Перейти к:
Комплексная методика выявления несовместимых радиоэлектронных средств в группировке
https://doi.org/10.38013/2542-0542-2017-4-25-31
Аннотация
Ключевые слова
Для цитирования:
Пилков А.В., Радомский А.Н. Комплексная методика выявления несовместимых радиоэлектронных средств в группировке. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017;(4):25-31. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2017-4-25-31
For citation:
Pilkov A.V., Radomskiy A.N. Comprehensive methodology for identifying incompatible radioelectronic facilities in a grouping. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2017;(4):25-31. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2017-4-25-31
Количество радиоэлектронных средств (РЭС) и источников индустриальных радиопомех постоянно увеличивается, радиочастотный спектр уплотняется. В связи с этим возрастает актуальность проблемы обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) с окружающей группировкой РЭС. Необходимо обеспечить функционирование РЭС с требуемым качеством в заданной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим РЭС [1].
Решение проблемы обеспечения ЭМС - это комплекс задач, среди которых составление специальных карт, характеризующих электромагнитную обстановку в данной местности, и выявление несовместимых РЭС в группировке при размещении вновь вводимого РЭС в районе использования действующих РЭС. Методика оценки восприимчивости РЭС к источникам индустриальных радиопомех была описана ранее [2].
В соответствии с нормативной документацией восприимчивость РЭС - это свойство РЭС и его составных частей реагировать на радиопомехи. При этом уровень восприимчивости определяется как минимальный уровень радиопомехи, при котором происходит недопустимое снижение качества функционирования РЭС [1].
В настоящей статье представлена методика выявления несовместимых РЭС в группировке, основанная на определении восприимчивости РЭС к наземным источникам радиопомех. Под термином «комплексная» понимается методика, учитывающая влияние радиопомех различного типа, действующих с различных пространственных направлений, а также учитывающая условия распространения радиоволн в районе использования РЭС с учетом рельефа местности.
Для выявления несовместимых РЭС необходимо определить условия выполнения ЭМС РЭС - рецептора радиопомехи (далее - рецептор) с группировкой РЭС - источников радиопомех (далее - источник). Существует несколько методов решения этой задачи [3]:
- метод частотного разноса, предполагающий выбор рабочих (несущих) частот РЭС для обеспечения ЭМС РЭС, является наиболее известным и широко используемым методом. Расчет необходимого частотного разноса усложняется при наличии большого количества побочных радиоизлучений источников и побочных каналов приема рецепторов;
- метод временного разделения, при котором выбираются временные интервалы работы РЭС для обеспечения ЭМС РЭС. Для оценки влияния радиопомехи от источника на рецептор необходимы сведения о времени ее воздействия;
- метод территориального (пространственного) разноса, предусматривающий размещение РЭС на территории и (или) в пространстве для обеспечения ЭМС РЭС.
Кроме того, применяются комбинации вышеперечисленных методов (частотно-временной, частотно-территориальный и др.). Реализация метода временного разделения осуществляется при наличии аппаратных возможностей, предусмотренных на этапе разработки РЭС. В настоящей статье рассмотрены методы частотного и территориального разноса.
Введем следующие обозначения технических характеристик рецептора (действующего средства) и источника (вновь вводимого средства) радиопомех:
- Рпрм( f ) - чувствительность радиоприемника по основному и неосновному каналам приема на частоте рецептора f;
- Gпрм(αпрд, βпрд) - коэффициент усиления приемной антенны рецептора в направлении на источник, располагаемый по азимуту αпрд и углу места βпрд;
- hпрм - высота антенны относительно земли рецептора;
- Рпрд( f ) - выходная мощность радиопередатчика на частотах основного и побочного излучений на частоте источника f;
- Gпрд(αпрм, βпрм) - коэффициент усиления антенны источника в направлении рецептора, располагаемого по азимуту αпрм и углу места βпрм;
- hпрд - высота антенны относительно земли источника.
Для решения задачи определения условий выполнения ЭМС рецептора с группировкой источников предлагается применять один из двух подходов.
Первый подход применяется при размещении одного-двух источников в районе использования рецептора и основан на определении территориального разноса между рецептором и источником радиопомехи. Под территориальным разносом понимается расстояние от рецептора до источника по всем азимутальным направлениям заданного участка местности, за пределами которого источник не создает мешающих радиоизлучений рецептору. Следовательно, для определения территориального разноса необходимо найти зависимость d(апрм) при постоянных значениях Рпрд и hпрд.
Информация об условиях ЭМС вышеупомянутых РЭС может быть получена при рассмотрении разницы q(дБ) между мощностью радиопомехи от источника, действующей на входе радиоприемника рецептора, и порогом восприимчивости рецептора:
где L( f, d, αпрм, р) - основные потери энергии при распространении радиоволн от источника к рецептору радиопомехи без учета направленных свойств антенн, располагаемого на расстоянии d и по азимуту αпрм (дБ);
р - процент времени по отношению к полному интервалу наблюдений (усредненный год), в течение которого не превышаются основные потери энергии L(d, апрм, р) [4];
F(∆f) - коэффициент, определяемый разнесением частот Δf и шириной полос радиосигналов источника и рецептора соответственно [5].
Для исследования воздействия радиопомех, частоты которых лежат вне полосы частот основного канала приема, в выражении (1) вместо Рпрм(f) следует подставлять значения уровней восприимчивости по интермодуляции, блокированию усиления и побочным каналам приема.
Каждая составляющая в правой части выражения (1) является функцией одного и более аргументов. В нем отсутствует аргумент функций коэффициентов усиления антенн, характеризующий поляризационные свойства, так как предполагается, что обе антенны имеют одинаковый тип поляризации, - это является наихудшим случаем с точки зрения ЭМС РЭС.
Условие ЭМС РЭС выполняется, если q < 0. Если q ≥ 0, необходимо изменять аргументы функций, входящих в выражение (1), для достижения беспомехового функционирования РЭС. В данной работе рассматривается именно территориальный разнос, поэтому необходимо найти такое значение d, при котором q < 0. Значения функций Pпрд(f) и Рпрм(f) являются постоянными, а Gпрд(f, αпрм, βпрм) и Gпрм(f, αпрд, βпрд) практически не изменяются в зависимости от d для конкретного азимутального направления. Тогда, приняв q = 0, с учетом выражения (1) определим требуемые основные потери энергии при распространении радиоволн Lтреб (дБ):
Требуемые основные потери энергии при распространении радиоволн определяются заданным участком местности и могут быть спрогнозированы для заданного значения р (%) с помощью рекомендаций Международного союза электросвязи (МСЭ), в частности, МСЭ-R P.452-16 «Процедура прогнозирования для оценки помех между станциями, находящимися на поверхности Земли, на частотах выше приблизительно 0,1 ГГц». Рекомендации применимы для частот в диапазоне 0,1.. .50 ГГц во всех зонах мира для трасс всех типов, являются достаточно универсальными и учитывают следующие механизмы распространения радиопомех: прямая видимость, дифракция, тропосферное рассеяние, поверхностные волноводы, отражение и рефракция от приподнятого слоя, рассеяние в атмосферных осадках [4].
Таким образом, необходимо определить d, при котором L(f, d, αпрм, р) = LTреб, т. е. выразить величину d через выражение для L( f, d, αпрм, р), определенное в рекомендациях и обозначенное Lb. Однако уравнение, связывающее d и L(f d, αпрм, р), является трансцендентным, и его невозможно решить алгебраическими способами. Для его решения используем графический метод приближенного (на практике обычно не требуется большая точность) решения [6]. В рассмотрении аргументы f, αпрм и р не участвуют, поэтому для упрощения записи опустим их. Для определения графически приближенного значения действительных корней рассматриваемого уравнения построим график функции L(d) и найдем абсциссы d1, d2, ..., dj точек пересечения этого графика с осью 0d, где j - корни решаемого уравнения. Значение основных потерь передачи для реальной трассы не подчиняется строгой зависимости, когда с увеличением расстояния d потери L(d) увеличиваются, и соответственно j = 1. В итоге искомой величиной d, при которой обеспечивается ЭМС РЭС, будет являться наибольшее из найденных значений dj.
В качестве исследуемого участка местности выбрана область, с помощью топографической базы данных (согласно картографическим данным Google 2017 г.) определены высоты местности (над средним уровнем моря) вдоль трассы от рецептора до источника по дуге большого круга в радиусе 300 км, располагаемого по всем азимутальным направлениям с угловым шагом 1°.
На рис. 1 представлен график зависимости L(d), построенный для одного из участков местности. В качестве примера использовано значение р = 0,001 % времени. Абсциссами точек пересечения графика с осью являются d1 = 210 км, d2 = 211 км, d3 = 243,5 км, d4 = 250 км, d5 = 256,5 км, d6 = 267 км (см. рис. 1). Искомое расстояние, т. е. расстояние, на котором заведомо не будет влияния радиопомех, для данного αпрм составляет d = d6 = 267 км. Величина р = 0,001 % показывает процент времени по отношению к полному интервалу наблюдений (усредненный год), в течение которого значение основных потерь энергии при распространении радиоволн L(d) не превосходит величину 154 дБ, указанную по оси ординат.
Рис. 1. Зависимость величины основных потерь энергии при распространении радиоволн от источника от расстояния d
Подобные вычисления необходимо повторить для всех азимутальных направлений αпрд. На рис. 2 в полярной системе координат представлена найденная зависимость для заданного участка местности. Начало координат совмещено с точкой размещения рецептора. Радиальная координата соответствует d, расстоянию от рецептора до источника. Угловая координата, отсчитываемая по часовой стрелке, соответствует значению азимута αпрд .
Рис. 2. Зависимость расстояния d от рецептора до источника от азимутального направления апрд на заданном участке местности
Красным цветом на рис. 2 обозначена зона территориального разноса вокруг рецептора (действующее РЭС), за пределами которой источник (вновь вводимое РЭС) не создает мешающих радиоизлучений, превышающих допустимый уровень. Значит, достигается условие выполнения ЭМС РЭС q < 0. Расположение источника по азимутальным направлениям αпрд составляет примерно 105°...240° и должно быть на максимальном расстоянии от рецептора, что соответствует области главного лепестка диаграммы направленности антенны (ДНА) рецептора; по азимутальным направлениям 270°...360° и 0°...90° - на минимальном расстоянии, что соответствует области задних лепестков ДНА рецептора. Таким образом, зона территориального разноса определяется, в первую очередь, ДНА рецептора, что соответствует формуле (2). Функция Gпрм f, αпрд, βпрд) определяется с помощью ДНА.
Для определения зависимости d(αпрд) для любого другого i-го источника необходимо выражение (2) переписать следующим образом:
Для большей наглядности выделим в выражении (3) величины, являющиеся эквивалентной изотропно излучаемой мощностью (ЭИИМ). Тогда
где EIRPi (f, αппм, βпрм) - ЭИИМ i-го источника (дБВт);
EIRP (f, αпрм, βпрм ) = Рпрд (f ) + Gпрд (f αпрм, βпрм) - ЭИИМ источника, для которого была определена зависимость d(αпрд ) (дБВт).
На рис. 3 приведена зависимость d(αпрд ) для различных источников с разной ЭИИМ. С увеличением (уменьшением) ЭИИМ источника зона территориального разноса увеличивается (уменьшается), но не пропорционально. Это связано с тем, что зависимость Lтреб(d) имеет несколько «локальных» максимумов на промежутке dj (см. рис. 1).
На рис. 4 представлена зависимость d(αпрд) для р, равного 50 %, 1 % и 0,001 %. С уменьшением процента времени уменьшается величина, которую не превосходят основные потери энергии при распространении радиоволн, и, как следствие, увеличивается необходимое расстояние d(αпрд). Причем на некоторых азимутальных направлениях (от 150° до 190°) необходимое расстояние увеличивается с 150 до 300 км. Для гарантированного обеспечения выполнения условий ЭМС РЭС рекомендуется брать минимальное значениер (%).
Второй подход к решению задачи определения условий выполнения ЭМС рецептора с источником применяется, если число источников более двух. При использовании этого подхода определяется максимально допустимой ЭИИМ источника (вновь вводимого РЭС) в зависимости от расстояния до рецептора (действующего РЭС) для определенного азимутального направления на заданном участке местности, при которой еще не создается мешающих радиоизлучений рецептору. Необходимо определить зависимость EIRP(d) при постоянных значениях αпрд и hпрд. Для этого, приняв q = 0, перепишем выражение (1) в виде:
где EIRP (f, αпрм, βпрм ) = Рпрд (f) - Gпрд (f, αпрм, βпрм).
На рис. 5 в полярной системе координат представлены найденные зависимости EIRP(d) для заданного участка местности. Значения ЭИИМ отражены цветом: для минимальных значений назначен синий цвет, для максимальных - красный. Также на рисунках пунктирной линией выделена зона, приведенная на рис. 3 для EIRP2 = 10 дБВт.
Рис. 5. Зависимости EIRP(d) для заданного участка местности
Заметим, что кроме ДНА рецептора проявляются особенности заданного рельефа местности (см. рис. 5). Расположение источников по азимутальным направлениям αпрд от 285° до 360° наиболее целесообразно для выполнения условий ЭМС. Это связано с тем, что рельеф данной области холмистый с перепадами высот и что преобладают такие механизмы распространения радиопомех, как дифракция. Внутри определенной ранее зоны помехового воздействия есть малые области, где выполнение условий ЭМС возможно, что свидетельствует о неоднородности среды распространения радиоволн за счет влияния рельефа местности.
Предложенная комплексная методика для выявления несовместимых РЭС в группировке нашла практическое применение и показала свою эффективность. С использованием полученных результатов представляется возможным определить:
- требуемые параметры частотно-территориального разноса;
- исходные данные для внесения в план обеспечения ЭМС РЭС систем государственного и военного управления федерального уровня (центральный план), в планы обеспечения ЭМС РЭС, используемых федеральными органами исполнительной власти в границах военных округов (региональные планы), а также в годовой план введения временных запретов (ограничений) на использование радиоэлектронных средств при проведении особо важных работ и мероприятий;
- необходимость доработки РЭС в целях повышения характеристики частотной избирательности и степени помехоустойчивости.
При наличии динамических данных о реальной электромагнитной обстановке в районе использования РЭС представляется возможным в реальном времени получать данные о РЭС, оказывающих недопустимые помеховые воздействия.
Материалы представленной работы будут использованы при дальнейших перспективных направлениях исследований:
- разработке 3D-моделей для определения условий ЭМС РЭС с учетом влияния аэродинамических и космических источников радиопомех;
- оценке степени снижения боевых возможностей РЭС при различных типах радиоэлектронного противодействия;
- разработке эффективных моделей радиоподавления РЭС противника.
Список литературы
1. ГОСТ 23611–79 Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1979. 16 с.
2. Боев С. Ф., Пилков А. В., Купцов Н. М., Радомский А. Н. Метод оценки влияния индустриальных радиопомех от воздушных линий электропередач и высоковольтного оборудования на высокочувствительные радиолокационные станции // Труды МАИ. 2016. № 85. С. 1–17.
3. Уайт Д. Р. Ж., сост. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып. 1. Общие вопросы ЭМС. Межсистемные помехи / сокр. пер. с англ. под ред. А. И. Сапгира; послесловие и комментарии А. Д. Князева. М.: Советское радио, 1977. 352 с.
4. Recommendation ITU-R P.452-16 (07/2015). Prediction procedure for the evaluation of interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about 0.1 GHz. P. 59.
5. Recommendation ITU-R SM.337-6 (10/2008). Frequency and distance separations. P. 12.
6. Завало С. Т. Элементарная алгебра. М.: Просвещение, 1964. 304 с.
Об авторах
А. В. ПилковРоссия
Пилков Александр Валерьевич – кандидат технических наук, начальник комплексного отдела электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и обеспечения стойкости к спецвоздействиям. Область научных интересов: радиолокация, теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и систем, радиоэлектронная борьба.
г. Москва
А. Н. Радомский
Россия
Радомский Андрей Николаевич – начальник отдела моделирования электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и прогнозирования электромагнитной обстановки. Область научных интересов: радиолокация, теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и систем, распространение радиоволн.
г. Москва
Рецензия
Для цитирования:
Пилков А.В., Радомский А.Н. Комплексная методика выявления несовместимых радиоэлектронных средств в группировке. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017;(4):25-31. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2017-4-25-31
For citation:
Pilkov A.V., Radomskiy A.N. Comprehensive methodology for identifying incompatible radioelectronic facilities in a grouping. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2017;(4):25-31. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2017-4-25-31