Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов оценки электромагнитной совместимости наземных комплексов космической инфраструктуры. постановка научной задачи 25
1.1. Наземный комплекс космической инфраструктуры как объект исследования на ЭМС 25
1.2. Методы оценки ЭМС РЭС наземных комплексов космической инфраструктуры 27
1.3. Постановка научной задачи 29
1.4. Требования к решению поставленной научной задачи и методическая схема решения 29
1.4.1.Принципы построения математической модели электромагнитного взаимодействия объектов НККИ 31
1.4.2. Методические принципы решения научной задачи 32
1.4.3. Исходные данные параметров РЭС НККИ 34
Выводы по разделу 1 37
2. Разработка комплекса методик анализа, оценки и обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры 38
2.1. Основные критерии оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры 38
2.2. Методика определения коэффициента ослабления с учетом ближней зоны по сравнению с распространением в свободном пространстве 43
2.3. Методика учета ослабления помехи за счет диаграммы направленности антенны 46
2.4. Справочные диаграммы направленности антенн земных станций 49
2.5. Методика расчета поправки на различие поляризационных характеристик приемной и передающей антенн 50
2.6. Особенности объектов наземной космической инфраструктуры 51
2.7 Анализ методов расчета коэффициента передачи напряженности электрического поля 51
2.8. Методика определения коэффициента передачи непреднамеренных помех на наземном комплексе космической инфраструктуры 62
Выводы по разделу 2 74
3. Анализ и оценка электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств типового командно-измерительного пункта 77
3.1 Анализ и оценка электромагнитной совместимости по принятым исходным данным 77
3.2. Анализ и оценка электромагнитной совместимости после корректировки диаграмм направленности антенн 83
3.3. Анализ и оценка электромагнитной совместимости после корректировки диаграмм направленности антенн и приведения нежелательных спектров в соответствие с действующими нормативными документами 89
3.4. Анализ и оценка электромагнитной совместимости после реализации рекомендованных мер 92
Выводы по разделу 3 93
Заключение 95
- Требования к решению поставленной научной задачи и методическая схема решения
- Методика определения коэффициента ослабления с учетом ближней зоны по сравнению с распространением в свободном пространстве
- Анализ методов расчета коэффициента передачи напряженности электрического поля
- Анализ и оценка электромагнитной совместимости после корректировки диаграмм направленности антенн
Введение к работе
Задача анализа и обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры в работе рассматривается в связи с развитием национальных космических программ Республики Казахстан.
Актуальность работы 18 июня 2006 года с космодрома Байконур был успешно запущен в космос космический аппарат KazSat-І. С его запуска Казахстан приступил к реализации собственных космических программ. В зону покрытия создаваемого в настоящее время второго казахстанского спутника связи KazSat-2 наряду с Казахстаном войдут территории стран Центральной Азии, Закавказья и частично - Ближнего Востока. Что касается запуска третьего казахстанского спутника связи KazSat-З, то он может быть осуществлен в июне-августе 2013 года. Прорабатываются вопросы создания замещающих аппаратов. Успешно реализуется создание ракетно-космического комплекса «Байтерек» на космодроме «Байконур».
В связи с выше сказанным, неизбежно получит развитие наземная космическая инфраструктура для управления космическими аппаратами, предельно насыщенная РЭС и другой электронной и электрической аппаратурой.
В настоящее время создан наземный комплекс управления космическими аппаратами в Акколе вблизи столицы Казахстана Астаны, планируется создать наземный комплекс управления космическими аппаратами в районе Алматы, что вызовет необходимость решения проблем ЭМС с региональными РЭС и приграничными государствами. В дальнейшем проблему ЭМС необходимо решать для средств управления спутниками связи совместно с комплексами ДЗЗ и другими комплексами региона. Для создания объектов наземной космической инфраструктуры, начиная с этапов технических предложений и проектирования, в части электромагнитной совместимости необходимо решать параллельно две задачи:
обеспечить ЭМС РЭС собственно объектов;
«вписать» объекты в существующую и прогнозируемую радиоэлектронную обстановку ( связь, телевидение, авиация, РЭС вооруженных сил и пограничных войск и т.д.), поддерживать их работоспособность и не создавать при этом помех окружающим РЭС.
Решение вопросов ЭМС РЭС наземного объекта космической инфраструктуры усложняется тем, что отсутствуют официальные рекомендации по расчету ЭМС РЭС объекта, не разработаны процедуры учета излучений РЭС объекта и, соответственно, отсутствует контроль за этими излучениями.
Следовательно, актуальность разработки комплекса методик анализа, оценки и обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры очевидна, поскольку определяется потребностями развития космических программ в мире и конкретно в Республике Казахстан.
Проблемы ЭМС РЭС НККИ начались с первого успешного пуска управляемой ракеты Р-1 с полигона Капустин Яр в 1948 году. Новая ракетная техника вторгалась в сложившееся в государстве распределение частот. Решением проблемы непосредственно занимались видные ученые - практики по системам управления ракет М.С. Рязанский, М.И. Борисенко и Е.Я. Богуславский.
С аналогичными проблемами столкнулись США, Великобритания, Франция и другие развитые страны. Радиоуправление КТ все более упиралось в проблемы ЭМС, которые надо было решать в первую очередь на научной основе. Попытки решения проблем путем коренной модернизации РЭС с перераспределением выделяемых полос частот, как в отечественной практике, так и за рубежом не дали положительных результатов из-за недопустимо больших материальных затрат, отсутствия достоверных сведений о причинах возникновения помех и физике их воздействия на радиоканалы.
Обеспечение ЭМС требовалось на всех этапах жизненного цикла КТ и НККИ, как то:
задание требований к ЭМС,
разработка программ работ по обеспечению ЭМС,
рациональная комплектация объектов с учетом внутренней и внешней электромагнитной обстановки,
защита частотных присвоений радиоэлектронных средств,
контроль эффективности мер по обеспечению ЭМС посредством комплексной оценки и испытаний.
Однако общее состояние научной проблемы характеризовалось отсутствием практически приемлемых инженерных методов оценки, обеспечения и контроля ЭМС.
В 80-х годах прошлого века на основе классических научных трудов В.А.Котельникова, В.И.Сифорова, А.А.Харкевича, К.Шеннона, Н.Винера, Д.Неймана, Р.Эшби, Б.РЛевина, А.Ф.Апоровича, Е.С. Вентцель, А.П. Ма-новцева, Г.И. Тузова формируются теоретические основы ЭМС как самостоятельного направления в науке.
В космической отрасли появились прикладные работы научных коллективов, возглавляемых И.В. Мещеряковым, Л.Т. Тучковым, Н.Б.Резвецовым, П.А.Агаджановым, В.С.Чаплинским, Е.Е.Ионкиным, Ю.В.Масловым, Ю.В.Иванченко и др. Это позволило разработать достаточно точные методы компьютерного анализа внутрисистемной ЭМС РКТ [1-18, 40-53].
Однако, состояние проблемы ЭМС РЭС и оборудования НККИ характеризуется острым дефицитом практически применимых комплексных, многофакторных инженерных методов расчёта, оценки, обеспечения и мониторинга электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры на всех этапах жизненного цикла.
Работы по обеспечению ЭМС РЭС НККИ проводятся на основе экспе-
риментальных данных и натурных испытаний в основном по дуэльной схеме (эмиттер - рецептор), что при наличии большого количества РЭС как на объекте, так и за его пределами, ведет к значительным затратам времени и средств.
Так, например, в связи с отказом КА «KazSat-1» возникли дополнительные издержки, поскольку пришлось в срочном порядке переориентировать на другие спутники более 1200 обслуживаемых станций. Стоимость поворота всех спутниковых антенн оценили в сумму около 60 млн. тенге, и заняла названная работа более двух месяцев. При натурных испытаниях поворотов антенн, перемещений РЭС и оборудования происходит не меньше.
Учитывая изложенные положения, характеризующие состояние научных проработок и практики оценки, обеспечения и мониторинга ЭМС РЭС НККИ, сформулированная тема диссертации представляется актуальной.
Объект исследования: Радиоэлектронные средства наземных комплексов космической инфраструктуры.
Предмет исследования: Методы обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры.
Цель диссертации: Обеспечение заданных показателей электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры.
Для достижения поставленной цели в диссертации решена научная задача: Разработка комплекса методик инженерного расчёта и анализа электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры.
Разрабатываемая методика должна быть применимой для проведения расчетов ЭМС РЭС в широком диапазоне частот излучений и обеспечивать анализ ЭМС с учетом специфики размещения и функционирования РЭС НККИ. Решение поставленной научной задачи наиболее логично осуществлять с позиций общей теории систем, поскольку границы большой системы задаются в зависимости от решаемых задач. Для каждой из задач число и расположение РЭС НККИ и РЭС региона различно, что выдвигает требования к адаптируемости методики и простоте проведения инженерного расчёта и анализа.
В основу решения поставленной научной задачи положен применяемый на всех этапах жизненного цикла объектов КТ итерационный метод, включающий компьютерный анализ математических моделей электромагнитных явлений и процессов в исследуемых объектах и синтез электромагнитно-совместимой совокупности ТС объектов на базе экспертных систем.
Научные результаты, вынесенные на защиту:
1. Комплекс методик анализа, оценки и обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры, включающий:
принципы построения математической модели ЭМС РЭС НККИ;
критерии оценки ЭМС РЭС НККИ;
методику оценки ЭМС РЭС НККИ в широком диапазоне частот;
методику определения коэффициента ослабления с учетом ближней зоны по сравнению с распространением в свободном пространстве;
методику учета ослабления помехи за счет диаграммы направленности антенны;
методику определения коэффициента передачи непреднамеренных помех на НККИ с учетом влияния Земли.
2. Результаты анализа и оценки электромагнитной совместимости РЭС типового НККИ.
Научная новизна полученных результатов. Полученные результаты отличаются следующим:
использованием при расчетах напряженности электромагнитного поля вместо мощности или плотности потока мощности, что позволяет применять результаты непосредственно для сравнения с нормами эмиссии и восприимчивости, а в перспективе - для формирования таких норм;
одновременным расчётом характеристик ЭМС в широком диапазоне частот и для заданного числа РЭС;
учетом больших расстояний между РЭС;
учетом влияния Земли на распространение радиоволн;
учетом больших размеров антенн и возможного изменения их ориентации;
учетом ближней зоны распространения радиоволн;
учетом возможного изменения уровня полезного сигнала на входе приемника;
доведение аналитических зависимостей до программно-реализуемых моделей, что позволяет оперативно корректировать результаты с учетом уточнения исходных и получения экспериментальных данных.
Научная значимость диссертации заключается в развитии методов анализа, оценки и обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств применительно к наземным комплексам космической инфраструктуры.
Обоснованность полученных результатов обеспечивается: - полнотой учета существенных факторов, оказывающих влияние на корректность и адекватность разработанных методических положений и практических рекомендаций;
обоснованным выбором основных допущений и ограничений, принятых в качестве исходных данных при решении научной задачи;
использованием современного апробированного математического аппарата, корректным обоснованием критериев и показателей ЭМС, а также применяемых и разработанных математических моделей.
Достоверность научных результатов подтверждается экспериментальными данными, полученными при натурном применении разработанного комплекса методик.
Практическая значимость выполненной работы заключается в созда-
нии инструмента анализа, оценки, обеспечения и перманентного мониторинга электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств наземных комплексов космической инфраструктуры, позволяющего значительно снижать объемы и сроки работ при создании новых командно-измерительных пунктов, их модернизации и эксплуатации, что существенно снизит стоимость работ и обеспечит их качество.
В дальнейшем полученные научные результаты могут быть непосредственно использованы в организациях промышленности, разрабатывающих перспективные РЭС и оборудование НККИ, в научно-исследовательских учреждениях, в организациях, заказывающих и эксплуатирующих соответствующую технику.
Диссертационная работа является обобщением и развитием исследований, проведенных автором в НИИ космических систем имени А.А. Максимова - филиале ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, а также при выполнении совместных работ НИИ космических систем с заинтересованными организациями промышленности в период с 2002 по 2009 годы, и реализованных:
- в программных документах России и Республики Казахстан;
- в технических заданиях на создание космического комплекса
«KazSat» и его подсистем;
в методиках оценки, обеспечения и контроля ЭМС, используемых предприятием АО «Республиканский центр космической связи и электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств» Республики Казахстан;
в методиках оценки эффективности функционирования КА связи и ДЗЗ;
в программно-методическом обеспечении испытаний наземного комплекса управления (НКУ) и CMC КА серии «KazSat».
Результаты диссертации используются в НИОКР ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, РНИИ космического приборостроения; АО «Республиканский центр космической связи и электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств» при создании и применении перспективных радиотехнических КСр Республики Казахстан.
Реализация подтверждена соответствующими актами.
Основные результаты исследований опубликованы в 12 научных трудах, из них 3 статьи в научных журналах, в том числе в журнале «Авиакосмическое приборостроение», издании, рекомендованном ВАК для публикации работ соискателей научных степеней; 7 статей в трудах научно-технических конференций (в т.ч.5 -международных), 2 отчета по ОКР; докладывались на семи конференциях и семинаре.
Требования к решению поставленной научной задачи и методическая схема решения
Практика испытаний и эксплуатации ракетно-космической техники показывает, что отсутствие ЭМС в любой из составных частей РКК, в том числе и объектов наземной космической инфраструктуры, зачастую приводит к отрицательным результатам.
Применительно к объектам наземной космической инфраструктуры нужно в первую очередь предусмотреть оценку ЭМС радиоэлектронных средств, т.е. технических средств, работающих на антенны и включающих радиоприемные и (или) радиопередающие устройства. В перспективе следует предусмотреть оценку ЭМС оборудования, т.е. технических средств, не работающих на антенны и включающих средства вычислительной техники и информатики, контроля, управления и сигнализации, автоматики и телемеханики, электрооборудование и т.п.
При этом необходимо учесть следующие особенности объектов наземной космической инфраструктуры по сравнению с изделиями КТ: большие расстояния (от десятков м до нескольких десятков км) между рецепторами и эмиттерами; большие (по сравнению с длиной волны) размеры антенн; возможное изменение взаимной ориентации антенн; изменение (как правило) уровня полезного сигнала; отсутствие необходимости учета влияния корпуса изделия; необходимость учета влияния Земли и местных предметов. Совокупность РЭС и других систем, работающих на территории наземного комплекса космической инфраструктуры, является большой радиосистемой (БРС), так как она удовлетворяет следующим требованиям: - БРС обладает цельностью, поскольку все её РЭС должны работать с максимально возможной эффективностью при воздействии на них непреднамеренных помех, а сами РЭС не должны создавать недопустимых помех друг другу и РЭС других комплексов региона; - БРС обладает большим числом элементов, которые взаимодействуют друг с другом и окружающей средой; - изменение технических характеристик, режимов работы и пространственного расположения элементов БРС приводит, как правило, к изменению сложившейся ЭМО и показателей качества функционирования элементов (РЭС); - нежелательные электромагнитные связи между элементами БРС, проявляющиеся в виде недопустимых непреднамеренных помех, имеют стохастическую природу. Обеспечение ЭМС должно осуществляться на всех этапах жизненного цикла НККИ и включать: задание требований к ЭМС; разработку программы работ по обеспечению ЭМС; рациональную комплектацию и размещение объектов с учетом внутренней и внешней электромагнитной обстановки (ЭМО); защиту частотных присвоений радиоэлектронных средств (РЭС); контроль эффективности мер по обеспечению ЭМС посредством комплексной оценки и испытаний; оценку воздействия на ЭМС РЭС НККИ запрашиваемых отступлений от заданных требований; оценку компромиссных решений по обеспечению ЭМС на основе сравнительного анализа влияния различных принимаемых мер. 1.2 Методы оценки ЭМС РЭС наземных комплексов космической инфраструктуры В ходе работы были исследованы методы комплексной оценки ЭМС локальных группировок (ЛГ) РЭС в том числе [37, 38, 46, 47,50-54, 56-60]: - метод комплексной оценки ЭМС РЭС ЛГ; - вероятностный метод оценки ЭМС двух РЭС; - метод упрощенной оценки ЭМС двух РЭС; - метод оценки ЭМС при групповом воздействии радиопомех на одно РЭС; - метод натурных испытаний РЭС ЛГ на ЭМС; - метод испытаний РЭС на воздействие внешней электромагнитной обстановки; - метод оценки ЭМС при интермодуляционном воздействии радиопомех на радиоприемники РЭС ЛГ; - методика расчета потерь электромагнитной энергии при распространении радиоволн; - методика построения профилей трасс и определения их параметров; - методика построения характеристики восприимчивости радиоприемника и спектральной характеристики передатчика, а также метод прогнозирования параметров ЭМО и метод оценки ЭМС с учетом резервов. Для комплексной оценки ЭМС РЭС ЛГ разработан графоаналитический метод, заключающийся в наложении графиков спектральной характеристики радиопередатчиков на графики восприимчивости радиоприемников со сдвигом по оси ординат, учитывающий изменение параметров помех при распространении радиоволн от источников радиопомех до радиоприемников. Заслуживает внимания работа [45]. в которой достаточно корректно решаются вопросы электромагнитной совместимости региональных наземных и космических группировок космических радиоэлектронных средств, а также других РЭС, функционирующих в общих рабочих зонах. Однако, применимость разработанных методов ограничивается только моделью функционирования космических систем (комплексов) радиоэлектронных средств в условиях отсутствия внешних помех или воздействия помех в виде стационарного нормального шума. Реальная помеховая обстановка для НККИ значительно сложнее и многообразнее. Кроме того, исследованные методы имеют следующие недостатки: - они непригодны для оценки ЭМС технических средств, не являющихся радиоэлектронными, т.е. взаимодействующими помимо антенн; - потери при распространении радиосигналов рассчитываются на частотах не ниже 10 МГц; - не учитываются помехи в виде электрического и магнитного полей; - задачи определения требований к характеристикам ЭМС, оценки возможности отступления от заданных требований, оценки влияния изменения характеристик входящих в объект средств на электромагнитную совместимость не рассматриваются. Таким образом, существующая технология обеспечения ЭМС РЭС НККИ имеет следующие существенные недостатки: 1. Отсутствие количественных обоснований при задании требований по ЭМС. 2. Ограничение оценкой ЭМС РЭС ЛГ, практическое отсутствие методов оценки ЭМС других технических средств. 3. Неполнота (по диапазону частот, путям распространения помех, охватываемым эмиттерам и рецепторам), ручной и, как правило, эмпирический характер методов расчета помех помимо антенн. 4. Большой объем расчетов графоаналитическим методом. 5. Жесткая привязка требований по ЭМС к стандартам с обобщенными нормами, относящимися к широким классам РЭС. 6. Отсутствие методов надежного обоснования принимаемых мер по обеспечению ЭМС и компромиссных решений. 7. Трудность использования методов анализа ЭМС и интерпретации их результатов конструкторами, системными проектировщиками и заказчиками, что усложняет взаимодействие с ними специалистов по ЭМС.
Методика определения коэффициента ослабления с учетом ближней зоны по сравнению с распространением в свободном пространстве
Для проверки работоспособности разработанного комплекса методик и демонстрации его возможностей был смоделирован типовой командно-измерительный пункт (КИП).
Ситуационная схема типового КИП приведена в Приложении 1. В состав РЭС включены земная станция системы сбора телеметрической информации, земная станция спутниковой системы траекторных измерений, земная станция КИС системы радиоконтроля траектории, типовые радиопередатчик и радиоприемник земной станции космической связи, приемный телевизионный комплекс и радиостанция обеспечения технологической связью. Кроме того, включены входящие в окружающую группировку радиоэлектронные средства и типовой наземной станции обнаружения и определения высоты воздушных объектов.
Эти станции размещены в соответствии с ситуационной схемой КИП. Для определения суммарной напряженности электрического поля на некоторой трассе введено фиктивное техническое средство. 4 позиции этого технического средства размещены на трассе, соединяющей ПДРЦ и жилой городок. Исходные данные для расчетов собраны по материалам тактико-технических данных, прилагаемых к заявкам на выделение полос радиочастот, Регламента радиосвязи и других нормативных документов, регламентирующих побочные излучения передатчиков и побочные каналы приема, а в некоторых случаях - в рабочем порядке в НРШ КС, РНИИ КП и на космодроме «Байконур». Эти данные приведены в Приложении 1 к диссертации. Результаты расчета внутрисистемной электромагнитной совместимости объекта наземной космической инфраструктуры (типового командно-измерительного пункта, выбранного в качестве примера) по принятым исходным данным приведены в Таблице 3.1 и показаны в Приложении 2 на Рис. П2.1-П2.25. Анализ результатов математического моделирования ЭМС РЭС типового КИП, полученных по исходным данным Приложения 1 (без каких-либо дополнительных мер обеспечения ЭМС), показывает следующее. 1. Приемник земной станции КИС системы радиоконтроля траектории будет подавлен суммарным сигналом помех. а. В рабочем диапазоне частот приемника (3410 МГц) коэффициент подавления суммарным сигналом помех составляет 76.1 дБ (Рис.П2.1). Основной вклад в суммарный помеховый сигнал на входе данного приемника вносит вторая гармоника передатчика наземной РЛС обнаружения воздушных объектов (Рис.П2.2), создающая напряженность поля 82 дБмкВ/м. На рабочей частоте этого передатчика (1.74 ГГц) уровень помехи составляет 116 дБмкВ/м, однако эта частота ниже критической частоты волновода (2.46 ГГц) антенно-фидерного устройства приемника земной станции КИС системы радиоконтроля траектории. b. Вне рабочего диапазона частот приемника на частоте 2723 МГц коэффициент подавления суммарным сигналом помех составляет 1 дБ . (Рис.П2.1). На этой частоте помехи создаются основным излучением передатчика земной станции спутниковой системы траекторных измерений (Рис.Ш.З). c. Передатчик радиостанции обеспечения технологической связью, рабочая частота которого -432 МГц, совместим с приемником земной станции КИС системы радиоконтроля траектории, т.к. критическая частота волновода (2.46 ГГц) антенно-фидерного устройства этого приемника значительно выше. 2. Приемник земной станции спутниковой системы траекторных измерений практически совместим с суммарным помеховым сигналом, создаваемым всеми остальными РЭС типового КИП (Рис.П2.4). Приемник земной станции системы сбора телеметрической информации будет подавлен суммарным сигналом помех (Рис.П2.5). a. Наиболее опасны помехи от наземной РЛС обнаружения воздушных объектов (Рис.Ш.6). Коэффициент подавления помехой приемника земной станции системы сбора телеметрической информации на рабочей частоте этой РЛС составляет 62.3 дБ (сигнал помехи на входе приемника земной станции системы сбора телеметрической информации составляет 125.3 дБмкВ/м). Помехи будут создаваться также по побочным каналам приема на второй, третьей и четвертой гармониках передатчика этой РЛС (коэффициенты подавления 38.1 дБ, 31.7 дБ и 24.3 дБ соответственно), а также на рабочей частоте приемника земной станции системы сбора телеметрической информации побочными излучениями РЛС (коэффициент подавления 22.7 дБ). b. Помехи приемнику земной станции системы сбора телеметрической информации будет также создавать передатчик земной станции спутниковой системы траекторных измерений (Рис.П2.7) на своей рабочей частоте и на частотах второй и третьей гармоник (коэффициенты подавления 35.6 дБ, 7 дБ и 9 дБ соответственно). c. Помехи приемнику земной станции системы сбора телеметрической информации будет также создавать передатчик земной станции космической связи (Рис.П2.8) на своей рабочей частоте по побочным каналам приема (коэффициент подавления 21.3 дБ) и своими побочными излучениями на рабочей частоте приемника земной станции системы сбора телеметрической информации (коэффициент подавления 18.7 дБ). d. Передатчик радиостанции обеспечения технологической связью не будет создавать недопустимых помех приемнику земной станции системы сбора телеметрической информации. Приемник телевизионного комплекса будет подавлен суммарным сигналом помех (Рис.П2.9). а. В рабочем диапазоне частот приемника (462 МГц) уровень побочных излучений передатчика земной станции космической связи (28.8 дБмкВ/м на входе приемника превышает на 3.8 дБ восприимчивость приемника телевизионного комплекса (Рис. П2.10). b. Помехи приемнику телевизионного комплекса по побочным каналам приема будут создаваться основным излучением передатчика наземной РЛС обнаружения воздушных объектов (частота 1739 МГц, уровень помехи на входе приемника 109.3 дБмкВ/м, коэффициент подавления 4.3дБ,Рис.П2.11). c. Передатчики земной станции спутниковой системы траекторных измерений, земной станции КИС системы радиоконтроля траектории и радиостанции обеспечения технологической связью совместимы с приемником телевизионного комплекса (Рис. П2.12, IT2.13 и П2.14). 5. Приемник наземной РЛС определения высоты воздушных объектов будет подавлен суммарным сигналом помех (Рис.П2.15).
Анализ методов расчета коэффициента передачи напряженности электрического поля
Анализ результатов, полученных после корректировки диаграмм направленности антенн земной станции системы сбора телеметрической информации , земной станции спутниковой системы траекторных измерений , наземной РЛС определения высоты воздушных объектов и наземной РЛС обнаружения воздушных объектов, показывает следующее.
Приемник земной системы радиоконтроля траектории будет подавлен суммарным сигналом помех. а. В рабочем диапазоне частот приемника (3410 МГц) коэффициент подавления суммарным сигналом помех составляет 49.1 дБ (Рис.П2.26). Суммарный помеховый сигнал на входе данного приемника составляет 60.1 дБмкВ/м и создается главным образом излучением передатчика наземной РЛС обнаружения воздушных объектов на второй гармонике (Рис.П2.27). 2. Приемник земной станции системы сбора телеметрической информации будет подавлен суммарным сигналом помех. a. В рабочем диапазоне частот приемника (637 МГц) коэффициент подавления суммарным сигналом помех составляет 10.9 дБ (Рис.П2.28). Суммарный помеховый сигнал на входе данного приемника в рабочем диапазоне частот составляет 13.9 дБмкВ/м и обусловлен побочными излучениями передатчика земной станции космической связи. На основной частоте этого передатчика коэффициент подавления приемника по побочным каналам (восприимчивость 63 дБ мкВ/м) составит 13.5 дБ за счет уровня создаваемых помех 76.5 дБмкВ/м (Рис.П2.29). b. Помехи приемнику земной станции системы сбора телеметрической информации по побочным каналам приема будут создаваться основными излучениями передатчиков - наземной РЛС обнаружения воздушных объектов (частота 1739 МГц, уровень помехи на входе приемника 98.3 дБмкВ/м, коэффициент подавления 35.3 дБ, Рис. П2.30); - земной станции спутниковой системы траекторных измерений (частота 2723 МГц, уровень помехи на входе приемника 72.5 дБмкВ/м, коэффициент подавления 9.5 дБ, Рис.ГО.31); - земной станции КИС системы радиоконтроля траектории (частота 5750 МГц, уровень помехи на входе приемника 98.2 дБмкВ/м, коэффициент подавления 35.2 дБ, Рис. П2.32), а также на 2-й гармонике излучения передатчика наземной РЛС обнаружения воздушных объектов (частота 3410 МГц, уровень помехи на входе приемника 74.1 дБмкВ/м, коэффициент подавления 11.1 дБ, Рис. П2.30);. с. Передатчик радиостанции обеспечения технологической связью совместим с приемником земной станции системы сбора телеметрической информации . 4. Приемник телевизионного комплекса будет подавлен суммарным сигналом помех (Рис.Ш.ЗЗ). а. В рабочем диапазоне частот приемника (462 МГц) уровень побочных излучений передатчика земной станции космической связи (28.9 дБмкВ/м на входе приемника в его рабочем диапазоне частот) превышает на 3.9 дБ восприимчивость (25 дБмкВ/м в рабочей полосе) приемника телевизионного комплекса (Рис. П2.34). b. Помехи приемнику телевизионного комплекса по побочным каналам приема (восприимчивость 105 дБмкВ/м) будут создаваться основным излучением передатчика наземной РЛС обнаружения воздушных объектов (частота 1739 МГц, уровень помехи на входе приемника 117.8 дБмкВ/м, коэффициент подавления 12.8 дБ, Рис. П2.35). c. Передатчики земной станции спутниковой системы траекторных измерений, земной станции КИС системы радиоконтроля траектории и радиостанции обеспечения технологической связью совместимы с приемником телевизионного комплекса. 5. Приемник наземной РЛС определения высоты воздушных объектов будет подавлен излучениями передатчика наземной РЛС обнаружения воздушных объектов (Рис. П2.36). а. В рабочем диапазоне частот приемника (5215 МГц) уровень третьей гармоники (64.5 дБмкВ/м на входе приемника) излучений передатчика наземной РЛС обнаружения воздушных объектов превышает на 13.5 дБ восприимчивость приемника наземной РЛС определения высоты воздушных объектов. Ь. Передатчики земной станции космической связи, земной станции спутниковой системы траекторных измерений , земной станции КИС системы радиоконтроля траектории, наземной РЛС обнаружения воздушных объектов и радиостанции обеспечения технологической связью совместимы с приемником наземной РЛС определения высоты воздушных объектов. 6. Приемник земной станции космической связи совместим с передатчиками РЭС типового командно-измерительного пункта. 7. Максимальный суммарный уровень электромагнитного поля на трассе «ПДРЦ - жилой городок» не превышает 22 дБмкВ/м и создается основным излучением передатчика радиостанции обеспечения технологической связью на частоте 432 МГц в точке с координатами (х=1500 м, у= Зм, z=-5700 м). Таким образом, произведенной корректировки диаграмм направленности антенн земной станции системы сбора телеметрической информации , земной станции спутниковой системы траекторных измерений , наземной РЛС определения высоты воздушных объектов и наземной РЛС обнаружения воздушных объектов оказалось недостаточно для обеспечения электромагнитной совместимости приемников земной станции КИС системы радиоконтроля траектории, земной станции системы сбора телеметрической информации , телевизионного комплекса и наземной РЛС определения высоты воздушных объектов с передатчиками РЭС типового командно-измерительного пункта.
Анализ и оценка электромагнитной совместимости после корректировки диаграмм направленности антенн
Рассмотрен наземный комплекс космической инфраструктуры как объект исследования на ЭМС и показано, что совокупность РЭС и других систем, работающих на территории наземного комплекса космической инфраструктуры, является большой радиосистемой (БРС). 2. С учетом подхода к НККИ как к большой радиосистеме проведен анализ существующих методов оценки ЭМС РЭС НККИ. 3. Анализ существующих методов оценки ЭМС РЭС НККИ показал, что в них не учтен ряд особенностей объектов наземной космической инфраструктуры по сравнению с изделиями РКТ. 4. Для учета особенностей объектов наземной космической инфраструктуры по сравнению с изделиями РКТ определен объем обеспечения ЭМС РЭС НККИ на всех этапах жизненного цикла. 5. Анализ объема обеспечения ЭМС РЭС НККИ на всех этапах жизненного цикла показал необходимость разработки комплекса методик анализа, оценки и обеспечения ЭМС РЭС НККИ, доведенных до программно-реализуемых соотношений. 6. Сделана постановка научной задачи и разработаны методические принципы её решения. Применительно к наземным комплексам космической инфраструктуры нужно предусмотреть оценку ЭМС радиоэлектронных средств, т.е. технических средств, работающих на антенны и включающих радиоприемные и (или) радиопередающие устройства. Во всех случаях при оценке ЭМС необходимо учитывать спектры эмиссии, спектры восприимчивости и коэффициенты передачи «эмиттер-рецептор». Суть разработанного комплекса методик заключается в следующем. В заданном диапазоне частот сравнивается уровень принимаемого сигнала ЕВХу, дБмкВ/м, от j-ro эмиттера на входе і-го рецептора на интересующей частоте с восприимчивостью рецептора Евоспр1, дБмкВ/м на этой частоте. Если разность этих величин, называемая коэффициентом подавления Мпу, с заданным запасом КЗШ1 (обычно Кзац = 6 дБ) меньше 0, т.е. то считается, что электромагнитная совместимость (ЭМС) данной пары «і-й рецептор —j-й эмиттер» на данной частоте обеспечена. Если это условие выполняется во всем заданном диапазоне частот, то считается, что ЭМС данной пары «і-й рецептор —j-й эмиттер» обеспечена во всем заданном диапазоне частот. Если выраженная в дБ разность уровня суммарного сигнала от всех рассматриваемых эмиттеров на входе і-го рецептора на интересующей частоте и восприимчивости рецептора EB0Cupi с заданным запасом меньше 0, то считается, что ЭМС і-го рецептора со всеми рассматриваемыми эмиттерами на данной частоте обеспечена. Если это условие, т.е. выполняется во всем заданном диапазоне частот, то считается, что ЭМС і-го рецептора со всеми рассматриваемыми эмиттерами обеспечена во всем заданном диапазоне частот. Если последнее условие выполняется для всех рецепторов объекта, то считается, что внутрисистемная ЭМС на объекте обеспечивается. Рассматриваются взаимные помехи между радиочастотными портами (передатчиками и приемниками), соединенными с антеннами. Для сравнения выбраны уровни напряженности поля, а не мощности, так как нормы эмиссии и восприимчивости задаются в виде зависимостей уровней напряженности поля от частоты. Обычно при оценке ЭМС радиоэлектронных средств для определения коэффициента подавления используется отношение (или разность в дБ) мощности помехи на входе рецептора Рпвх и допустимого уровня мощности помехи на входе рецептора РПВхдоп Покажем эквивалентность обычного подхода и принятого нами подхода на примере оценки ЭМС пары «рецептор — эмиттер». Пусть для простоты запас Кзап = 0 дБ, распространение радиоволн происходит в свободном пространстве (влияние земли и профиля трассы не учитывается) и коэффициенты усиления передающих и приемных антенн, потери за счет ослабления в боковых лепестках диаграмм направленности антенн, за счет поглощения в атмосфере, в фидерных трактах, за счет несовпадения поляризации и т.п. равны 0 дБ. Очевидно, что эти величины одинаковы как при расчетах мощности, так и при расчетах напряженности поля.
