Устройство и алгоритмы функционирования канального радиозонда на основе линейно-частотно модулированного сигнала

Царев, Иван Евгеньевич

Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Устройство и алгоритмы функционирования канального радиозонда на основе линейно-частотно модулированного сигнала

кандидата технических наук: Царев, Иван Евгеньевич
город: Йошкар-Ола
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.12.04

Диссертация по радиотехнике и связи на тему «Устройство и алгоритмы функционирования канального радиозонда на основе линейно-частотно модулированного сигнала»

Автореферат диссертации по теме "Устройство и алгоритмы функционирования канального радиозонда на основе линейно-частотно модулированного сигнала"

¿1.36

На правах рукописи

ЦАРЕВ Иван Евгеньевич

УСТРОЙСТВО И АЛГОРИТМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

КАНАЛЬНОГО РАДИОЗОНДА НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА

Специальность 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ИЮН 2010

Казань-2010

004603613

Работа выполнена на кафедре радиотехники и связи Марийского государственного технического университета.

Научный руководитель -

д.ф.-м.н., профессор Рябова Наталья Владимировна МарГТУ, г. Йошкар-Ола

Официальные оппоненты - д.т.н., профессор

Ильин Герман Иванович КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань

д.ф.-м.н., профессор Леухин Анатолий Николаевич МарГТУ, г. Йошкар-Ола

Ведущая организация - Нижегородский государственный

университет им. Лобачевского

Защита состоится "18" июня 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.079.04 в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева по адресу: 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ им. А.Н. Туполева.

С текстом автореферата можно ознакомиться на официальном сайте КГТУ им. А.Н.Туполева: http://www.kai.ru

Автореферат разослан "17" мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Линдваль В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационного исследования. Системы высокочастотной (ВЧ) связи позволяют осуществлять передачу информации на многие тысячи километров с небольшими (по сравнению со спутниковыми системами) финансовыми затратами. Однако этой связи присущ ряд недостатков. Главный из них связан с негативным влиянием среды на распространяющиеся в ней сигналы.

Основную часть пути от передатчика к приемнику сигналы проходят в ионосфере. Поэтому она является линией связи для всех ВЧ радиосистем. Ионосфера представляет собой низкотемпературную плазму с ярко выраженной слоистой структурой, которая характеризуется плазменными частотами и частотно зависимым показателем преломления. Это является одной из причин распространения сигналов по нескольким траекториям (эффекта многолучевости). Многолучевость, в свою очередь, является причиной замираний принятого сигнала. Кроме того, распространяющиеся ВЧ сигналы испытывают искажения из-за близости их частот к плазменным частотам среды. Отметим также, что среда распространения испытывает значительную пространственно-временную изменчивость. Данные физические эффекты приводят к искажениям принимаемого сигнала и ухудшают помехоустойчивость ВЧ радиосистем.

В настоящее время решение данной проблемы идет по двум направлениям. Первое связано с проектированием систем, учитывающих основные физические особенности линии связи. Другое - с созданием адаптивных систем, в которые включаются системы диагностики сложной среды распространения, основанные на применении метода радиозондирования ионосферы.

Различные подходы в решении проблемы ВЧ связи привели к развитию моделей распространения сигналов по ионосферным линиям связи (P.A. Bello, W.D. Bensema, J. Hoffmeyer, J.R. Juroshek, L. Vogler, C.C. Watterson). Теория распространения радиоволн в ионосфере, развитая в работах Я.Л. Альперта, Б.Н. Гершмана, B.JI. Гинзбурга, M.JI. Долуханова, трансформирована путем радиотехнического подхода в теорию прохождения радиосигналов в многомерной стохастической системе (H.A. Арманд, В.А. Иванов, Д.В. Иванов, В.И. Куркин, Д.С. Лукин, Н.В. Рябова). В этом случае одним из основных понятий становится понятие радиоканала, который включает среду распространения (линию связи) и каналообразующую аппаратуру (передатчик и приемник), формирующие частотный радиоканал полосой Af на сред-

ней (рабочей) частоте f из ВЧ диапазона (от 3 до 30 МГц). Обычно

для систем связи и передачи данных полоса А/~ составляет от 0,3 до 3,4 кГц. Декаметровые каналы с данной полосой получили название узкополосных. Такой канал является стохастическим, а для его описания используются случайные частотная и импульсная характеристики, модели которых получаются на основе экспериментальных данных и теории распространения радиоволн. Наиболее известными являются модель Ваттерсона (Watterson model), применимая для каналов с полосой до 12 кГц, и модель американского НИИ телекоммуникаций (Institute of Telecommunication Sciences) ITS, применимая для каналов с большей полосой.

Для описания стохастических каналов в последнее время используется статистически устойчивая характеристика - функция рассеяния канала (ФРК). Ее основными параметрами являются: отношение сигнал - шум, рассеяние задержек и рассеяние доплеровских частот, которые называются основными канальными параметрами. Очевидно, что из-за изменчивости среды распространения основные канальные параметры также претерпевают изменения. Важно, чтобы эти изменения не выходили за пределы допустимых значений для используемого модема связи. Именно по этой причине и требуется диагностика ФРК и адаптация системы, заключающаяся либо в переходе на другой модем, либо в смене рабочего канала связи (рабочей частоты).

Известны панорамные и канальные ионозонды, обеспечивающие измерение основных канальных параметров. Первые - позволяют оценивать отношение сигнал - шум и рассеяние по задержке при распространении в канале, вторые - непосредственно измерять ФРК. В создание теории зондирования и ионозондов внесли существенный вклад В.А. Иванов, Н.В. Рябова, В.П. Урядов, В.И. Куркин, Ю.Н. Черкашин в нашей стране и за рубежом P.S. Cannon, M.J. Angling, N.C. Davies, V. Jodalen, B. Lundborg, Y. M. Le Roux, J. Ménard, J. P. Jolivet, P. J. Davy.

В последнее время в теории и технике зондирования ионосферы и ионосферных ВЧ радиоканалов произошли существенные перемены, связанные с применением для зондирования сложных линейно - частотно модулируемых (ЛЧМ) и фазо-кодо-манипулированных (ФКМ) сигналов, оптимальных методов обработки, позволяющих существенно повысить помехоустойчивость измерений при существенном снижении излучаемых мощностей зондов. Поэтому сейчас основная проблема диагностики каналов связи связана с необходимостью развития методов, алгоритмов и устройств, позволяющих оценивать соответствующие

параметры каналов при зондировании ионосферы и каналов ВЧ связи сложными радиосигналами. В этой связи поставленная тема диссертационного исследования является актуальной.

Объектом исследования являются системы, позволяющие определять характеристики декаметровых стохастических многолучевых узкополосных радиоканалов на основе оценки ФРК.

Предметом исследования являются устройство и алгоритмы функционирования канального радиозонда на основе линейно-частотно модулированного сигнала.

Цель работы. Создание методик и алгоритмов работы устройств для зондирования узкополосных декаметровых радиоканалов и исследование их характеристик с помощью сложных радиосигналов с линейной частотной модуляцией.

Решаемые задачи:

1. Проведение анализа методов диагностики стохастических узкополосных декаметровых радиоканалов в условиях вариации среды распространения сигнала.

2. Исследование характеристик узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов на базе математических моделей, разработка методик оценки функции рассеяния стохастического декаметрового радиоканала и ее параметров на основе применения для диагностики многоэлементного ЛЧМ сигнала.

3. Разработка устройства канального ЛЧМ радиозонда, создание вычислительной модели устройства, создание алгоритмов его функционирования, реализация разработанных алгоритмов в виде программного обеспечения.

4. Апробация разработанных методик и алгоритмов на основе вычислительных и экспериментальных исследований по диагностике узкополосных декаметровых радиоканалов с использованием многоэлементного ЛЧМ сигнала, экспериментальные исследования параметров ФРК на декаметровых радиолиниях.

Методы исследования. Для решения поставленных задач и получения основных научно-практических результатов использованы методы теории распространения радиоволн в ионосфере, математического и информационного моделирования, системный подход к анализу и синтезу алгоритмов автоматической обработки сигналов на фоне помех. Теоретические результаты были получены с помощью аналитических методов теории вероятностей, математической статистики и методов линейной алгебры. В работе применялся метод вычислительного эксперимента с использованием лицензированных пакетов прикладных про-

грамм System View, MathCad, Matlab. При проектировании и разработке программного обеспечения применялся объектно-ориентированный подход с использованием среды разработки Borland Delphi.

Достоверность выводов и рекомендаций обеспечивается соответствием результатов, полученных путем аналитического и численного моделирования, результатам экспериментальных исследований, выполненных в рамках данной работы и другими исследователями. Эффективность разработанных алгоритмов подтверждена натурными испытаниями, которые показали хорошее согласие с другими методиками обработки и сходимость результатов на больших объемах экспериментальных данных. Научная новизна.

1. Впервые разработана методика определения функции рассеяния узкополосного декаметрового радиоканала на основе сжатия многоэлементного JI4M сигнала во временной области.

2. Создана вычислительная модель системы канального зонда с J14M сигналом, позволяющая исследовать функцию рассеяния узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов.

3. Впервые разработан комплексный алгоритм, позволяющий в автоматическом режиме определять параметры функции рассеяния узкополосного стохастического многолучевого декаметрового канала, проведена его апробация на вычислительной модели. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программного обеспечения. В результате чего разработан аппаратно - программный комплекс канального ЛЧМ радиозонда для определения основных параметров узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе оценки функции рассеяния.

4. Получены результаты вычислительных и натурных экспериментов

по исследованию функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов на радиолиниях различной протяженности, что позволило:

4.1. Впервые установить величины параметров ФРК, при которых наблюдаются общие и селективные замирания сигналов в узкополосных декаметровых радиоканалах.

4.2. Получить новые экспериментальные данные зондирования узкополосных декаметровых радиоканалов, а также оценки основных параметров ФРК.

4.3. Классифицировать типы замираний канальных характеристик от параметров ФРК.

4.4. Получить экспериментальные оценки необходимой мощности связного сигнала для различных модемов и разной возмущен-ности каналов.

Практическая значимость работы. Практические результаты диссертационной работы связаны с применением разработанных методик и алгоритмов для задач исследования ионосферных узкополосных радиоканалов. Они позволяют совершенствовать системы частотного обеспечения ионосферных радиолиний, а также автоматизированные системы радиопрогнозирования, которые применяются для повышения эффективности и надежности радиотехнических систем магистральной радиосвязи, радионавигации и загоризонтной радиолокации.

Разработанное на основе предложенных принципов и зарегистрированное программное обеспечение позволяет в автоматическом режиме получать новую информацию о суточных, сезонных и других вариациях параметров ионосферы путем обработки больших массивов данных. Адаптивность к изменениям аппаратно-программной конфигурации и решаемым задачам, заложенная в основу предлагаемой структуры зонда, позволяет не только существенно увеличить время жизни системы, но и синтезировать на ее основе системы обработки экспериментальных данных для других областей исследований.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXI Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (г. Йошкар-Ола, 2005), XI Региональной конференции «Распространение радиоволн» (г. Санкт-Петербург, 2005), XIII , XIV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2007, 2008), XXV Всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред» (г. Санкт-Петербург, 2007), VI Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (г. Казань, 2007), X Международной байкальской молодёжной научной школе по фундаментальной физике «Гелио- и геофизические исследования» (г. Иркутск, 2007), Поволжской региональной молодежной конференции «Волновые процессы в средах» (г. Казань - г. Зеленодольск, 2007), XIV, XV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2008, 2009), XXII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (г. Ростов-на-Дону - п. Лоо, 2008), XI Международной научно-технической

конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (г. Казань, 2008), XII Всероссийской научной конференции студентов -радиофизиков (г. Санкт-Петербург, 2008).

Публикации. Автором опубликовано по теме диссертации 19 работ, из них: 2 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ по направлению «Радиотехника и связь» («Радиотехника и электроника», «Электромагнитные волны и электронные системы»); 4 статьи в рецензируемых журналах; 7 работ в трудах международных конференций и симпозиумов; 5 работ в трудах Всероссийских конференций и симпозиумов; получено I свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, входящей в состав программного обеспечения декаметрового канального ЛЧМ зонда.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты работы использовались при выполнении исследований по государственным контрактам: № 5251Р/7648 от 26.06.2007 года и № 6469р/9099 от 11.01.2009 в рамках программы "У.М.Н.И.К." - "Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса" фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере; по ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы (госконтракт № 02.442.11.7152, шифр РИ-19.0/002/170); в фантах РФФИ 05-07-90313, 06-02-16089, 0705-12047, 08-02-12081, 09-07-00331.

Результаты исследований реализованы в ОАО "Концерн "Алмаз-Антей" (подтверждается актом о внедрении). Разработанное устройство и алгоритмы его функционирования представляют практический интерес для ФНПУ ОАО «НПО Марс» (г. Ульяновск), ФГУП «Пензенский научно-исследовательский электротехнический институт» (г. Пенза), ОАО «АБС Автоматизация» (г. Чебоксары), что подтверждается заключенными соглашениями о намерениях.

Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе ГОУ ВПО «МарГТУ» (подтверждается актом).

Личный вклад автора. В работах [1-6,9-15,17,19] диссертантом была выполнена разработка методик и алгоритмов функционирования канального ЛЧМ зонда, его структуры [1,4-6,8,10,12,14,15,17,18] и численных моделей [4,8,10,11,13,15]. Автором проанализированы полученные результаты и сделаны основные выводы. Учитывая, что экспериментальные исследования со значительным объемом получаемых данных невозможно провести единолично, роль диссертанта в них заключалась в формулировании задач, систематизации данных, участии в

проведении эксперимента [1-3,5,6,7,9,12,14,17,18]. Печатная работа [4] написана автором самостоятельно.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований характеристик узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов на основе математических моделей, позволившие впервые получить методику определения функции рассеяния декаметрового радиоканала на основе применения многоэлементного ЛЧМ сигнала и сжатия его во временной области.

2. Вычислительная модель системы канального зонда, позволившая провести вычислительные эксперименты по исследованию функции рассеяния узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе их зондирования многоэлементным ЛЧМ сигналом.

3. Комплексный алгоритм работы канального зонда, позволяющий в автоматическом режиме определять основные параметры узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе оценки функции рассеяния, реализованный в виде зарегистрированного программного обеспечения.

4. Результаты вычислительных и натурных экспериментов функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов на радиолиниях различной протяженности, на основе которых удалось:

4.1. Классифицировать типы замираний в зависимости от парамет-

ров ФРК.

4.2. Получить новые экспериментальные данные параметров ФРК

при различной возмущённое™ ионосферы.

4.3. Получить экспериментальные оценки необходимой мощности

связного сигнала для различных модемов и разной возмущен-ности каналов, предложить рекомендации по адаптации связных систем к канальным условиям.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 133 наименований. Она изложена на 150 страницах машинописного текста, приведено 84 рисунка и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены научная новизна и практическая значимость результатов работы, приведена структура диссертации.

В первой главе на основе проведенного анализа показано, что интегральной характеристикой стохастического узкополосного дека-метрового радиоканала является функция рассеяния радиоканала (ФРК), учитывающая параметры рассеяния (уширения) по величине группового запаздывания (задержки) Д т, рассеяния (уширения) по величине допле-ровского смещения частоты AF, и отношения сигнал-шум S/N.

Для задач ее измерения рассматривались существующие методы и устройства диагностики декаметровых радиоканалов, и проводился их критический анализ. Основное внимание в обзоре уделяется рассмотрению методов определения ФРК при зондировании декаметровых радиоканалов.

Показано, что актуальной является задача разработки новых устройств и методов работы систем канального зондирования с использованием JI4M сигнала, так как использование для определения ФРК сигналов с линейной частотной модуляцией к настоящему времени не рассматривалось. Утверждается необходимость развития методов и алгоритмов определения ФРК в условиях реальной ионосферы, а также создания аппаратно-программных средств для их реализации.

На основе проведенного анализа сформулирована цель работы и определены задачи диссертационного исследования.

Во второй главе на основе радиотехнического подхода к решению задачи распространения сигнала разработана методика дистанционной диагностики ФРК узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов на наклонных ионосферных радиолиниях с помощью многоэлементного JI4M сигнала.

На основе анализа функции неопределенности (ФНС) дано теоретическое обоснование применения многоэлементного JI4M сигнала иг(/) (1) в качестве зондирующего для задач определения ФРК со спектром одного элемента, определяемого по формуле (2), при базе элемента в, = д/-7;»1.

«r(o=I>pihf,(' - (k-\)T,)+nf{t-{k - i)rj]= ¿и„( о, (1)

/Ы м

l-rVjSSj при V/e|/,,/,+4f], (2)

где к-\ = int(i/7^), int - целая часть числа, / = Д//Гэ = A/Fn - скорость изменения частоты, fp - рабочая частота, Д/ - девиация частоты,

Fn - частота повторения модуляции, Т., - период модуляции или длительность элемента сигнала.

Показано, что ФНС такого сигнала на интервалах: по задержке [0;ГЭ] и по доплеровскому сдвигу частоты [—1/27^,1/27^] равна:

¥f(T,Fd) = sine U/r - F'k l5'"^^)

где г - задержка сигнала, Fä - частота доплеровского сдвига, N - количество элементов зондирующего сигнала.

В этом случае сигнал (1) позволяет оценивать параметры ФРК с заданной точностью. Показано, что зондирующий многоэлементный JI4M сигнал длительностью Тс = NT3 позволяет однозначно определять задержку г в диапазоне [0;ГЭ] с разрешающей способностью по времени 1/4f, а также доплеровский сдвиг частоты Fd в диапазоне [-1 / 2ТЭ ,1 / 2Тэ ] с разрешающей способностью по частоте 1 / NT3 .

Теоретически обоснована разработанная методика дистанционной диагностики ФРК узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов на наклонных ионосферных радиолиниях с помощью многоэлементного JI4M сигнала, которая включает три этапа:

1) нахождение сигнала на выходе системы сжатия во временной области, который можно представить в виде векторной (многомерной) импульсной характеристики канала h(r,/( ):

i) = jh(r,0 = j{Кт,тз),-■:й(г,(* -1 )ГЭ),• ■,А(г,(N - 1)ГЭ)}, (4)

где И(т,(к - ])ТЭ) - импульсная характеристика канала, полученная при сжатии одного элемента сигнала;

2) расчет элементов векторной ФРК при фиксированных значениях задержки г = г„:

S(r„Fi()={5(ri„F(l),-,S(r,.,FJ,-,Ä(r1.,^)}, (5)

S(r,,FJ = Tl Jh(T,.,tt)■ exp[-HnFJt ] = Tc' ¿A(U* - 1)ГЭ)■ exp[-ilxFJ^k-1)]

3) определение функции рассеяния радиоканала:

S(r,F,) = |]S(r„F,), (6)

i-O

где М = int (А/7;).

Получена формула для ФРК одномодового канала без рассеяния с единичными сдвигами по частоте и по времени (7):

S(r,„FJ = ТЖН0 sinc2[*A/(r„ - . (7)

sm 4F«» ~ FJT,

Определена инструментальная ширина ФРК по оси времени и частоте. Показано, что ширина пика функции (7) в сечении плоскостью Fdn = Fà0 при г„ - г0 = 0,5/А/ равна 1/Д/ на уровне 0,4 от максимального значения (инструментальная ширина ФРК по задержке). Ширина пика функции (7) в сечении плоскостью г„ = г0 (инструментальная ширина ФРК по доплеровской частоте) равна \/Тс также на уровне 0,4.

Полученная на основе цифрового анализа принятого зондирующего сигнала ФРК представляется на плоскости (F,, г} в виде растрового изображения. С математической точки зрения это матрица размером MxN. Ячейки матрицы (изображения) могут содержать либо значения ФРК, либо значения шума. Таким образом, матрицу, содержащую ФРК, можно отобразить в трехмерном виде. Ее пример представлен на рис. 1.

задержка, мс

Рис. 1. Растровое изображение, содержащее элементы ФРК

В третьей главе дано научное обоснование работы аппаратно -программного комплекса канального ЛЧМ радиозонда, который позволяет определять основные параметры узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе оценки функции рассеяния.

Создана вычислительная модель (имитатор) системы канального зондирования, включающая модель стохастического узкополосного радиоканала, которая позволила провести исследование предложенных методик определения ФРК и ее параметров, что создало базу для проведения вычислительных экспериментов по исследованию функции рассеяния узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе их зондирования многоэлементным ЛЧМ сигналом.

Рис.2. Структурная схема имитатора системы зондирования узкополосных радиоканалов периодическим ЛЧМ сигналом в среде 8у5(ет\'1е№

Имитационная модель системы (рис.2), включающая модем зондирующего ЛЧМ сигнала и стохастический радиоканал, представленный моделью Ваттерсона, построена с использованием лицензированного пакета прикладных программ 8у51етУ1е\у. При этом были решены задачи: 1) синтеза низкочастотного эквивалента зондирующего ЛЧМ сигнала (блок 1- синтезатор ЛЧМ, блок 2 - фазовращатель); 2) построения имитатора канала Ваттерсона с учетом рекомендаций Международного союза электросвязи (МСЭ) (блоки 3-8 - задержка на время распространения, блоки 9,10 - генераторы шума для рассеяния сигнала по частоте, блоки И-34 -фильтрация шумовых составляющих, блоки 38-40, 44-46 - доплеровский сдвиг частоты, блок 47 - генератор аддитивного шума); 3) сжатия зондирующего сигнала во временной области (блоки 48,49 — генераторы исходного сигнала, реальной и мнимой компоненты соответственно, блоки 50,54 - прямое БПФ, блок 54- обратное БПФ). Это позволило создать комплексный алгоритм и его программную реализацию для цифровой обработки принимаемого сигнала (блок 57), на которые получено свидетельство о государственной регистрации программного продукта [19].

Для автоматического определения основных параметров функции рассеяния узкополосного стохастического многолучевого декаметрово-го канала был разработан комплексный алгоритм, позволяющий выделять в исследуемой матрице элементы, содержащие ФРК. На рис. 3а представлено изображение исследуемой матрицы. Светлым тоном отмечены её элементы, относящиеся к ФРК.

Предложенный в работе алгоритм включает в себя следующие этапы: 1) автоматическое разделение компонент сигнала (ФРК) и компонент аддитивного шума; 2) определение уширения по величине за-

держки и по величине доплеровского сдвига; 3) определение отношения сигнал-шум.

задержка, мс aj § задержка, мс Рис, 3. ФРК: а) исходная; б) очищенная

Первый этап алгоритма позволяет удалять в матрице элементы, относящиеся к аддитивному шуму (производить очистку изображения). Новым здесь является применение критерия обнаружения, в основе которого лежит анализ характеристик закона распределения (коэффициента асимметрии) смеси сигнала и шума. Кроме того используется метод низкочастотной фильтрации без размывания границ. В результате его применения в матрице остаются только элементы содержащие сигнал, остальные элементы обнуляются. Результаты работы созданного алгоритма представлены на рис.36. Эффективность работы данного алгоритма оценивалась с использованием созданного имитатора системы зондирования узкополосных ВЧ радиоканалов. Рассматривались каналы на различных радиотрассах, находящиеся в различных условиях возмущенное™ по классификации МСЭ.

На рис. 4 представлены результаты анализа. В обозначениях первая буква относится к широте радиотрассы (Н - низкоширотная, С -среднеширотная, В - высокоширотная), а вторая - к условиям распространения сигнала на линии ВЧ связи (С - спокойные, У - умеренные, В - возмущенные).

" .................................... 1,2

1 t—» Рл , ... , .. ... Роб. U

\ ' * Ч * 1 ■

V- Ü'8 \ 0.8

г ■ vs Г: - \ ~ «

................V ад....................................0.1

\ -<-св

0.2 X 0.2 ......................0,2

0 0 0

5 0-5 -10 -15 5 0-5 -10 -15 5 0 -5 -10 -15

S/N. дБ S/ N. дБ S/N, дБ

а) б) в)

Рис. 4, Зависимость вероятности правильного обнаружения ФРК от отношения сигнал -шум: а) для низкоширотных; б) для среднеширогных; в) для высокоширотных радиотрасс

Оценка эффективности алгоритма обнаружения ФРК по параметрам доплеровского смещения частоты и задержки производилась путем сравнения результатов автоматической обработки с результатами метода экспертных оценок, результаты которого принимались за эталон. Анализ показал высокую степень корреляции данных автоматической и экспертной оценки, коэффициенты корреляции для обоих параметров составили 0,97 - 0,98.

Определение уширения по величине задержки и по величине доплеровского сдвига производилось на основе профиля мощности задержки Р(г) и доплеровского профиля мощности Р^ ( Г,), которые находились интегрированием выделенных значений ФРК по г и по Р, соответственно.

Поскольку связной сигнал на выходе приемника пропорционален импульсной характеристике, то отношение сигнал-шум в канальном зонде оценивалось на основе экспериментальных данных о многомерном сигнале Полученные оценки для отношения сигнал-шум системы зондирования пересчитывались в отношение сигнал-шум для системы связи {ЛсвХ= 7Л■-Ю1°§Св) + 101о§Си), ' где т)к = (/,)] - отношение сигнал/шум системы зондирования, В = А/Гэ - база элемента сигнала, ¡л -потери мощности сигнала вследствие обработки сглаживающими окнами.

Передающая часть Приемная часть

Рис. 5. Структурная схема созданного устройства узкополосного канального ЛЧМ зонда

На основе созданных методик и алгоритмов было разработано устройство канального зонда, использующее основные узлы ЛЧМ ионо-зонда МарГТУ. Для этого в схему ионозонда были включены следующие новые модули: блок синтезатора многоэлементного узкополосного ЛЧМ сигнала, программный модуль управления комплексом отдельно

для передающей и приемной частей, программный модуль обработки принятого сигнала для оценки и анализа ФРК.

В четвертой главе представлены результаты апробации разработанных методик и алгоритмов, полученные на основе вычислительных и натурных экспериментальных исследований по диагностике узкополосных декаметровых радиоканалов с использованием многоэлементного ЛЧМ сигнала.

Экспериментально получены диапазоны значений ФРК, при которых наблюдаются либо общие, либо селективные замирания импульсной и частотной характеристик стохастических узкополосных ВЧ радиоканалов. Установлено, что канальные характеристики существенно зависят от выбора рабочих частот декаметровых радиоканалов, что в каналах с развитой многолучевостью имеют место быстрые замирания в частотной области по сравнению с каналами, функция рассеяния которых имеет меньшее рассеяние по задержке. При этом частотная характеристика каналов, имеющих большее рассеяние по доплеровской частоте и рассеяние по задержке А т , близкое к 1 / А/, претерпевает более частые замирания во временной области, а групповой или селективный характер замираний определяет разница задержек принимаемых мод сигнала.

0,00 1,00 2,00 3,00 0,00 1,00 2,00 3,00

д г, ыс л г. мс

а) б)

Рис. 6. Результаты оценки Д г и Щ для: а) первого эксперимента (Л =14МГц, 160 сеансов); б) второго эксперимента (/, =20 МГц, 90 сеансов)

Продолжительные (250 сеансов) натурные эксперименты, проведенные на среднеширотной декаметровой линии связи протяженностью 5500 км, показали, что узкополосные высокочастотные радиоканалы находились в основном в умеренно-возмущенном состоянии по классификации международного союза электросвязи. Это подтверждают результаты оценки уширений ФРК по задержке и доплеровскому смещению частоты, представленные на рис. 6.

Линии 1-2 (рис.6) ограничивают область, соответствующую «спокойно умеренному» каналу по классификации Международного союза электросвязи (МСЭ), линии 2-3 «умеренно возмущенную» область, вне линии 3 находится область «возмущенных» значений. На основании установленных типов замираний принимаемых сигналов от параметров ФРК определена их структура, которая представлена в табл. 1.

Таблица 1

Состояние канала (МСЭ) 1-й эксп., % 2-й эксп., % Замирания частотной характеристики (ЧХ) Структура двойной ЧХ при фиксированном доп-леровском сдвиге

спокойно-умеренное 9 27 Медленные, селективные с разнонаправленной структурой однородная

умеренно-возмущенное 83 73 Медленные, селективные с разнонаправленной структурой селективная

возмущенное 8 0 Селективные с разнонаправленной структурой со средней скоростью замираний селективная

Установлено, что в первом эксперименте в 8 % случаев параметры каналов соответствовали возмущенным значениям по классификации МСЭ, в 9 % случаев они соответствовали спокойно-умеренным значениям, в то время как во втором эксперименте в спокойно-умеренном состоянии каналы находились в 27 % случаев. В основном за время проведения экспериментов состояние каналов было умеренно-возмущенным: в первом эксперименте - 83 %, а во втором - 73 % случаев.

Полученные с помощью канального зонда экспериментальные результаты позволили оценить эффективность работы систем ВЧ связи с различными модемами. Для этого использовались данные о параметрах характеристических поверхностей производительности (ХПП) последовательных модемов со скоростями передачи данных: 75, 150, 300, 600, 1200 и 2400 бит/с. Эффективность использования модема рассчитывалась как отношение количества попаданий канальных параметров в интервал ХПП к общему количеству сеансов зондирования в процентах. Установлено, что во всех сеансах проведенных экспериментов для каналов на рабочих частотах 14МГц и 20МГц критическим параметром являлось отношение сигнал/шум, так как остальные два канальных параметра попадают в области допустимых значений аргументов ХПП.

Показано, что 100% эффективность модемов достигается при мощностях системы связи, приведенных в табл. 2. Отмечено, что работа в оптимальных каналах (на оптимальных рабочих частотах), определяемых с помощью разработанного канального зонда, позволит уменьшить требуемую для эффективной работы системы мощность на 6-15 дБ.

Таблица 2

Скорость передачи информации, бит/с Мощность передатчика для 1-го эксперимента, кВт Мощность передатчика для 2-го эксперимента, кВт

2400 13,5 14,0

1200 2,7 2,8

600 1Д 1,2

300 0,6 0,6

150 0,3 0,3

75 0,1 0,1

Таким образом, экспериментально доказано, что использование разработанного канального зонда позволяет осуществлять выбор оптимальных каналов из числа зондируемых и получать информацию о необходимой мощности связного сигнала и скорости передачи данных для адаптации системы связи.

В заключении сформулированы основные результаты работы и рекомендации по их использованию. Обозначены возможные направления дальнейших исследований.

В приложении приведен личный вклад автора в опубликованные работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Главным результатом диссертационной работы является решение важной научно-технической задачи - разработки устройства, методик и алгоритмов функционирования канального радиозонда на основе линейно-частотно модулированного сигнала.

Основные выводы по работе:

1. Разработана и теоретически обоснована методика определения функции рассеяния узкополосного декаметрового радиоканала на основе сжатия многоэлементного ЛЧМ сигнала во временной области.

2. Создана вычислительная модель системы канального зонда, позволившая сформировать базу для проведения вычислительных экспериментов по исследованию функции рассеяния узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе их зондирования многоэлементным ЛЧМ сигналом.

3. Разработан аппаратно - программный комплекс канального ЛЧМ радиозонда, позволяющий определять основные параметры узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе оценки функции рассеяния. В результате чего впервые: 1) разработан комплексный алгоритм автоматического определения параметров функции рассеяния узкополосного стохастического многолучевого де-каметрового канала, проведена его апробация на вычислительной модели и в натурных экспериментах; 2) разработанный алгоритм реализован в виде программного обеспечения.

4. Проведены вычислительные и натурные исследования функции рассеяния узко полосных декаметровых радиоканалов на различных радиолиниях, что позволило: 1) установить величины параметров ФРК, при которых наблюдаются: общие, селективные замирания; 2) получить классификацию типов замираний канальных характеристик от параметров ФРК при различных моделях распространения; 3) получить новые экспериментальные данные зондирования узкополосных декаметровых радиоканалов - оценки характеристик ФРК: уширения по величине до-плеровского сдвига, уширения во времени группового запаздывания, отношения сигнал-шум; 4) определить соответствие типам распространения по классификации МСЭ и виды замираний по экспериментальным данным; 5) провести оценку эффективности различных последовательных ВЧ модемов при различных канальных условиях, получить экспериментальные оценки необходимой мощности связного сигнала для различных модемов и разной возмущенности каналов.

СПИСОК РАБОТ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи, опубликованные в изданиях, определённых ВАК

1. Иванов, В.А. Диагностика функции рассеяния декаметровых узкополосных стохастических радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев // Радиотехника и электроника. - Том 55, № 3. - М.: Ака-демиздатцентр «Наука», 2010. - С. 1-7.

2. Иванов, В.А. Численные и полунатурные исследования функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, Д.В. Иванов, И.Е. Царев // Электромагнитные волны и электронные системы. - Том 14, № 8. - М.: Радиотехника, 2009. -С. 46-54.

Работы, опубликованные в рецензируемых изданиях

3. Иванов, В.А. Зондирование ионосферных каналов высокочастотной связи с поверхности земли / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев, A.B. Мальцев, М.И. Рябова // Вестник Марийского государственного технического университета: научно-прикладной журнал. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008, -№ 1. - С. 3-20.

4. Царев, И.Е. Уменьшение уровня корреляционных шумов в канальном ЛЧМ ионозонде при заданной разрешающей способности / И.Е. Царев // Вестник Марийского государственного технического университета: научно-прикладной журнал. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008. - №3. - С. 16-20.

5. Иванов, В.А. Глобальные вариации максимально применимых частот ВЧ радиолиний в период солнечного затмения 29 марта 2006г./ В.А. Иванов, Н.В. Рябова, Д.В. Иванов, И.Е. Царев, М.И. Рябова, A.B. Мальцев, A.A. Елсуков, А.Р. Лащевский // Вестник Марийского государственного технического университета: научно-прикладной журнал. Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008.-№3,-С. 21-27.

6. Иванов, В.А. Автоматическое определение отношения сигнал-шум при измерении функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов/ В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев, A.B. Коркин // Вестник Марийского государственного технического университета: научно-прикладной журнал. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2009. - №3. - С. 3-12.

Работы, опубликованные в других изданиях

7. Иванов, В.А. Характеристики одномодовых каналов ионосферного распространения декаметровых радиоволн / В.А Иванов, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова, М.И. Бастракова, В.В. Павлов, И.Е. Царев, Ю.А. Токарев // Сборник докладов XXI Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн», 25-27 мая 2005 г. - Том 1. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. - С. 216-219.

8. Рябова, Н.В. Разработка численной модели устройства диагностики широкополосных декаметровых радиоканалов / Н.В. Рябова, И.Е. Царев // Тезисы докладов тринадцатой международной научно-

технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». - Том 1. - М., 2006. - С.142-144.

9. Рябова, Н.В. Автоматическая оценка характеристик КВ радиоканалов для задач исследования тонкой структуры ионосферной плазмы и ее движения / Н.В. Рябова, И.Е. Царев // Сборник трудов XXV Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред», 17-19 апреля 2007 г. - Санкт-Петербург, 2007. - С. 643-650.

Ю.Иванов, В.А. Влияние сглаживающих окон на характеристики канального ионозонда ДКМ диапазона/ В.А, Иванов, И.Е. Царев, М.И. Рябова // Сборник трудов VI международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». -Казань, 2007.-С. 15-16

П.Иванов, В.А. Экспериментальное исследование влияния уровня солнечной активности на временные характеристики ионосферных радиоканалов / В.А. Иванов, И.Е. Царев, М.И. Рябова // Сборник трудов X международной байкальской молодёжной научной школы по фундаментальной физике. - Иркутск, 2007. - С. 127-130.

12. Иванов, В.А. Экспериментальная оценка характеристик декамет-ровых радиоканалов с использованием разработанного устройства для зондирования ДКМ радиоканалов непрерывным JI4M сигналом /

B.А. Иванов, И.Е. Царев, М.И. Рябова // Сборник тезисов четырнадцатой международной научно- технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 28-29 февраля 2008г. - Том 1.-М., 2008. -С. 62-63.

13. Иванов, В.А. Канальный зонд для диагностики ионосферных линий декаметровой радиосвязи / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев, М.И. Рябова // Сборник статей XIV международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», 15-17 апреля 2008г. - Том 2. - Воронеж: Науч. издат. центр ВГУ, 2008. -

C. 1197-1205.

14. Иванов, В.А. Канальный зонд для исследования функций рассеяния ионосферных ВЧ радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев, A.B. Мальцев. М.И. Рябова // Труды симпозиума ХХП-й Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн», 22-26 сентября 2008г. Ростов-на-Дону - п. JIoo. - Том 2. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ АПСН, 2008. - С. 45-48.

15. Иванов, В.А. Определение функции рассеяния ионосферных радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев, A.B. Мальцев. М.И. Рябова // Тезисы докладов IX Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телеком-

муникаций», 25-27 ноября 2008г. - Казань: Казанский государственный технический университет, 2008. - С. 331-332.

16. Рябова, М.И. Экспериментальное исследование характеристик сигнала при прохождении через физическую модель радиоканала / М.И. Рябова, И.Е. Царев // Тезисы докладов XII Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков. - Санкт-Петербург: СПБГУ, 2008. — С.60-61.

17. Иванов, В.А. Канальный ионозонд для определения помехоустойчивых узкополосных радиоканалов / В.А.Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев, М.И. Рябова // Инновационные разработки вузовской науки - Российской экономике: сб. статей Всероссийской научно-практической конференции. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008. - С.90-95.

18. Иванов, В.А. Функция рассеяния ионосферных каналов высокочастотной связи / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, Д.В. Иванов, И.Е. Царев, М.И. Рябова, A.B. Мальцев // Труды XV Международной НТК «Радиолокация, навигация, связь», 14-16 апреля 2009г. - Том 2. - Воронеж: Науч. издат. центр ВГУ, 2009. - С. 647-659.

Свидетельства о государственной регистрации разработки

19. HF channel ТС explorer v.1.0 / В.А. Иванов, Н.В.Рябова, И.Е. Царев, М.И. Рябова, A.B. Мальцев - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009614396 от 20.08.2009, Роспатент. Москва, 2009.

Тираж 100 экз. Заказ № 4360.

Редакционно-издательский центр Марийского государственного технического университета 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Царев, Иван Евгеньевич

Введение.

1 Ионосфера и распространение в ней декаметровых радиоволн, задачи диагностики условий распространения.

1.1 Ионосфера - среда распространения декаметровых радиоволн.

1.2 Ионосферные каналы декаметровой радиосвязи и изменчивость их характеристик.

1.3 Влияние условий распространения сигналов на информационно-технические характеристики систем связи.

1.4 Зондирование декаметровых радиоканалов для адаптации систем связи

1.5 Цель работы и задачи диссертационного исследования.

2 Математическое моделирование методик измерения функции рассеяния декаметровых радиоканалов и ее ключевых параметров.

2.1 Низкочастотные модели узкополосных радиосигналов и ионосферных радиоканалов.

2.2 Функция рассеяния стохастического декаметрового радиоканала и методика ее определения.

2.3 Выбор зондирующего сигнала, обеспечивающего определение основных параметров функции рассеяния с заданным качеством.

2.4 Методика измерения функции рассеяния радиоканала с применением сложного радиосигнала с линейной частотной модуляцией.

2.5 Корреляционные шумы в сжатом сигнале. Методика ослабления боковых лепестков функции рассеяния радиоканала с помощью сглаживающих окон

2.6 Выводы.

3 Устройство и алгоритмы функционирования аппаратно — программного комплекса для измерения функции рассеяния каналов.

3.1 Структура комплекса, алгоритм функционирования, вычислительная модель.

3.2 Устройство и алгоритм работы передающей части канального ионозонда

3.3 Устройство и алгоритм работы приемной части канального ЛЧМ ионозонда.

3.4 Алгоритм оценки функции рассеяния радиоканала в аппаратно -программном комплексе на основе сжатого зондирующего сигнала.

3.5 Алгоритм автоматического определения основных канальных характеристик.

3.6 Выводы.

4 Исследование функции рассеяния радиоканала на односкачковых радиолиниях.

4.1 Интерференционные замирания частотных и импульсных характеристик радиоканала в зависимости от параметров ФРК.

4.2 Результаты моделирования ФРК при доплеровском рассеянии.

4.3 Результаты моделирования функции рассеяния радиоканала по данным Международного союза электросвязи.

4.4 Результаты смешанного моделирования функции рассеяния радиоканала

4.5 Результаты оценки характеристик ФРК на различных трассах.:.

4.6 Результаты экспериментальной оценки эффективности использования различных декаметровых модемов.

4.7 Выводы.

Введение 2010 год, диссертация по радиотехнике и связи, Царев, Иван Евгеньевич

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям характеристик узкополосных ионосферных многолучевых стохастических радиоканалов, разработке методик и алгоритмов работы устройств для зондирования узкополосных декаметровых радиоканалов с помощью сложных радио сигналов с линейно частотной модуляцией. В ней впервые разработана методика дистанционной диагностики характеристик узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов на наклонных ионосферных радиолиниях с помощью многоэлементного ЛЧМ сигнала. Построена вычислительная модель системы канального зонда, позволившая провести вычислительные эксперименты по исследованию функции рассеяния узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе их зондирования многоэлементным ЛЧМ сигналом. Разработано устройство канального зонда и проведены натурные эксперименты. На основе результатов теоретических исследований дана интерпретация экспериментальных данных, на практике проверена адекватность предложенных методик и алгоритмов. Сопоставление полученных экспериментальных данных о характеристиках узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов с результатами измерений других авторов, проведенных иными методами, подтвердило достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования.

Основную часть пути от передатчика к приемнику сигналы проходят в ионосфере. Поэтому она является линией связи для всех ВЧ радиосистем. 5

Ионосфера представляет собой низкотемпературную плазму с ярко выраженной слоистой структурой, которая характеризуется плазменными частотами и частотно зависимым показателем преломления. Это является одной из причин распространения сигналов по нескольким траекториям (эффекта многолучевости). Многолучевость, в свою очередь, является причиной замираний принятого сигнала. Кроме того, распространяющиеся ВЧ сигналы испытывают искажения из-за близости их частот к плазменным частотам среды. Отметим также, что среда распространения испытывает значительную пространственно-временную изменчивость. Данные физические эффекты приводят к искажениям принимаемого сигнала и ухудшают помехоустойчивость ВЧ радиосистем.

В настоящее время решение данной проблемы идет по двум направлениям. Первое связано с проектированием систем, учитывающих основные физические особенности линии связи. Другое — с созданием адаптивных систем, в которые включаются системы диагностики сложной среды распространения, основанные на применении метода радиозондирования ионосферы.

Различные подходы в решении проблемы ВЧ связи привели к развитию моделей распространения сигналов по ионосферным линиям связи (Р.А. Bello, W.D. Bensema, J. Hoffmeyer, J.R. Juroshek, L. Vogler, C.C. Watterson). Теория распространения радиоволн в ионосфере, развитая в работах Я.Л. Альперта, Б.Н. Гершмана, B.JI. Гинзбурга, M.JI. Долуханова, трансформирована путем радиотехнического подхода в теорию прохождения радиосигналов в многомерной стохастической системе (Н.А. Арманд, В.А. Иванов, Д.В. Иванов, В.И. Куркин, Д.С. Лукин, Н.В. Рябова). В этом случае одним из основных понятий становится понятие радиоканала, который включает среду распространения (линию связи) и каналообразующую аппаратуру (передатчик и приемник), формирующие частотный радиоканал полосой дг на средней (рабочей) частоте fp из ВЧ диапазона (от 3 до 30 МГц). Обычно для систем связи и передачи данных полоса д/ составляет от 0,3 до 3,4 кГц. Декаметровые каналы с данной полосой получили название узкополосных. Такой канал 6 является стохастическим, а для его описания используются случайные частотная и импульсная характеристики, модели которых получаются на основе экспериментальных данных и теории распространения радиоволн. Наиболее известными являются модель Ваттерсона (Watterson model), применимая для каналов с полосой до 12 кГц, и модель американского НИИ телекоммуникаций (Institute of Telecommunication Sciences) ITS, применимая для каналов с большей полосой.

Для описания стохастических каналов в последнее время используется статистически устойчивая характеристика - функция рассеяния канала (ФРК). Ее основными параметрами являются: отношение сигнал — шум, рассеяние задержек и рассеяние доплеровских частот, которые называются основными канальными параметрами. Очевидно, что из-за изменчивости среды распространения основные канальные параметры также претерпевают изменения. Важно, чтобы эти изменения не выходили за пределы допустимых значений для используемого модема связи. Именно по этой причине и требуется диагностика ФРК и адаптация системы, заключающаяся либо в переходе на другой модем, либо в смене рабочего канала связи (рабочей частоты).

Известны панорамные и канальные ионозонды, обеспечивающие измерение основных канальных параметров. Первые - позволяют оценивать отношение сигнал - шум и рассеяние по задержке при распространении в канале, вторые — непосредственно измерять ФРК. В создание теории зондирования и ионозондов внесли существенный вклад В.А. Иванов, Н.В. Рябова, В.П. Урядов, В.И. Куркин, Ю.Н. Черкашин в нашей стране и за рубежом P.S. Cannon, M.J. Angling, N.C. Davies, V. Jodalen, B. Lundborg, Y. M. Le Roux, J. Menard, J. P. Jolivet, P. J. Davy.

Научная новизна.

1. Впервые разработана методика определения функции рассеяния узкополосного декаметрового радиоканала на основе сжатия многоэлементного ЛЧМ сигнала во временной области.

2. Создана вычислительная модель системы канального зонда с JI4M сигналом, позволяющая исследовать функцию рассеяния узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов.

3. Впервые разработан комплексный алгоритм, позволяющий в автоматическом режиме определять параметры функции рассеяния узкополосного стохастического многолучевого декаметрового канала, проведена его апробация на вычислительной модели. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программного обеспечения. В результате чего разработан аппаратно - программный комплекс канального JI4M радиозонда для определения основных параметров узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе оценки функции рассеяния.

4. Получены результаты вычислительных и натурных экспериментов по исследованию функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов на радиолиниях различной протяженности, что позволило:

4.3. Классифицировать типы замираний канальных характеристик от параметров ФРК.

4.4. Получить экспериментальные оценки необходимой мощности связного сигнала для различных модемов и разной возмущенности каналов.

Положения, выносимые на защиту: 1. Результаты исследований характеристик узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов на основе математических моделей, позволившие впервые получить методику определения функции рассеяния декаметрового радиоканала на основе применения многоэлементного ЛЧМ сигнала и сжатия его во временной области.

4.1.Классифицировать типы замираний в зависимости от параметров ФРК.

4.2.Получить новые экспериментальные данные параметров ФРК при различной возмущенности ионосферы.

4.3.Получить экспериментальные оценки необходимой мощности связного сигнала для различных модемов и разной возмущенности каналов, предложить рекомендации по адаптации связных систем к канальным условиям.

Достоверность выводов и рекомендаций обеспечивается соответствием результатов, полученных путем аналитического и численного моделирования, результатам экспериментальных исследований, выполненных в рамках данной работы и другими исследователями. Эффективность разработанных алгоритмов подтверждена натурными испытаниями, которые показали хорошее согласие с другими методиками обработки и повторяемость результатов на больших объемах экспериментальных данных.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты работы использовались при выполнении исследований по государственным контрактам: № 5251Р/7648 от 26.06.2007 года и № 6469р/9099 от 11.01.2009 в рамках программы "У.М.Н.И.К." - "Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса" фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере; по ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы (госконтракт № 02.442.11.7152, шифр РИ-19.0/002/170); в грантах РФФИ 05-07-90313, 06-02-16089, 07-05-12047, 08-02-12081, 09-0700331.

Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе ГОУ ВПО «МарГТУ» (подтверждается актом).

Личный вклад автора. В работах [1,16,23-29,33,35,39,48,53,64,87] диссертантом была выполнена разработка методик и алгоритмов функционирования канального ЛЧМ зонда, его структуры [1,16, 23-25, 27, 29,39,48,52,61,64] и численных моделей [24,26,28,29,48,52,64]. Автором проанализированы полученные результаты и сделаны основные выводы. Учитывая, что экспериментальные исследования со значительным объемом получаемых данных невозможно провести единолично, роль диссертанта в них заключалась в формулировании задач, систематизации данных, участии в проведении эксперимента [1,16,23,25,27,29,33,35,39,53,61,62]. Печатная работа [64] написана автором самостоятельно.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXI Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (г. Йошкар-Ола, 2005), XI Региональной конференции «Распространение радиоволн» (г. Санкт-Петербург, 2005), XIII , XIV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2007, 2008), XXV Всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред» (г. Санкт-Петербург, 2007), научной конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов Марийского государственного технического университета (г. Йошкар-Ола, 2007), VI Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (г. Казань, 2007), X Международной байкальской молодёжной научной школы по фундаментальной физике «Гелио- и геофизические исследования» (г. Иркутск, 2007), Поволжской региональной молодежной конференции «Волновые процессы в средах» (г. Казань - г. Зеленодольск, 2007), XIV, XV

Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (г. Воронеж, 2008, 2009), XXII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (г. Ростов-на-Дону - п. JIoo, 2008), XI Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (г. Казань, 2008), XII Всероссийской научной конференции студентов - радиофизиков (г. Санкт-Петербург, 2008).

Публикации. Автором опубликовано по теме диссертации 19 работ, из них: 2 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ по направлению «Радиотехника и связь» («Радиотехника и электроника», «Электромагнитные волны и электронные системы»); 4 статьи в рецензируемых журналах; 7 работ в трудах международных конференций и симпозиумов; 5 работы в трудах Всероссийских конференций и симпозиумов; получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, входящей в состав программного обеспечения декаметрового канального ЛЧМ зонда.

Заключение диссертация на тему "Устройство и алгоритмы функционирования канального радиозонда на основе линейно-частотно модулированного сигнала"

4.7 Выводы

Проведены вычислительные и натурные исследования функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов на радиолиниях различной протяженности. В результате:

1. Проведено исследование интерференционных замираний в двулучевом узкополосном декаметровом радиоканале без доплеровского рассеяния, на основании которого выявлено существенное влияние параметров функции рассеяния на импульсную, передаточную, двумерную частотную характеристики радиоканала, приводящее к эффектам интерференционных замираний. Впервые установлены величины параметров ФРК, при которых наблюдаются: общие, селективные, быстрые селективные замирания.

2. Проведено исследование ФРК и других канальных характеристик с параметрами модели, соответствующими рекомендуемыми стандартами (ITU-R), что позволило провести классификацию типов замираний для различных условий распространения, рекомендованным Международным Союзом Электросвязи.

3. Проведено исследование ФРК и других канальных характеристик с параметрами моделей распространения радиоволн для дальних радиолиний различной протяженности, установленными по экспериментальным данным наклонного зондирования ионосферы. Данное исследование позволило провести классификацию типов замираний для данных моделей.

4. Получены новые экспериментальные данные зондирования узкополосных декаметровых радиоканалов. В экспериментах на среднеширотной декаметровой линии связи протяженностью 5,5Мм установлено, что каналы с полосой 3,1 кГц находились в основном в умеренно возмущенном состоянии по классификации ITU , при учете того, что доплеровское рассеяние в основном не превышало 1 Гц, в канале наблюдались селективные замирания частотной характеристики с разнонаправленной структурой и со средней скоростью замираний, при этом наблюдалась селективная структура двойной частотной характеристики.

5. По результатам двух экспериментов на среднеширотной декаметровой линии связи протяженностью 5,5Мм произведено сопоставление канальных параметров, определяемых по ФРК, с аппроксимациями ХПП различных модемов. На данной основе проведена оценка эффективности различных модемов при различных канальных условиях, получены экспериментальные оценки необходимой мощности связного сигнала для различных модемов и разной возмущенности каналов. Предложены меры по повышению эффективности использования данных модемов.

Заключение

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, результаты которых изложены в диссертации, можно сделать ряд обобщающих выводов и рекомендаций.

1. На основе проведенного анализа изменений параметров, стохастических узкополосных декаметровых радиоканалов в условиях вариации среды распространения сигнала, выявлены причины основные параметры радиоканалов, подверженных изменению вследствие вариации среды, выявлено влияние данных параметров на системы связи и передачи данных, определены временные рамки изменения данных параметров.

2. На основе проведенного анализа методов диагностики данных параметров, выявлены устройства позволяющие проводить диагностику канальных параметров, определены их недостатки.

3. Разработаны научные основы методики дистанционной диагностики характеристик узкополосных стохастических декаметровых радиоканалов на наклонных ионосферных радиолиниях с помощью многоэлементного ЛЧМ сигнала. Теоретически обоснована и разработана методика определения функции рассеяния декаметрового узкополосного радиоканала на основе сжатия многоэлементного ЛЧМ сигнала во временной области.

4. Проведено комплексное исследование по разработке аппаратно -программного комплекса канального ЛЧМ радиозонда, который позволяет определять основные параметры узкополосных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов на основе оценки функции рассеяния. В результате этих исследований, на базе ЛЧМ зонда МарГТУ, разработано устройство канального ЛЧМ радиозонда, созданы методики и алгоритмы его функционирования, разработанные методики и алгоритмы реализованы в виде программного обеспечения.

6. Проведены вычислительные и натурные исследования функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов на различных радиолиниях. В результате которых, установлены величины параметров ФРК, при которых наблюдаются: общие, селективные, быстрые селективные замирания, проведена классификация типов замираний для моделей распространения сигнала ITU-R и моделей установленных в результате экспериментов по наклонному зондирования. В экспериментах на среднеширотной декаметровой линии связи протяженностью 5,5Мм установлено, что каналы находились в основном в умеренно возмущенном состоянии по классификации ITU , при учете того, что доплеровское рассеяние в основном не превышало 1 Гц, в канале наблюдались селективные замирания частотной характеристики с разнонаправленной структурой и со средней скоростью замираний, при этом наблюдалась селективная структура двойной частотной характеристики. Произведена оценка эффективности декаметровых модемов при различных скоростях связи в определенных по результатам экспериментов канальных условиях, получены экспериментальные оценки необходимой мощности связного сигнала для различных модемов и разной возмущенности каналов. Предложены меры по повышению эффективности использования данных модемов.

Таким образом, разработанное устройство канального ЛЧМ зонда и алгоритмы его работы можно рассматривать как перспективную техническую реализацию системы диагностики ионосферных стохастических многолучевых декаметровых радиоканалов в автоматическом режиме.

Разработанная вычислительная модель в купе с экспериментальными данными может быть использована при дальнейших исследованиях ФРК и ее параметров, а также может быть использованы разработчиками аппаратуры систем зондирования и радиосвязи для реализации новых схемотехнических и программных решений повышения качества декаметровой радиосвязи и передачи данных.

Разработанные методики и алгоритмы расширили возможности ЛЧМ ионозонда МарГТУ, произведена его адаптация к новым, решаемым в радиофизических исследованиях задачам.

В заключении автор выражает искреннюю и глубокую благодарность своему научному руководителю профессору, д.ф.-м.н. Рябовой Наталье Владимировне за постановку задач и всемерную помощь, профессору, д.ф.-м.н. Иванову Владимиру Алексеевичу за большую помощь в обсуждении результатов и за содействие в написании этой работы, профессору, д.ф.-м.н. Иванову Дмитрию Владимировичу за помощь при решении вопросов, связанных с решаемыми задачами, Малютину Александру Анатольевичу за консультации по вопросам цифровой обработки сигналов, своим соавторам и коллегам по работе Рябовой Марии Игоревне, Елсукову Алексею Александровичу, Мальцеву Александру Валерьевичу, Лащевскому Алексею Романовичу, Бельгибаеву Руслану Рашидовичу за помощь в работе и благожелательное отношение.

Библиография Царев, Иван Евгеньевич, диссертация по теме Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

1. Альперт, Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера / Я.Л. Альперт. М.: Наука, 1972. - 563с.

2. Андерсон, Т. Статистический анализ временных рядов / Т. Андерсон. -М.: Мир, 1976.-757с.

3. Анютин, А.П. Об особенностях искажений радиосигналов в неоднородном линейном слое плазмы / А.П. Анютин, Орлов Ю.И. // Изв. вузов. Радиофизика. -1976. T.XIX, №4.-С.495-504.

4. Арманд, Н.А. Распространение широкополосных сигналов в дисперсных средах / Н.А. Арманд // Радиотехника и электроника 2003.-Т.48, №9. -С.1045-1057.

5. Барабашев, Б.Г. Динамическая адаптивная структурно — физическая модель ионосферного радиоканала / Б.Г. Барабашев, Г.Г. Вертоградов // Математическое моделирование. -1996. Т.8, №2. - С.3-18.

6. Бендат, Дж. Прикладной анализ случайных данных / Дж. Бендат, А. Пирсол. -М.: Мир, 1989. 540 с.

7. Благовещенский, Д.В. Высокоширотные геофизические явления и прогнозирование коротковолновых радиоканалов / Д.В. Благовещенский, Г.А. Жеребцов М.: Наука, 1987. - 272с.

8. Брюнелли, Б.Е. Физика ионосферы / Б. Е. Брюнелли, А. А. Намгаладзе. -М.:Наука, 1988. -526с.

9. Вайнштейн, JI.A. Разделение частот в теории колебаний и волн / JI.A. Вайнштейн, Д.Е. Вакман. М.: Наука, 1983. - 288с.

10. Варакин, JI.T. Теория систем сигналов / JI.T. Варакин. М.: Сов. радио, 1978.-304с.

11. Влияние искажений в ионосферном канале на оптимальную обработку широкополосных сигналов /В.А. Иванов, А.А. Колчев, Н.К. Морозов и др. Препринт 64/1.- Йошкар-Ола: МарПИ, 1993. 53с.

12. Гершман, Б.Н. Волновые явления в ионосфере и космической плазме / Б. Н. Гершман, JI.M. Ерухимов, Ю.Я. Яшин. -М.: Наука, 1984. 392 с.

13. Гершман, Б.Н. О расплывании электромагнитных сигналов в ионизированном газе / Б.Н. Гершман // ЖЭТФ. -1952. -Т.22. №1. -С.101-104.

14. Гинзбург, B.JL Распространение электромагнитных волн в плазме / B.JI. Гинзбург. М.: Наука, 1967. - 684с.

15. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы / И.С. Гоноровский -М.: Радио и связь, 1986. 512с.

16. Долуханов, M.JI. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн / M.JI. Долуханов. -М: Связь, 1971.-183 с.

17. Долуханов, М.П. Распространение радиоволн/ М. П. Долуханов. М.: Связь, 1972. - 152с.

18. Дэвис, К. Радиоволны в ионосфере / К. Дэвис. М.: Мир, 1973. - 504 с.

19. Егоров, В. В. Коррекция межсимвольных искажений методами адаптивной фильтрации и обратного моделирования / В. В. Егоров, А. Ю. Коржов, А.

20. H. Мингалёв // Электросвязь. 2005. - № 5. - С. 35-37.

21. Ерухимов, JI. М. Ионосфера земли как космическая плазменная лаборатория / JI. М. Ерухимов // Соровский образовательный журнал. -1998. №4.- С. 71-77

22. Иванов, В.А. Диагностика функции рассеяния декаметровых узкополосных стохастических радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев // Радиотехника и электроника. 2009. -Т. 55, № 3. - С. 1-7.

23. Иванов, В.А. Канальный ионозонд для определения помехоусточивых узкополосных радиоканалов / В.А.Иванов, Н.В. Рябова, М.И. Рябова // Инновационные разработки вузовской науки Российской экономике: сб. статей. - Йошкар-Ола, 2008. -С.90-95.

24. Иванов, В.А. ЛЧМ ионозонд и его применение в ионосферных исследованиях (обзор) / В.А. Иванов, В.И. Куркин, В.Е. Носов и др.// Радиофизика. 2003, Т.34, №11. с.919-952.

25. Иванов, В.А. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона: учеб. пособие / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, В.В. Шумаев. Йошкар-Ола: МарГТУ, 1998. - 204с.

26. Иванов, В.А. Радиотехническая модель ионосферного канала распространения КВ/ В. А. Иванов, Д.В. Иванов, А.А. Колчев // LII Научная сес., посвящ. Дню радио: тез. докл. РНТО РЭС им. А.С. Попова. -М., 1997.-С. 203-204.

27. Иванов, В.А. Численные и полунатурные исследования функции рассеяния узкополосных декаметровых радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, Д.В. Иванов, И.Е. Царев // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. -Т. 14 , № 8 . - С. 46-54.

28. Иванов, В.А. Оценка надежности декаметровых систем передачи информации по экспериментальным данным панорамного зондированияионосферы широкополосным сигналом / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, М.И. Бастракова // Телекоммуникации. 2010. - № 8. - С. 12-27.

29. Иванов, Д.В. Новый программный комплекс для наклонного зондирования ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом / Д.В. Иванов, Н.Е. Тиманов, И.Е. Царев // Тезисы докладов региональной 11 конференции по распространению радиоволн СПб., 2005. - С. 112.

30. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца / В.И. Куркин, Н.В. Ильин, В.Е. Носов и др. Новосибирск: Наука, 1995. Вып. 103.-С. 149-157.

31. Калинин, А.И. Распространение радиоволн и работа радиолиний: учеб. пособие / А.И. Калинин, E.JL Черенкова. М.: Связьиздат, 1971. - 439 с.

32. Калиничев, Б.П. О распределении амплитуд атмосферных помех / Б.П. Калиничев//Электросвязь. 1968. -№2 -С. 76-77.

33. Колосов, А.А. Резонансные системы и резонансные усилители / А.А. Колосов. -М.: Связьиздат, 1949.-559 с.

34. Комарович, В.Ф. Случайные радиопомехи и надежность KB связи / В.Ф. Комарович, В.Н. Сосунов М: Связь, 1977.-136 с.

35. Кук, Ч. Радиолокационные сигналы. Теория и применение. / Ч. Кук, М. Бернфельд. М.: Советское радио, 1971.- 567с.

36. Лукашкин, В.М. Прогнозирование ионосферы и условий распространения радиоволн / В.М. Лукашкин, А.В. Егорова М.: Наука, 1985. -190с.

37. Лучевое приближение и вопросы распространения радиоволн / Под ред. Кияновского М.П. М.: Наука, 1971 - 311 с.

38. Марпл-мл., C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения / C.JI. Марпл-мл.- М.: Мир, 1990. 584 с.

39. Николе, М. Аэрономия / М. Николе. М. Мир, 1964. - 298с.

40. Определение функции рассеяния ионосферных радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев и др. // Тезисы докладов IX Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» Казань, 2008. - С. 331-332.

41. Отнес, Р. Прикладной анализ временных рядов / Р. Отнес, JT. Эноксон -М.: Мир, 1982. 428 с.

42. Разевиг, В.Д. SystemView-средство системного проектирования радиоэлектронных устройств / В.Д. Разевиг, Г.В. Лаврентьев, И.Л. Златин. М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 349 с.

43. Рябова, М.И. Экспериментальное исследование характеристик сигнала при прохождении через физическую модель радиоканала / М.И. Рябова, И.Е. Царев // Тезисы докладов XII Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков СПб., 2008. -С. 60-61.

44. Рябова, Н.В. Автоматическая оценка характеристик KB радиоканалов для задач исследования тонкой структуры ионосферной плазмы и ее движения

45. Н.В. Рябова, И.Е. Царев // Сборнике трудов XXV всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред» СПб., 2007. - С. 643-650.

46. Рябова, Н.В. Диагностика и имитационное моделирование помехоустойчивых декаметровых радиоканалов: научное издание / Н.В. Рябова. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. - 292 с.

47. Садомовский, А.С. С14 Приёмо-передающие радиоустройства и системы связи: учеб. пособие для студентов специальности 21020165 / А. С. Садомовский. -Ульяновск : УлГТУ, 2007. 243 с.

48. Стейн, С. Принципы современной теории связи и их применение к передачедискретных сообщений / С. Стейн, Дж. Джонс. -М.: Связь, 1971, 374 с.

49. Татарский, В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере / В.И. Татарский. М.: Наука, 1967. - 548с.

50. Теплое, H.JI. Помехоустойчивость систем передачи дискретной информации / H.JI. Теплое. М.: Связь, 1964. - 359 с.

51. Тихонов, В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем / В.И. Тихонов, В.Н. Харисов. М.: Радио и связь, 1991. -608с.

52. Функция рассеяния ионосферных каналов высокочастотной связи /-В.А. Иванов, Н.В. Рябова, Д.В. Иванов и др. // Труды XV Международной НТК «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж, 2009. -Т.2. - С. 647-659.

53. Характеристики одномодовых каналов ионосферного распространениядекаметровых радиоволн / В.А Иванов, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова и др. //142

54. Сборник докладов XXI Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» Йошкар-Ола, 2005. - Т.1. - С. 216-219.

55. Хэррис, Дж.Ф. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье / Дж.Ф. Хэррис.// ТИИЭР.- 1978. Т.66, №1. -С.60-96

56. Челышев, В.Д. Приемные радиоцентры / В.Д. Челышев.- М.: Связь, 1975.264 с.

57. Черенкова, Е.Л. Распространение радиоволн / Е.Л. Черенкова, О.В. Чернышев М.: Радио и связь, 1984. - 272с.

58. Черкашин, Ю.Н. Вычисление волновых полей в плавно — неоднородных средах методом параболического уравнения теории дифракции / Ю.Н. Черкашин // Распространение декаметровых радиоволн. М.: ИЗМИР АН, 1980. С.5-18.

59. Явление F-рассеяния в ионосфере / Б.Н. Гершман, Э.С. Казимировский, В.Д. Кокоуров, Н.А. Чернобровкина. М.: Наука, 1984. - 144с.

60. A combined evaluation and simulation system for the HF channel / Y. M. Le Roux, G. Savidan, G. Du Chaffault et al.// IEE ICAP 5th conf. : Conf. Publ.-London, 1987.-Part 2. -P. 171-175.

61. Arthur, P. C. Multi-dimensional HF modem performance characterization / P.C. Arthur, MJ. Maundrell. // IEE 7th Int. Conf. on HF Radio Systems and Techniques: Conf. Publ. 1997. - №411. - P.154-158.

62. Barry G. H. A Low-Power Vertical-Incidence Ionosonde / G. H. Barry // IEEE Transactions on Geoscience Electronics. 1971. - V.9. - №2. - P.86-89.

63. Bello, P.A. The influence of fading spectrum on the binary error probabilities of incoherent and differentially coherent matched filter receivers / P.A. Bello, B.D. Nelin // IRE Transactions on Communications Systems. -1962. V. CS-10, -№2. -P.160-168.

64. Bibl, K. The universal digital ionosonde / K. Bibl, B. W. Reinisch // Radio Sci. -1978. -№13.-P. 519-530.

65. Booker, H.G. A Scintillation Theory of Fading in Long Distance HF Communications / H.G. Booker, J. Tao, A.B. Behroozi-Toosi // Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics 1987. - №49. - P. 939-958.

66. Cannon, P. S. Characterization and modeling of the HF communications channel/ P. S. Cannon, M. J. Angling, B. Lundborg. // Review of Radio Science: 1999-2002. -2002. C.27. - P. 597-622.

67. CCIR Recommendation 520-1. Use of High Frequency Ionospheric Channel Simulators // Recommendations and Reports of the CCIR. ITU.-1986. -Y.3. P. 57-58,

68. CCIR Recommendation F.520-2. Use of High Frequency Ionospheric Channel Simulators, International Telecommunications Union. 1992.

69. Correlation Measurements on an HF Transmission Link / F. David, A.G. Franco, H. Sherman, L.B. Shucavage // IEEE Transactions on Communications Technology. -1969. V.Com-17. -№2. -P. 245 - 256.

70. DAMSON HF channel characterization a review / P.S. Cannon, M.J. Angling, N.C. Davies et al. // MILCOM 2000. 21st Century Military Communications Conference: Conf. Publ.- Los Angeles, 2000. - V.l, - P.59-64.

71. Davies, N.C. DAMSON- A System to Measure Multipath Dispersion, Doppler Spread and Doppler Shift / N.C. Davies, P.S. Cannon // AGARD Symposium on Multi-Mechanism Communication Systems, CP-543: Conf. Publ.-Rotterdam,1993. P. 36.1-36.6.

72. Dawson, J. An H.F. Simulator for use with Real Time Channel Evaluation Systems / J. Dawson // Propagation Influences on Digital Transmission Systems- Problems and Solutions (AGARD-CP-363): Conf. Publ.-1984. -P.24/1-15.

73. Girault, R. Software Ionospheric Channel Simulator / R. Girault, J. Thibault, B. Durand // Fourth International Conference on HF Radio Systems and Techniques: Conf Publ.- London, 1988. -P. 321 325.

74. Global Considerations for Utilization of Real-Time Channel Evaluation Systems in HF Spectrum Management / J.M. Goodman, M. Daehler, M.H.Reilly et al.// Proc. IEEE Milcom. Conf: Conf Publ. Washington, 1983. - V.2. - P.350-353.

75. Goldsmith, A. Wireless Communications / A. Goldsmith. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. - 672p.

76. Hall, E. K. Design and analysis of turbo codes on Rayleigh fading channels / E. K. Hall, S. G. Wilson. // IEEE Journal. Selected areas in communications -1998.- V.16, № 2. -P. 160-174.

77. HF channel modeling and simulation / Y. M. Le Roux, M. Niberon, R. Fleury et al. // IEE Radio Receivers and Associated Systems 5th conf: Conf Publ.-Cambridge, 1990. -P. 72-76.

78. HF channel TC explorer v. 1.0: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009614396 от 20.08.2009 / Иванов В.А., Рябова Н.В., Царев И.Е. и др. -М.: Роспатент, 2009.

79. HF Ionospheric Channel Simulators // CCIR Report 549-2, Recommendations and Reports of the CCIR, ITU. -1986. -V. III. -P. 59-67.

80. HF Ionospheric Channel Simulators // CCIR Report 549-3, Recommendations and Reports of the CCIR. ITU.- 1990. Annex to V.3. -P. 47-58.

81. High-frequency Radio. Automatic Link Establishment (ALE) Application Handbook / Institute for Telecommunication Sciences Boulder, 1998. -Sourse: http://www.its.bldrdoc.gov/pub/oa^t/hf-ale/handbook/ - 01.10.1999

82. Ionospheric Distortion of HF Signals / R. P. Basler, P. B. Bentley, R. T. Price et al.//Radio Sci. 1988. -V.23. -№ 4, -P. 569-579.

83. ITU-R Recommendation F.1487. Testing of HF Modems with Bandwidths of Up to about 12 kHz Using Ionospheric Channel Simulators 2000. - 13p.

84. Ivanov, V. A. Diagnostics of the scattering function of a stochastic narrowband HF radio channel / V. A. Ivanov, N. V. Ryabov, I. E. Tsarev // Journal of Communications Technology and Electronics. 2010. -Vol. 55, No. 3. - pp. 263-269.

85. Johnson, E.E. Third generation technologies for HF radio networking / E.E. Johnson. // Military Communications Conference, 1998. MILCOM 98. Proceedings., IEEE-1998. V.2. - P. 336-338.

86. Johnson, R. An algorithmic approach to preamble sequence optimization / R. Johnson, M. Jorgenson, B. Moreland // Military Communications Conference Proceedings. IEEE. : Conf. Publ.-1999. -V.2. -P. 993-997.

87. Koetter, R. Turbo equalization / R. Koetter, A. C. Singer, M. Tuchler. / IEEE Signal Processing Magazine 2004. -P. 67-80.

88. Lacaze, B. Modelling the HF Channel with Gaussian Random Delays. /В. Lacaze // Signal Processing. -1998, -№ 64. -P. 215-220.

89. Lee, Seok-Jun Low-power turbo equalizer architecture / Seok-Jun Lee, N. Shanbhag, A. Singer. // IEE Workshop on Signal Processing Systems San Diego, 2002. -P. 33-38.

90. Makrakis, D. Prediction/Cancellation Techniques for Fading Broadcasting Channels. I. PSK signals / D. Makrakis, P.T. Mathoiopoulos // IEEE transactions on broadcasting. -1990. -V. 36. -№ 2. P. 146-155.

91. Maslin, N.M. HF communications: a systems approach / N.M. Maslin London: Pitman Publishing, 1987. - 256p.

92. Matley, W. A Digital High Frequency Multipath Propagation Simulator / W. Matley, R.E.H. Bywater // The Radio and Electronic Engineer. -1977. -V.47. -№.7, -P. 305-314.

93. Measurement and Verification of an HF Channel Model / J. Serrat-Fernandez, J.A. Delgado-Penin, E. Munday P.G. Farrell // Third International Conference on HF Communication Systems and Techniques: Conf. Publ. London, 1985. -P. 52-56.

94. Mooney, O.J. Implementation of an HF Ionospheric Channel Simulator, using a Digital Signal Processor/ О.J. Mooney // Third International Conference on HF Communication Systems and Techniques: Conf. Publ.-1985, -P. 27-31.

95. Otnes, R. Improved receivers for digital high frequency waveforms using turbo equalization / R. Otnes, M. Tuchler. // MILCOM 2002 IEEE Military Communications Conference ( Oct. 2002): Conf. Publ.-2002. - V.l. - P. 99-104.

96. Otnes, R. Iterative channel estimation for turbo equalization of time-varying frequency-selective channels / R. Otnes, M. Tuchler. // IEEE Transactions on Wireless Communications 2004. -V. 3, № 6. - P. 1918-1923.

97. Otnes, R. Low-complexity turbo equalization for timevarying channels / R. Otnes, M. Tuchler. // Proc. 55th IEEE VTS Vehicular Technology Conf, VTC 2002 Spring: Conf. Publ.- Birmingham, 2002. V.l. - P. 140-144.

98. Pennington, J. Techniques for medium Speed Data Transmission over HF channels / J. Pennington // IEE Proceedings I Communications, Speech and Vision.-1989.-V.136,Pt. 1. -№1. P.l 1-19.

99. Perl, J.M. Simulator Simplifies Real Time Testing of HF Channels / J.M. Perl // Defence Electronics -1984. V.16. -№8. -P. 103-108.

100. Picquenard, A. Radio Wave Propagation / A. Picquenard, New York: Wiley, 1974.-343p.

101. Poole, A.W.V. Advanced sounding: (ii) First results from an advanced chirp ionosonde / A.W.V. Poole, G.P. Evans // Radio Sci. 1985. - V. 20, - № 6. P.1617-1623.

102. Proakis, J. G. Digital Communications / J. G. Proakis. New York: McGraw-Hill, 1989. - 905p.

103. Ralphs, J.D. An H.F. Channel Simulator using a new Rayleigh Fading Method / J.D. Ralphs, F.M.E. Sladen // The Radio and Electronic Engineer. -1976. V.46. -№.12,-P. 579-587.

104. Real-Time Software Simulation of the HF Radio Channel / L. Ehrman, L.B. Bates, J.F. Eschle, J.M. Kates // IEEE Transactions on Communications.- 1982. -V.Com-30. №.8.-P. 1809- 1817.

105. Requirements on Channel Probes for Automatic Channel Selection / P.S. Cannon, M.J. Angling, T. Willink at al. // IEE Colloquium on Frequency Selection and Management Techniques for HF Communications -1996. -P. 24/1 24/6.

106. Rottger, J. Influence of Spread F on HF Radio Systems / J. Rottger // Radio Systems and the Ionosphere. AGARD-CP-173: Conf. Publ. 1976. - P. 26.126.19.

107. Rottger, J. Phenomenology of Transequatorial Radio Propagation under Spread F Conditions / J. Rottger // Special Topics in HF propagation. AGARD-CP-263: Conf. Publ.-1979. -P. 24.1-24.5.

108. SCIPION, a new flexible ionospheric sounder in Senegal / Le Y. M. Roux, J. Menard, J. P. Jolivet, P. J. Davy // Ann. Geophysicae.1998. V.16 - №6. -P. 738-742.

109. Shaver, H.N. Evaluation of a Gaussian HF Channel Model / H.N. Shaver, B.C. Tupper, J.B. Lomax //IEEE Transactions on Communication Technology-1967. V.Com-15. -№ 1. - P.79-85.

110. Simultaneous VHF and Transequatorial HF Observations in the Presence of Bottomside Equatorial Spread F / J. P. Flaherty, M. C. Kelley, С. E. Seyler, T. J. Fitzgerald // Journal of Geophysical Research -1996. -№ 101 (A 12). P. 26.811-26.818.

111. Systeme de mesure des caracteristiques dur canal ionospherique pour les transmissions numeriques / Y.M. Le Roux, L. Bertel, J.P. Jolivet at al.// AGARD-CPP-363 1984. - P. 18.1-18.16.

112. The Generalisation of Rytov's Method to the Case of Inhomogeneous Media and HF Propagation and Scattering in the Ionosphere / N. N. Zernov, V. E. Gherm, N. Y. Zaalov, A.V. Nikitin // Radio Sci.- 1992. №27(2). - P. 235-244.

113. Two Frequency Correlation Function of the Single-Path HF Channel: Theory and Comparison with the Experiment / S.V. Fridman, O.V. Fridman, K.H. Lin, et al. // Radio Sci. -1995. № 30. - P. 135-147.

114. Use of the SCIPION ionospheric sounder for different kinds of applications / Y.M. Le Roux, J. Menard, J.P. Jolivet, A. Bourdillon // HF Radio Systems and Techniques: IEE Conf. Publ. Guildford, 2000. -№474. -P.81-85.

115. Vogler, L. A new approach to HF channel modeling and simulation Part I: Deterministic model: National Technical Information Service report 88-240 / L. Vogler, J. Hoffmeyer. - Springfield: U.S. Dept. of Commerce, 1988. - 38p.

116. Vogler, L. A new approach to HF channel modelling and simulation part II: stochastic model : National Technical Information Service report 90-255 / L. Vogler, J. Hoffmeyer. - Springfield: U.S. Dept. of Commerce, 1990. - 37p.

117. Vucetic, B. Turbo Codes: Principles and Applications / B. Vucetic, J. Yuan. -Boston: Kluwer Academic Publishers, 2000. 312p.

118. Wagen, J.-F. Simulation of HF Propagation and Angle of Arrival in a Turbulent Ionosphere / J.-F. Wagen, K.C. Yeh // Radio Sci. 1989b. -№24. - P. 196-208.

119. Wagen, J.-F. Numerical Investigations of Two-Frequency Mutual Coherence Functions of an Ionospheric Reflection Channel / J.-F. Wagen, K.C. Yeh // Radio Sci. 1989a. - №24. - P. 209-223.

120. Watterson, С. C. Experimental Confirmation of an HF Channel Model / С. C. Watterson, J. R. Juroshek, W.D. Bensema // IEEE Trans. On Comm. Tech. -1970. -V. COM-18. №6. - P.792-803.

121. Wideband Scattering Functions for HF Ionospheric Propagation Channels / V. E. Gherm, N. N. Zernov, B. Lundborg et al. // Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics. 2001. - V.63. - P.1489-1497.

122. Wright, J. W. On the radiophysics and geophysics of ionogram spread F / J. W. Wright, P. E. Argo, M. L. V. Pittaway. // Radio Sci. -1996. -V.31, -№ 2. P. 349-366.

Похожие работы

Радиотехника и связь
05.12.00