Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Распространение радиоволн на трассах с пассивными ретрансляторами 15
1.1. Основные свойства пассивных ретрансляторов рассеивающего типа 15
1.2. Флуктуации сигнала на трассах с пассивными ретрансляторами 26
1.3. Особенности многолучевого дифракционного распространения УКВ 31
Выводы 39
ГЛАВА 2. Дифракторная ретранслящш радиоволн на пересеченных трассах 40
2.1. Влияние дифракционного поля прямого прохождения на эффективность пассивного ретранслятора... 40
2.2. Определение условий оптимальной ретрансляции пробным экраном. 49
2.3. Метод увеличения уровня поля и уменьшения замираний с помощью регулирующего экрана 53
2.4. Влияние условий рефракции на работу дифрактора. Дифрактор с повышенной устойчивостью связи 59
2.5. Дифракторы с круговыми кромками 70
Выводы 79
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование флуктуащй и метода улучшения характеристик сигнала на пересеченных трассах с пассивными ретрансляторами 81
3.1. Методика экспериментов и погрешность измерений.. 81
3.2. Увеличение эффективности пассивного ретранслятора типа препятствия с помощью регулирующего экрана . 85
3.3. Флуктуации сигнала на пересеченной трассе большой протяженности с пассивным ретранслятором... 90
3.4. Экспериментальное исследование возможности уменьшения замираний 106
Выводы III
ГЛАВА 4. Дифракгорная ретрансляция радиоволн 114
4.1. Условия эксперимента 114
4.2. Зависимость поля от параметров дифракторных систем и трассы 119
4.3. Статистические характеристики сигнала при последовательной ретрансляции . 124
4.4. Флуктуации сигнала на участках опытной дифрак-торной радиолинии и сравнение с последовательной дифракторной передачей 140
4.5. Сравнительное изучение замираний сигнала на дифракторной и естественной дифракционной трассе... 154
Выводы. 161
ГЛАВА 5. Многолучевостъ дифракционного поля укв на приземных трассах й её влияние на условия пассивной ретрансляции 163
5.1. Двухлучевая модель дифракционного распространения УКВ 163
5.2. Экспериментальное исследование неоднородного дифракционного поля 173
5.3. Замирания пространственно-неоднородного дифракционного сигнала 190
5.4. Влияние многолучевости дифракционного поля на пассивную ретрансляцию радиоволн дифракторными экранами. 197
Выводы 201
- Особенности многолучевого дифракционного распространения УКВ
- Метод увеличения уровня поля и уменьшения замираний с помощью регулирующего экрана
- Увеличение эффективности пассивного ретранслятора типа препятствия с помощью регулирующего экрана
- Статистические характеристики сигнала при последовательной ретрансляции
Введение к работе
Актуальность темы. Пассивные ретрансляторы типа препятствия или дифракторы в настоящее время всё более широко используются при построении многоканальных радиорелейных линий сантиметрового диапазона волн Ь,7,14,30,50,51,58,64,79J .Применение их позволяет эффективно решать такие задачи, как создание линий в пересеченной местности, увеличение длины пролётов между активными станциями, снижение высоты антенных опор и длины волноводных трактов.
На трассах с пассивными ретрансляторами распространение радиоволн происходит вблизи земной поверхности. Вследствие этого, как энергетические, так и флуктуационные характеристики сигнала и, тем самым, качественные показатели дифракторных радиолиний в значительной степени определяются физико-геометрическими особенностями трассы распространения и влиянием случайной неоднородности приземного слоя тропосферы. Поэтому актуальной проблемой является исследование механизмов распространения радиоволн, накладывающих ограничения на надёжность и качество работы радиолиний.
Состояние вопроса и цель работы. Идея пассивной ретрансляции радиоволн вызывала неизменный интерес на всех этапах развития радиосвязи, что связано в первую очередь с преимуществом, заключающимся в отсутствии у пассивных ретрансляторов активной аппаратуры.
Вопросы теории и практики пассивной ретрансляции радиоволн развивались в работах [2-7,22,23,42,55,50-53,64,74-78,80,81,84І Многие результаты обобщены в монографиях [ 4,7 . Однако до настоящего времени ряд важных аспектов пассивной ретрансляции, связанных с вопросами распространения и флуктуации сигнала, ос - 6 тавался слабоизученным.
Целью диссертационной работы является исследование флуктуации сигнала и механизмов распространения радиоволн при дифракторной ретрансляции, а также разработка методов улучшения характеристик сигнала на дифракторных радиолиниях.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые исследованы закономерности пассивной ретрансляции радиоволн с учетом влияния дифракционного поля прямого прохождения как на средний уровень, так и на флуктуации сигнала.
Полученные в работе экспериментальные данные о закономерностях флуктуации сигнала на дифракторных радиолиниях позволяют глубже понять физическую сущность явлений, приводящих к замираниям и являются обоснованием для уточнения методики расчета характеристик сигнала.
В работе разработан и исследован новый метод улучшения статистических характеристик сигнала путём регулирования дифракционного поля прямого прохождения и оптимизации диаграммы направленности дифрактора.
Установлена связь временных флуктуации сигнала с особенностями тонкой пространственной структуры дифракционного поля естественных дифракторов - экранирующих препятствий в виде гор или холмов и показана возможность использования экстремумов пространственного распределения поля для улучшения работы радиосистем в условиях статистически изменяющегося состояния тропосферы.
Практическое значение работы состоит в том, что в ней разработаны и обоснованы методы увеличения уровня сигнала и уменьшения замираний на трассах с дифракторной ретрансляцией радиоволн.
Метод увеличения уровня поля с помощью регулирования дифракционного поля естественного препятствия реализован на пролёте магистральной радиорелейной линии, что подтверждается соответствующим актом внедрения.
Методика расчета радиолиний с пассивными ретрансляторами с учетом влияния дифракционного поля и линий с последовательной дифракторной ретрансляцией передана в НИИ радио.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Учет дифракционного поля естественного препятствия и выбор величины излучающего зазора между дифракторным экраном и гребнем препятствия позволяют использовать гребень в качестве элемента пассивной системы и обеспечить наибольшее уаиле-ние сигнала. Регулирование дифракционного поля естественного препятствия с помощью экрана, устанавливаемого на гребне, и оптимизация диаграммы направленности полученной дифракторной системы позволяет уменьшить замирания и увеличить средний уровень сигнала.
2. Особенности распространения радиоволн при дифракторной ретрансляции на пересеченных трассах приводят к характеру замираний, отличному от флуктуации на естественной дифракционной трассе и на равнинных трассах с пассивной ретрансляцией. Установлено, что на трассах с дифракторами не наблюдается ретрансляции замираний.
3. Временные .флуктуации многолучевого дифракционного поля естественных препятствий - гребней гор и холмов - на сантиметровых волнах слабо зависят от длины трассы и угла дифракции и в значительной степени определяются особенностями дифракционных диаграмм рассеяния естественных препятствий. Мно-голучевость дифракционного поля существенно влияет на усиле - 8 ниє сигнала дифракторными экранами.
Диссертация состоит из пяти глав, заключения и приложения.
В первой главе приведен обзор литературных данных по пассивной ретрансляции радиоволн. На основе проведенного анализа состояния вопроса формулируются задачи исследования.
Рассматривается физическая картина распространения радиоволн при пассивной ретрансляции сигнала. Отмечается, что расчет пассивных ретрансляторов типа препятствия обычно проводится без учета особенностей трассы распространения и влияния дифракционного поля прямого прохождения на энергетические характеристики сигнала. Сделан вывод о необходимости такого учета и определении условии оптимальной ретрансляции на пересеченных трассах.
Анализируются работы, касающиеся ретрансляции радиоволн последовательно расположенными переизлучателями. Показано, что до настоящего времени не установлена возможность последовательной ретрансляции в реальных условиях протяженной трассы и статистически изменчивой тропосферы.
Обсуждаются результаты исследований по флуктуациям сигнала на трассах с пассивными ретрансляторами. Обосновывается необходимость более детального изучения физических механизмов, вызывающих флуктуации сигнала, а также разработки методов уменьшения замираний.
В последнем параграфе главы анализируются теоретические и экспериментальные исследования многолучевого дифракционного распространения УКВ, обусловленного неровностями гребней экранирующих препятствий рельефа - естественных дифракторов. Рассматриваются пространственные и временные флуктуации сиг - 9 нала в связи с постановкой задачи исследования особенностей тонкой пространственной структуры дифракционного поля для улучшения работы радиосистем при модулирующем влиянии тропосферы.
Во второй главе приведен анализ влияния дифракционного поля прямого прохождения на эффективность пассивного ретранслятора типа препятствия и флуктуации сигнала.
Установлены условия наиболее эффективной дифракторной ретрансляции в случае произвольной (случайной) структуры дифракционного поля.
Предложен способ определения условий наиболее эффективной ретрансляции пробным экраном.
Разработан метод оптимизации дифракторной ретрансляции с помощью регулирующего экрана, устанавлимаемого непосредственно на гребне препятствия. Отмечается, что при таком построении дифрактора дифракционное поле прямого прохождения экранируется и влияние его на интерференционные замирания устраняется. Показана возможность уменьшения рефракционных флуктуации сигнала при сохранении высокого среднего уровня путём синтеза диаграммы направленности полученного дифрактора вариацией его геометрических параметров.
Получены зависимости от рефракции поля дифракторов с круговыми кромками. Приведены диаграммы направленности дифракторов в горизонтальной плоскости. Оценено влияние поля, дифрагированного на необостренных участках гребня.
В третьей главе приведены результаты исследования условий распространения радиоволн на пересеченных трассах радиолиний с пассивными ретрансляторами и экспериментов по увеличению уровня поля и уменьшению замираний сигнала путём регулирования дифракционного поля прямого прохождения.
В первом параграфе главы обсуждаются результаты эксперимента по увеличению эффективности пассивного ретранслятора типа препятствия с помощью регулирующего экрана на пролете магистральной радиорелейной линии. Показано, что применение последнего обеспечивает значительное увеличение уровня поля за счёт фазирования первичного дифракционного поля по отношению к полю ретранслятора типа препятствия.
В следующем параграфе анализируются особенности флуктуации сигнала и вызывающие их физические причины по экспериментальным данным, полученным на трассе большой протяженности с пассивным ретранслятором дифракторного типа. На основе большого обьёма статистического материала выявлена высокая устойчивость сигнала. Отмечается, что вследствие резкой кон-тинентальности климата региона уровень сигнала в зимние месяцы также подвержен флуктуациям. Здесь же изложены и анализируются результаты одновременных измерений на трассе с пассивным ретранслятором, параллельной ей дифракционной трассе и на открытом пролете.
В последнем параграфе главы приводятся результаты экспериментального исследования возможности уменьшения замираний с помощью регулирующего экрана. Показано, что на исследуемой трассе причиной глубоких интерференционных замираний сигнала является интерференция поля дифрактора с волнами, отраженными от слоистых неоднородностей тропосферы.
В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования последовательной дифракторной ретрансляции радиоволн на протяженной трассе с двумя экранирующими естественными препятствиями.
Условия оптимальной ретрансляции на данной двухкаскад-ной дифракторной радиолинии определялись с учетом дифракционного поля прямого прохождения согласно выводам главы 2. Показана высокая эффективность дифракторной ретрансляции в случае, когда гребни экранирующих естественных препятствий используются как элементы пассивных систем.
Обсуждаются характеристики замираний сигнала в зависимости от позиций трассы (числа и расположения дифракторных каскадов усиления). Отмечается существенное уменьшение глубины быстрых флуктуации сигнала при дифракторном усилении поля. Приведены интегральные статистические распределения среднеминутных значений сигнала, показывающие высокую устойчивость связи для всех позиций дифракторной линии. Рассмотрены суточные зависимости сигнала.
Здесь же приведены статистические характеристики сигнала, полученные на отдельных пролетах двухкаскадной линии.
Представлены функции распределения уровней сигнала на двух одновершинных трассах с дифракторами и без них. Обсуждаются результаты сравнительного изучения замираний на дифракторных трассах и на открытом пролете, являющемся частью этих трасс. Установлено, что-на дифракторных трассах не наблюдается "ретрансляции замираний".
Анализируются сравнительные характеристики флуктуации сигнала на двухвершинных дифракторной и параллельной ей дифракционной трассе. Показано, что устойчивость сигнала на дифракторной линии при всех позициях была не хуже, чем на естественной трассе.
Пятая глава посвящена исследованию пространственно-временной структуры поля естественных дифракторов-препятствий рельефа в виде холмов или гор.
В первом параграфе главы предлагается простая двухлу-чевая модель образования неоднородного дифракционного поля. На основе модели установлены критерии, позволяющие прогнозировать возможность улучшения условий связи и помехозащищенности радиосредств с учетом рефракционных замираний сигнала.
Приведены результаты экспериментального исследования тонкой пространственной структуры десятисантиметрового сигнала на закрытых трассах. Отмечается, что экспериментальные зависимости согласуются с двухлучевой моделью.
Представлены результаты изучения временных флуктуации пространственно-неоднородного дифракционного поля. Приводятся интегральные статистические распределения замираний сигнала. Обсуждается зависимость режима временных флуктуации сигнала от особенностей пространственной структуры поля. Экспериментально показана возможность использования максимумов и минимумов дифракционного поля для улучшения условий естественной пассивной ретрансляции и помехозащищенности взаимодействующих радиосредств.
В последнем параграфе излагаются результаты эксперимента по исследованию влияния многолучевости дифракционного поля на пассивную ретрансляцию радиоволн с помощью дифрактор-ных экранов. Здесь же устанавливается возможность определения условий оптимальной ретрансляции с помощью пробного экрана с небольшими размерами.
В приложении представлен акт внедрения результатов диссертации.
Работа выполнена в физико-техническом отделе Института естественных наук Бурятского филиала СО АН СССР и является составной частью плановых научно-исследовательских работ института с гос.per. № 71672924, № 73044676, № 74053946, № 77044748.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XI (Казань, 1975 г), ХП (Томск, 1978) и ХШ (Горький,1981) Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн, на Ш (Москва, 1974) и ІУ (Москва, 1977) научно-технических конференциях по антеннам и фидерным трактам для радиосвязи, радиовещания и телевидения, на научно-технической конференции, посвященной 25-летию радиотехнического факультета ТИАСУР (Томск, 1976), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств" (Таганрог, 1982), на конференциях молодых научных сотрудников и научных сессиях Ш СО АН СССР, на научных семинарах физико-технического отдела Института естественных наук БФ СО АН CCGP, а также опубликованы в работах 18-20, 25,27,28,48,58,68,70,84,88,117-119] .
Проведение трудоёмких экспериментов по исследованию распространения на реальных трассах было бы невозможно без помощи руководителя работы Н.БЛимитдоржиева и сотрудников лаборатории волновых процессов ИЕН Ш СО АН СССР Д.Д.Дарижа-пова, А.С.Заяханова, Ю.Л.Ломухина, А.Е.Цыбикова, которым автор выражает свою искреннюю признательность.
Личный вклад автора в выполнении работы заключается в планировании эксперимента, организации и проведении его. Автор принимал непосредственное участие в экспериментальных работах, обработке опытных данных и анализе полученных зави - 14 симостей Непосредственно автором также получены расчетно-теоретические результаты, представленные в диссертации.
Считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность заслуженному деятелю науки РСФСР, д.ф-м.н., проф. Цыдыпову Ч.Ц., д.т.н. Ямпольскому В.Г. за внимание к работе и ценные советы и научному руководителю к.ф-м.н. Чимитдоржи-еву Н.Б. за всестороннюю помощь при выполнении работы.
Особенности многолучевого дифракционного распространения УКВ
Необходимость рассмотрения механизмов естественного дифракционного распространения возникает как из-за влияния поля прямого прохождения на эффективность ретрансляторов типа препятствия, так и вследствие возможности использования гор и холмов как естественных пассивных ретрансляторов.
При расчете поля за естественными препятствиями последние обычно аппроксимируют геометрическими фигурами с бесконечным ровным краем,например, полуплоскостью, или цилиндрической поверхностью. При этом, естественно, теория не даёт зависимости уровня поля от смещения приемной точки параллельно этому краю. Практически аналогичная ситуация наблюдается и при аппроксимации реальных препятствий сферами большого радиуса [ЗОЇ.
Однако дифрагирующий край на практике очень часто является неровным и экспериментальные данные, полученные на ряде дифракционных трасс с резковыраженными препятствиями рельефа показывают, что поле УКВ в теневой зоне имеет пространственно-неоднородную структуру с максимумами и минимумами уровня поля в горизонтальном направлении поперек трассы. Такое пространственное распределение поля вызывается много-лучевостью дифракционного сигнала, которая возникает вследствие дифракции и рассеяния на неровностях гребня препятствия [17,26,53,61,63,67,76,93-95,97,102,104,108,109,114].
Из анализа проведенных в предыдущих параграфах результатов исследований пассивных ретрансляторов можно сделать вывод, что их роль фактически заключается в создании дополнительных краевых дифракционных волн. При дифракторном методе передачи все интерферирующие краевые волны, включая и волну от естественного препятствия,фазируются между собой, увеличивая тем самым напряженность поля в месте приема.
Аналогично этому, установка приемной антенны в максимуме пространственного распределения уровня дифракционного поля естественного препятствия, где происходит синфазное сложение дифракционных компонент, приводит к увеличению уровня принимаемого сигнала.
Таким образом, естественное экранирующее препятствие в данном случае фактически работает как естественный пассивный ретранслятор дифракторного типа. Хотя эффективность переизлучения этого дифрактора в общем случае меньше эффективности пассивной ретрансляции с помощью радионепрозрачных экранов с оптимальной переизлучающей способностью, в некоторых случаях она может оказаться достаточной 61 .
Интересный эффект усиления уровня поля может также наблюдаться на трассах, где гребень препятствия сложен из сла-бопоглащающих горных пород, покрыт снегом или является лесистым. Покрытие гребня выполняет роль волновода или призмы, канализирующих энергию в область тени, и поле в месте приема определяется суперпозицией волны, преломленной диэлектриком гребня и обычной дифракционной волны 65-67J.
В глубоких долинах и ущельях играет большую роль рассеяние и отражение от доминирующих горных вершин, расположенных сбоку и сзади от линии трассы. В этом случае оказывается возможным использование гор как естественных пассивных ретрансляторов отражающего типа
Пространственная неоднородность дифракционного поля наблюдается во всем диапазоне УКВ, однако в его длиноволно-вой части период пространственной картины по данным 26,76 составляет сотни метров и здесь, по-видимому, может играть большую роль изменение продольного профиля трассы при перемещении приземной точки на такое значительное расстояние. Отметим, что здесь и далее под пространственной картиной уровня поля имеется в виду его распределение в горизонтальной плоскости, перпендикулярно линии трассы. Распределение поля в вертикальной плоскости, возникающее вследствие отражений от земной поверхности между корреспондирующими пунктами и вершиной препятствия можно учесть в рамках четырех-лучевой трактовки 64,70,76,96,97І, а пространственная неоднородность поля вдоль линии трассы, выражена значительно слабее, чем поперек.
Наиболее ярко пространственная неоднородность проявляется в диапазоне сантиметровых и дециметровых волн I 61,63, 67,97,І04,І09І. Небольшое смещение приемной точки вызывает значительные изменения в уровне принимаемого сигнала приведены результаты измерений на протяженной дифр ракционной трассе длиной 341 км на волне длиной 30 см. Одиночное препятствие было расположено посередине трассы. Его поперечный профиль имел усеченную треугольную форму. Горизонтальная диаграмма формировалась в результате интерференции трех дифракционных компонент, найденных согласно принципу Ферма. При стандартной рефракции расстояние между минимумами и максимумами уровня поля - составляло примерно 15м, а разность в этих точках была заключена в пределах - 12 20 дб. Измерения, проведенные на волне 6,4 см на трассе
Метод увеличения уровня поля и уменьшения замираний с помощью регулирующего экрана
На реальных трассах определение оптимальной высоты подвеса ретранслятора путём получения экспериментальной зависимости уровня сигнала от величины зазора может оказаться затруднительным даже с помощью пробного экрана.
Оптимизация пассивной ретрансляции тогда возможна регулированием дифракционного поля прямого прохождения с помощью дополнительного экрана, устанавливаемого непосредственно на гребне в одной плоскости с пассивным ретранслятором типа препятст вия . Дифракционное поле преобразуется при этом в поле регулирующего экрана, амплитуду и фазу которого теперь можно рассчитать с требуемой точностью. Если естественное экранирующее препятствие имеет клиновидную форму, то роль экрана в основном сводится к регулированию фазы дифракционного поля. В случае выпуклого препятствия регулирующий экран, помимо этого, также увеличивает амплитуду дифракционного поля вследствие обострения гребня препятствия 64,74 .
Высота регулирующего экрана на выпуклых препятствиях определяется из обычных условий получения достаточных просветов на полупролетах, необходимых для освещения верхнего края экрана полем свободного пространства [30,64].
Полученный таким образом дифрактор (рис.2.4), представляющий из себя комбинацию ретрансляторов типа препятствия и обострения, обладает следующими свойствами. Во-первых, при синфазном сложении полей, рассеянных обоими экранами, увеличивается уровень поля при средней рефракции. Во-вторых, поскольку собственно дифракционное поле прямого прохождения экранировано обострением, устраняются замирания за счет интерференции поля ретранслятора и дифракционного поля и, поэтому, при отсутствии замираний на полупролетах и отражений от слоистых тропосферных неоднородностей, флуктуации сигнала при дифракторной ретрансляции возникают только вследствие уменьшения эффективности дифрактора при изменении условий рефракции. Диаграмма направленности дифрактора,от которой зависят характеристики этих флуктуации, очевидно, отличается от диаграммы ретранслятора типа препятствия из-за влияния регулирующего экрана.
Рефракционные колебания уровня сигнала можно уменьшить и, тем самым, еще более увеличить устойчивость связи, синтезируя дифрактор, в диаграмме направленности которого отсутствуют глубокие минимумы, приводящие к значительным флукту-ациям при изменении рефракционных свойств тропосферы. Однако основным требованием, предъявляемым к такой диаграмме, очевидно, должно быть условие обеспечения достаточной эффективности при средних условиях рефракции. Таким образом, оптимальная диаграмма дифрактора должна быть возможно более равномерной в пределах изменения углов дифракции при условии сохранения высокого уровня сигнала при средней рефракции.
Получим исходные формулы для дифрактора наиболее простой прямоугольной формы (рис.2.4а). Поле ретранслятора типа препятствия, являющегося элементом дифрактора описывается выражением (2.4). Дифракционное поле прямого прохождения после установки экрана можно представить в виде гдэ V3t % " соответственно амплитуда и фаза множителя ослабления поля, рассеянного экраном; 1/ , - амплитуда и фаза поля, дифрагировавшегося на необостренных участках гребня ("боковое" поле). Будем предполагать, что \1 УЭ и пренебрегать влиянием "бокового" поля.
Из выражения (2.25) видно, что поле дифрактора можно также трактовать как результат интерференции краевых волн от каждой из кромок дифрактора. Роль ретранслятора типа препятствия в такой трактовке заключается в создании дополнительных краевых волн. т.е. амплитуда поля, рассеянного необостренной частью гребня естественного препятствия (боковое" и дифракционное поле)много меньше амплитуды поля пассивного ретранслятора. Оценим теперь возможные значения величины /е .
Очевидно, если препятствие имеет ровный край в поперечном к линии трассы направлении, значение Ve будет максимально когда препятствие является клиновидным. В этом случае множитель Ve можно представить в виде:
Увеличение эффективности пассивного ретранслятора типа препятствия с помощью регулирующего экрана
При экспериментальных исследованиях распространения радиоволн на дифракторных трассах использовалась обычная методика измерений уровня сигнала. Блок-схема измерений показана на рис.3.I. Сигнал от источника I через фидер 2 излучался передающей антенной 3. На приемном пункте радиолинии сигнал, принятый антенной 4, через фидер 5 поступал на приемник б, где детектировался и уровень его записывался самописцем 7. Приемный комплекс периодически калибровался методом замещения с помощью генератора стандартных сигналов (ГСС)8через кабель 9.
При известных параметрах приемно-передающей аппаратуры множитель ослабления сигнала можно определить по формуле [30 мощность передатчика I; G-A}G-g- коэффициенты усиления антенн 3 и 4, соответственно; дДв г" коэффициенты полезного действия фидеров 2,5 и 9, соответственно; длина трассы; 1 - длина волны; Рв - мощность принятого сигнала, соответствующая метке ГСС на ленте самописца. На практике, однако, определение величин /} Д fiB; fa, fa7 fa по отдельности достаточно сложно, а главное, погрешности определения каждого из этих параметров внесут тогда свой заметный вклад в суммарную погрешность множителя ослабления
Кроме того, конечно, необходимо учитывать как случайную, так и систематическую составляющие погрешности определения Pg генератором стандартных сигналов.
Поэтому с целью уменьшения погрешностей измерений для калибровки приємно- передающих комплексов использовался метод создания эталонной напряженности поля. Передающий и приемный пункты устанавливались на расстоянии прямой видимости d0 и производилось измерение мощности сигнала PQ , соответствующее полю в свободном пространстве. Влияние отражений от земной поверхности учитывалось определением из высотной зависимости уровня принимаемой мощности максимальных PmaJr и минимальных Vmin значений мощности. Сравнивая формулу (3.1) и аналогичное соотношение для свободного простран ТВа р = Р в1»ївГІгЛ . (4JTd0)z и считая, что значения Рд д вДя вІг; - не изменяются во времени, получим
Оценки показывают, что погрешностью за счет нестабильности параметров можно пренебречь. Кроме того, величина мощности передатчика Рд непрерывно контролировалась во времени.
Таким образом, как следует из (3.2), помимо необходимости определения значений отдельных параметров, входящих в (3.1), и их погрешностей, здесь удается также устранить и систематическую погрешность определения абсолютных значений мощности ГСС, поскольку значение V определяется посредством отношения значений мощности, измеренных одним и тем же генератором.
Погрешность измерения множителя ослабления теперь можно представить следующими двумя способами, используя формулу для определения погрешности косвенных измерений Гш] Здесь учтено, что погрешность определения расстояний, не превышающая 1%, много меньше погрешности определения мощности. В этих выражениях Р - случайная составляющая погрешности установки калиброванной мощности, д _,Ву " г - общая пог Ро,9-БВт решность измерения отношения мощностей, определяемая погрешностью аттенюатора ГСС.
В качестве ГСС в большинстве случаев использовался генератор Г4-9, у которого в технических характеристиках значение А Р не даётся, а погрешность установки ослабления аттенюатора не превышает + I дБ. Следовательно, можно положить AV = + I дБ, т.е. основная погрешность измерений множителя ослабления не превышала + I дБ. Учитывая, что измерения в полевых условиях проводились в разные периоды года, необходимо также учесть дополнительную погрешность, связанную с изменениями температуры, нестабильностьюхарактеристик аппаратуры за длительный период времени и т.п. Оценка этой погрешности показывает, что она не превышает + I дБ.
Рассмотрим теперь погрешности относительных измерений уровня. Как уже отмечалось, по паспорту эта погрешность не превышает + I дБ. Однако, по-видимому, необходимо также учитывать и величину отношения сравниваемых величин. Если погрешностью + I дБ характеризуется весь динамический диапазон аттеннюатора Г(ЗС, равный 100 дБ, то погрешность измерений отношения W Є 100 дБ, очевидно, будет меньше. При выполнении этого неравенства погрешность измерения отношения мощ/ ностей можно оценить в половину деления шкалы аттеннюатора ГСС, а именно, + 0,5 дБ . Данная погрешность характеризует измерения зависимости поля от геометрии дифракторных систем, диаграммы направленности дифракторов, пространственные распределения дифракционного поля в тени препятствий.
Отметим в заключение, что постоянные времени приемных комплексов были много меньше минимальной длительности быстрых замираний сигнала. Поэтому погрешностью записи флуктуации сигнала за счет инерционности аппаратуры можно пренебречь.
Статистические характеристики сигнала при последовательной ретрансляции
Общая характеристика флуктуации сигнала. Характер принимаемого сигнала на исследуемой радиолинии, помимо зависимости от метеорологических условий и физико-геометрических особенностей трассы, существенным образом определяется вли Таблица 4.2.
Номер дифракторного каскада Параметры дифракторов янием дифракторов. При отсутствии последних на вершинах естественных препятствий сигнал обычно сопровождался быстрыми замираниями. В октябре 1973 г. при позиции I глубина мгновенных флуктуации была сравнительно небольшой и в большинстве случаев не превышала 4 дБ. В этот период измерений изредка встречались записи, характеризующиеся значительным увеличением периода мгновенных флуктуации (до десятков секунд) и их глубины.
В летний период 1974 г. на трассе без дифракторов часто наблюдались довольно глубокие и быстрые замирания. Глубина их достигала 10-12 дБ, длительность составляла доли секунд - секунды, причем явной зависимости между характером быстрых замираний и средним уровнем сигнала не обнаруживается. Данные результаты, т.е. существенное увеличение глубины и уменьшение длительности быстрых замираний в летний период, очевидно, объясняются сезонными зависимостями, так как появление интенсивных тропосферных неоднородностей наиболее вероятно в летнее время. На рис.4.4а приведен пример записи сигнала при позиции I.
При последовательной дифракторной ретрансляции характер флуктуации сигнала изменяется. Глубина быстрых замираний сигнала уменьшается и в основном не превышает 2 дБ, длительность этих неглубоких флуктуации порядка секунд. Часто быстрые замирания исчезали. Уменьшение глубины быстрых замираний на линиях с пассивными системами отмечалось ранее в [4,64 . Подобные явления естественно связать с увеличением уровня основной дифракционной волны, вызванным установкой дифракторов, по отношению к волнам, рассеянным тропосферными неоднородностями и неровностями гребня, расположенными в стороне от плоскости большого круга. При усилений поля наблюдается несколько большая изменчивость средне-минутного уровня сигнала в течение сеанса. При позиции 4 часто наблюдались колебания уровня сигнала, характер которых показан на рис.4.4ё. Этот тип флуктуации характеризуется сравнительно медленными колебаниями сигнала, связанными с изменением условий рефракции. Глубина таких замираний достигает 10-12 дБ, квазипериоды лежат в пределах единиц-десятков минут. Довольно часто в течении сеанса наблюдалось и устойчивое поле. Пример сигнала такого типа показан на рис.4.4в.
Отметим, что одновершинные участки АР и PjB двухкас-кадной трассы АВ являются сравнительно сильно закрытыми, углы дифракции на них составляют, соответственно, 1 и 2.
Это указывает на то, что глубина рефракционных замираний, вызываемых рефракционными изменениями амплитуд и фаз краевых волн от дифракторного экрана и гребня естественного препятствия, должна быть небольшой, и оптимизации диаграммы дифрактора не требуется.
При однократных ретрансляциях на двухвершинной трассе тип сигнала можно охарактеризовать как промежуточный, причем записи сигнала при позициях 2 больше напоминают сигнал двух-каскадной ретрансляции, а при позиции 3 - характер сигнала на естественной трассе.
Таким образом, замирания сигнала на дифракторной радиолинии можно разделить на быстрые и медленные, причем под быстрыми замираниями подразумеваются мгновенные флуктуации в пределах интервалах времени, в течение которого их можно считать стационарными случайным процессом 11,54 . Исходя из характера записи этот интервал был принят равным одной - 129 - двум минутам. Это намного больше периодов флуктуации мгновенных значений уровня поля, но меньше периодов наблюдаемых медленных колебаний сигнала.
Статистические распределения среднеминутных значений уровня сигнала. На рис.4.5 приведены суммарные интегральные кривые распределений среднеминутных значений множителя ослабления V , полученные на исследуемой трассе при отсутствии ретрансляторов на обоих препятствиях (позиция I), при усилении дифрактором первого каскада (позиция 2), при установке дифрактора на второе препятствие (позиция 3) и при последовательной дифракторной ретрансляции (позиция 4) 49, . По оси абиисс здесь отложены в нормальном масштабе проценты времени, в течение которых множитель ослабления не превышал значений, отложенных по оси ординат.
Как видно из таблицы 4.1, измерения на дифракторной линии проводились путём достаточно частой смены позиций в летне-осенние месяцы 1973-1976 гг. Поэтому, несмотря на неодновременность проведения записей, обобщенные экспериментальные результаты, характеризующие условия распространения при различных позициях трассы, очевидно, могут быть сопоставлены. Отметим, что медианные значения множителя ослабления, полученные для одинаковых позиции в различные периоды измерений, отличаются не более чем на 2 дБ. Из рис.4.5. следует, что выигрыш относительно поля естественной трассы за счет применения дифракторов на уровне медианы составил 16 дБ.
