Preview

Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей»

Расширенный поиск

Комплексная методика выявления несовместимых радиоэлектронных средств в группировке

Полный текст:

Аннотация

Представлена комплексная методика выявления несовместимых радиоэлектронных средств в группировке, которая учитывает влияние радиопомех различного типа, действующих с разных пространственных направлений, и особенности распространения радиоволн в районе использования радиоэлектронных средств. При учете полученных результатов представляется возможным определять план обеспечения электромагнитной совместимости при проектировании радиоэлектронных средств, а также в реальном времени получать данные о радиоэлектронных средствах, оказывающих недопустимые помеховые воздействия при наличии исходных данных о реальной электромагнитной обстановке в районе использования радиоэлектронных средств.

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.

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. (In Russ.)

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]:

  1. 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;
  2. 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;
  3. 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;
  • Gпрмпрд, 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;
  • Gпрдпрм, 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. Пилков
Акционерное общество «Радиотехнический институт имени академика А. Л. Минца»
Россия

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
Акционерное общество «Радиотехнический институт имени академика А. Л. Минца»
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



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.

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. (In Russ.)

Просмотров: 48


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2542-0542 (Print)