Содержание к диссертации
Введение
1. Методы и средства повышения электроманитнои безопасности РТО 14
1.1. Электромагнитная экспертиза радиотехнических объектов 14
1.1.1. Нормативная база для проведения экспертизы по ЭМИ 14
1.1.2. Особенности проведения экспертизы безопасности РТО по фактору ЭМИ 23
1.1.3. Экспертиза по ЭМИ как планируемый научный эксперимент...28
1.2. Принципы создания имитационных моделей РТО 30
1.2.1. Устойчивые распределения в статистическом имитационном моделировании 35
1.2.2. Процедура разыгрывания случайных чисел, подчиняющихся устойчивому закону 49
1.3. Имитационная модель РТО 56
1.4. Выводы 62
2. Исследование методов повышения электромагнитной безопасности РТО различного назначения ...64
2.1. Анализ эффективности функционирования радиотехнического объекта с применением статистического имитационного моделирования 64
2.1.1. Имитационная модель функционирования РТО 68
2.1.2. Результаты расчетов 71
2.2. Архитектура САЗ с повышенным уровнем электромагнитной безопасности для окружающей среды 74
2.2.1. Имитационная модель САЗ с повышенным уровнем электромагнитной безопасности для окружающей среды 76
2.2.2. Результаты расчетов 83
2.3. Повышение электромагнитной безопасности систем мобильной связи по фактору ЭМИ 85
2.3.1. Пути повышения электромагнитной безопасности CMC 86
2.3.2. Результаты расчетов 92
2.4. Выводы 102
3. Повышение метрологической точности при оценке безопасности компьютерных рабочих мест 105
3.1. Особенности ЭМИ ЭВМ 106
3.2. Особенности оценки безопасности уровней ЭМИ на частотах 50 Гц...2 кГц 111
3.3. Повышение метрологической точности экспертизы 113
3.4. Выводы 131
Заключение 133
Список литературы 136
Приложение 148
- Принципы создания имитационных моделей РТО
- Процедура разыгрывания случайных чисел, подчиняющихся устойчивому закону
- Архитектура САЗ с повышенным уровнем электромагнитной безопасности для окружающей среды
- Особенности оценки безопасности уровней ЭМИ на частотах 50 Гц...2 кГц
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена рассмотрению круга вопросов, связанных с оценкой функционирования радиотехнических объектов (РТО) различного назначения, в интересах повышения электромагнитной безопасности окружающей среды.
Актуальность темы диссертации. Развитие инфокоммуникаций в XXI веке прогнозируется по трем основным направлениям. Во-первых, это интенсивное расширение традиционных сетей телекоммуникаций, -всех видов телефонии и передачи данных. Во-вторых, повсеместное распространение Internet и внедрение его идеологии в массовое сознание. Третьим фактором является рост пространственно-временной мобильности общества: желание людей обмениваться информацией всегда и везде, независимо от используемых технологий и средств связи. Ожидается глобальное распространение ряда новейших инфокоммуникационных услуг, - включая мобильный электронный бизнес и торговлю, мультимедийные технологии и т.п. Чтобы обеспечить их высокое качество, зоны обслуживания операторов связи должны постоянно расширяться, - так что вся поверхность Земли должна быть покрыта «слоем» электромагнитного излучения (ЭМИ). Поэтому можно утверждать, что обеспечение безопасности инфокоммуникационных систем массового применения по фактору ЭМИ является актуальной научно-технической проблемой, для решения которой сегодня необходимо использовать комплексный (системный) подход. Проблеме обеспечения электромагнитной безопасности окружающей среды посвящены публикации А. Бузова, В. Романова, В. Кубанова, О. Мас-лова, Ю. Сподобаева, Л. Агафонова, Ю. Кольчугина, М. Рудакова.[1, 42, 43 и др.]
Рост числа РТО, многообразие и сложность систем и объектов радиосвязи, радиовещания и телевидения, а также разработка новых инфо-коммуникационных технологий, стимулируют поиск наиболее эффективных форм проведения экспертизы их безопасности. Учитывая, что воздействие РТО на широкие и разнородные массы людей (производственный персонал, население, пользователи связью) носит случайный характер, задача оценки влияния ЭМИ на окружающую среду ведет к необходимости использования таких разделов современной науки, как теория вероятностей (ТВ), математическая статистика, а также метод статистического имитационного моделирования (СИМ). Это тем более актуально, что проведение исследований физическими методами в объеме, гарантирующем репрезентативность выборок и убедительную достоверность полученных данных, представляется в данном случае неприемлемым - поскольку речь идет о воздействии на коллективы людей.
В рамках метода СИМ, с точки зрения современной ТВ, представляющий интерес результат функционирования РТО представляет собой функцию в виде обобщенной суммы случайных аргументов (моделирующих процесс воздействия ЭМИ на окружающую среду) и определяется через совокупность ассоциативных и коммутативных операций, которые имеют стохастический характер. В условиях применимости предельных теорем (ПТ) ТВ [14, 15 и др.] указанные функции подчиняются законам, которые составляют специальные классы предельных функций распределения. Значительный вклад в изучение ПТ ТВ и свойств предельных распределений внесли А. Ляпунов, П. Леви, А. Хинчин, Б. Гнеденко, А. Колмогоров, В. Золотарев, И. Ширяев, С. Рачев, Г. Самородницкий и другие отечественные и зарубежные ученые [15, 16, 35, 36, 101]. Предельные законы наилучшим образом аппроксимируют распределения моделируемых случайных величин и процессов, если последние удовлетворяют условиям применимости ПТ ТВ. Одной из наиболее универсальных моделей СИМ,
позволяющей, в частности, получить все типовые варианты распределений, представляющие практический интерес (финитные варианты экспо-Ф ненциального и нормального, а также равномерный закон), является семейство одномерных устойчивых распределений. В этом плане ПТ ТВ являются теоретической основой для построения наиболее общих и достоверных моделей для исследования путей повышения электромагнитной безопасности РТО различного назначения. При проведении исследований с применением СИМ автор опирался на работы Н. Бусленко, А. Лебедева, Б. Левина, В. Шварца, О. Маслова и Э. Димова [5,29, 30, 48 и др.].
Изложенное позволяет считать тематику диссертационной работы актуальной и важной - как в теоретическом, так и в практическом плане.
Практическая значимость работы. В диссертации показано, что использование разработанных имитационных моделей позволяет эффективно решать задачи, связанные с проведением экспертизы по ЭМИ РТО различного назначения. Применение в современных системах мобильной и сотовой связи (CMC) новых технологий (управление излучаемой мощностью, использование интеллектуальных адаптивных антенн), дает существенное снижение нагрузки на окружающую среду по фактору ЭМИ. Совмещение в системах активной защиты (САЗ) [34] источников полезного сигнала и помехи ведет к снижению электромагнитной опасности для личного состава при заданной эффективности САЗ. Применение методики СИМ повышает точность расчетов зоны обслуживания РТО, работающего в УВЧ диапазоне, что позволяет уменьшить мощность передатчика и тем самым увеличить безопасность окружающей среды по фактору ЭМИ.
Научная новизна работы и личный вклад автора. Автором впервые рассмотрены вопросы, связанные с применением СИМ в интересах повышения электромагнитной безопасности РТО. В рамках метода СИМ реализован способ получения случайных чисел (СЧ) с заданным законом
распределения и требуемой точностью, проведены тестовые расчеты и испытания этого способа. Получены количественные результаты и выполнен анализ применения новых технологий в CMC для повышения безопасности окружающей среды по фактору ЭМИ. Разработан пакет прикладных программ для вероятностного моделирования параметров ЭМИ рассмотренных РТО методом Монте-Карло на основе устойчивых моделей. Все научные результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, получены и сформулированы автором впервые и лично. Наличие соавторов отражено в списке литературы, который включает перечень публикаций соискателя.
Цель и задачи исследований. Целью диссертации является исследование путей повышения безопасности РТО различного назначения для окружающей среды по фактору ЭМИ. Достижение этой цели обеспечивается путем постановки и решения следующих задач:
реализация в рамках метода СИМ способа получения СЧ с заданным законом распределения и требуемой точностью его воспроизведения;
проведение тестовых расчетов и испытаний данного способа получения СЧ с заданным законом распределения;
создание модели функционирования РТО УВЧ диапазона с применением СИМ в интересах улучшения экологической обстановки вокруг РТО по фактору ЭМИ;
анализ возможности построения архитектуры САЗ с повышенным уровнем безопасности для окружающей среды по фактору ЭМИ;
оценка эффективности применения в CMC технологии управления излучаемой мощностью для повышения их электромагнитной безопасности для окружающей среды;
оценка эффективности применения в CMC адаптивных антенн для снижения нагрузки на окружающую среду по фактору ЭМИ;
разработка пакета прикладных программ для вероятностного моделирования результатов функционирования РТО в интересах обеспечения их безопасности для окружающей среды по фактору ЭМИ с применением устойчивых моделей;
разработка способа повышения метрологической точности при проведении экспертизы безопасности РТО по ЭМИ и измерительного комплекса (ИК) для реализации данного способа.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов (глав), заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 190 страниц машинописного текста» в том числе 44 иллюстрации и 73 таблицы; библиография включает 112 наименований.
Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цели и задачи диссертационного исследования, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Приведены научные результаты, выносимые на защиту, указаны состав и структура диссертационной работы.
В первой главе рассмотрены постановка и пути решения задачи повышения безопасности РТО различного назначения по фактору ЭМИ. Рассмотрены действующие в России нормативные документы (НД) по оценке опасности ЭМИ. Обращено внимание на то, что в НД нормируются предельно-допустимые уровни (ПДУ) детерминированных воздействий, хотя в реальных условиях уровни ЭМИ являются случайными величинами. Рассмотрены общие вопросы проведения экспертизы электромагнитной безопасности РТО. Для оценки безопасности РТО предложено использовать метод СИМ, позволяющий отказаться от проведения дорогих и продолжительных измерений при составлении санитарного паспорта после строительства объекта.
Отмечено, что одним из наиболее эффективных методов исследования сложных систем (в том числе РТО) является метод Монте-Карло, основанный на использовании последовательностей СЧ с заданными статистическими свойствами. Исследован и тестирован новый способ моделирования непрерывных СЧ распределенных по финитному устойчивому закону с заданной интегральной функцией распределения (ИФР).
Вторая глава посвящена реализации метода СИМ для РТО различного назначения. Представлены результаты решения конкретных задач по повышению электромагнитной безопасности РТО,
Реализован метод СИМ для РТО работающих в УВЧ диапазоне (CMC, телевизионные, вещательные и другие объекты). Подробно рассмотрена методика построения СИМ РТО различного назначения. Дан анализ применения статистического методов расчета зоны обслуживания РТО по сравнению с детерминистским. Сделан вывод о том, что применение СИМ позволяет повысить точность расчетов зоны обслуживания РТО, работающего в УВЧ диапазоне, что дает возможность снизить мощность передатчика, а, следовательно, увеличить безопасность окружающей среды по фактору ЭМИ.
Рассмотрены вопросы моделирования САЗ с повышенным уровнем безопасности по ЭМИ. Отмечено, что общим недостатком САЗ, предназначенных для затруднения перехвата конфиденциальной информации, обрабатываемой в РТО различного назначения, является увеличение уровней ЭМИ, негативно воздействующего на окружающую среду (производственный персонал, личный состав, население). Сделан вывод о том, что совмещение структур ЭМИ сигналов и помех путем совмещения их источников, является перспективным способом снижения энергетического воздействия САЗ на окружающую среду.
Во второй главе с помощью СИМ дан анализ целесообразности применения двух новых методов повышения эффективности CMC: управления излучаемой мощностью и применения адаптивных антенн, с точки зрения повышения безопасности CMC по фактору ЭМИ. В соответствии с методикой СИМ, в каждом случае были сформулированы задачи моделирования; дано содержательное описание объекта моделирования; была произведена разработка математической модели; реализованы соответствующие компьютерные модели; были произведены компьютерные эксперименты, статистическая обработка и интерпретация полученных результатов. В заключение раздела сделан вывод о том, что метод СИМ является эффективным средством для анализа степени безопасности CMC по фактору ЭМИ - с учетом использования новых технологий и оценки их влияния на экологическую обстановку вблизи РТО.
Третья глава посвящена вопросам повышения метрологической точности при проведении экспертизы безопасности РТО по ЭМИ. В частности, рассмотрены пути снижения методической погрешности измерения уровней ЭМИ на компьютерных рабочих местах, возникающей ввиду влияния ЭМИ промышленной частоты 50 Гц. Показано, что решение проблемы состоит в разделении (расфильтровке) ЭМИ промышленной частоты 50 Гц и компьютерного ЭМИ в полосе частот 5 Гц... 2 кГц. Предложен и реализован новый способ определения уровней низкочастотного ЭМИ в виде измерительного комплекса (ИК). В заключение раздела сформулирован вывод о том, что применение аналогичных компьютерных комплексов позволяет существенно повысить метрологическую точность экспертизы ЭМИ, создаваемых РТО различного назначения в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц, что имеет важное практическое значение.
Заключение содержит выводы, приводимые в каждом из разделов диссертационной работы.
Приложение 1 содержит результаты тестовых проверок способа получения случайных чисел распределенных по устойчивому закону.
В Приложение 2 представлены бюджеты радиочастот для CMC GSM-900hDCS-1800.
В Приложение 3 приведены эмпирические формулы статистической модели Хаты.
В Приложение 4 содержит результаты аттестации компьютерных рабочих мест по фактору ЭМИ в ПГАТИ.
На защиту выносятся следующие научные результаты, полученные в диссертационной работе.
Способ разыгрывания СЧ методом Монте-Карло, подчиняющихся финитному устойчивому закону, результаты его тестирования и эффективность практического применения.
Имитационная модель для оценки эффективности функционирования РТО УВЧ диапазона.
Имитационная модель для разработки архитектуры САЗ с повышенным уровнем безопасности по ЭМИ.
Имитационная модель для анализа эффективности применения новых технологий CMC в интересах повышения их безопасности по ЭМИ для окружающей среды.
Способ повышения метрологической точности при проведении экспертизы безопасности по ЭМИ компьютерных рабочих мест и ИК для его реализации.
Апробация результатов работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ: 8 статей в сборниках научных трудов и центральных журналах; а также 8 тезисов международных и российских научно-технических конференций.
Основные положения диссертации и полученные автором научные результаты докладывались на Международном семинаре «Европейское сотрудничество в области развития мобильной персональной связи» (Москва, 2002); 1-ой Международной научно-технической конференции «Средства и технологии телекоммуникаций» (Украина, Одесса, 2002); 7-м Бизнес-форуме «Мобильные системы - 2002» (Москва, 2002); Всероссийском постоянно действующем научно-техническом семинаре «Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф» (Пенза, 2003); IX и X Российских научно-технических конференциях ПГАТИ (Самара, 2002-03).
Реализация результатов работы. Полученные результаты в виде программных продуктов и конкретных расчетных данных вошли в отчеты по НИР ПГАТИ по теме «Куница». Результаты диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре «Системы радиосвязи и антенны» ПГАТИ и используются при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании. С использованием предложенного ИК проведена паспортизация компьютерных рабочих мест в учебных корпусах ПГАТИ. Акты о внедрении результатов прилагаются к диссертационной работе.
Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю профессору Маслову О.Н. и сотрудникам ПГАТИ за помощь и поддержку в подготовке диссертации.
Принципы создания имитационных моделей РТО
Моделированием называется метод, при котором исследуемый объект заменяется другим более простым объектом. Модель - это макет оригинала (объекта исследования), его упрощенная схема. Она помогает изучать и фиксировать те важные свойства реальных объектов, которые являются наиболее существенными для решения конкретной задачи. Для описания одного объекта можно использовать несколько разных моделей, тогда как одна модель позволяет анализировать разные объекты. При этом удается использовать результаты моделирования одних объектов для описания других, полученных с учетом различий их материальной структуры. Хочется отметить, что адекватную модель можно получить только с использованием результатов тщательного предварительного изучения поведения объекта моделирования.
К процессу моделирования предъявляют следующие требования [4; 47 и др.]: - исследование на модели должно быть проще и эффективнее, чем на объекте; - должна присутствовать возможность переноса результатов исследования модели на объект.
Объект моделирования - это весьма емкое понятие, которое зависит от области и целей исследования. Учесть многообразие конкретных объектов, явлений или процессов всех научных направлений (физика, техника, биология, медицина, экономика и т.д.) позволяет единый подход -представление моделируемого объекта в виде замкнутой системы (для анализа реакции объекта на совокупность входных воздействий).
Моделируемые системы весьма разнообразны как по своей природе, так и по степени сложности. В связи с этим существуют разные подходы к их анализу и способу построения моделей. Для математического представления введены соответствующие переменные: X - входные параметры, характеризующие внешнее воздействие; Y - выходные параметры, характеризующие реакцию системы; иногда вводят параметры А, учитывающие внутреннее состояние системы.
В [5, 31, 76 и др.] предложен способ классификации систем по характеру входного и выходного воздействий. Различают одномерные и многомерные системы; непрерывные и дискретные; с сосредоточенными и распределенными параметрами. В зависимости от вида взаимодействия X с Y системы могут быть динамическими, если происходит учет преобразований состояния системы во времени и статическими - без учета динамики (частный случай динамических систем).
На практике широко распространены два метода моделирования: физическое и математическое [4-5,47-48,76]. Иногда их рассматривают как альтернативные варианты исследования, но чаще всего они дополняют друг друга.
Физическое моделирование заключается в исследовании объекта на физической модели; когда изучаемый процесс воспроизводят с использованием его физической природы или используют другое физическое явление аналогичное изучаемому (в рамках заданного приближения). Подробно о физическом моделировании в научно-технических исследованиях см. в [4 и др.].
В настоящее время в связи с широким использованием вычислительной техники наиболее популярно математическое моделирование. В этом случае исследуемый объект заменяется математическим алгоритмом, который описывает его функционирование. Математические модели могут быть непрерывными, дискретными или цифровыми. Модель называ ется непрерывной, если функции, входящие в ее состав, непрерывны по величине и во времени. Если функции, входящие в состав модели, дискретны во времени и непрерывны по величине, то модель считается дискретной. И, наконец, если функции, входящие в состав модели, дискретны как во времени, так и по величине, то модель считается цифровой. По существу, на идее моделирования базируется любой метод научного исследования - как теоретический, так и экспериментальный. Получив самостоятельное прикладное направление, моделирование позволяет найти решение многих сложных научно-практических задач путем ввода достоверной модели.
Математическое моделирование принято рассматривать как метод качественного и (или) количественного описания объектов исследования с помощью их математических моделей. При построении рациональной математической модели учитывают, что модель должна [101]: - правильно отражать принципиальные свойства изучаемых объектов; - обеспечивать однозначную количественную оценку; иметь адекватный математический аппарат; - допускать экспериментальную проверку или сопоставление с экспериментальными данными.
Математические модели в соответствии с характером изучаемой системы могут быть детерминированными или статистическими.
Детерминированные модели применяют тогда, когда реакцию системы на входное воздействие можно описать, не прибегая к аппарату ТВ. В этом случае каждому входному параметру системы X, как было сказано выше, соответствует вполне определенное значение Y. Установление жесткой функциональной связи между входными и выходными параметрами служит отличительной чертой детерминированных моделей. Необходимы статистические методы исследования, требующие статистических моделей.
Процедура разыгрывания случайных чисел, подчиняющихся устойчивому закону
Наиболее эффективным и универсальным сегодня считается способ разыгрывания СЧ, подчиняющихся заданному закону распределения, именуемый методом нелинейного преобразования, обратного заданной функции распределения [14]. Данный способ основан на использовании соотношения где Р (х) - обратная функция для заданного закона с ИФР разыгрываемой случайной величины х [хт]; х„а\\ Я,- - (-ая реализация случайной величины . R, равномерно распределенной на интервале [0; 1]; х,- - (-ая реализация разыгрываемой случайной величины х. Соотношение (1.35) можно рассматривать как уравнение, устанавливающее функциональную связь между случайными значениями х{ и К,-. Стандартное программное обеспечение современных ЭВМ включает «датчики» взаимно независимых СЧ Л,, поэтому получение последовательности Л значений х, на компьютере не Ш представляет труда, если известна обратная функция Р \х). Известно, что разыгрывание непрерывной случайной величины R означает получение последовательности ее возможных значений Ri, где і [1; п ], соответствующих известной ИФР P(R). Воспользуемся теоремой ТВ [14], утверждающей, что если г,- значение случайного числа г, равномерно распределенного на интервале (0; 1), то возможное значение /?, разыгрываемой непрерывной случайной величины R с заданной ИФР P(R), соответствующее rt, является корнем уравнения P(R;) - г,-. Алгоритм разыгрывания R при этом сводится к следующим операциям: - выбрать случайное число г І ; - приравнять выбранное число г,- к известной ИФР P(R) и получить уравнение P(Rj) = ТІ ; - решить данное уравнение относительно /?,-: полученное таким образом значение Rj будет соответствовать одновременно и случайному числу г,, и заданному закону распределения P(R). Недостатком такого способа является невозможность применения (1.35), если обратная функция Р (х) не может быть записана в удобном аналитическом виде.
Такая ситуация возникает, например, при использовании в качестве Р(х) распределений, принадлежащих обширному семейству устойчивых законов и обобщающих нормальный (гауссовский) закон. В отличие от [ 14, 30 и др.], значение R, в данном случае не может быть найдено аналитическим путем, поскольку ИФР для одномерного устойчивого закона представляет собой где [ um\; um2]; [Rm\; Rna \ - границы существенной области преобразования Фурье, а характеристическая функция fj (и) определяется согласно (1.28). Вместе с тем уравнение P(R\) = Г/удается решить численным путем, используя алгоритм определения ПРВ и ИФР одномерного устойчивого закона [50] и следующую итерационную процедуру: - с помощью компьютерного генератора случайных чисел разыгрывается значение г,- на интервале (0; 1); - возрастающие значения Я, , начиная с нуля и с шагом ARt , подставляются в уравнение P(Rj) - г, до тех пор, пока разность r} - P(Ri) , во первых, не изменит свой знак, а во-вторых, перестанет превышать заданное число є « 1; - при выполнении только первого из двух этих условий, значения Ri начинают изменяться в обратном порядке с уменьшенным шагом AR/2 -вновь или только до перемены знака (в этом случае снова изменяются знак и величина шага и т.д.), или до перемены знака и выполнения второго условия (на этом итерационный процесс заканчивается). Указанным путем может быть сформирован массив значений Я,1 с заданной точностью є соответствующий произвольному закону P(R). С точки зрения экономии вычислительных ресурсов, процедуры разыгрывания /?; с последующим определением значений моделируемых функций имеют преимущество перед известными алгоритмами [14, 30 и др.], поскольку в рамках метода имитационного моделирования они могут производиться только один раз (в серии компьютерных экспериментов, для обеспечения их чистоты, обычно используется одна и та же последовательность входных или промежуточных данных [30]). При этом точность воспроизведения заданных ИФР P(R) регулируется путем изменения параметра є .
Блок-схема, описанного выше алгоритма получения непрерывной случайной величины R с заданной ИФР, представлена на рис.1 Л. На рис. 1.2 наглядно представлены результаты работы алгоритма получения СЧ с произвольным законом распределения с помощью семейства устойчивых распределений для у- 1,5; 1,75; 2,0 ; 2,25; Ь = 0,002; а - 0,0; с = 0,0; =10-4;Л 103.
Архитектура САЗ с повышенным уровнем электромагнитной безопасности для окружающей среды
Оценим с помощью метода СИМ зону качественного приема телевизионного сигнала для РТО в диапазоне УВЧ при следующих исходных данных: С}= 15 дБ; щ = 0,9; РА = 5 кВт и 10 кВт. При этом, согласно [86], уровень напряженности поля Етіп на входе приемника должен быть не менее 5000 мкВ/м,
Предельное расстояние RJJ, на которое распространится сигнал в свободном пространстве (V- 1), где будет иметь место Е Ет!„ определяется из (1.40) по формуле
Подставляя известные значения в (2.2), получим, что при РА = 5 кВт, RIJ = 413,2 км. Увеличивая мощность передатчика в 2 раза (РА = 10 кВт), максимальное расстояние, на котором будет принят сигнал в открытом пространстве, увеличится до Rn = 584,4 км, т.е. в 1,41 раза.
Используя метод СИМ, и учитывая, что множитель V может изменяться случайным образом в пределах (0; 1), получаем следующие результаты. В Таблице 2.1, представлены усредненные значения для расчетов расстояния Ry, при выполнении условия Е Emin. При этом множитель ослабления V и R моделируются устойчивым законом с ХФ (1.28) и различными у.
По данным, полученным методом СИМ (см. Таблицу 2.1), видно, что при увеличении мощности передатчика в 2 раза, радиус зоны приема увеличивается в 1,39..1,45 раза, в зависимости от значения параметра у. Этот относительный результат хорошо совпадает с детерминистическим расчетом согласно (2.2), что свидетельствует о правильности статистической модели. Малый разброс значений Ry, при разных у подтверждает ро бастность полученного решения. Вместе с тем, абсолютные значения RrB Таблице 2Л существенно меньше значений Rn t найденных для случая V=l, что хорошо соответствует многочисленным экспериментальным данным [86 и др.]
Исследуем с помощью метода СИМ пространственное распределение вероятности приема сигнала P(E min) рассматриваемого РТО, Расчет производится по предложенной и описанной выше схеме СИМ: для каждого «разыгранного» к-го расстояния R, к[1; К], «разыгрываются» значения множителя V N раз; согласно (1.40) определяются значения Е для каждого Rk и различных V„. По найденным статистическим данным определяется зависимость вероятности Р(Е Ет!п) от расстояния R. На рис.2.2 представлены графики пространственного распределения вероятности Р(Е Emin) при Рл =5 кВт (кривая 1) и Рл — 10 кВт (кривая 2).
Используя данные СИМ, можно судить о площади зоны приема и качестве приема ТВ сигнала с заданной вероятностью, что является одной из основной задачей при проектировании РТО. Так, при мощности пере датчика РА = 5 кВт сигнал от РТО с вероятностью Р(Е Ет!п) — 0,05 (кривая 1 на рис.2.2), будет приниматься на расстояниях до R — 18 км, а при РА = 10 кВт, Р(Е Emin) = 0,05 (кривая 2 на рис.2.2) сигнал будет приниматься до R = 30 км и т.д. Совпадение результатов моделирования с данными, получаемыми на практике [86], позволяет судить о приемлемости разработанной компьютерной статистической модели.
Особенности оценки безопасности уровней ЭМИ на частотах 50 Гц...2 кГц
Методика проведения экспертизы при проведении измерений на каждом рабочем месте предписывает предварительно теми же приборами определять фоновые уровни ЭМИ при отключенных от розеток питающей электросети ЭВМ. Однако в реальных условиях эта процедура обычно не имеет смысла, - во-первых если предварительнные уровни ЭМИ, как было отмечено, уже превышают ПДУ, что делает невозможным продолжение экспертизы. Во-вторых, как это тоже было отмечено, волновые поля ЭВМ обладают пространственно-временной неоднородностью и довольно часто, согласно результатам измерений, уровни ЭМИ на рабочих местах при отключенных ЭВМ превышают уровни ЭМИ при включенных ЭВМ. С точки зрения электродинамики это объясняется следующим образом.
Представление ЭМИ ЭВМ с помощью простейшей модели [56] в виде совокупности двух видов элементарных излучателей: рамочного (многовиткового) и вибраторного (дипольного) показывает, что структуры ЭМИ, создаваемые этими элементами, существенно отличаются друг от друга. В ближней зоне излучения элементарной рамки магнитная В-составляющая преобладает настолько, что, согласно, показаниями прибора (например, типа В&Е-метр, который рекомендуется Госсанэпиднадзором РФ для проведения экспертизы), измеряющего электрическую -составляющую, можно пренебречь, В ближней зоне элементарного вибратора наблюдается обратная картина и можно пренебречь показаниями прибора, измеряющего магнитную В-составляющую - как при излучении пилообразного сигнала, так и гармонического сигнала промышленной частоты, В соответствии с этим для ЭМИ, создаваемого элементарной рамкой, норма по В; нТл является существенно более жесткой, чем норма по Е\ В/м. Для ЭМИ, создаваемого элементарным вибратором, напротив, более жесткой является норма по Е\ В/м. Отсюда следует, во-первых, что для ЭМИ, источником которого является отклоняющая система ВДТ, можно нормировать только магнитную Я-составляющую, а для ЭМИ, создаваемого проводами, с помощью которые подключена ЭВМ -только электрическую / -составляющую; а во-вторых, что эти составляющие ЭМИ как в полосе 5 Гц.„2 кГц, так и в полосе 2...400 кГц, можно считать независимыми друг от друга.
Сравнение между собой норм по Е и В для ЭМИ ЭВМ показывает, что в полосе частот 5 Гц...2 кГц для отклоняющей системы ВДТ, которая моделируется элементарной рамкой, норме Е = 25 В/м соответствует 1,25 10 нТл, поэтому действующая норма В = 250 нТл здесь является существенно более жесткой. Для разомкнутых соединительных проводов, которые моделируются элементарными вибраторами, норме В = 250 нТл при излучении пилообразного сигнала соответствует 6,75-109 В/м, а при излучении гармонического сигнала - 1,425-108 В/м, поэтому в данном случае более жесткой является действующая норма Е = 25 В/м. Аналогичная ситуация имеет место и на частотах 2...400 кГц.
При выключении ЭВМ с помощью тумблера структуру ЭМИ 50 Гц на рабочем месте формируют разомкнутые соединительные провода и провода электросети; при отключении ЭВМ от розетки - провода электросети; при подключении ЭВМ - замкнутые на обмотку трансформатора провода - это совершенно разные ситуации, которым соответствуют разные структуры ЭМИ. Поэтому ясно, что уровни ЭМИ 50 Гц при включенной и выключенной ЭВМ сравнивать нельзя и процедура предварительного измерения фона ЭМИ в полосе частот 5 Гц...2 кГц действительно не имеет смысла.
Поскольку повышенный фон в помещении, где проводятся измерения уровней ЭМИ, весьма отрицательно влияет на итоги аттестации по фактору ЭМИ рабочих мест самого разного назначения (особенно оснащенных ЭВМ, средствами связи и вещания, офисной и бытовой электронной техникой), возникает проблема повышения метрологической точности проводимых измерений. Особую важность эта проблема приобретает при определении уровней компьютерного ЭМИ в полосе частот 5 Гц... 2 кГц, поскольку здесь методическая составляющая погрешности измерений фактически полностью определяется присутствием ЭМИ промышленной частоты 50 Гц.
Дело в том, что вышеприведенные значения ПДУ для компьютерного ЭМИ в России существенным отличаются от ПДУ для ЭМИ с частотой 50 Гц, значения которых приведены в первой главе. Поэтому когда найденные в полосе частот 5 Гц... 2 кГц значения В и Е превышают ПДУ для компьютерного ЭМИ, но не превышают ПДУ для ЭМИ с частотой 50 Гц (что обычно и получается в реальных условиях), также возникает неоднозначность: если эти уровни ЭМИ созданы ЭВМ, их следует считать опасными для людей — со всеми вытекающими отсюда последствиями. Однако если они создаются источниками ЭМИ промышленной частоты, их же следует признавать безопасными.
Решение проблемы состоит в разделении (рас фильтровке) ЭМИ промышленной частоты 50 Гц и компьютерного ЭМИ в полосе частот 5 Гц... 2 кГц. Однако указанная операция встречает трудности ввиду близости значений промышленной частоты f$ = 50 Гц и частот спектра исследуемого ЭМИ (например, частоты f\ первой гармоники сигнала кадровой развертки ВДТ), а также целого ряда других обстоятельств. Для решения этой технической задачи были предложен новый способ определения уровней низкочастотного ЭМИ, реализованный в виде ИК, состоящего из малогабаритной антенны и портативного компьютера NoteBook с автономным источником питания.
