- ПО обработки, анализа и графического представления данных телеметрии (уровней сигналов и шумов в каналах приемника, времени поиска сигналов), расчетных дальностей и скоростей (по фазе и по коду), их разностей с измеренными значениями (невязок), погрешностей ежесекундных и осредненных навигационных определении плановых координат и высоты с анализом геометрии созвездий.

Данные управляющего компьютера могут передаваться по интерфейсу RS 232 в другой компьютер или ЛПД. Стандартный интерфейс ККС позволяет через линии связи объединить несколько таких станций в единую сеть с взаимным обменом информации внутри сети. Совместная обработка информации, полученной на различных ККС сети, позволяет исключить зависимость точности поправок от удаления потребителей от ККС в регионе, охватываемом сетью. [1]

На рис. 1.1 приведена типовая схема ДПС СРНС на базе РМ , в состав которой входят опорная и контрольная станции и предусмотрена связь с управляющей станцией. Опорная станция (ОС) обеспечивает вычисление ДП, формирование ДС в стандартном формате RTCM SC-04 и передачу их по каналам РМ потребителям.

Корректирующая информация морских ЛДПС передается в соответствии с принятым стандартом RTCM SC-104, разработанным первоначально для GPS Специальным комитетом 104 Радиотехнической комиссии по мореплаванию США Международной Ассоциацией маячных служб.

Версия 2.2 этого стандарта создана, чтобы учесть и использование дифференциального режима ГЛОНАСС [1]. Последующее изложение основано на этом материале.

Формат RTCM SC-104 предусматривает использование 30-битовых слов; из них 24 бита являются информационными, следующие за ними 6 бит - "контрольные". Каждое сообщение имеет заголовок из двух слов, следующие за ними слова передаваемых данных специфичны для каждого конкретного типа сообщения. Поправки и неоперативная вспомогательная информация передаются в качестве непрерывного потока сообщений, состоящих из отдельных информационных кадров. Одно сообщение включает N+2 слова. Сообщения с данными СРНС ГЛОНАСС сгруппированы в блок из семи типов (табл. 1 .2).

Таблица 1.5. Основные сообщения ЛДПС СРНС ГЛОНАСС/ GPS.

Номер типа сообщения GPS	Наименование	Номер типа сообщения ГЛОНАСС
1	Поправки GNSS	31
3	Параметры ККС	32
5	Исправность созвездия	33
6	Нуль-кадр	34 ( N= 0 или 1 )
7	Альманахи РМ	35
9	Подгруппа "быстрых" поправок GNSS	34(N> 1 )
16	Специальное сообщение	36

Формат и содержание сообщений о поправках ГЛОНАСС идентичны формату и содержанию соответствующих сообщений GPS. Однако имеются некоторые отличия, связанные с несколько иной структурой координат и временной шкалы СРНС ГЛОНАСС, а также с содержанием информационных кадров навигационного сообщения ГЛОНАСС.

Имеются также отличия в заголовках сообщений. Сообщение 31(N>1) содержит корректирующие поправки для всех «видимых» НС. В отличие от сообщения 31 сообщение 34 содержит поправки лишь для подгруппы из этих «видимых» НС, общим числом не более девяти. Сообщение 32 содержит информацию о координатах ККС в системе ПЗ-90. Формат и содержание этого сообщения идентичны сообщению 3 для GPS, но координаты в сообщении 3 представлены в системе WGS-84. Сообщение 34 (Т=0 или 1) используется для вспомогательных целей (обеспечение непрерывности передачи), например, когда ККС не готова послать другую информацию, для синхронизации в некоторых специфических случаях.

Сообщение 35 предусмотрено для РМ, предающих поправки для СРНС ГЛОНАСС, содержит информацию о местонахождении, частоте несущей и зоне действий РМ, и используется для того, чтобы облегчить восприятие сигнала РМ потребителем. Координаты РМ передаются в системе координат ПЗ-90. Каждый РМ передает также информацию о двух или трех близлежащих РМ сети. Зона действия РМ характеризуется расстоянием от РМ, на котором отношение сигнал/шум в полосе сигнала превышает 7 дБ в 99,9% времени каждого сезона. Радиомаяк идентифицируется в соответствии с положениями МАМС.

Сообщение 36 идентично сообщению типа 16, но информация о безопасности навигации будет передаваться как на русском, так и на английском языках.

Таблица 1.6. Частота передачи сообщений ЛДПС ГЛОНАСС/GPS

Номер сообщения	Частота
9(1)	Передается настолько часто, насколько возможно (примерно каждые 15...20 с)
3	Дважды в час (по истечении каждой 15-ой и 45-ой мин.)
5	В 5-ую минуту каждого часа и через каждые 15 мин. после
6	По мере необходимости
7	В 7-ую мин. каждого часа и каждую мин. после
16	В случае необходимости
34(31)	Каждые 50.. .60 секунд
32	Дважды в час (в 16-ую и 45-ую мин. каждого часа)
33	В 6-ую мин. каждого часа и затем каждые 15 мин.
34	По мере необходимости (N=0 или 1)
35	В 8-ую мин. каждого часа
36	По мере необходимости

В случае кратковременного отсутствия поправок для любой системы и информации об отказе ККС и РМ будет передаваться сообщение 6 (34) (N<2) или сообщение 16 (36) с указанием вида отказа в заголовке.

Одновременно информация об отказе РМ или ККС будет предаваться ближайшим РМ посредством сообщений 7 (35). В результате время между обнаружением отказа и передачей предупреждения о нем не превысят 10 секунд.

Для морских локальных дифференциальных подсистем самым экономичным решением, как уже отмечалось выше, является использование в качестве линий передачи данных всенаправленных средневолновых радиомаяков, работающих в диапазоне 283,5... 325 кГц. При этом применяют манипуляцию с минимальным фазовым сдвигом. Возможная скорость передачи данных от 25 до 100 бод. Скорость передачи поправок для СРНС ГЛОНАСС составляет 25 бод, при работе с СРНС GPS без селективного доступа и с селективным доступом скорости передачи составляют соответственно 50 и 100 бод. Такая манипуляция не мешает выполнению основной задачи радиомаяка - определению направления. [1]

Для помехоустойчивого кодирования используется корректирующие коды Рида-Соломона. Основной недостаток выбранной линии передачи данных - подверженность помехам, например, из-за разрядов статического электричества в осадках (дождь, снег).

II. Проблема электромагнитной защищенности локальной дифференциальной подсистемы.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) - способность технических средств (ТС) работать в реальной электромагнитной обстановке, не создавая недопустимых помех. Технические средства (ТС) - любые устройства, использующие электромагнитные (ЭМ) явления. Например: устройства усиления, переключения, преобразования. Электромагнитная (ЭМ) помеха - любое ЭМ явление, способное вызвать нарушение работы ТС.

Электромагнитная совместимость нарушается, если уровень помех слишком высок или помехоустойчивость оборудования не достаточна. В этом случае возможно нарушение в работе ЛДПС, выдача ложных сигналов в системах управления, навигации.

В странах ЕС вступила в силу директива 336ЕС 89. С 1996 года в Европе не допускается продажа технических средств без сертификата соответствия стандартам по электромагнитной совместимости. В России подлежит обязательной сертификации по ЭМС различное электротехническое и электронное оборудование. Сертификат выдается на основе протокола испытаний, проведенных в аккредитованной лаборатории. Испытания включают проверку устойчивости ТС к помехам со стандартными параметрами и проверку на допустимые уровни создаваемых помех.

Очень часто перед нами встает проблема защиты приемной аппаратуры от электромагнитных помех (ЭМП). И, как правило, снизить интенсивность воздействия помех ниже определенного уровня экономически оправданными средствами не удается. В качестве примера можно привести старые энергетические и промышленные предприятия, проектирование которых велось практически без учета требований электромагнитной совместимости (ЭМС), в расчете на электромеханические системы управления и контроля. Поэтому там для сведения уровней к заведомо безопасным значениям требуется проделать огромную работу (по сути, чуть ли не переделать весь объект заново). ЭМС всегда достигается путем некоего компромисса с одной стороны, улучшается электромагнитная обстановка (ЭМО), а с другой повышается помехоустойчивость аппаратуры. Такой путь является наиболее экономически оправданным и признается сейчас во всем мире.

Чтобы оценить устойчивость аппаратуры к электромагнитным полям и помехам, проводят специальные испытания на ЭМС.

Одной из основных проблем является повышенная чувствительность приемной аппаратуры к электромагнитным помехам (ЭМП). Нужно учитывать, что многие силовые энергообъекты проектировались в расчете на электромеханические системы автоматики, помехоустойчивость которых, как правило, достаточно велика. Старение заземляющих устройств дополнительно ухудшает электромагнитную обстановку (ЭМО). Более того, даже на многих новых энергообъектах при измерениях выявляются недопустимо высокие уровни помех во вторичных цепях из-за ошибок при проектировании или недокументированных отклонений от проекта в ходе его реализации.

Обеспечение ЭМС на силовых энергообъектах имеет свою специфику. Рассмотрим ее на примере подстанции.

Электромагнитная обстановка на подстанции характеризуется тремя факторами:

- эксплуатационным состоянием заземляющего устройства,

- уровнями помех, возникающих во вторичных цепях при коротких замыканиях и коммутационных операциях,

- уровнями электромагнитных полей промышленной и высокой частоты (включая импульсные поля), воздействующих непосредственно на указанные устройства.

Основным параметром, характеризующим эксплуатационное состояние заземляющего устройства энергообъекта в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), является его сопротивление растеканию на промышленной частоте. Величина этого сопротивления характеризует заземляющее устройство в целом, но ничего не говорит о внутренних электрических связях между отдельными его элементами. Эти связи и качество их выполнения имеют определяющее значение при оценке аварийного потенциала, шагового напряжения и напряжения прикосновения, а также при оценке степени защищенности вторичных цепей во время коротких замыканий и коммутационных операций. Опыт проведения натурных измерений показывает, что в большинстве случаев сопротивление растеканию энергообъектов не превышает нормированные значения. Однако почти на всех объектах обнаруживаются высоковольтные аппараты, имеющие недостаточную электрическую связь с другими элементами заземляющего устройства.

Защита систем связи на промышленных предприятиях.

Многие современные предприятия с энергоемким производственным циклом являются источниками значительных электромагнитных помех (ЭМП). Типичными источниками помех на промышленных предприятиях являются:

- работа мощных электродвигателей (станки, конвейеры, краны и т.п.),

- коммутации мощных потребителей электроэнергии (нагревательных и плавильных печей, электросварочных аппаратов, холодильных установок, электролизных ванн и т.п.),

- силовая электропроводка, создающая электрические и магнитные поля,

- подходящий к предприятию электротранспорт,

- средства локальной радиосвязи, включая мобильные радиостанции и сотовые телефоны,

- промышленные микроволновые печи,

- различные экспериментальные установки.

Отсюда возникает необходимость оценки электромагнитной обстановки (ЭМО), подразумевающей проведение серии измерений. По результатам измерений разрабатываются защитные мероприятия, обеспечивающие защиту

Наиболее достоверно определить уровень помехи можно только путем измерений уровня сигнала. Однако

- измерения дорого стоят

- результаты измерений можно получить только статистические

- прогноз не будет иметь 100-процентную надежность

Поэтому на практике используют различные расчетные методы. Расчетным путем напряженность поля в точке приема можно получить, зная эффективно излучаемую мощность и затухание распространения. Для расчета затухания используются

- эмпирические графики

- эмпирические формулы

- расчеты с использованием данных рельефа (цифровых карт)

Эмпирические графики

Наиболее распространены графики, известные как графики МККР (ныне МСЭ-Р). Они были составлены на основании большого количества измерений, проведенных в 50-е годы в целях изучения распространения телевизионного сигнала. Этим объясняется опорная мощность передатчика (1 кВт) и высота приемной антенны (10 м) для которых и приводятся графики. К полученным из графиков величинам вводятся поправки, учитывающие неровность местности, высоту приемной антенны, различные проценты времени или мест, для которых превышается расчетное значение и т.д.

В дальнейшем на базе этих графиков были составлены модифицированные графики, более приближенные к задачам сухопутной подвижной службы. Такие графики приложены к Венскому соглашению по приграничной координации частот (1993).

Однако, расчеты по графикам громоздки, неудобны и не обеспечивают точности расчетов, поэтому в последнее время они утрачивают популярность.

Эмпирические формулы

В 50-е годы начались попытки упростить расчеты и дать инженерам простой инструмент практической оценки уровня радиосигналов. Одна из первых - очень простая формула Эгли.

Позднее, в 60-е годы, Окумура опубликовал ряд работ, в которых предложил поправки для учета характеристик рельефа местности.

Однако, наибольшее распространение получили формулы Хата. Первая была опубликована в 1980-м году и была предназначена для расчетов уровней радиосигналов в условиях городской застройки.

В дальнейшем автор модифицировал формулу для учета пригородной и сельской местности.

В известном нам виде формула позволяет вычислять также статистические характеристики сигналов, в частности среднеквадратичное отклонение.

Расчеты с использованием данных рельефа (цифровых карт)

Большая трудоемкость работы с картами в бумажном исполнении не позволяла производить расчеты с учетом конкретных характеристик рельефа. Массовое внедрение персональных компьютеров позволило реализовать расчеты любой сложности и использовать базы данных рельефа местности в глобальном масштабе с любым разрешением. Пока эти программы и топобазы дороги и трудно доступны, однако время идет быстро и цены постоянно падают.

Помехи на энергетических и промышленных предприятиях

Принято считать, что электромагнитная обстановка на энергетических и промышленных предприятиях является очень жесткой. Нужно, однако, понимать, что уровни помех даже на однотипных предприятиях могут быть совершенно разными. Существенную роль играют даже такие факторы, как отклонения от проекта в ходе его реализации, старение заземляющего устройства, проведенные модернизаций и т.п. Поэтому оценка совокупности помех, называемой также электромагнитной обстановкой (ЭМО) на любом конкретном предприятии требует индивидуального подхода. Обычно ЭМО тем хуже, чем выше энерговооруженность предприятия. Поэтому установка оборудования на основе микропроцессорной технологии на энергоемких производствах и объектах электроэнергетики требует тщательного подхода к защите от электромагнитных помех (ЭМП). При этом нельзя забывать, что на предприятиях могут появляться ЭМП внешнего происхождения (например, грозовые разряды или излучение близкорасположенной радиостанции).

Можно выделить несколько основных видов помех, характерных для энергетических и промышленных предприятиях. Перечислим основные из них.

1. Аварийные разности потенциалов между различными заземляющими устройствами, а также между различными точками одного заземляющего устройства.

2. Провалы, прерывания и выбросы напряжения питания вследствие резкого изменения нагрузки и аварий в энергосистеме.

3. Импульсные поля и помехи при коммутациях силового электрооборудования и работе мощных потребителей электроэнергии.

4. Поля и потенциалы при грозовом разряде.

5. Постоянно действующие низкочастотные электрические и магнитные поля силовых электроустановок.

6. Высокочастотные поля различных радиопередатчиков

7. Электростатический разряд.

В зависимости от специфики конкретного объекта, наибольшую опасность для электронной аппаратуры представляют те или иные из перечисленных факторов. Ниже перечисляются наиболее распространенные последствия воздействия помех:

Классификация электромагнитных помех

В качестве помехи может фигурировать практически любое электромагнитное явление в широком диапазоне частот. Прежде чем переходить к рассмотрению влияния ЭМП на аппаратуру связи, попытаемся ввести некоторую классификацию ЭМП.

В зависимости от источника ЭМП можно разделить на естественные и искусственные. Наиболее распространенной естественной ЭМП является электромагнитный импульс при ударе молнии. Искусственные помехи можно разделить на создаваемые функциональными источниками и создаваемые нефункциональными источниками. Функциональным источник помехи будем называть в случае, если для него самого создаваемая ЭМП является полезным сигналом. К таким источникам относятся, прежде всего, передающие устройства радиосвязи, а также аппаратура, использующая цепи питания для передачи информации. Нефункциональными будем называть источники, которые создают ЭМП в качестве побочного эффекта в процессе работы. К ним можно отнести любые проводные коммуникации, создающие электромагнитные поля, коммутационные устройства, импульсные блоки питания аппаратуры и т.п. Электростатический разряд с тела человека также может рассматриваться как создаваемый нефункциональным источником ЭМП. Принципиальное различие между функциональными и нефункциональными источниками состоит в том, что для вторых уровень ЭМП часто можно снизить путем пересмотра конструкции источника, в то время как для функциональных ЭМП такой путь обычно исключается.

В зависимости от среды распространения ЭМП могут разделяться на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называют ЭМП, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и земле.

Деление помех на индуктивные и кондуктивные является, строго говоря, условным. В реальности протекает единый электромагнитный процесс, затрагивающий проводящую и непроводящую среду. В ходе распространения многие помехи могут превращаться из индуктивных в кондуктивные и наоборот. Так, переменное электромагнитное поле способно создавать наводки в кабелях, которые далее распространяются как классические кондуктивные помехи. С другой стороны, токи в кабелях и цепях заземления сами создают электромагнитные поля, т.е., индуктивные помехи.

Условность деления помех на индуктивные и кондуктивные наглядно проявляется, например, в ходе анализа пути проникновения высокочастотных помех внутрь электронной аппаратуры. Часто выясняется, что реальный путь проникновения помехи представляет собой комбинацию металлических проводников и “дорожек” на платах аппаратуры (“кондуктивные” участки) и паразитных емкостных и индуктивных связей (“индуктивные” участки). В результате помеха достигает высокочувствительных цифровых контуров аппаратуры, минуя защитные элементы типа фильтров и варисторов, установленные в расчете на чисто кондуктивный характер помехи.

Деление помех на индуктивные и кондуктивные можно считать относительно строгим лишь в низкочастотной (до десятков кГц) области, когда емкостные и индуктивные связи обычно малы. Однако и здесь есть исключения - например, строгий анализ растекания тока через сложный заземлитель в землю требует учета как гальванической, так и электромагнитной составляющей единого процесса.

Следующие два способа классификации помех основываются на их спектральных характеристиках. Во-первых, ЭМП делятся на узкополосные и широкополосные. К первым обычно относятся помехи от систем связи на несущей частоте, систем питания переменным током и т.п. Их отличительной особенностью является то, что характер изменения помехи во времени является синусоидальным или близок к нему. При этом спектр помехи близок к линейчатому (максимальный уровень - на основной частоте, пики меньшего уровня - на частотах гармоник).

Широкополосные помехи имеют существенно несинусоидальный характер и обычно проявляются в виде либо отдельных импульсов, либо их последовательности. Для периодических широкополосных сигналов спектр состоит из большого набора пиков на частотах, кратных частоте основного сигнала. Для апериодических помех спектр является непрерывным и описывается спектральной плотностью. Типичными широкополосными помехами являются:

- Шум, создаваемой в сети питания аппаратуры при работе импульсного блока питания,

- Молниевые импульсы,

- Импульсы, создаваемые при коммутационных операциях,

- ЭСР.

Другой спектральной характеристикой является область частот, в которой лежит основная часть спектра помехи. Условно принято делить все помехи на низкочастотные и высокочастотные. К первым обычно относят помехи в диапазоне 0 - 9 кГц. В большинстве случаев они создаются силовыми электроустановками и линиями. Высокочастотные узкополосные помехи (с частотой выше 9 кГц) обычно создаются различными системами связи. Высокочастотными являются все распространенные типы импульсных помех. Иногда также вводят понятия радиочастотной помехи (диапазон - от 150 кГц до 1?2 ГГц) и СВЧ-помехи (порядка нескольких ГГц).

Оценка параметров электромагнитной обстановки

Принципы, лежащие в основе оценки ЭМО, сводятся к использованию некоторой классификации помех. Это связано с тем, что проведение измерения всех мыслимых электромагнитных параметров в широком диапазоне частот, причем в течение длительного времени, что необходимо для фиксации сравнительно редко и нерегулярно появляющихся помех, является трудоемкой и дорогостоящей задачей.

Поэтому обычно для конкретного объекта априори выделяются потенциально опасные виды помех, после чего проводится оценка их реальных уровней. Эта оценка может быть экспериментальной (прямые измерения), экспериментально-аналитической, или (в некоторых случаях) чисто аналитической. Нужно отметить, что выделение потенциально опасных видов помех является непростой задачей, требующей известного опыта. Ясно, что для этого необходимо также располагать хотя бы минимальной информацией как о самом объекте, где предполагается оценка ЭМО, так и о его окружении.

Поскольку хорошее заземление аппаратуры в большинстве случаев повышает ее помехоустойчивость, в программу оценки ЭМО обычно включают и оценку параметров системы заземления.

После того, как потенциально опасные классы помех были выбраны, необходимо для каждого из них определить подходящую методику оценки. Возможны следующие принципиально разные варианты оценки параметров каждого вида помехи:

- экспериментальная оценка;

- экспериментально-аналитическая оценка;

- аналитическая оценка.

Вообще говоря, экспериментальные методы оценки ЭМО дают наиболее точный результат, учитывающий все особенности объекта, его уникальные характеристики. Однако для того, чтобы обеспечить должную эффективность экспериментальных методов, их применение все равно должно сопровождаться неким анализом, позволяющим заранее выявить, например, потенциальные источники помех или слабые места в организации систем питания и заземления. В результате этого анализа определяются как потенциально опасные виды помех (см. выше), так и цепи и точки, в которых измерения должны быть проведены в первую очередь. Далее, в ходе измерений производится постоянный анализ результатов на предмет соответствия той модели ЭМО, которая была выбрана на первом этапе. При необходимости эта первоначальная модель должна дополняться и корректироваться. И, наконец, по завершении измерений проводится окончательная оценка результатов измерений на предмет внутренней непротиворечивости и соответствия сложившейся модели. Грубо говоря, даже максимальное применение экспериментальных методов оценки ЭМО не спасает от известных умственных усилий.

Экспериментально-аналитической будем называть такую методику оценки ЭМО, когда искомые параметры ЭМО определяются на основании аналитической обработки результатов измерений.

Как правило, использование экспериментально-аналитических методов снижает точность результата за счет накопления погрешностей и действия факторов, неучтенных в ходе анализа. Единственным, пожалуй, исключением является статистическая обработка результатов измерений. Поэтому экспериментальный метод является предпочтительным. Во многих случаях, однако, невозможно избежать использования аналитических методов. К ним приходится прибегать, в частности, для оценки редких и нерегулярно возникающих помех (таких как помехи от коротких замыканий, молний и т.п.). Другая область применения экспериментально-аналитических методов - оценка ЭМО на еще незавершенных объектах. К экспериментально-аналитической оценке можно отнести также перенос результатов измерений с одних объектов на другие аналогичные.

И, наконец, чисто аналитическая оценка обычно применяется лишь на стадии проектирования. Основной ее недостаток - слишком низкая точность в большинстве случаев. Даже тогда, когда расчет позволяет получить результаты удовлетворительной точности, отклонения от проекта в ходе его реализации могут кардинально изменить параметры ЭМО.

Искажение сигналов в антенных цепях. Относится к приемной радиоаппаратуре. Механизм возникновения помех аналогичен индуктивному механизму возникновения помех в проводных коммуникациях аппаратуры связи: электромагнитное поле помехи индуцирует в антенных цепях ЭДС помехи. Обычно амплитуды помех, наводимых таким образом, малы для того чтобы повредить входные фильтры аппаратуры. Поэтому основную угрозу для приема представляют помехи, значительная часть спектра которых лежит в рабочей полосе частот радиоаппаратуры.

Попадание помех на входы питания аппаратуры. Существует множество механизмов возникновения помех в цепях питания аппаратуры. Это связано с тем, что обычно сеть питания имеет большую протяженность и объединяет самых разных потребителей. Описанные выше для информационных цепей механизмы попадания помех (индицирование ЭДС внешним полем и проникновение помехи через общее сопротивление) действуют и в этом случае. Кроме того, работа каждого потребителя, включенного в общую сеть питания, вносит искажения в формы кривых тока и напряжения в этой сети. При этом частоты помех могут меняться в очень широких пределах - от десятков и сотен герц (гармоники, а также провалы и выбросы напряжения питания при коммутациях больших нагрузок) до радиочастотных (например, при работе некоторых блоков питания аппаратуры). Постоянное отклонение напряжения и (или) частоты питания от номинальных значений вследствие перегрузки сети, аварийной работы энергосистемы или автономного источника питания также могут рассматриваться как помехи.

Среди низкочастотных помех наибольшую опасность представляют перенапряжения при авариях электропитания (особенно ? аварийные потенциалы на элементах заземляющего устройства, которые вследствие возникающей разности потенциалов между заземлением аппаратуры и нейтрали питающего ее трансформатора оказываются приложенными к входам питания). К временной потере работоспособности аппаратуры также приводят полные отключения питания на длительное время. Отказы хорошо спроектированной аппаратуры по причине появления других низкочастотных (до нескольких сотен герц) помех в цепях питания случаются относительно редко. Такая устойчивость объясняется тем, что современные блоки питания аппаратуры обычно представляют собой систему автоматического регулирования (САР), способную поддерживать заданное значение напряжения на выходе даже в случае значительного отклонения формы кривой напряжения на входе от номинальной.

Протекание токов помех по металлическим корпусам аппаратуры и экранам кабелей. Источников таких помех может быть множество. Заземленные металлические корпуса и шасси аппаратуры, а также экраны кабелей, образуют часть пути стекания в землю токов помех. Внешние электромагнитные поля также наводят токи помех в экранирующих корпусах аппаратуры и экранах кабелей. При электростатическом разряде с тела человека также происходит протекание тока по металлическим конструкциям аппаратуры.

Проблема электромагнитной защищенности существовала всегда, начиная с первых дней радиотехники. Однако, наиболее остро проблема электромагнитной защищенности возникла в наши дни, когда из-за большого числа различных радиоэлектронных средств существующий вокруг нас эфир насыщен электромагнитными колебаниями всех диапазонов частот. Необходимо отметить, что данная проблема в начальный период своего исследования рассматривалась как проблема электромагнитной совместимости в рамках проблемы борьбы с помехами. И лишь с середины 90-х годов XX столетия эта проблема стала рассматриваться с точки зрения непосредственно электромагнитной защищенности.

В основе методов обеспечения электромагнитной защищенности радионавигационного оборудования лежат следующие признаки [1]:

- этапы жизненного цикла создания радиоэлектронных средств связи;

- системный подход к решению задач электромагнитной защищенности;

- способ применения;

- используемый ресурс. Рассмотрим более подробно каждый из этих признаков.

Методы решения задач ЭМЗ имеют специфику в зависимости от того, на каком этапе они применяются: проектировании и разработки радиооборудования, испытаний, производства и эксплуатации аппаратуры. Решение проблем, связанных с обеспечением устойчивости аппаратуры к воздействию помех, дают лучшие результаты и требуют меньших затрат, обычно, на ранних стадиях. [6]

Системный подход к решению проблемы ЭМЗ, как правило, осуществляется на трех уровнях: при выборе элементной базы, при разработке блоков и отдельных устройств и при создании комплекса. При этом, обеспечение ЭМЗ на нижних уровнях проектирования и разработки, значительно упрощает решение в целом задачи ЭМЗ.

По способу применения методы обеспечения ЭМЗ подразделяются на технические и организационные. К техническим методам относятся: схематические, конструкторские и технологические решения, направленные на совершенствование характеристик, влияющих на ЭМЗ элементов, функциональных блоков и в целом радиоэлектронных средств.

Разработка организационных решений, использование которых снижает уровни помех, осуществляется в ходе их подготовки к эксплуатации.

Технические методы направлены на совершенствование характеристик оборудования, организационные - на оптимизацию организационных возможностей размещения оборудования. На практике организационные и технические методы обеспечения электромагнитной защищенности, как правило, используются комплексно.

Более подробно организационные и технические мероприятия будут рассмотрены ниже в главе IV.

При решении задачи электромагнитной защищенности учет частного, временного и пространственного ресурсов необходимо осуществлять с учетом специфики судовых условий и организационных принципов морской радиосвязи.

Обобщенная классификация методов обеспечения ЭМЗ показана на рисунке 2.1.

Выполнение условия обеспечения электромагнитной защищенности может быть достигнуто в различных направлениях: уменьшение мощности излучения мешающих передатчиков; уменьшение коэффициента усиления антенн; применение несовпадающих по поляризации передающих и приемных антенн, увеличения затухания на пути распространения радиоволн от передатчика до приемника, в том числе, и за счет использования экранирующих свойств металлических конструкций, увеличения частотных разносов между радиопередатчиком и радиоприемником, устранение или компенсация индустриальных радиопомех, радиопомехи из-за неблагоприятных метеоусловий (молниевые разряды, солнечные вспышки радиоизлучении); Наиболее эффективными методами достижения этой цели являются:

- пространственный разнос;

- использование экранирующих конструкций на пути распространения радиоволн;

- использование, по возможности, приемных антенн с избирательными свойствами;

- увеличение частотного разноса между радиопередатчиком и радиоприемником (работа на парных частотах);

- применение высокодобротных узкополосных фильтров (коаксильных объемных резонаторов);

- использование передатчиков с элементами адаптации, в которых предусмотрена возможность изменения мощности в зависимости от помеховой ситуации.

Рис.2.1.Обобщенная классификация методов обеспечения ЗМЗ.

При мешающем влиянии шумов радиопередатчика, или если создаются условия для образования интермодуляционных помех, наиболее радикальным решением является применение высокодобротных фильтров; такой фильтр на выходе радиопередатчика снижает уровни его нежелательных шумовых составляющих спектра сигнала, а на входе радиоприемника -улучшает характеристику частотной избирательности приемника.

На этапе эксплуатации радиоэлектронных средств часто возникает необходимость в дополнительном электромагнитном экранировании источников помех, что позволяет локализовать поле помех возле его источника и защитить радиоприемную аппаратуру от нежелательных радиоизлучений. Необходимо отметить, что на эффективность экранирования оказывает большое влияние тип используемого для экрана материала и его толщина. Наличие на экране отверстий и щелей снижает его эффективность. Осуществление экранирования источников помех обязательно должно сопровождаться мероприятиями по фильтрации и заземлению электрической сети. Обычно комплекс указанных мер обеспечивает степень экранирования помещений до 30 - 40 дБ. Дополнительный резерв в эффективности мероприятий по обеспечению электромагнитной защищенности дает уже выше упомянутая адаптация передатчиков по излучаемой мощности.

Этот комплекс мер в значительной степени способствует решению задачи ЭМЗ.

Необходимо также отметить, что известные в настоящее время способы оценки качества линий радиосвязи не позволяют учитывать в комплексе влияние частотно-временных структур сигналов и взаимных помех, статистические свойства канала связи и условия демодуляции сигналов в приемнике.

Однако, вводимое Ю. Г. Вишневским и А. А. Сикаревым - авторами изобретения «Устройства для оценки сигнала» - понятие поля поражения сигнала позволяет устранить вышеуказанный недостаток посредством вычисления площади поля поражения сигнала и последующего определения коэффициента простоя линии радиосвязи. Предлагаемый авторами способ оценки качества линии радиосвязи позволяет уточнить условия и возможности повышения общего уровня помехозащищенности линии и систем связи.

Алгоритм оценки качества линии радиосвязи с использованием критерия «площадь поля поражения сигнала» приведен на рис. 2.2.

Применение рассмотренных методов обеспечения электромагнитной защищенности должно решаться в зависимости от каждого конкретного случая. Единственным общим условием является то, что вновь вводимые в эксплуатацию средства не должны создавать радиопомех уже действующему комплексу радиоэлектронных средств.

Возможный алгоритм выбора методов обеспечения электромагнитной защищенности представлен на рис. 2.3

Рассмотрим проблему электромагнитной защищенности локальных дифференциальных подсистем в рамках проблемы электромагнитной защищенности радиотрассы контрольно-корректирующая станция - судно. В качестве контрольно-корректирующей станции рассмотрим ныне действующую ККС Шепелевского радиомаяка.

В общем случае на радиотрассу контрольно-корректирующая станция - судно, как уже упоминалось выше, будет воздействовать ряд помех:

- электромагнитные помехи от радиоэлектронных средств;

- электромагнитные помехи от электротехнического оборудования;

- индустриальные радиопомехи;

- возможные радиопомехи из-за метеоусловий. Рассмотрим каждый пункт более детально.

1. Электромагнитные помехи от радио- и радионавигационных средств. Максимальная дальность приема сигнала поправок при распространении по прямолинейной траектории около 260км при мощности станции ЮОВт. Следовательно, довольно обширная восточная часть Финского залива может покрываться сигналами поправок от Шепелевской контрольно-корректирующей станции, и, следовательно, большое количество потребителей может получать эту информацию. Однако, информационное обеспечение потребителя не ограничивается получением сигналов поправок от Шепелевской контрольно-корректирующей станции. Информационное обеспечение, кроме прочего, включает в себя получение данных от спутниковых радионавигационных систем, например, от СРНС ГЛОНАСС или (и) GPS, использование РЛС, использование радиостанций (на УКВ, метровом, дециметровом диапазонах), радиотелефонов. Комплексно это все создает фон паразитного излучения, электромагнитные помехи. В результате, мы видим острую необходимость в обеспечении электромагнитной защищенности радиотрассы контрольно-корректирующая станция-судно.

К комплексу мер по обеспечению электромагнитной защищенности от помех радиоэлектронного оборудования можно отнести:

- усиление фильтрующих свойств используемых фильтров;

- использование таких форм сигналов и методов модуляции, которые были бы минимально подвержены всевозможным электромагнитным колебаниям;

- использование антенн с избирательными свойствами;

- использование передатчиков с элементами адаптации;

- использование экранов и заземления.

2.Электромагнитные помехи, создаваемые различным электротехническим оборудованием. Электромагнитные помехи в эфире помимо радиосредств создаются и путем излучения различного электротехнического оборудования, в том числе и обычной бытовой техники. При этом спектр таких помех может лежать как в сравнительно узкой низкочастотной области, так и в широкой полосе, захватывающий диапазон работы радиосредств. К наиболее характерным видам помех первого рода относится помеха электросети (50Гц). К числу помех второго рода следует в первую очередь отнести импульсные макро- и микроразряды, наблюдаемые в высоковольтных линиях, контактных системах, в коллекторах электродвигателей, системах зажигания, сварочных аппаратах. В результате в эфире образуются короткие импульсы, захватывающие широкий спектр радиодиапазона. В качестве борьбы с такими помехами обычно используют различные компенсирующие схемы, схемы, отключающие приемные устройства. В то же время и при разработке различного электрооборудования стали предъявлять жесткие требования к снижению его паразитных излучений.

3. Индустриальные радиопомехи (ИРП). Индустриальные радиопомехи занимают особое место среди других непреднамеренных радиопомех. Большинство из них характеризуется сплошным спектром в диапазоне радиочастот. Индустриальные радиопомехи в значительной степени определяют электромагнитную обстановку и их устранение является одной из основных задач в обеспечении нормальных условий работы радиоэлектронного оборудования.

Что касается Шепелевской контрольно-корректирующей станции, электромагнитную обстановку данного района в большей степени определяют следующие индустриальные объекты и предприятия:

- Ленинградская атомная электростанция;

- город Кронштадт, с его военно-промышленным комплексом (из-за достаточно плотного расположения в пространстве г. Кронштадт можно рассматривать как точечный источник индустриальных помех);

- строящийся портовый терминал в городе Усть-Луге;

- строящийся нефтяной терминал и нефтепровод в городе Приморске.

Для более дифференцированной оценки влияния помех на различные системы передачи информации необходимо знание статистических характеристик микроструктуры индустриальных радиопомех, т.е. необходимо оперировать с помехой как случайным процессом.

Для обеспечения электромагнитной защищенности от индустриальных радиопомех вводится комплексная система устранения ИРП. К этой системе относят:

- особенности выполнения и прокладки электрических сетей всех назначений;

- особенности размещения и строительства зданий (плотность застройки, виды и плотность транспортных сетей);

- вид модуляции и помехоустойчивость радио- и радионавигационного оборудования;

- использование различных фильтров;

- экранирование, заземление.

4. Возможные электромагнитные помехи из-за неблагоприятных метеоусловий.

Электромагнитные помехи могут также вызываться электростатическими разрядами, молниевыми разрядами, излучениями снега, солнечной вспышки радиоизлучений.

Электромагнитная защищенность может быть достигнута как соответствующими методами конструирования оборудования, так и управлением их работой. В результате рассмотрения вышеупомянутых вопросов следует отметить, что проблема электромагнитной защищенности линий локальной дифференциальной подсистемы приобретает все большую актуальность в связи с возрастанием требований точности и надежности при определении места судна, особенно в акватории порта и на внутренних судоходных путях. Лишь совместное использование вышеозначенных комплексов и мер по защите способно обеспечить необходимую электромагнитную защищенность линий передачи информации.

3. Особенности эксплуатации локальных дифференциальных подсистем

Для реализации дифференциального режима в дополнение к наземным штатным средствам СНС Глонасс и GPS требуется создание дифференциальной подсистемы в составе опорных и контрольных станций, а также, при необходимости, управляющих станций, использующих средства связи для передачи дифференциальных сообщений потребителям и взаимной связи для передачи данных между станциями.

Учитывая уже принятые международные и национальные решения по морской дифференциальной подсистеме СНС, можно сделать однозначный вывод о перспективности ее построения на базе морских радиомаяков.

Передача дифференциальных сообщений морским потребителей производится по каналам морских радиомаяков в диапазоне 283,5-325кГц.

В дифференциальном режиме СНС по сравнению со стандартным режимом работы значительно повышается точность и надежность навигационного обеспечения потребителей, т.е. расширяются функциональные возможности использования систем. Точность повышается за счет вычисления на опорных станциях и передачи потребителям поправок, учитывающих постоянные и медленноменяющиеся составляющие ошибок измеряемых радионавигационных параметров. Одновременно повышается надежность за счет контроля работоспособности дифференциальной подсистемы СНС, как части всей системы, контрольными станциями и оперативного оповещения потребителей о состоянии дифференциальной подсистемы и системы за счет передачи данных потребителям о целостности в составе дифференциального сообщения.

Дифференциальный режим СНС является наиболее перспективным для обеспечения плавания в условиях стесненного маневрирования, включая узости, каналы и подходы к портам.

При использовании дифференциального режима работы СНС могут быть успешно решены следующие специальные навигационные задачи:

- обеспечение высокоточного судовождения на внутренних водных путях (реках, озерах и водохранилищах);

- рыбный промысел в прибрежных водах, узкостях и в районах со сложной навигационной обстановкой;

- высокоточный промер глубин в прибрежных водах и узкостях;

- точное выставление и контроль за местоположением плавучих средств навигационного ограждения как на море, так и на реках и в узкостях;

- прокладка кабелей и трубопроводов как в прибрежных водах, так и в открытом море;

- геодезические и другие научные исследования в любых районах мира;

- обеспечение добычи полезных ископаемых и проведения необходимых изыскательских работ.

Интенсивные работы по созданию дифференциальной подсистемы, прежде всего в интересах морских потребителей, проводятся во многих странах.

В настоящее время в 22 странах развернута опытная эксплуатация 166-ти опорных станций дифференциальной подсистемы GPS. Согласно принятой в США программе развития дифференциальной подсистемы, предусматривается развертывание 52 опорных станций, зона действия которых охватывает все прибрежные воды США. 23 таких станции планируется разместить в Канаде, что позволит обеспечить высокоточными навигационными измерениями внутренние водные пути Великих озер, реки Святого Лаврентия.

Ряд стран Балтийского моря (Польша, Финляндия, Швеция, Дания и Эстония) установили сеть опорных станций, зона действия которых охватывает большую часть Балтийского моря за исключением прибрежных вод России. В 1997 г на базе радиомаяка Шепелевский была создана первая российская дифференциальная подсистема СНС GPS, которая в дальнейшем будет дооборудована аппаратурой СНС ГЛОНАСС, т.е. превратится в дифференциальную подсистему СНС ГЛОНАСС/GPS.

Исходя из задач, требующих использования дифференциального режима работы СНС, районами России, нуждающимися в первоочередном оснащении опорными станциями являются:

- арктический регион от Мурманска до Берингова пролива прежде всего его западный сектор (10-12 станций);

- восточная часть Финского залива и район порта Калининград (2 станции);

- прибрежные воды Сахалина и Курильских островов (5-6 станций);

- подходы к портам Владивосток, Находка и Восточный (1-2 станций);

- подходы к портам Новороссийск, Таганрог и керченскому проливу (1 станция);

- подходы к устью Волги и порту Астрахань (1-2 станции);

- подходы к порту Архангельск (1 станция).

Для навигационного обеспечения судов речного флота целесообразно в первую очередь оборудовать дифференциальной подсистемой СНС участки внутренних водных путей, для которых изданы навигационные карты, обеспечивающие инструментальные методы судовождения.

К таким районам относятся:

- Ладожское и Онежское озера;

- Рыбинское водохранилище;

- Нижние участки рек Енисей, Обь и Лена;

- Участки реки Волги;

- Участки реки Камы.

Предлагаемое оснащение опорными дифференциальными станциями позволит удовлетворить не только потребности общего мореплавания, но и нужды речников, рыбаков, гидрографов и промысловиков, для которых особо важными являются районы Баренцева и Карского морей, прибрежные воды Сахалина и северная часть Каспийского моря, а также указанные районы внутренних водных путей. Росморфлотом совместно с ГУНиО МО, Росречфлотом и Департаментом по рыболовству Минсельхозпрода разработана межведомственная программа оборудования побережья морей в Российской Федерации дифференциальной подсистемой СНС Глонасс/Навстар и предложения по размещению дифференциальных станций на базе существующих радиомаяков.

Места предполагаемого размещения контрольно - корректирующих станций диффподсистемы ГНСС Глонасс/GPS:

№	Район расположения	Название действующего маяка	Широта N	Долгота E	Частота (кГц)	Зона действия (мили)
1.	Калининград	Балтийск	5438	1954	312.5	80
2.	Санкт-Петербург	Шепелевский	5959	2908	298.5	110
3.	Мурманск	С-Наволок	6924	3330	318.5	150
4.	Архангельск	Жижгинский	6513	3649	298.5	110
5.	Канин Hoc	Канин Нос	6838	4318	285.5	150
6.	Амдерма	Тонкий	6951	6206	303.5	150
7.	о-в Олений	Олений	7235	7739	294.5	150
8.	р.Енисей Липатниковский перекат	Енисей	6825	8618	315.5	150
9.	Мыс Стерлигова	Стерлигова	7524	8845	318.5	150
10.	о-в Андрея	Андрея	7644	11027	291.5	150
11.	о-в Столбовой	Столбовой	7410	13527	306.5	150
12.	Река Индигирка	Индигирский	7116	15017	324.5	150
13.	мыс Янрагай	Янрагай	6954	17032	291.5	150
14.	о-в Врангеля	Врангеля	7059	17829	309.5	150
15.	мыс Дежнева	Дежнева	6601	16943	303.5	130
16.	о-в Большой Бегичев	Бегичев	4731	11215	300.5	150
17.	о-в Каменка	Каменка	6928	16114	318.5	150
18.	о-в Визе	Визе	7930	7659	294.5	150
19.	о-в Котельный	Котельный	7559	13753	310.5	150
20.	Петропавловск-Камчатский	Петропавловский	5253	15842	291.5	150
21.	Северо-Курильск	Васильева	5000	15523	294.5	150
22.	Курильские острова	Ван-дер-Линда	4535	4924	312.5	150
23.	Камчатка	Крутогорова	5505	15535	300.5	150
24.	Магадан	Алевина	5850	15121	303.5	150
25.	мыс Елизаветы	Елизаветы	5425	14343	318.5	150
26.	Корсаков	Корсаковский	4637	14248	312.5	80
27.	Владивосток	Гамов	4233	13113	306.5	150
28.	Астрахань	Астраханский	4428	4801	291.5	100
29.	Новороссийск	Анапский	4453	3718	315.5	100
30.	Анадырь	Русская Кошка	6434	17833	315.5	150
31.	о. Карагинский	Карагинский	5833	16333	301.5	100
32.	Усть-Камчатск	Африка	5611	16321	291.5	150

В Европейской части Российской Федерации в настоящее время действует одна контрольно-корректирующая станция, которая, как уже упоминалось выше, размещена на Шепелевском маяке. При мощности ЮОВт максимальная дальность приема сигналов поправок при распространении по прямолинейной трассе составляет приблизительно 260км. [1] Учитывая выше сказанное, зона уверенного приема сигналов поправок Шепелевской контрольно-корректирующей станции охватывает Европейскую часть Российской Федерации до города Лодейное поле (середина реки Свирь). С учетом возрастающих требований к точности и надежности определения места судна на внутреннем водном пути очевидна необходимость в расширении зоны уверенного приема поправок контрольно-корректирующей станции. Появляется необходимость в создании зоны действия контрольно-корректирующей станции, которая охватывала бы Волго-Балтийский водный путь (в частности: реку Свирь, южную часть Онежского озера, Волго-Балтийский канал, реку Шексна, Рыбинское водохранилище). В настоящее время рассматривается перспектива создания такой зоны. Ожидаемый результат может быть получен:

- частично -- при увеличении мощности Шепелевской контрольно-корректирующей станции до 500Вт.;

- при введении в эксплуатацию новой контрольно-корректирующей станции.

При рассмотрении варианта о введении в эксплуатацию новой контрольно-корректирующей станции возникает вопрос о ее месторасположении. В этой связи рассматривается три возможных пути решения этой проблемы.

Первый вариант - строительство контрольно-корректирующей станции в городе Вытегра на Волго-Балтийском канале. Второй вариант - строительство контрольно-корректирующей станции в городе Белозерск на озере Белое. Третий вариант - строительство новой контрольно-корректирующей станции в городе Череповец на реке Шексна.

Проведем анализ на предмет наилучшего месторасположения контрольно-корректирующей станции. Главным критерием при нашем изучении будет являться электромагнитная защищенность линий радионавигационной связи.

Наличие развитого индустриально-промышленного комплекса в городе Череповце (металлургический завод, судостроительно-судоремонтный завод, завод металлоконструкций и т.д.), расположение вблизи города Череповецкого гидроузла, разветвленная сеть железных дорог - все это не позволяет разместить контрольно-корректирующую станцию в городе Череповец. В сумме все радиопомехи от перечисленных выше объектов создают в районе города Череповца своего рода «электромагнитный колпак», не позволяющий работать радиоэлектронному оборудованию с требуемой точностью и надежностью.

Строительство новой контрольно-корректирующей станции в городе Вытегра имеет свои плюсы и минусы. Основным минусом данного варианта являются шлюзы Волго-Балтийского канала и большое количество радиоэлектронной аппаратуры, необходимой для связи и управления процессами судоходства на Волго-Балтийском канале. В результате в окружающем эфире будут присутствовать радиопомехи. Плюсом является выгодное расположение города Вытегра на Андомской возвышенности, что благоприятствует распространению радиоволн. Вторым, не мало важным, фактором является то, что зона действия Вытегорской контрольно-корректирующей станции будет соприкасаться с зоной действия Шепелевской контрольно- корректирующей станцией в районе города Лодейное поле. Таким образом вся Единая Глубоководная Система Европейской части Российской Федерации будет обслуживаться сигналами поправок контрольно-корректирующих станций.