСС из-за помех, солнечного излучения и ослабления полезного сигнала в дожде; суммирования помехи на линии "космос-Земля" и "Земля-космос" для ретрансляторов НГСС без обработки Разработанная методика впервые позволила оценить факторы ослабления сигнала в дожде и помехового солнечного излучения в комплексе для определения критериев защиты РЭС НГСС Данные факторы оказывают наибольшее влияние на качество функционирования радиолиний НГСС в 01сугствии помех от искусственных источников;

- методика оценки необходимого частотного ресурса пропускной способное ги НГСС. предназначенная для установления и оценки зависимости потенциально реализуемого частотного ресурса системы от различных параметров функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех для обеспечения ЭМС с РЭС НГСС, при этом отличительными особенностями предложенной методики являются использование аналитического описания случайного закона распределения взаимного расположения станций НГСС в процессе ее функционирования, моделей массового обслуживания, а также учет различных параметров функционирования РЭС НГСС, влияющих на необходимый частотный ресурс

Таким образом, в представленной диссертационной работе решена актуальная научная задача по разработке комплексной методики обеспечения ЭМС между НГСС и обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, ч то обеспечивает достижение поставленной в работе цели исследований

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Кадыров Т.Д., Стрелец В.А, Желтоногов И.В. Проблемы международно-правовой защиты частотных присвоений негеостациоиарных спутниковых се-тей//Электросвязь. 2002 г - №9.

2. Кадыров ТД. Методы расчета помех между системами спутниковой связи на негеостационарной орбите//Электросвязь. 2004 -№11.

3. Кадыров Т.Д. «Проблема обеспечения ЭМС между системами спутниковой связи на негеостационарной орбите». Труды НИИР: Сб. ст. - М.' НИИР, 2004.

4. Кадыров Т.Д., Стрелец В.А. Научно-методическое обеспечение международно-правовой защиты частотных присвоений отечественных радиослужб в МСЭ и СЕПТ//Тезисы докладов 4-ой международной конференции «Использование радиочастотного спектра для радиосвязи, радиовещания и телевидения; правовые аспекта регулирования деятельности операторов связи в России». - М., 2003.

5 Кадыров Т.Д., Желтоногов И.В. Международно-правовая защита частотных присвоений спутниковых сетей, использующих негеостационарные орбиты//Тезисы докладов регионального семинара Международного союза электросвязи «Управление радиочастотным спектром». - Санкт-Петербург, 2002

6 Кадыров ТД Анализ критериев электромагнитной совместимости негеостационарных спутниковых систем, использующих высокоэллиптические орбиты, с геостационарными сетями фиксированной спутниковой службы/ЛГезисы докладов Всероссийского симпозиума «Проблемы электромагнитной совместимости технических средств». - М.: МИЭМ, 2002.

7 Кадыров Т Д., Стрелец В А. Перспективы развития радиотехнологий в свете решений Всемирной конференции радиосвязи 2003 года (ВКР-03)//Тезисы докладов 3-ей ежегодной конференции Национальной радиоассоциации «Актуальные вопросы повышения эффективности использования национального радиочастотного ресурса» - М, 2003

8. Кадыров Т Д.. Методология подготовки расчетных данных для заявления в МСЭ-Р систем фиксированной спутниковой службы на негеостационарных орби-гах//Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции «Использование радиочастотного спектра и обеспечение ЭМС РЭС различного назначения научно-методические и прикладные аспекты». - Воронеж: 5 ЦНИИ МО РФ, 2003

9 Кадыров ТД Создание единых информационно-телекоммуникационных систем управления на транспорте//Материалы 16-ой Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Реформы в России проблемы управления 2001» -М: ГУУ, 2001.

Подписано в печать 22.12.04г. формат 60x84/16.Объем 1,4 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 348.

000 "Инсвязьиздат". Москва, ул. Авиамоторная, 8,

РНБ Русский фонд

2006-4 2691

842

Введение.

1. Условия совмещения между негеостационарными системами спутниковой связи, функционирующими в общих полосах частот. Постановка задачи исследований.

1.1. Анализ условий электромагнитной совместимости меяеду негеостационарными системами спутниковой связи, функционирующими в общих полосах частот.

1.2. Анализ особенностей функционирования НГСС, методов уменьшения помех и факторов, влияющих на их электромагнитную с овместимость.

1.2.1. Особенности функционирования НГСС и анализ методов уменьшения помех.

1.2.2. Анализ требований по помехоустойчивости радиолиний НГСС

1.2.3. Анализ факторов, оказывающих влияние на электромагнитную совместимость между НГСС. Основные ограничения и допущения.

1.3. Постановка задачи и методическая схема исследований.

1.3.1. Выбор показателя для оценки помех, создаваемых НГСС.

1.3.2. Выбор показателя для оценки необходимого частотного ресурса.

1.3.3. Смысловая и формализованная постановка задачи и методическая схема исследований.

2. Состав комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС. Модель функционирования НГСС. ^

2.1. Определение состава комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС.

2.2. Модель функционирования НГСС. ^

3. Разработка комплексной методики обоснования рациональных параметров негеостационарных спутниковых систем для обеспечения электромагнитной совместимости с другими негеостационарными сетями.

3.1. Методика оценки помех, создаваемых между РЭС различных НГСС.

3.1.1. Расчетные соотношения методики оценки помех от НГСС

3.1.1.1. Расчетные соотношения для оценки помех на линии "космос-Земля".

3.1.1.2. Расчетные соотношения для оценки помех на линии "Земля-космос".

3.1.2. Формирование функции распределения и вычисление показателя помех.

3.2. Методика определения требований по защите РЭС НГСС от Щ помех, создаваемых другими

НГСС.

3.2.1. Методика определения относительного увеличения недоступности радиолинии.

3.2.1.1. Влияние солнечных помех на радиолинию НГСС.

3.3. Методика оценки необходимого частотного ресурса НГСС.

3.4. Методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС.

4. Прикладные результаты исследований.

4.1. Исходные данные, принятые при проведении исследований.

4.2. Оценка влияния параметров функционирования НГСС на уровни создаваемых ею помех и ее необходимый частотный ресурс.

4.2.1. Уклонение от группировки НГСС.

4.2.2. Ограничения минимального угла места в зоне обслуживания НГСС.

4.2.3. Алгоритм выбора КА НГСС для обслуживания земной станции.

4.2.4. Снижение мощности излучения станций НГСС.

4.3. Выбор рациональных параметров функционирования НГСС.

Особенностью современного состояния развития систем и средств связи является значительный рост их числа, увеличение энергетических показателей передающих устройств, расширение зон обслуживания и, как следствие, усложнение проблем обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС) при проведении процедур международной координации и решения вопросов эффективного использования радиочастотного ресурса. Особенно остро данная проблема затронула сети спутниковой связи, наиболее широко использующиеся как для целей обеспечения связи и передачи данных.

Исторически освоение космического пространства для организации и предоставления услуг спутниковой связи началось с создания и эксплуатации систем на геостационарной орбите, что в первую очередь объяснялось уникальными физическими свойствами этой орбиты - сохранение неподвижного положения космического аппарата относительно поверхности Земли. Освоение геостационарной спутниковой орбиты (ГСО) произошло стремительно. В настоящее время количество действующих геостационарных спутниковых сетей (ГСС) составляет несколько сотен, количество заявленных в Международном союзе электросвязи (МСЭ) превышает 3 тысячи, в том числе более 400 российских сетей.

Такое положение вынудило мировое сообщество даже прибегнуть к резервированию участков геостационарной орбиты в интересах стран с низким потенциалом экономики и фактически доступ негеостационарных систем в полосы частот, используемые геостационарными сетями был закрыт.

Ситуация изменилась относительно недавно. Примерно с начала 90-х годов развитие современных технологий спутниковой связи стимулировало огромный интерес к созданию систем спутниковой связи на базе негеостационарных спутников, и в последнее время особенно для предоставления высокоскоростных услуг фиксированной спутниковой связи. Отзываясь на возникшие потребности, соответствующим образом была изменена национальная и международная правовая база, открывая дверь для доступа негеостационарных сетей в полосы частот, ранее традиционно используемые только геостационарными сетями.

При этом на первый план вышли вопросы обеспечения ЭМС как между геостационарными и негеостационарными сетями, так и между различными негеостационарными сетями спутниковой связи (НГСС) в общих полосах частот на основе выбора соответствующих параметров функционирования станций негеостационарной системы. Эти вопросы стали одними из наиболее интенсивно изучаемых в Исследовательских комиссиях Международного союза электросвязи.

До недавнего времени, в соответствии с Регламентом радиосвязи, в большинстве полос частот, распределенных фиксированной (ФСС) и радиовещательной спутниковым службам (РСС), разрешалось работать как ГСС и НГСС. При этом, учитывая уникальность геостационарной орбиты, как естественного природного ресурса, Регламентом радиосвязи ГСС была предоставлена специальная защита от помех, которые могут создаваться НГСС. В частности, в соответствии с п. 22.2 (ранее п.2613) определено, что: "Негеостационарные спутниковые системы не должны создавать неприемлемых помех геостационарным спутниковым сетям в фиксированной спутниковой службе и радиовещательной спутниковой службе, работающим в соответствии с положениями настоящего Регламента" [40]. До 1992 г. в отношении НГСС не были предусмотрены процедуры координации1. Т.е. частотные присвоения любой системы на негеостационарной спутниковой орбите (НГСО) могли быть заявлены и зарегистрированы в Справочном регистре МСЭ без проведения координации и согласования условий совмещения с другими системами.

Решения Всемирных конференций радиосвязи 1997 г. и 2000 г. изменили международный юридический статусе взаимоотношений между НГСС и ГСС фиксированной и радиовещательной спутниковых служб. Была принята так называемая концепция "жестких пределов" на излучения станций негеостационарной системы (п. 22.5 Регламента радиосвязи), суть которой заключается в безусловном требовании к любой негеостационарной системе ФСС обеспечить выполнение норм, указанных в Регламенте радиосвязи, без проведения каких-либо согласований и координации. Кроме того, были приняты ряд Резолюций [69, 70], определяющих перечень первоочередных задач, стоящих перед МСЭ-Р в плане реализации данной концепции.

Однако, в настоящее время в Регламенте радиосвязи координация станций систем НГСС между собой и со станциями других систем предусмотрена только в отдельных полосах частот, распределенных подвижной спутниковой службе (ПСС), ФСС и РСС, и осуществляется в соответствии с п.п. 9.11А-9.14, а также п. 9.21.

В соответствии с п. 8.3 Регламента радиосвязи МСЭ, любое частотное присвоение, занесенное в Справочный регистр с положительным заключением, должно иметь право на международное признание. Для такого присвоения данное право означает, что другие администрации должны учитывать его при осуществлении своих собственных присвоений, чтобы избежать вредных помех.

Отсутствие процедуры координации НГСС в некоторых полосах частот может привести к ситуации, при которой не может быть реализовано в полной мере право на

1 Под термином "координация" понимается специальная процедура согласования условий ЭМС между РЭС различных систем, предусмотренная Регламентом радиосвязи. международное признание в соответствии с п.8.3 РР существующими и работающими системами (причем, как геостационарными, так и негеостационарными). Это возникает вследствие того, что новое частотное присвоение НГСС («мешающей») также может быть внесено в Справочный регистр из-за несовершенства регламентной процедуры.

Решения ВКР-97 и ВКР-2000 стимулировали развитие перспективных НГСС ФСС. На данный момент имеется информация о более 20 НГСС [63], заявленных в МСЭ-Р для предоставления услуг фиксированной и подвижной связи в полосах частот, ранее используемых только ГСС. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, направленные на обеспечение ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) НГСС с другими НГСС и ГСС, с учетом необходимости достижения максимальной эффективности использования НГСС.

Исследованиям данного направления было посвящено большое количество работ, выполненных в НИИ Радио, а также предприятиях промышленности [5, 24, 25, 33, 36, 43, 49]. В данных работах широко освещены проблемы ЭМС РЭС различного назначения, моделирования НГСС, синтеза параметров РЭС, а также оптимизации спутниковых систем с целью достижения в них максимальной потенциальной пропускной способности. В частности большое внимание данным вопросам было уделено в работах Машбица JI.M., Кантора Л.Я., Стрельца В.А., Глушко В.И. Однако, как показал, проведенный анализ, разработанное методическое обеспечение не может быть применимо для решения в полном объеме задачи обоснования рациональных параметров РЭС НГСС для достижения ЭМС с РЭС других НГСС. В частности, в данных работах не рассматривалась возможность совместного функционирования многоспутниковых НГСС в общих полосах частот, в существующих методиках не учитывается случайный характер возникновения помех между РЭС НГСС, не учтены дополнительные факторы ослабления полезного сигнала в атмосфере и из-за действия солнечного излучения при определении критериев защиты от помех. Разработанные модели функционирования НГСС не позволяли проводить анализ ЭМС между НГСС с учетом возможности применения в НГСС различных методов уменьшения помех, направленных на снижение или исключение помех в направлении станций других НГСС. Широко используемые для оценки ЭМС имитационные модели функционирования НГСС, даже при соответствующей доработке, требуют значительных вычислительных затрат на проведение расчетов для получения достоверных результатов.

Учитывая вышеизложенное, сформулированная в диссертационной работе научная задача представляется актуальной научной задачей. Необходимость ее решения продиктована потребностями практической деятельности государственных радиочастотных органов, осуществляющих планирование и контроль за использованием радиочастотного спектра, научно-исследовательских учреждений и организаций промышленности, занимающимися разработкой, созданием и эксплуатацией систем спутниковой связи.

Таким образом, целью диссертационных исследований является решение научной задачи разработки комплексной методики для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС с учетом требований по обеспечению ЭМС с РЭС других НГСС и выработки на ее основе практических рекомендаций для конкретных условий совместного функционирования РЭС НГСС.

Достижение поставленной цели осуществляется решением следующих исследовательских задач:

- анализ особенностей функционирования РЭС НГСС, применяемых методов уменьшения помех и факторов, оказывающих наибольшее влияние на условия ЭМС;

- разработка моделей и методик в составе комплексной методики обоснования рациональных параметров РЭС НГСС, позволяющих проводить: a) оценку уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС других НГСС; b) оценку необходимого частотного ресурса НГСС; c) обоснование требований по защите РЭС НГСС от помех со стороны РЭС мешающих НГСС; d) выбор рациональных параметров функционирования РЭС НГСС;

- проведение прикладных исследований для установления характера влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС на величину уровней помех, создаваемых РЭС НГСС, а также для разработки практических рекомендаций по обеспечению ЭМС РЭС НГСС для конкретных условий их совместного функционирования.

Основу решения поставленных задач составили методы системного и морфологического анализа, исследования операций, теорий вероятностей, передачи информации и ЭМС.

Объектом исследований в диссертационной работе является ЭМС РЭС НГСС, функционирующих в общих полосах частот.

Предметом исследований - параметры функционирования РЭС НГСС.

Диссертация состоит из четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Первая глава посвящена постановке задачи исследования. Для этого проведен анализ условий и проблем ЭМС РЭС НГСС, функционирующих в общих полосах частот. Рассмотрены особенности функционирования НГСС, определены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на функционирование радиолиний, проведен морфологический анализ возможных методов уменьшения помех, ^ создаваемых РЭС НГСС, и соответствующих им параметров функционирования РЭС

НГСС. Определены направления исследований и состав необходимого методического обеспечения для оценки создаваемых уровней помех и выбора параметров функционирования РЭС НГСС. Выбраны показатели, характеризующие уровни помех, создаваемых РЭС НГСС, и необходимый частотный ресурс. Приняты ограничения и допущения. Сформулирована постановка задачи, предложена методическая схема ее решения.

Во второй главе в соответствии с постановкой задачи и методической схемой ее решения определена структура комплексного метода обеспечения электромагнитной совместимости РЭС НГСС, который представляет собой совокупность моделей и методик, описывающих отдельные стороны исследуемого ^ процесса. Основным принципом при декомпозиции задачи обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС на составные части является обеспечение возможности создания наиболее формальных моделей и методик, применимых в широком диапазоне исходных данных. Предлагаемая структура позволяет автономно совершенствовать отдельные методики и соответствующие им расчетные задачи, расширять состав методического обеспечения для обеспечения ЭМС между НГСС и обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в случае, например, наличия возможности применения в НГСС других методов уменьшения помех.

Также рассмотрена методика нулевого уровня - модель функционирования НГСС.

Третья глава посвящена разработке методик и модели в составе комплексной л методики, позволяющих обосновывать рациональные параметры функционирования РЭС НГСС. Особое внимание при этом уделяется учету всех возможных факторов, влияющих на ЭМС РЭС НГСС, включая: случайный характер уровней помех, создаваемых НГСС, ослабление мощности помехового и полезного сигналов в газах и осадках атмосферы, а также влияние солнечного излучения, различные возможные алгоритмы установления связи между ЗС и КА НГСС, особенности функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех. Вычисление показателя уровней помех осуществляется на основе использования модели функционирования НГСС, которая впервые позволила проводить оценку помех между несколькими НГСС исходя из аналитического описания вероятностных характеристик положения КА НГСС относительно v<M рассматриваемой РЭС НГСС, расположенной на Земле или на орбите.

Разработана методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в условиях ограничений требованиями по защите РЭС другой НГСС от помех. В основе данной методики лежит алгоритм поиска максимума целевой функции при заданных ограничениях. Результатом использование методики является определение таких параметров функционирования РЭС НГСС, которые позволяют обеспечить ЭМС между НГСС, при обеспечении минимального необходимого частотного ресурса НГСС.

Для каждой из методик формулируется постановка задачи, процесс решения которой реализуется совокупностью последовательно выполняемых этапов, доведенных до уровня алгоритмической и программной реализации.

В четвертой главе приводятся результаты прикладных исследований по оценке влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС на уровни помех, создаваемых между НГСС, и на требуемый частотный ресурс, обосновываются практические рекомендации по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в условиях их совместного функционирования.

В заключении изложены основные результаты и выводы по работе.

В Приложении содержатся характеристики НГСС, использованные при проведении прикладных исследований.

Список литературы содержит 79 наименований.

Объем диссертации 187 страниц, в том числе рисунков 41 и таблиц 26.

Основными научными результатами, выносимыми на защиту, являются:

1. Постановка задачи на проведение исследований по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС для обеспечения ЭМС между НГСС в общих полосах частот.

2. Комплексная методика для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, включая:

- методику оценки помех, создаваемых между НГСС;

- методику определений требований по защите РЭС НГСС;

- методику выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС.

3. Рекомендации по применению в НГСС различных методов уменьшения помех и выбору соответствующих им рациональных параметров функционирования.

Научная новизна работы и полученных в ней результатов определяется следующим: a) впервые поставлена и решена задача достижения ЭМС между НГСС в системной постановке, когда в исследовательскую схему включены факторы, характеризующие влияние внешних условий на распространение полезного и помехового сигналов, применение в НГСС различных методов уменьшения помех, воздействие помех между НГСС с учетом их случайного характера; b) разработанная постановка задачи и методическая схема ее решения отличаются от известных тем, что их целевой направленностью является выбор параметров функционирования РЭС НГСС на основе комплексного анализа их влияния на уровни помех, создаваемых радиоэлектронными средствами негеостационарной системы, и на ее требования к необходимому частотному ресурсу, что позволило проводить обоснование рациональных значений таких параметров для достижения ЭМС с РЭС негеостационарных сетей при минимальных накладываемых ограничениях на НГСС; c) созданная комплексная методика отличается от известных тем, что:

- при анализе ЭМС НГСС воздействие помех от НГСС, а также функционирование полезной НГСС рассматриваются как случайные процессы, что позволило выделить различные составляющие помех, характеризующиеся вероятностью их возникновения, и определить наиболее эффективные пути их уменьшения;

- при выборе рациональных параметров функционирования РЭС НГСС оценка уровней помех от НГСС и определение их допустимых значений осуществляется с учетом особенностей распространения радиосигнала в атмосфере и возникающих при этом его ослаблений; d) разработанные практические рекомендации впервые позволили определить основные приоритеты в использовании различных методов уменьшения помех для обеспечения выполнения НГСС требований по обеспечению ЭМС между НГСС, сформулировать предложения по выбору рациональных параметров функционирования РЭС конкретных типов НГСС.

Практическая значимость работы состоит в возможности использования результатов оценок и получаемых на их основе практических рекомендаций государственными радиочастотными органами, организациями промышленности, занимающимися разработкой, созданием и эксплуатацией систем спутниковой связи при:

- обосновании направлений развития систем и комплексов спутниковой связи, обеспечивающих повышение их помехозащищенности;

- задании требований и формировании технических решений на различных этапах разработки, проектирования и эксплуатации перспективных спутниковых сетей связи;

- экспертизе проектных материалов промышленности;

- рассмотрении радиочастотных заявок на новые спутниковые сети и согласовании условий их ЭМС с существующими системами связи.

Основные результаты работы реализованы при:

- подготовке предложений в Технические задания делегациям администрации связи России на собрания рабочих групп Исследовательских комиссий МСЭ-Р и СЕПТ;

- подготовке научно-технических докладов Администрации связи России на собрания рабочих групп 4-7-8, 4А, 7В и 7Е Сектора радиосвязи МСЭ, на Подготовительное собрание к Конференции (2002 г.) и Всемирную конференцию радиосвязи 2003 г. (ВКР-2003);

- разработке Предложений Администрации связи России на Ассамблею радиосвязи и ВКР-2003;

- подготовке и проведении переговоров между администрацией связи России и администрациями связи США, Японии, Франции по вопросам координации частотных присвоений НГСС МОНИТОР, ГЛОНАСС, КОМПАРУС.

Материалы диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в 5 ЦНИИ МО РФ, МИЭМ, в ходе собраний рабочих групп Исследовательских комиссий Сектора радиосвязи МСЭ. Результаты опубликованы в 9 работах, из которых 3 печатных.

Автор признателен всем, кто способствовал подготовке данной диссертации. Особая благодарность выражается Быховскому М.А., Глушко В.И., осуществлявшим непосредственное научное руководство, а также Стрельцу В.А., Желтоногову И.В., которые высказали наиболее ценные замечания и рекомендации по работе.

Основные результаты работы реализованы:

- при подготовке предложений в Технические задания делегациям администрации связи России на собрания рабочих групп Исследовательских комиссий МСЭ-Р и СЕПТ;

- в научно-технических докладах от Администрации связи России на на собрания рабочих групп 4А, 4-7-8, 7В, 7Е Сектора радиосвязи МСЭ, на Подготовительное собрание к Конференции (2002 г.) и Всемирную конференцию радиосвязи ф 2003 г. (ВКР-2003);

- при разработке внутренних и международных радиочастотных заявок на НГСС «МОНИТОР», «ГЕО-ИК-2», «РОСТЕЛЕСАТ-Н» и «РОСТЕЛЕСАТ-В»

- при подготовке и проведении переговоров Администрации связи России с администрациями США, Японии, Франции по вопросам координации частотных присвоений НГСС «МОНИТОР», «ГЛОНАСС», «КОМПАРУС».

Результаты исследований были также использованы при проведении научно-исследовательских работ в 2000-2003 г.г. по таким НИР "МОНИТОР-МПЗ", "РОСТЕЛЕСАТ", ТЕОИК-МПЗ", "Компарус-МПЗ-ОЗ".

Материалы диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в 5 ЦНИИ МО РФ, МИЭМ, 4-й Международной Ф конференции "Спектр-2003" и в ходе собраний рабочих групп Исследовательских комиссий Сектора радиосвязи МСЭ. Ф

Заключение

В диссертации поставлена и решена важная научно-техническая задача по обеспечению ЭМС НГСС при их совместном функционировании в общих полосах частот путем выбора рациональных параметров функционирования НГСС.

В ходе ее решения получены следующие основные результаты:

I. Проведен анализ условий совместного функционирования сетей РЭС НГСС в общих полосах частот. В ходе данного анализа было выявлено, что вне зависимости от международного юридического статуса НГСС (с точки зрения использования полос частот) при ее разработке всегда возникает задача обеспечения таких характеристик и параметров функционирования РЭС систем, которые позволили бы реализовать требования по ЭМС.

Рассмотрены особенности функционирования РЭС НГСС, определены

•f основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на их электромагнитную совместимость. В частности было установлено, что качество работы радиолиний НГСС зависит от факторов, которые условно можно разделить на внутренние и внешние. В свою очередь внешние факторы классифицированы по признаку их прогнозируемое™ и возможности адекватной компенсации негативного влияния - они могут быть как детерминированные, так и недетерминированные. К числу недетерминированных внешних факторов были отнесены: потери распространения, вызванные ослаблением в осадках, и помехи, создаваемые другими сетями РЭС НГСС.

Проведен морфологический анализ возможных методов уменьшения помех, создаваемых между РЭС НГСС. Определено, что в целях обеспечения ЭМС в НГСС могут быть использованы методы уменьшения помех, основанные уклонении от ф полезной группировки НГСС, выборе правила установления связи "КА-ЗС", ограничении зоны обслуживания, регулировании мощности излучения РЭС НГСС.

Обобщены работы в области исследования влияния помех между РЭС НГСС и РЭС других систем радиосвязи, а также существующего методического обеспечения для выбора параметров функционирования РЭС НГСС для удовлетворения условиям ЭМС. Сформулированы цель работы и перечень исследовательских задач, которые предполагается решать с использованием разрабатываемой в диссертации комплексной методики.

Определены направления исследований и состав необходимого методического обеспечения для оценки создаваемых уровней помех и выбора параметров РЭС

НГСС. Выбрана система показателей, характеризующих уровни помех, создаваемых НГСС, и необходимый частотный ресурс. В качестве показателя при оценке помех создаваемых РЭС НГСС другим сетям НГСС предложена вероятность того, что требуемый уровень мощности суммарных помех, создаваемых всеми РЭС НГСС в какой-то конкретной зоне видимости РЭС другой сети НГСС, будет превышен. Оценка необходимого частотного ресурса основана на определении математического ожидания числа одновременно функционирующих эквивалентных каналов передачи данных в НГСС. При этом были использованы положения теории массового обслуживания, а также учтены требования по качеству обслуживания. Приняты ограничения и допущения.

На основе проведенного анализа, принятых ограничений и допущений сформулирована постановка задачи, предложена методическая схема ее решения.

II. Разработана комплексная методика, позволяющая проводить исследования условий электромагнитной совместимости РЭС НГСС различных радиослужб, функционирующих в общих полосах частот, и обосновывать рациональные параметры функционирования РЭС НГСС с учетом требований по защите других затрагиваемых РЭС НГСС. Данная комплексная методика включает в себя: а) методику оценки помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении другой НГСС

Данная методика позволяет установить и оценить зависимость выходного показателя помех от различных характеристик и параметров функционирования РЭС НГСС, в том числе при применении в системе специальных методов уменьшения помех для обеспечения электромагнитной совместимости между НГСС. В качестве показателя помех принята вероятность того, что суммарная мощность помех, создаваемых НГСС на выходе приемной антенны станции НГСС превысит требуемый уровень.

В основе предложенной методики лежит аналитическая модель функционирования РЭС НГСС, которая впервые позволила проводить оценку помех исходя из аналитического описания вероятностных характеристик положения КА НГСС относительно рассматриваемой станции НГСС, расположенной на Земле или на негеостационарной орбите.

В методике впервые были учтены:

- случайный характер уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС другой НГСС, а также эффект суммарного воздействия помех от множественных источников;

- ослабление уровня помехового сигнала, создаваемого станциями НГСС, в газах атмосферы, в т.ч дожде;

- влияние помех от нескольких систем НГСС;

- различные возможные алгоритмы установления связи между ЗС и КА НГСС;

- особенности функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех.

Использованный в данной методике подход аналитического моделирования позволяет существенно сократить время, требуемое для проведения расчетов без потери качества и точности получаемых результатов.

Кроме того, являясь составной частью разработанной комплексной методики для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, методика может иметь самостоятельное значение для анализа электромагнитной совместимости РЭС НГСС, а также для исследования влияния различных характеристик и параметров НГСС на уровни, создаваемых ею помех. б) методика определения требований по защите РЭС НГСС от помех, создаваемых другими НГСС

Данная методика предназначена для определения предельных допустимых уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении станций других НГСС.

В основе методики лежит вероятностный метод оценки влияния трех независимых случайных факторов, ослаблений в газах атмосферы и осадках, помехового солнечного излучения и помех от РЭС НГСС, на общую готовность радиолинии НГСС, который был применен в рамках данной работы для определения требований по защите РЭС НГСС от помех.

В методике впервые были учтены:

- комплексное влияние дождевых осадков и солнечного излучения при определении готовности радиолинии НГСС в отсутствии помех от мешающих

НГСС;

- аналитическая модель функционирования НГСС при определении влияния помехового солнечного излучения.

Адекватность результатов, получаемых с помощью разработанной методики, подтверждается использованием в рамках данной методики модели ослабления сигнала в осадках и модели воздействия помехового солнечного излучения разработанных в рамках МСЭ-Р и положенных в основу ряда Рекомендаций МСЭ-Р применяемых в спутниковой связи и спутниковом радиовещании. В тоже время, разработанная методика впервые позволила оценить факторы ослабления сигнала в дожде и помехового солнечного излучения в комплексе для определения критериев защиты РЭС НГСС. Данные факторы оказывают наибольшее влияние на качество функционирования радиолиний НГСС в отсутствии помех от искусственных источников.

С помощью разработанной методики можно определить значение уровня помехи, приводящее к потере синхронизации в демодуляторе приемника станции НГСС, а также допустимые уровни кратковременных и долговременных помех от РЭС НГСС в зависимости от энергетических характеристик рассматриваемой сети НГСС, характеристик приемного демодулятора, размещения станции НГСС, интенсивности осадков в рассматриваемой климатической зоне, солнечного излучения в течении года, допустимого увеличения недоступности в радиолинии НГСС из-за помех от мешающей сети НГСС.

Результаты применения данной методики используются для оценки выполнения НГСС требований по защите затрагиваемых систем НГСС от помех. в) методика оценки необходимого частотного ресурса НГСС

Данная методика предназначена для установления и оценки зависимости необходимого частотного ресурса НГСС от различных параметров функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех для обеспечения ЭМС с другими НГСС.

Использование данной методики позволяет определить значение необходимого количество частотного ресурса через показатель математического ожидания числа организованных в НГСС эквивалентных каналов передачи информации в зависимости от характеристик НГСС, модели нагрузки, качества обслуживания и параметров функционирования ее РЭС.

Отличительными особенностями предложенной методики являются использование аналитического описания случайного закона распределения взаимного расположения станций НГСС в процессе ее функционирования, моделей массового обслуживания, а также учет различных параметров функционирования РЭС НГСС, влияющих на необходимый частотный ресурс. г) методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС

В основе данной методики лежит алгоритм поиска максимума целевой функции при заданных ограничениях путем использования модифицированного метода покоординатного спуска.

Входными параметрами системы являются результаты применения методик оценки статистических показателей уровней помех, создаваемых НГСС в отношении других систем НГСС, определения критериев защиты НГСС от помех, создаваемых другими НГСС и оценки необходимого частотного ресурса НГСС.

Результатом использование методики является определение таких параметров функционирования НГСС, которые позволяют обеспечить выполнение требований по защите станций НГСС от помех, при минимально необходимого частотного ресурса в НГСС.

Ее новизна заключается:

- в обеспечении возможности решения задачи обеспечения электромагнитной совместимости между РЭС НГСС при минимальных ограничениях на НГСС;

- в учете комплексного применения различных методов уменьшения помех при выборе параметров РЭС.

Разработанные методики и модели:

• по своим входным и выходным параметрам объединены в рамках единой методической схемы, ориентированной на решение задач по исследованию влияния различных параметров функционирования НГСС на уровни создаваемых помех между станциями НГСС и ее пропускную способность, а также а выбор рационального сочетания таких параметров;

• достаточно универсальны и позволяют решать сформулированную задачу в широком диапазоне изменения параметров функционирования НГСС, а также параметров, характеризующих внешние условия их совместного функционирования;

• их достоверность подтверждается многочисленными работами по оценке ЭМС конкретных НГСС со станциями различных радиослужб и базируется на применении апробированных методов теории вероятностей, исследования операций и системного анализа, использованием общепринятых корректных допущений, отсутствием противоречий между полученными в работе результатами и существующими научными положениями теории электромагнитной совместимости, а также результатами работ в этой области других авторов.

III. На базе разработанного комплекса методик проведены прикладные исследования влияние различных параметров функционирования РЭС НГСС на уровни помех, создаваемых земным станциям полезной НГСС, и на необходимый частотный ресурс, и даны практические рекомендации по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в условиях необходимости обеспечения ЭМС между сетями НГСС.

1. При превышении системой НГСС допустимых значений максимальных и долговременных помех в первую очередь должны применяться методы уменьшения помех, основанные на исключении излучения земных станций НГСС в направлении орбиты затрагиваемой НГСС. При этом:

- увеличение размера сектора уклонения выше определенного порога нецелесообразно, поскольку это не приводит к существенному уменьшению уровня помех, но ограничивает зону обслуживания НГСС, что в конечном щ итоге ведет к снижению ее пропускной способности. Для НГСС на низких круговых орбитах (в пределах 1000 км) пороговые значения размера сектора уклонения составляет порядка 10-90°. Если в ходе выбора рациональных параметров функционирования НГСС оказывается, что требования по защите полезной НГСС от помех могут быть выполнены при размере сектора уклонения превышающем 90°, то разработчикам данной системы целесообразно пересмотреть базовые характеристики НГСС (орбитальное построение, класс излучения станций, параметры антенных систем и т.д.) для уменьшения потерь потенциальной пропускной способности. В этом случае величина размера сектора уклонения 10° может рассматриваться как рекомендуемая;

Ф - применение ограничения минимального угла места в зоне обслуживания

НГСС, как метода уменьшения помех, наиболее целесообразно использовать для снижения максимальной составляющей помех на ЗС НГСС.

- для НГСС типа «МОНИТОР» рассмотрение алгоритмов установления связи "КА-ЗС" в качестве метода снижения помех нецелесообразно, поскольку в виду особенностей орбитального построения группировки в любой момент времени количество космических аппаратов видимых с ЗС НГСС ограничено и не превышает двух и, следовательно, выбор алгоритма установления связи "КА-ЗС" практически не влияет на уровень создаваемых помех. Однако, в случае когда требования по снижению максимальных и долговременных помех не могут быть выполнены за счет использования других методов, наиболее предпочтительным является применение алгоритмов установления связи "КА-ЗС" на основе выбора КА с максимальным углом места видимости или максимальным временем нахождения в зоне видимости ЗС НГСС.

2. Уменьшение мощности излучения станций НГСС может рассматриваться как предпочтительный метод для снижения относительного увеличения недоступности радиолинии. Данный метод целесообразно также применять в тех случаях, когда необходимо уменьшить долговременную составляющую помех. Применение данного метода имеет существенно более низкую эффективность с точки зрения уменьшения максимальных помех от НГСС по сравнению с рассмотренными выше методами, поэтому его применение в таких случаях нецелесообразно и может

0 быть оправдано, только тогда, когда другими методами снизить уровни помех не удается.

3. Применение в системе НГСС типа «МОНИТОР» уклонения от группировки НГСС, с максимальным размером сектора исключения передачи о=63° и дополнительным снижением мощности передачи КА НГСС на w=2 дБ будет щ обеспечивать защиту ЗС НГСС, работающих в НГСС типа "USASAT-30A" и располагаемых на высоких широтах. При этом обеспечивается максимальная эффективность использования частотного ресурса в НГСС «МОНИТОР».

1. Акофф Р., Сасиени С. Основы исследования операций. Пер. с англ. - М.: Мир, 1971.- 534 с.

2. Апорович А.Ф. Статистическая теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. Минск: Наука и техника, 1984. - 215 с.

3. Берзин Е.А. Оптимальное распределение ресурсов и элементы синтеза систем. М.: Советское радио, 1974.- 304 с.

4. Блюмберг В.А., Глущенко В.Ф. Какое решение лучше? Метод расстановки приоритетов. Лениздат, 1982.- 123 с.

5. Бородич С.В. ЭМС наземных и космических радиослужб. Критерии, условия и расчет. М.: Радио и связь, 1990. - 272 с.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1980, - 976 с.

7. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. - 400 с.

8. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач.- М.: Наука,Гл.ред.физ.мат.лит.,1988.- 552 с.

9. Велигурский Г.А. Аппаратно-программные методы анализа надежности структурно-сложных систем. Минск : Наука и техника, 1988. - 256.

10. Венцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988. - 480 с.

11. Власов В.Н. и др. Низкоорбитальные спутниковые системы связи / Технологии электронных коммуникаций. Т.64. - М. 1996.

12. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС. / Под ред. В.Н. Харисова и др. М.: ИПРЖРД998.- 399 с.

13. Вермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. М.: Наука,Гл.ред.физ.мат.лит., 1971.- 383 с.

14. Дмитриев А.К., Мальцев П.А. Основы теории построения и контроля сложных систем .- Л.: Энергоатомиздат,1988.- 192 с.

15. Долуханов М.Н. Распространение радиоволн. М.: Советское радио,1978.-304 с.

16. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.И. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М.: Наука, Гл. ред. физ. мат. лит., 1986.- 296 с.

17. Евланов Л.П. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984.175 с.

18. Журавлев Ю.И. и др. Алгоритмы вычисления оценок и их применение. -Ташкент: Фан, 1974.- 120 с.

19. Зайченко Ю.П., Шумилова С.А. Исследование операций: сборник задач. -Киев: Выща школа, 1990.- 239 с.

20. Искусственный интеллект. В 3-х кн. Кн.2.Модели и методы: Справочник / Под ред. Д.А. Поспелова - М.: Радио и связь, 1990.-304с.

21. Кадыров Т.Д. «Методы расчета помех между системами спутниковой связи на негеостационарной орбите», Электросвязь, №12,2004 г.

22. Кадыров Т.Д. «Проблема обеспечения ЭМС между системами спутниковой связи на негеостационарной орбите». Труды НИИР: Сб. ст. -М.: НИИР. 2004.-2007.

23. Кадыров Т.Д. Разработка критериев защиты геостационарных сетей фиксированной спутниковой связи от станций негеостационарных сетей. Выпускная квалификационная работа (магистерская диссертация)1. Москва: МТУСИ, 2000

24. Кантор ЛЛ. Об оценке предельной пропускной способности геостационарной орбиты. Радиотехника, 1979, №4, с.5-12

25. Кантор ЛЛ., Тимофеев В.В. Спутники связи и проблемы геостационарной орбиты. М.: Радио и связь, 1987. - 167 с.

26. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. - 432 с.

27. Колосов М.А. и др. Распространение радиоволн при комической связи. / Под ред. Б.А. Введенского и М.А. Колосова. М.: Связь, 1979. - 155 с.

28. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука. Гл.ред.физ.мат.лит., 1989.624 с.

29. Кондаков С.Е. и др. Передача и обработка сигналов в низкоорбитальных системах спутниковой связи. СПб: ВИКА, 1998. - 78 с.

30. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. М.: Энергоатомиздат,1987.- 496 с.

31. Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.

32. Макаров И.М., Виноградская Т.М. и др. Теория выбора и принятия решений. М.: Наука,Гл.ред.физ.мат.лит.,1982,- 328 с.

33. Машбиц Л.М. Зоны обслуживания систем спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1982.- 169 с.

34. Методы анализа и синтеза структур управляющих систем. / Под ред. Б.Г. Волика.- М.: Энергоатомиздат,1988.- 296 с.

35. Михалевич B.C., Волкович В.А. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, Гл. ред. физ. мат. лит., 1982.286 с.

36. Моделирование сетевых спутниковых систем передачи информации. Учебное пособие / Астанин А.В. и др. СПб.: ВИКА, 1996. - 80 с.

37. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.- 487 с.

38. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП "РАСКО", 1991.-272 с.

39. Полет космических аппратов: Примеры и задачи: Справочник/Ю.А. Авдеев, А.И. Беляков, А.В. Брыков и др.; Под общ. ред. Г.С. Титова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

40. Регламент радиосвязи. / Международный союз электросвязи. Женева. 2001.-339 с.

41. Спутниковая связь и вещание: Справочник. 3-е изд., перераб. и доп. / В.А. Бартенев, Г.В. Болотов, В.Л. Быков и др.; Под ред. ЛЛ. Кантора. - М.: Радио и связь, 1997. - 528 с.

42. Стрелец В.А, Желтоногов И.В., Кадыров Т.Д. «Проблемы международно-правовой защиты частотных присвоений негеостационарных спутниковых сетей», Электросвязь, №9,2002 г.

43. Тамаркин В.М. и др. Низкоорбитальные системы спутниковой связи: Обзор информации. М.: ЦНТИ "Информсвязь", 1995. - 96 с.

44. Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып.1. Пер. с англ. / Под ред. А.И. Сапгира. -М.: Сов. радио, 1977. 352 с.

45. Фортушенко А.Д. и др. Основы проектирования систем связи через ИСЗ. / Под ред. А.Д. Фортушенко. М.: Связь, 1970. - 331с.

46. Феоктистов Ю.А. и др. Теория и методы оценки электромагнитной47