Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих работ по ЭМС РЭС РНСС с РЭС других служб, а также анализ особенностей их функционирования. Выбор показателя для оценки ЭМС 12
1.1. Анализ существующих работ по ЭМС РЭС РНСС с РЭС других служб. 12
1.2. Сценарии помех между РЭС РНСС и РЭС других служб, исследуемые в диссертационной работе 23
1.3. Анализ особенностей функционирования РЭС других служб и РЭС РНСС, методов уменьшения помех и факторов, влияющих на их ЭМС 28
1.3.1. Особенности функционирования РЭС РНСС 28
1.3.2. Особенности функционирования РЭС других служб и анализ методов уменьшения помех 37
1.3.3. Анализ факторов, оказывающих влияние на ЭМС РЭС РНСС с РЭС других служб 40
1.4. Выбор показателя, позволяющего провести оценку ЭМС между РЭС РНСС и РЭС других служб 42
1.4.1. Выбор показателя для оценки влияния помех от мешающих РЭС в отношении затронутого РЭС 42
1.4.2. Выбор показателя для оценки качества функционирования радиолинии мешающего РЭС 45
1.5. Основные выводы по главе 1 48
2. Постановка задачи исследований. Исследование вопроса помехоустойчивости для случая воздействия на сигнал смеси шума и модулированной помехи 51
2.1. Постановка задачи и методическая схема исследований 51
2.2. Исследование вопроса помехоустойчивости для случая воздействия на сигнал смеси шума и модулированной помехи 55
2.2.1. Вывод аналитического выражения для случая воздействия широкополосной помехи 57
2.2.2. Вывод аналитического выражения для случая воздействия узкополосной помехи 59
2.2.3. Обоснование справедливости полученных выражений для случая воздействия широкополосной помехи 65
2.2.4. Обоснование справедливости полученных выражений для случая воздействия узкополосной помехи 68
2.3. Основные выводы по главе 2 71
3. Разработка комплекса методик анализа ЭМС 73
3.1. Исходные данные рассматриваемых РЭС для комплекса методик 75
3.2. Модель функционирования РЭС 77
3.3. Методика оценки помех между РЭС РНСС и РЭС других служб 80
3.3.1. Расчетные соотношения методики оценки помех 81
3.3.1.1. Расчетные соотношения для оценки помех на линии «космос-Земля» 82
3.3.1.2. Расчетные соотношения для оценки помех на линии «Земля-космос» 85
3.3.1.3. Расчетные соотношения для оценки помех на линии «Земля-Земля» 87
3.3.2. Формирование функций распределения и вычисление показателя
помех 89
3.4. Методика определения требований по защите затронутых РЭС 92
3.5. Методика оценки энергетического запаса в радиолинии РЭС 93
3.6. Методика выбора рациональных параметров функционирования мешающих РЭС 95
3.7. Методика оценки вероятности ошибки на бит передаваемой информации 101
3.8 Основные выводы по главе 3 105
4. Исследование ЭМС РЭС РНСС с РЭС других служб
4.1. Исходные данные, принятые при проведении исследований
4.2. Исследование совместимости между станциями радиоастрономической службы и РЭС РНСС 111
4.3. Исследование совместимости между системами воздушной радионавигационной службы и РЭС РНСС 118
4.4. Исследование совместимости между СШП-устройствами и РЭС РНСС 122
4.4.1. Регулирование мощности излучения РЭС 123
4.4.2. Территориальный разнос до затрагиваемого РЭС 124
4.4.3. Выбор рациональных параметров функционирования РЭС СШП-устройств 126
4.5. Методология по координации РЭС РНСС, как в рамках одной службы, так и с РЭС других служб 130
4.6 Основные выводы по главе 4 133
Заключение 136
Литература
- Сценарии помех между РЭС РНСС и РЭС других служб, исследуемые в диссертационной работе
- Исследование вопроса помехоустойчивости для случая воздействия на сигнал смеси шума и модулированной помехи
- Методика оценки помех между РЭС РНСС и РЭС других служб
- Исследование совместимости между станциями радиоастрономической службы и РЭС РНСС
Введение к работе
Развитие современных телекоммуникационных технологий привело к созданию новых и модернизации существующих радиоэлектронных средств (РЭС), а также к быстрому росту числа РЭС, работающих в различных службах. Это позволяет сделать вывод о том, что различные РЭС работают в условиях воздействия взаимных помех, возникающих как между РЭС, принадлежащих к одной службе, так и между РЭС, принадлежащих к различным службам. Ситуация усугубляется тем, что в разных Районах Земли распределение частот различно, и в области неизбежного перекрытия зон обслуживания, прилегающих к границам Районов, возникают помехи от служб другого Района. Даже в случае, когда выделенные полосы частот не перекрываются, возникновение помех возможно из-за нежелательных излучений. В результате оказывается необходимым обеспечить электромагнитную совместимость РЭС, работающих в общих и соседних полосах частот. Актуальность данного вопроса непрерывно возрастает в связи со стремительным развитием различных приложений РЭС, что приводит к необходимости обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС).
Исследование ЭМС различных РЭС является самостоятельным научно-техническим направлением, имеющим комплексный (системный) характер. Следует отметить, что проблема обеспечения ЭМС РЭС имеет не только национальный, но и международный аспект, определяющийся особенностями распространения радиоволн в различных частотных диапазонах. От решения данной проблемы во многом зависят направления дальнейшего технического прогресса в области связи.
Для систем радионавигационной спутниковой службы (РНСС), в частности отечественной системы ГЛОНАСС, вопрос обеспечения условий электромагнитной совместимости является актуальным вопросом, поскольку в настоящее время наблюдается стремительное развитие систем РНСС и рост интереса к ним. Так, за исследовательский период 2003-2007 г. в рамках Сектора радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ), вопросам, связанным с системами РНСС, уделялось повышенное внимание.
Таким образом, исследования научного направления по обеспечению ЭМС РЭС РНСС, как в рамках одной службы, так и с РЭС других служб2 и
1 В соответствии с Радио Регламентом территория Земли поделена на три Района * Под термином другие службы понимаются, в том числе и связные службы.
7 обоснованию рациональных параметров функционирования мешающих РЭС с учетом необходимости достижения максимальной эффективности их использования, приобретают особую актуальность.
Целью диссертационной работы является исследование вопросов
электромагнитной совместимости между системами связи,
радионавигационными спутниковыми системами и системами других служб для разработки и усовершенствования методического аппарата по обоснованию рациональных параметров функционирования мешающих РЭС учетом требований по обеспечению ЭМС затронутых4 РЭС, и выработки на их основе практических рекомендаций для конкретных условий совместного функционирования.
Для достижения поставленной цели диссертационной работы решены следующие исследовательские задачи:
проведено исследование вопроса помехоустойчивости для случая воздействия на сигнал смеси шума и модулированной помехи, с целью получения аналитических выражений, позволяющих оценить вероятность ошибки на бит передаваемой информации, а также с целью определения границы применимости этих аналитических выражений;
найден и включен в комплекс методик достаточно универсальный показатель для оценки качества функционирования радиолинии с точки зрения применимости к достаточно большому числу типов РЭС, включая РНСС; ,»
разработано и усовершенствовано методическое обеспечение, позволяющее проводить обоснование параметров функционирования мешающих РЭС для достижения ЭМС с затронутыми РЭС;
решен ряд практических задач по обеспечению ЭМС РЭС РНСС, как в рамках одной службы, так и с РЭС других служб, а именно:
определены условия ЭМС между РЭС радиоастрономической службы, работающими в полосе частот 1610.6 - 1613.8 МГц, и РЭС РНСС, работающими в полосе частот 1 559-1 610 МГц;
определены условия ЭМС РЭС РНСС с РЭС воздушной радионавигационной службы (ВРНС) в совместно используемой полосе частот 1164-1215 МГц;
3 Под мешающим РЭС понимается РЭС, создающее помеху. Здесь не уточняется конкретная служба РЭС, поскольку в общем случае одно и тоже РЭС в одном сценарии может создавать помеху, а в другом сценарии может испытывать помеху (см. раздел 1.2).
Под затронутым РЭС понимается РЭС, которое может испытывать помеху.
определены условия ЭМС сверхширокополосных устройств с РЭС различных служб радиосвязи, в том числе и РЭС РНСС, работающих в полосах частот 1164-1215 МГц, 1215-1 300 МГц и 1 559-1 610 МГц;
разработана методология по координации РЭС РНСС, как в рамках одной службы, так и с РЭС других служб.
Объектом исследований в диссертационной работе является электромагнитная совместимость рассматриваемых радиоэлектронных средств, при их совместном функционировании.
Предметом исследований в диссертационной работе являются системы связи, радионавигационные спутниковые системы и системы других служб.
Методы исследования. При решении поставленных в диссертационной работе задач использованы методы теории вероятностей и математической статистики, статистической теории радиотехнических систем, электромагнитной совместимости, статистического моделирования, программирования.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений.
Изложение материала в диссертационной работе построено следующим образом:
В первой главе проведен анализ существующих работ по ЭМС РЭС РНСС с РЭС других служб. На основе проведенного анализа определен перечень не решенных в настоящее время научных проблем. Проведен анализ особенностей функционирования РЭС других служб и РЭС РНСС, методов уменьшения помех и факторов, влияющих на их ЭМС. При работе над данным вопросом были учтены особенности функционирования РЭС РНСС и РЭС других служб, определены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на функционирование радиолиний, проведен анализ возможных методов уменьшения помех, создаваемых мешающими РЭС, и соответствующих им параметров функционирования РЭС. Найден достаточно универсальный показатель для оценки качества функционирования радиолинии с точки зрения применимости к достаточно большому числу типов РЭС, включая РНСС. Данный показатель предложен Кантором Л.Я.[31] и приведен в действующей Рекомендации МСЭ-Р SM.1751 [55].
Во второй главе определены направления исследований и состав необходимого методического обеспечения для оценки создаваемых уровней помех и выбора параметров функционирования рассматриваемых РЭС.
9 Определены ограничения и допущения. Сформулирована постановка задачи и предложена методическая схема ее решения. Проведено исследование вопроса помехоустойчивости для случая воздействия смеси шума и модулированной помехи на сигнал. Для исследования был выбран достаточно широкий класс сигналов, а именно сигналы с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ). В качестве модулированной помехи был взят сигнал, использующий КАМ. Проведенное исследование позволило получить аналитические выражения, а так же позволило оценить границы применимости этих выражений.
В третьей главе в соответствии с постановкой задачи и методической схемой ее решения определена структура комплекса методик обеспечения ЭМС РЭС РНСС и РЭС других служб, которая представляет собой совокупность моделей и методик, описывающих отдельные стороны исследуемого процесса.
В четвертой главе представлены решения ряда практических задач по обеспечению ЭМС РЭС РНСС, как в рамках одной службы, так и с РЭС других служб, основанные на анализе характера влияния различных параметров функционирования мешающих РЭС на величину создаваемых ими помех и показателя качества функционирования радиолинии мешающего РЭС.
В заключении изложены основные результаты и выводы по работе.
Список литературы содержит 133 наименования.
Объем диссертации 162 страницы, в том числе 39 рисунков и 21 таблица.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в возможности использования результатов оценок и получаемых па их основе практических рекомендаций государственными радиочастотными органами, организациями промышленности, занимающимися разработкой, созданием и эксплуатацией систем радио связи. Результаты исследования и получаемые на их основе практические рекомендации могут быть применены:
на различных этапах разработки, проектирования и эксплуатации перспективных сетей связи при задании требований и формировании технических решений;
при рассмотрении радиочастотных заявок на новые радио средства;
при согласовании условий ЭМС новых систем связи с существующими системами связи.
10 Основные результаты работы реализованы:
при подготовке предложений в Технические задания делегации администрации связи России на собрания рабочих групп Сектора радиосвязи МСЭ и Европейской организации Администраций почт и электросвязи;
при подготовке научно-технических докладов Администрации связи России на собрания Рабочих групп 8В и 8D Сектора радиосвязи МСЭ, на собрания Целевых групп 1/8 и 1/9 Сектора радиосвязи МСЭ, на Подготовительное собрание к Конференции (2007 г.) и Всемирную конференцию радиосвязи 2007 г. (ВКР-07);
при создании методологии по координации РЭС РНСС, как в рамках одной службы, так и с РЭС других служб, которая отражена в действующей Рекомендации МСЭ-Р МЛ 831 [52];
при разработке международных радиочастотных заявок по системе РНСС ГЛОНАСС;
при подготовке и проведении переговоров между администрацией связи России и администрациями связи Японии, Франции, Германии, Китая по вопросам координации частотных присвоений системы РНСС ГЛОНАСС;
при подготовке и проведении многосторонних переговоров в рамках Консультационного собрания по Резолюции 609 (ВКР-03), посвященного определению условий работы систем РНСС в полосе частот 1164-1215 МГц для защиты систем воздушной радионавигационной службы.
Результаты диссертационной работы были внедрены в деятельность ОАО «ИСС имени академика М.Ф. Решетнева» и ООО «НПФ «ГЕЙЗЕР» в виде:
1. Технических материалов для координации системы радионавигационной спутниковой службы ГЛОНАСС.
2 Международных радиочастотных заявок на систему радионавигационной спутниковой службы ГЛОНАСС.
Методик расчета и моделирования по определению условий электромагнитной совместимости между средствами радионавигационной спутниковой службы и средствами других служб.
Программного продукта, обеспечивающего автоматизированную оценку совместимости систем радионавигационной спутниковой службы с системами воздушной радионавигационной спутниковой службы в полосе частот 1164-1215 МГц.
Вышеперечисленные результаты, подтвержденные соответствующими актами, внедрялись при выполнении научно-исследовательских работ по таким темам, как «ЗАЯВКА», «СИГНАЛ», «АЛЕКСАНДРОВЕЦ», а так же при проведении опытно-конструкторских разработок по таким темам, как «ГЛОНАСС-МК-РЧО» и «НАВИГАЦИЯ-Р».
Автор признателен всем, кто способствовал подготовке данной диссертации. Особая благодарность выражается Немировскому М.С., осуществлявшему непосредственное научное руководство, а также Быховскому М.А., Желтоногову И.В., Сорокину С.Н. которые высказали наиболее ценные замечания и рекомендации по работе.
Сценарии помех между РЭС РНСС и РЭС других служб, исследуемые в диссертационной работе
В соответствии с международной таблицей распределения частот РР [117] полоса частот 1559 - 1610 МГц распределена РНСС на первичной основе, как и полоса частот 1610.6 - 1613.8 МГц для РАС. В результате возникает следующий сценарий помех: нежелательные излучения от РЭС, размещенных на космических аппаратах (КА) РНСС, работающих в полосе частот 1559 - 1610 МГц в направлении «космос-Земля», могут создавать помехи станциям РАС, работающим в полосе час і от 1610.6 - 1613.8 МГц (рисунок 1.2).
Данный вопрос имеет большую предысторию. Первый запуск спутников системы ГЛОНАСС состоялся в 1982 году. Спутники ГЛОНАСС первого поколения работали в полосе частот 1596.9 - 1620.6 МГц. Полоса частот 1610.6-1613.8 МГц в это время была распределена Регламентом радиосвязи для станций радиоастрономической службы на вторичной основе. В условиях совместной работы системы ГЛОНАСС и радиоастрономических станций в общих полосах частот последние испытывали регулярные помехи, которые приводили к затруднению наблюдений радиоастрономическими станциями спектральных линий. Учитывая проблемы работы радиоастрономических станций, оператор ГЛОНАСС в 1993 году заключил Соглашение с Межсоюзным комитетом по распределению частот для радиоастрономии и космических исследований (IUCAF) [41], содержащее поэтапные меры защиты станций радиоастрономии в данном диапазоне частот. Данное Соглашение предусматривало следующие основные меры: исключение основных излучений ГЛОНАСС из полосы частот 1610.6-1613.8 МГц (рисунок 1.1); исследование путей уменьшения внеполосных излучений в полосах частот 1610.6-1613.8 МГц до уровней, указанных в Отчете 224 Международного консультативного комитета по радио (МККР).
В соответствии с приведенной выше информации при определение условий ЭМС между РЭС радиоастрономической службой, работающей в полосе частот 1610.6 - 1613.8 МГц и РЭС РНСС, работающей в полосе частот 1 559-1 610 МГц допускается применение методов уменьшения помех как для мешающих, так и для затронутых РЭС. В данном сценарии помех мешающими РЭС являются РЭС РНСС, а затронутыми РЭС являются РЭС РАС.
Сценарий воздействия помех от РЭС РНСС на РЭС ВРНС в совместно используемой полосе частот 1164-1215 МГц
В соответствии с международной таблицей распределения частот РР [117] полоса частот 1164 - 1215 МГц распределена ВРНС и РНСС на первичной основе. В тоже время необходимо отметить, что в соответствии с п. 5.328А РР ВРНС первична по отношению к РНСС, т.е. РЭС РНСС не должны причинять вредных помех РЭС ВРНС и не должны требовать защиты от них. В результате возникает следующий сценарий помех: основные излучения от РЭС, размещенных на космических аппаратах (КА) РНСС, работающих в полосе частот 1164 - 1215 МГц в направлении «космос-Земля», могут создавать помехи РЭС ВРНС, работающим в полосе частот 1215 - 1300 МГц (рисунок 1.3).
В соответствии с международной таблицей распределения частот РР [117] полосы частот 1 164-1215 МГц 1 215-1 300 МГц и 1559-1610 МГц распределены РНСС на первичной основе. В то же время СШП-устройства не могут использоваться в рамках распределений ни одной из определенных в Регламенте радиосвязи служб, в силу применения сверхширокополосных методов модуляции. Кроме того, «сверхширокополосность» приводит к регуля горным проблемам, связанным с использованием полос частот радиослужб обеспечения безопасности жизни, а также эксклюзивных полос частот пассивных служб. В связи с этим данные устройства могут работать только в соответствии с п. 4.4 РР, то есть радиоэлектронные устройства могут использоваться на условии не причинения вредных помех другим станциям, работающим в соответствии с РР, и не предъявления претензий на возможные помехи.
Таким образом, в отношении данных систем будет принята так называемая концепция «жестких пределов» на излучения, суть которой заключается в безусловном требовании к любому СШП устройству обеспечить выполнение норм, указанных в Регламенте радиосвязи, без проведения каких-либо согласований и координации. В рамках данной концепции в РР должны быть определены конкретные требования по защите служб от помех со стороны СШП устройств.
Поскольку на момент начала исследований окончательный технический облик СШП устройств не был определен, то для них предполагалось использовать диапазон частот от 1 до 10 ГГц. В результате возник следующий сценарий помех: основные излучения от СШП устройств могут создавать помехи РЭС РНСС, работающих в полосе частот 1 164-1 215 МГц 1 215-1 300 МГц и 1 559-1 610 МГц. (рисунок 1.4).
Сценарий воздействия помех между РЭС РНСС, работающими в полосах частот 1 164-1 215 МГц 1 215-1 300 МГц, 1 559-1 610 МГц и 5 010-5 030 МГц
В соответствии с международной таблицей распределения частот РР [117] полосы частот 1 164-1 215 МГц 1 215-1 300 МГц, 1 559-1 610 МГц и 5 010-5 030 МГц распределены РНСС на первичной основе. Как было указано выше, по п. 5.328В РР [117] использование полос 1 164-1 300 МГц, 1559-1610 МГц и 5 010-5 030 МГц системами РНСС, в отношении которых полная информация для координации или для регистрации, в зависимости от случая, получена Бюро радиосвязи после 1 января 2005 г., должно производиться с использованием положений пп. 9.12, 9.12А и 9.13. На рисунке 1.5 представлен пример возможного сценария помех между системами РНСС.
Исследование вопроса помехоустойчивости для случая воздействия на сигнал смеси шума и модулированной помехи
Как было отмечено в первой главе, необходимо провести исследование вопроса помехоустойчивости для случая воздействия на сигнал смеси шума и модулированной помехи, с целью получения аналитических выражений, позволяющих оценить вероятность ошибки на бит передаваемой информации, а также с целью определения границы применимости этих аналитических выражений.
Для исследования был выбран достаточно широкий класс сигналов, а именно сигналы с КАМ. В качестве модулированной помехи был взят сигнал, использующий КАМ. У такого класса помех амплитуда и фаза изменяются во времени. Отметим, что изменение во времени амплитуды помехи, справедливо только для КАМ с Мс 4. Для описания шума, как правило, всегда присутствующего в канале связи, был взят белый гауссовскип шум (БГШ).
Отметим, что возможны и другие виды помех, поэтому данное исследование не является исчерпывающим. Само исследование и его результаты нацелено на применение в координационных процессах в виде: - технических материалов для координации систем; - международных радиочастотных заявок систему; - методик расчета и моделирования по определению условий ЭМС между рассматриваемыми средствами.
При этом следует отметить, что к процессу координации допускаются те службы, которые имеют соответствующее распределение частот и более того у каждого распределения есть свой статус (первичный или вторичный). В соответствии с выше указанным, а также, учитывая то, что в рамках вопросов, затронутых в данной диссертационной работе, систем, испытывающих другие виды помех, не выявлено, результаты данного исследование применимы.
Сформулируем следующую исследовательскую задачу. Пусть в канале связи имеются сигнал, модулированная помеха и шум. Их энергетические соотношения задаются следующими выражениями: hi = E0/N0=(PCT6) /N0, (2.1) где: її б - отношение средней энергии сигнала, расходуемой на передачу одного бита сообщения к спектральной плотности мощности шума (отношение «сигнал/шум»); Ее, - средняя энергия сигнала, расходуемая на передачу одного бита информации; Л - спектральная плотность мощности шума; Рс- средняя мощность сигнала; То ТЭс/log2(Mc) -длительность информационного бита; Тэс— длительность элементарной посылки сигнала; MQ- число точек в сигнальном созвездии сигнала КАМ-Мс Н2= (РсТб) /(Рп/ДРп) = (РсТс) /Non=E6/N0n, (2.2) где: Н 2 - отношение средней энергии сигнала, расходуемой на передачу одного бита сообщения к спектральной плотности мощности помехи (отношение «сигнал/помеха»); Рп - средняя мощность помехи; Non спектральная плотность мощности помехи; Еб - средняя энергия сигнала, расходуемая на передачу одного бита информации; Рс- средняя мощность сигнала; Тв= T3C/log2(Mc) -длительность информационного бита; AFn = 1/Тэл- ширина полосы частот помехи; Тэп — длительность элементарной посылки помехи.
Известны таюке ширина полос частот сигнала AFC и помехи AFn. Необходимо оценить вероятность ошибки на бит передаваемой информации Рош(Іібі)1 сигнала КАМ при воздействии белого гауссовского шума (БГШ) и модулированной помехи («вероятность ошибки на бит передаваемой информации») по предложенным автором аналитическим выражениям, а таюке определить границы их применимости в зависимости от рассматриваемого случая (воздействие широкополосной или узкополосной помехи). В [40] приведена формула для оценки вероятности ошибки на бит передаваемой информации Р0Ш(Ііб) сигнала КАМ при воздействии БГШ:
При получении выражения hi Для случая воздействия широкополосной помехи было сделано предположение, что при F «1 (2.4) влияние реальной помехи можно представить в виде БГШ, т. е. модулированная помеха заменяется БГШ. F = AFC /AFn = ТЭП/ТЭс, (2.4) где: F - отношение полосы частот, занимаемой сигналом, к полосе частот, занимаемой помехой; AFC- 1/Тэс— ширина полосы частот сигнала; Тэс- длительность элементарной посылки сигнала; AFn = 1/ Тэп— ширина полосы частот помехи; Тэл - длительность элементарной посылки помехи. На основе такого предположения вывод аналитического выражения для отношения «сигнал/шум с учетом воздействия помехи» IIQX будет выглядеть следующим образом: 1бЕ 2_РСТб OS N, РСТб N0+Non с учетом того, что длительность информационного бита выражается, как: Та Тэс/logi(Mc), то, преобразуем hgz к виду: (2.5) где: he отношение средней энергии сигнала, расходуемой на передачу одного бита сообщения к спектральной плотности мощности шума и помехи (отношение «сигнал/шум с учетом воздействия помехи»); hi - отношение средней энергии сигнала, расходуемой на передачу одного бита сообщения к спектральной плотности мощности шума (отношение «сигнал/шум»); Н 2 - отношение средней энергии сигнала, расходуемой на передачу одного бита сообщения к спектральной плотности мощности помехи (отношение «сигнал/помеха»). Справедливость выражения (2.5) подтверждается результатами имитационной модели, реализованной в пакете прикладных программ MatLab, (см. раздел 2.3.3).
Методика оценки помех между РЭС РНСС и РЭС других служб
Данная методика предназначена для определения уровня помех, создаваемого мешающими РЭС в отношении других РЭС, испытывающих помехи, а именно: вероятности того, что суммарная мощность помех, создаваемых мешающими РЭС на выходе приемной антенны затронутого РЭС, превысит заданный уровень, Q=Y(I I ). Q=Q(X, Y,D), (3.1) где: X - совокупность параметров мешающих РЭС, которые в наибольшей степени характеризуют их свойства в ходе функционирования и при оценке помех; Y - совокупность параметров затронутых РЭС, определяющие их основные внутренние характеристики, которые оказывают наибольшее влияние на качество функционирования ее радиолинии и являются определяющими при оценке помех от мешающего РЭС; D - система основных ограничений и допущений, принятых при проведении исследований электромагнитной совместимости РЭС РНСС и РЭС других служб.
Данная задача решается на основе исходных данных, описанных в разделе 3.1.
Методика основана на материале, представленном в [27], однако расширена в части учета оценки помех на линии «Земля-Земля», а так же в возможности расчета помех не только в общих, но и в соседних полосах частот. 3.3.1. Расчетные соотношения методики оценки помех
В процессе функционирования рассматриваемых РЭС в сценарии помех могут быть как РЭС, расположенные на КА, так и находящиеся на поверхности земли.
С учетом [45] выражение для мощности помехи / на входе приемника затрагиваемого РЭС можно записать: = 10-log ю і ЫЩ ( N 1 (дБВт), (3.2) где: L - число источников помех, находящихся в зоне видимости затрагиваемого РЭС; у - индекс рассматриваемого источника помех; EIRPj - суммарная эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ)у-го источника помех, Вт; /- частота работы затронутого РЭС, Гц; dj - расстояние от затронутого РЭС доу -го источника помех, м; G(q)j) -усиление приемной антенны затронутого РЭС в направлении j-го источника помех, разы; Lgj - ослабление помехового сигнала в газах атмосферы от j-ro источника помех, разы; W-. max Aj(f) = —jf - относительный коэффициент ослабления оту -ого ]s,if)df -f источника помехи на частоте работы затронутого РЭС, разы. Sj(f) - маска спектра сигнала, излучаемого j-м источником помехи, Вт/Гц; Af— полоса частот затронутого РЭС, Гц Wjtnax- максимальная мощность излучения оту -го источника помех
Данная методика применима для следующих сценариев помех: 1. Мешающие РЭС, размещенные на КА, создают помехи затронутым РЭС, размещенным на поверхности Земли, (помехи на линии «космос-Земля»).
2. Мешающие РЭС, размещенные на Земле, создают помехи затронутым РЭС, размещенным на поверхности земли, (помехи на линии «Земля-космос»).
3. Мешающие РЭС, размещенные на поверхности Земли, создают помехи затронутым РЭС, размещенным на поверхности Земли, (помехи на линии «Земля-Земля»).
Расчетные соотношения для оценки помех на линии «космос-Земля»
При рассмотрении сценария помех, когда мешающие РЭС, размещенные на КА, создают помехи затронутым РЭС, размещенным на поверхности Земли, необходимо из множества КА орбитальной группировки N = {п\,п2...} определить подмножество КА, находящихся в зоне видимости рассматриваемой затронутой земной РЭС N(y) = {w(v)l,w(v)2...}.
Условие нахождение л-го мешающего РЭС, размещенного на КА, в зоне видимости рассматриваемой затронутой РЭС, размещенной на поверхности Земли: Xve-Xis + Yve-Yis + ZveZis-(R)2 I РЭС в северном полушарии РЭС в южном полушарии (3.3) где: R - радиус Земли; Xis, Yis, Zis - координаты рассматриваемого мешающего РЭС, размещенного на КА, определенные с помощью аналитической модели функционирования РЭС или путем непосредственного моделирования, например, с помощью пакета прикладных программ Satellite Tool Kit; Xve, Yve, Zve - координаты затронутого РЭС, размещенного на поверхности земли, с учетом [12]: Xve Yve Zve cosyLve) cosyBve) (3.4) 0ve = = R sun cosyLve)- sinyBve) in\Lve) Суммарная ЭИИМ, излучаемая мешающим РЭС, размещенным на КА, в направлении затронутого РЭС, размещенного на поверхности Земли, представляет сумму ЭИИМ излучений всех активных лучей мешающего РЭС, размещенного на КА, на одной частоте [48]. где: Wis, - мощность излучения t-то луча от рассматриваемого мешающего РЭС, размещенного на КА; Gis{ pt) - усиление t-vo луча в направлении затронутого РЭС, размещенного на Земле, учитывая, что диаграмма направленности антенны РЭС, размещенного на КА, задана в качестве исходных данных, усиление определяется на основе вычисления угла ф( - угла между осью ґ-го луча мешающего РЭС, размещенного на КА и направлением на затронутое РЭС, размещенное на поверхности Земли.
Исследование совместимости между станциями радиоастрономической службы и РЭС РНСС
Как было указано в разделе 1.1 ограничение внеполосных излучений РЭС РНСС в полосе частот 1610.6-1613.8 МГц рассматривалось в рамках вопроса по пункту 1.21 повестки ВКР-07. Данный вопрос предусматривал: рассмотреть результаты исследований в отношении совместимости между радиоастрономической службой и активными космическими службами в соответствии с резолюцией 740 (ВКР-03). Целью этих исследований являлось: рассмотрение и при необходимости уточнение таблиц пороговых уровней, используемых для консультаций, которые приведены в Дополнении 1 к Резолюции 739 (ВКР-03).
В полосе частот 1610.6-1613.8 МГц, для наблюдения спектральных линий радиоастрономической станцией с одной антенной определен порог плотности потока мощности (ППМ ) -194 дБ(Вт/м ) в полосе пропускания канала спектрометра 20 кГц диапазона частот 1610.6-1613.8 МГц . Данный диапазон частот используется только для наблюдений спектральных линий и не применяется для непрерывных наблюдений.
Пороговый уровень ППМ станций РАС при интерферометрических наблюдениях со сверхдлинной базой составляет: - 166 дБ(Вт/м ) для полосы пропускания 20 кГц. Этот уровень не был включен в Рекомендацию МСЭ-Р RA.769 [116], однако он упоминается в Рекомендации МСЭ-Р SM. 1633 [66]. Характеристики рассматриваемых станций РАС представлены в Приложении 2.
Учитывая предысторию данного вопроса (см. раздел 1.1 и 1.2), рассматривались возможности достижения совмещения как со стороны системы ГЛОНАСС, так и со стороны станций РАС. Полученные величины
Плотность потока мощности в канале спектральной линии, необходимая для создания допустимого уровня мощности в приемной системе с изотропной приемной антенной 0 дБи.
" Уровень плотности потока мощности -194 дБ(Вт/м ) в полосе пропускания канала спектрометра 20 кГц диапазона частот 1610.6-1613.8 МГц эквивалентен уровню мощности -220 дБВт в той же полосе пропускания канала спектрометра. необходимого уменьшения энергетического запаса в радиолинии системы ГЛОНАСС с целью защиты РАС показали, что не удается обеспечить заданное качество функционирования радиолинии системы ГЛОНАСС. Как было сказано в разделе 1.3.2, что в случаях, когда совмещение РЭС РНСС с РЭС других служб не может быть достигнуто на приемлемых условиях за счет применения методов второй группы, делается вывод о необходимости пересмотра базовых характеристик мешающих РЭС (в данном случае системы ГЛОНАСС) и изменении концепции их построения, то есть применении методов первой группы.
Учитывая, что в данном сценарии помех (см. раздел 1.2.) система ГЛОНАСС воздействует своими внеполосными излучениями на станции РАС, а также то, что система ГЛОНАСС является реально существующей системой, был сделан вывод о том, что наиболее оптимальным с точки зрения конструкторских изменений будет установка режекторного фильтра, позволяющего выполнить порог ППМ от одного КА -194 дБ(Вт/м ) в полосе пропускания канала спектрометра 20 кГц диапазона частот 1610.6-1613.8 МГц. При этом сложность технической реализации такого фильтра заключалась в следующем:
- основные излучения системы ГЛОНАСС, работающей в верхней части полосы частот 1559-1610 МГц, имеют частотный разнос всего 0.6 МГц от полосы наблюдений станций РАС, работающих в полосе частот 1610.6 -1613.8 МГц, что требует создание фильтра с высокой крутизной частотной характеристики;
- разработанный режекторный фильтр должен ослаблять нежелательные излучения системы ГЛОНАСС в полосе частот 1610.6-1613.8 МГц на 25 дБ.
На рисунке 4.1 на верхнем графике представлена функция распределения уровней помех от КА системы ГЛОНАСС на станции РАС (для частоты наблюдения 1610.6 МГц) при различных значениях ослаблений внеполосных излучений, достигаемых за счет установки режекторного фильтра. Средний график представляет собой зависимость, характеризующую влияние снижения мощности внеполосного излучения от КА системы ГЛОНАСС на уровни создаваемых им помех станциям РАС. Нижний график демонстрирует зависимость, связывающую величину уменьшения энергетического запаса в радиолинии с уровнем создаваемых помех станциям РАС.
Следует отметить, что связь величины уменьшения энергетического запаса в радиолинии системы ГЛОНАСС с уровнем создаваемых внеполосных помех станциям РАС, представленная на нижнем графике рисунка 4.1 может быть и другой, поскольку зависит от конкретной реализации режекторного фильтра (крутизны характеристики и т.д.).
Анализ зависимостей, характеризующих влияние снижения внеполосной мощности излучения системы ГЛОНАСС, на уровни создаваемых помех станциям РАС показывает, что применение такого метода уменьшения помех, относящегося к первой категории (см. раздел 1.3.2) имеет одинаковый эффект как для максимальных, так и для долговременных помех. Следует отметить, что применение данного метода имеет высокую эффективность с точки зрения уменьшения уровня помех от мешающей системы, однако его применение целесообразно и может быть оправдано, только тогда, когда другими методами снизить уровни помех не удается, поскольку данный метод сопряжен с большими финансовыми затратами.
Однако, помимо Рекомендации МСЭ-Р RA.769, существуют Рекомендации МСЭ-Р RA.1513 и МЛ 583, содержащие дополнительные критерии и методы оценки совместимости пегеостационарных спутниковых систем и радиоастрономии. В соответствии с данными документами уровень суммарной эквивалентной плотности потока мощности (ЭППМ), равный -258 дБ(Вт/м ) в полосе пропускания канала спектрометра 20 кГц на входе радиоастрономической станции от всех спутников одной негеостационарной спутниковой системы не должен быть превышен более чем в 2 % времени на интервале 2000 с. Отметим, что данный порог является более жестким, порог ППМ от одного КА -194 дБ(Вт/м ) в полосе пропускания канала спектрометра 20 кГц диапазона частот 1610.6-1613.8 МГц.
