Проблема електромагнітної сумісності у супутникових системах зв’язку Єменскої Республіки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний університет радіоелектроніки

УДК 621.396.946:621.391.827

05.12.13 - Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Проблема електромагнітної сумісності

у супутникових системах зв'язку Єменскої Республіки

Аль-Михлафі Мурад Абдулла

Харків 2001

Робота виконана на кафедрі "Телекомунікаційні системи" Харківського державного технічного університету радіоелектроніки.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Поповський Володимир Володимирович, Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри "Телекомунікаційні системи"

Анотації

Аль-Михлафі Мурад Абдулла. Проблема ЕМС у системах супутникового зв'язку Єменської республіки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.12.13 - Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій. Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, Харків, 2001.

Дисертацію присвячено дослідженню електромагнітної сумісності (ЕМС) супутникових систем зв'язку (ССЗ) та наземних радіоелектронних засобів (РЕЗ) на внутришньосистемному і міжсистемному рівнях з розробкою рекомендацій по вирішенню задач ЕМС. Вперше проведено аналіз ЕМС ССЗ, які обслуговують Єменську республіку, показана доцільність та необхідність поліпшення обстановки (ЕМО) як в середині системи, так і міжсистемно. Обґрунтована та запропонована низка заходів щодо поліпшення ЕМО, як для конкретних напрямків зв'язку, так і в цілому в системі.

Запропоновано застосовувати алгоритми адаптивної компенсації перехідних завад для зменшення їх впливу на ССЗ із повторним використанням частот. Розроблено та запропоновано для забезпечення міжсистемної ЕМС вдосконалений алгоритм управління в ССЗ, котрий синтезовано відносно базису спостереження і який може бути реалізовано у вигляді адаптивного компенсатора завад, що реалізується відносно різних фізичних параметрів. Цей алгоритм не потребує окремого каналу управління. Розроблено методику оцінки ймовірності появи поодиноких та групових порушень умов ЕМС, що дає змогу аналізувати ЕМО в угрупуваннях РЕЗ різного призначення.

Ключові слова: супутникові системи зв'язку, радіоелектронні засоби, електромагнітна сумісність, електромагнітна обстановка, перехідні завади, компенсація, управління в ссз.

Аль-Михлафи Мурад Абдулла. Проблема ЭМС в системах спутниковой связи Йеменской республики. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - Радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций. Харьковский государственный технический университет радиоэлектроники, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена исследованию электромагнитной совместимости (ЭМС) спутниковых систем связи (ССС) и наземных радиоэлектронных средств (РЭС) Йеменской республики на внутрисистемном и межсистемном уровнях и разработке рекомендаций по решению задач ЭМС. Впервые проведен анализ ЭМС ССС, обслуживающих Йеменскую республику, показана целесообразность и необходимость улучшения ЭМ обстановки (ЭМО) как внутри-, так и межсистемно. Разработана методика анализа условий ЭМО для спутников связи, находящихся на геостационарной орбите и на орбитах, отличающихся от GEO. Использованы законы орбитального движения, сферической геометрии и параметры антенн для моделей, рекомендованных ITU. Данная методика позволяет грамотно, научно обоснованно производить экспертизу по каждому из обращений операторов спутниковой связи к Йеменской республике при нарушении условий ЭМС на орбитах.

Обоснован и предложен ряд мероприятий по улучшению ЭМО, проанализированы причины, приводящие к появлению внутрисистемных перекрестных помех, которые особенно проявляются при повторном использовании частот. Показано, что основными причинами поляризационных искажений сигналов в ССС с ПИЧ являются: эффект Фарадея, гидрометеоры и неоднородности атмосферы. Получены численные результаты, характеризующие величины и причины этих искажений как для отдельных направлений связи, так и для системы в целом.

Для ослабления влияния перекрестных помех на ССС с повторным использованием частот предложено использовать алгоритмы адаптивной компенсации этих помех. Для реализации адаптивного компенсатора рекомендуется брать опорный сигнал из сопряженного по поляризации канала. С помощью имитационного моделирования показано, что влияние остатков полезного сигнала в опорном канале существенно не проявится на качестве работы компенсатора, поскольку эти остатки редко когда превышают уровень - 10 дБ.

Предложен усовершенствованный алгоритм управления в ССС, который синтезирован не по отношению состояния системы, а относительно базиса наблюдения и который целесообразно реализовывать в виде адаптивного компенсатора помех, который может быть синтезирован с использованием различных параметров сигналов (частотных, временных, пространственных, поляризационных, энергетических). Такое управление менее эффективно по сравнению с управлением всей группировкой, однако при этом не требуется выделенного канала для каждого управления. Для синтеза адаптивных компенсаторов помех, которые используются в работе, рекомендованы методы переменных состояния. Показано, что алгоритм может быть представлен в виде процедуры Калмана-Бьюси. Особенностью этих представлений является то, что в качестве оцениваемого параметра переменных состояния используется не само состояние, а вектор весовых коэффициентов. Такое решение является согласованным с известными решениями Уидроу и является их определенным обобщением.

Разработана методика оценки вероятности появления одиночных и групповых нарушений условий ЭМС. Данная методика дает возможность анализировать ЭМО в групповых структурах РЭС различного назначения. Определен допустимый уровень помех для ССС.

Рекомендуется уровень допустимых помех, определяющих ЭМС, отсчитывать от уровня полезного сигнала и этот уровень составляет - 30…-27дБ. Такой порядок отсчета более рационален в ССС, поскольку уровни полезных сигналов практически не изменяются во времени.

Ключевые слова: спутниковые системы связи, радиоэлектронные средства, электромагнитная совместимость, электромагнитная обстановка, переходные помехи, компенсация, управление в ссс.

Al-Mikhlafi Murad Abdulla. EMC problem in satellite communication systems of Yemen Republic. - Manuscript.

Dissertation on competition of candidate's academic degree of technical science, speciality 05.12.13 - Radio engineering systems and telecommunication facilities. Kharkiv State University of radio Technical electronics, Kharkiv, 2001.

The dissertation work is dedicated to analyze the electrical magnetic compatibility (EMC) of satellite communication systems (SCS) and terrestrial radio electronic facilities (REF) of Yemen Republic inside of the system and on the intersystem level and to elaborate recommendations of EMC problem solution. For the first time was made the analysis of EMC of SCS supplying Yemen Republic, we have showed the practicability and necessity of electrical magnetic condition (EMCon) improvement inside of the system and of all intersystem. We have discussed and proposed a list of measures of EMCon improvement, for both separate connection link and system in all. We have proposed the improved control algorithms of adapted compensation of transient interferences to reduce its influence to SCS with frequency reuse. We have proposed the improved control algorithm of SCS with is almost synthesized concerning the control basis and it can be realized as the adapted interference compensator self - adjusting to the signal parameters and it doesn't need the dedicated control channel. We have elaborated the method of probability, estimation of single or group disturbances of EMC requirement, this method allows to analyze EMCon in REF groups of different destination.

Key words: satellite communication system, radio electrical facilities, electrical magnetic compatibility, electrical magnetic condition, transient interference, compensator, control in scs.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми та стан питання. Зростаюча кількість радіоелектронних засобів (РЕЗ), особливо систем рухомого зв'язку, супутникових систем на низьких (LEO) та середніх (MEO) орбітах, а також збільшення вимог щодо якості каналів зв'язку, якості роботи різних засобів та систем породжують все нові і нові аспекти проблеми ЕМС як внутрішньосистемного так і міжсистемного характеру. Проблема ЕМС все більше проникає в життя і її прояви можуть бути досить трагічними. Відомо цілу низку порушень в роботі деяких алгоритмів, в яких виникали чи могли виникнути ті чи інші негативні явища. Так, в період останніх Олімпійських ігор - 2000 весь світ завмер в очікуванні непередбаченого, коли вогненна чаша, рухаючись вверх, раптом зупинилась і зависла над трибуною. Причиною цьому була завада супутникової станції французького кореспондента, котра проникла в контур керування чашею і порушила режим. Таких прикладів можна навести безліч.

Існує інша сторона проблеми ЕМС, коли оператори супутникових систем зв'язку, часто обґрунтовано, а інколи і не досить, пред'являють претензії до наземних РЕЗ Єменської республіки про те, що ці РЕЗ завдають завад їх космічним сегментам. Часто це призводить до значних фінансових втрат або до виключення із сфери забезпечення деяких РЕЗ республіки, що також призводить до значних втрат.

Єменська республіка-сучасна країна Ближнього Сходу. Вона прагне розвивати всі напрямки життя і діяльності, для забезпечення яких розвинута NII- національна інформаційна інфраструктура, яка є часткою GII- глобальної інформаційної інфраструктури. Органічною часткою цих інфраструктур є супутникові системи зв'язку (ССЗ), які забезпечують інформаційний обмін як в середині країни, так і на міждержавному рівні. Більш того, для Єменської республіки ССЗ мають особливе значення, оскільки більша частина території зайнята незаселеними, пустельними та напівпустельними і гористими районами. В цих умовах прокладка кабельних магістралей та радіорелейних ліній є не раціональним і не ефективним рішенням. Доцільним і раціональним заходом є використання ССЗ. Кошторис супутникового трафіка дещо вищий порівняно з наземним, однак цей зв'язок представляється зразу ж після запиту, його якість не залежить ні від обставин в середині територій, ні від інших чинників, які діють на наземні лінії. електромагнітний супутниковий радіоелектронний

Уряд Єменської республіки, інші державні та ділові структури зацікавлені в інтеграції NII в GII, в розвитку супутникового зв'язку, його національного сегменту. Таким чином, ця робота була санкціонована для детального вивчення питань про сучасний стан та перспективи використання ССЗ в Єменській республіці.

Оскільки Єменська республіка не має своїх національних ССЗ, то вона орендує частку ресурсу бортів ретрансляторів зв'язку (РЗ) та закуповує абонентські станції (АС) для вирішення тих чи інших інформаційних та телекомунікаційних задач. Різноманітні комерційні, приватні, релігійні та інші структури держави, за погодженням з регламентуючими організаціями, також активно використовують різні супутникові системи. З появою Globalstar, Teledesic і інших систем різко збільшується кількість приватних абонентів. Все це потребує детального вивчення електромагнітної обстановки та аналізу впливів, що можуть виникнути в результаті цієї обстановки, а також і впровадження пропозицій, методів, методик та алгоритмів, що забезпечують вирішення проблеми ЕМС чи поліпшать її становище в Єменській республіці.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, і зокрема кафедра телекомунікаційних систем, активно працюють над розробками та впровадженням різноманітних науково-технічних рішень в сучасні супутникові системи. Питання, що розглянуті в дисертаційній роботі, входять до вищезгаданих програм.

Матеріали дисертації, зокрема: аналіз впливів середовища поширення радіохвиль на поляризаційну структуру цих хвиль, методи боротьби з перехідними завадами в системах з повторним використанням частот (ПВЧ), використані в учбовому процесі кафедри, в дисципліні "Супутникові та радіорелейні системи передачі".

Результати та висновки дисертації планується використати в Єменській республіці, зокрема в департаменті зв'язку при вирішенні міжнародних суперечок щодо порушень умов ЕМС наземними РЕЗ республіки. Ці результати можна рекомендувати для використання також і іншими країнами, наприклад Україною.

Мета досліджень. Метою дисертаційної роботи є розробка методики аналізу ЕМС в супутникових системах зв'язку та РЕЗ Єменської республіки на внутрішньосистемному та міжсистемному рівнях та пропозицій щодо вирішення цих задач ЕМС.

Об'єкт досліджень - проблема ЕМС, що виникає в лініях супутникового зв'язку.

Предмет досліджень - електромагнітна обстановка в лініях супутникового зв'язку Єменської республіки, що утворюється як космічними, так і наземними РЕЗ різного призначення, а також впливами природних чинників які змінюють параметри сигналів в цих лініях, породжують завади перехідного характеру.

Методи досліджень. Розробка методики аналізу ЕМС проводилась з використанням законів орбітального руху, сферичної геометрії, радіофізики, поширення радіохвиль, з використанням методів моделювання на ПК.

Аналіз ЕМС ССЗ Єменської республіки на внутрішньосистемному та на міжсистемному рівнях відбувався на основі узагальнення відомих з літератури та практичного використання ССЗ чинників, які підтверджують наявність завад на цих рівнях взаємодії. Використані методи радіофізики, теорії антен, поширення радіохвиль в різних середовищах та за умов наявності різних розсіювачів, функціонального аналізу, апроксимації, теорії рядів.

При вирішенні задач забезпечення ЕМС ССЗ при взаємодіях в середині систем, при синтезі алгоритмів адаптивної компенсації завад використані методи оптимізації в просторі стану, математичне моделювання марківських процесів та полів, методи оптимального оцінювання та управління, методи машинного експерименту.

При вирішенні задач ЕМС при міжсистемних впливах, при синтезі управління в угрупуваннях РЕЗ та синтезі управління базисом спостереження приймальних засобів цього угрупування використана теорія прийняття рішень, методи змінних стану, методи фільтрів Калмана- Б'юсі.

При розробці математичної моделі оцінки поодиноких та групових порушень умов ЕМС та методики аналізу цих порушень використана марківська- гаусівська теорія, теорія ймовірностей, вирішення рівняння ФПК, елементи теорії потенціального завадозахисту.

Наукова новизна. Вперше проведено аналіз ЕМС ССЗ, які використовуються Єменською республікою, показана необхідність покращення ЕМО як всередині систем, так і на міжсистемному рівнях. Обґрунтована та запропонована низка заходів по поліпшенню ЕМО, як для конкретних напрямків зв'язку так і в цілому в системі.

Кількісно та якісно проаналізовані причини, що призводять до появи перехідних завад в супутникових системах з повторним використанням частот, та вперше запропоновані алгоритми адаптивної компенсації цих завад, які відрізняються тим, що для організації опорного каналу використовується спряжений по поляризації або іншому параметру канал, який є джерелом цієї перехідної завади.

Для вирішення задач управління в ССЗ вперше запропоновано алгоритм, що синтезований не відносно стану систем, а відносно стану базису спостереження, для функціонування алгоритму немає потреби в організації додаткових каналів, реалізація цього алгоритму можлива в вигляді адаптивного компенсатора завад по одному чи декількох фізичних параметрах сигналів.

Практичне значення одержаних результатів. Тема дисертації спрямована на вирішення важливих для Єменської республіки задач розробки наукового обґрунтування методики аналізу ЕМС міжнародних супутникових систем та наземних РЕЗ республіки, здатних завадити цим системам. Таким чином:

1. Проведені дослідження умов ЕМС в ССЗ, що забезпечують грамотне, науково обґрунтоване вирішення міжнародних суперечок відносно претензій до РЕЗ Єменської республіки, які завдають чи здатні спричинити завади орбітальним об'єктам інших країн.

2. Оскільки задоволення вимог ЕМС є одним із найголовнішим чинників при функціонуванні різних РЕЗ, тодисертаційні дослідження допоможуть в проведенні кваліфікованого вибору нових супутникових та інших РЕЗ для Єменської республіки.

3. Методику кількісного та якісного аналізу рівнів перехідних завад в ССЗ з ПВЧ можна рекомендувати для використання при виборі параметрів сигналів в ССЗ на етапі їх розробки та для вибору заходів по зменшенню рівня цих завад.

4. Розроблена методика оцінки ймовірності появи поодиноких та групових порушень умов ЕМС дає змогу аналізувати ЕМО в угрупуваннях РЕЗ різного призначення і може бути рекомендована для широкого використання на практиці.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертації одержані особисто автором та опубліковані в печаті.

В роботі [1] особисто дисертанту належить розробка математичного апарату і проведення аналізу на ПЕОМ. В роботі [2] особисто дисертанту належить розробка самої методики аналізу і проведення розрахунків на ПЕОМ. В роботі [3] автору належить постановка задачі аналізу, проведення розрахунків та синтез адаптивного компенсатора перехідних завад. В роботі [6] особисто дисертанту належить розробка методики аналізу ЕМС орбітального угрупування.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались на 2-х міжнародних конференціях

Крім цього ці результати регулярно доповідались на кафедральних та міжкафедральних семінарах кафедри телекомунікаційних систем ХТУРЕ.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 4 статті в наукових журналах, відзначених ВАК з даної спеціальності та 2 тези в матеріалах 2-х наукових конференцій.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку скорочень та списку використаної літератури. Робота містить 160 сторінок тексту, 5 таблиць, 37 рисунків, 71 найменувань використаної літератури.

Зміст дисертації

У вступі обґрунтована актуальність проведених досліджень, розкрито стан основних наукових питань щодо тематики роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, доцільність та необхідність для Єменської республіки вирішення наукових задач по дослідженню проблеми ЕМС супутникових систем на внутрішньосистемному та міжсистемному рівнях.

В першому розділі приділено увагу аналізові електромагнітної обстановки в ССЗ та описанню проблеми ЕМС. Дається огляд стану та перспектив розвитку ССЗ у світі та в Єменській республіці зокрема. Формулюються сучасні вимоги, які висуваються щодо ССЗ, та ті, що необхідні для забезпечення їх ЕМС. Показано, що всі три напрямки служби ССЗ: фіксована, рухома та рухома з місцевизначенням у перспективі повинні інтенсивно розвиватися. При цьому, будуть продовжувати експлуатуватись як традиційні, уже функціонуючі системи, так і перспективні: на базі LEO, MEO. Аналізується співвідношення енергетики та електромагнітної обстановки в цілому як на орбітах ССЗ, так і у наземних станціях зв'язку. Енергетика в лініях ССЗ розраховується з використанням рівняння передачі:

Рпр=Рпер+Gпр(и1)+Gпер(и2)+Wсв+Wдод, (1)

де коефіцієнти підсилення антен G(и) розраховуються відповідно до рекомендацій ITU. Узагальнена методика аналізу ЕМО, розрахунку енергетики та траєкторних, орбітальних параметрів. Орбітальні параметри космічних об'єктів розраховані відповідно до законів Кеплера, а для кутових параметрів використані методи сферичної геометрії. В основу методики кутових розрахунків покладено методологію М.А. Биховського з доопрацюванням відповідно до задач часткового перетинання космічним об'єктом зони головної пелюстки діаграми спрямованості земної станції. Схема визначення орбітальних параметрів для ЗС, що розміщена в точці С представлена на рис.1.

Рис.1. Схема визначення орбітальних параметрів для ЗС, яка розміщена в точці С.

Розроблена також методика обрахування часових параметрів взаємодії ЗС з космічними апаратами. Таким чином, розбудована і адаптована до географічного положення Єменської республіки науково обґрунтована методика аналізу ЕМС ЗС з космічними об'єктами, що особливо важливо при розгляді міжнародних суперечок відносно обґрунтованості тих чи інших можливих звинувачень нашої республіки з боку іноземних операторів ССЗ. Проаналізовані також джерела завад, які порушують умови ЕМС в окремих напрямках та системах в цілому.

Другий розділ присвячений аналізу ЕМС з урахуванням внутрішньосистемних взаємодій в ССЗ. Розглядаються методи організації зв'язку в ССЗ з повторним використанням частот. Показані варіанти реалізації цього використання з просторовим та поляризаційним розділенням інформаційних потоків. Обговорюються переваги та недоліки таких систем. Для багатопозиційних сигналів, на прикладі 16-QAM показано механізм виникнення та впливу прихідних завад. З урахуванням поляризаційної матриці розсіювання для аналізу використана лінійна модель прийнятих сигналів:

(2)

де відповідно: комплексні амплітуди сигналів та шумів в ортогональних каналах.

Стверджується, що при відносно повільних поляризаційних змінах, які відбуваються в супутникових каналах зв'язку можна синтезувати алгоритм управління, котрий буде встигати ці зміни відслідковувати і відповідно управляти параметрами сигналів або антенних пристроїв з метою повного поляризаційного прийому корисних сигналів або з метою приглушення небажаних сигналів. Проводиться аналіз причин, що впливають на поляризаційні зміни сигналів. До таких відносяться:

- турбулентні атмосферні потоки;

- іоносфера під впливом геомагнітного поля Н 0 (ефект Фарадея);

- гідрометеори в твердій фазі або в фазі рідини.

З використанням рішення Ритова С.М. для суцільно випадкового середовища та в припущенні крупнорозмірних неоднорідностей для колімірованого пучка променів одержано вираз для нормалізованого деполярізованого компонента. Для супутникових радіотрас цей компонент є

, (3)

де індекс П- показує, що компонент відноситься до плоского хвильового фронту, y- відстань від осі пучка. Вираз (3) показує, що при прийомі на скаті головної пелюстки діаграми спрямованості кроскомпоненти ростуть в квадраті.

Фарадеєвський поворот площини поляризації

(4)

пропорційний довжині траси в іоносфері R, концентрації вільних електронів N та проекції геомагнітного поля , що орієнтований під кутом б до вектора . Цей поворот найбільш дієвий в дециметровому та в нижній частині сантиметрового діапазонів.

Вплив гідрометеорів на рівень енергетики та поляризацію радіохвиль особливо зростає в верхній частині сантиметрового та міліметровому діапазонах.

Аналіз показав, що впливи на поляризацію серед цих 3-х причин в різних умовах різні. Рівень же кроскомпонент при повторному використанні частот в ССЗ може досягати -10дБ, а інколи і більшого значення.

Третій розділ присвячений розробці методів забезпечення ЕМС при внутрішньосистемних взаємодіях в ССЗ. Оскільки при добре складеному частотному плані в ССЗ з повторним використанням частот головною внутрішньосистемною завадою є кроскомпонента з сусіднього каналу, то цим завадам було приділено основну увагу. Боротьбу з цими завадами можна організувати по різному. Так, можна відновити ортогональність між компонентами і привести їх до первісного стану. Такий шлях продуктивний, але не зовсім раціональний, бо громіздкий. Більш раціонально встановлювати приймальний поляризаційний базис кожного із каналів ортогонально поляризації сусіднього каналу. При цьому перехідна завада в кожному каналі буде мати мінімальну потужність, але поляризаційний базис приймальних систем не буде повністю погоджений з своїм сигналом. Втрата корисного сигналу при цьому буде мінімальною, бо його потужність

(4)

залишиться майже без втрат при малих значеннях г=(5-10)0,де г- кут між вектором електричної довжини антени та вектором Пойтінга на сфері Пуанкаре, та при індексі поляризованості .

Для вирішення задачі мінімізації рівня перехідних завад було прийняте рішення використати адаптивний компенсатор перехідних завад (АКЗ). В якості опорного був використаний сигнал сусіднього каналу, бо він відповідає всім вимогам: він є джерелом перехідної завади, він має більшу потужність, ніж його копія в каналі компенсації, а залишки корисного сигналу (що є перехідною завадою в цьому сусідньому каналі) менше на порядок, або ще менші. Аналіз ефективності АКЗ показав, що в процесі адаптації ці залишки лише зменшуються, тобто вони не заважають. Їх помітний вплив розпочинається при рівнях перехідних завад з відносною величиною . Структурна схема такого АКЗ представлена на рис.2.

Рис.2. Структурна схема АКЗ

Очевидно даний АКЗ є не чим іншим, як різновидом АКЗ Уідроу.

Зважаючи на те, що стан поляризації змінюється, синтезовано оптимальний для такого динамічного стану АКЗ, використавши методологію фільтрів Калмана-Б?юсі, де оцінка вектора вагових коефіцієнтів є результатом рішення диференційного рівняння:

(5)

Очевидно при аi=0 та при kij(t)=const алгоритм (5) переходить в алгоритм Уідроу.

Був проведений аналіз ефективності синтезованого АКЗ з урахуванням його багатоканальності. За показник ефективності було прийнято відношення

(6)

де S0, S1 - відповідно: потужності корисного сигналу та завади, Ш - потужність шуму спостереження в смузі частот корисного сигналу. На рис.3 показано як змінюється показник (6) зі збільшенням кута , що відображає різницю між полярізаціями корисного сигналу та завади на сфері Пуанкаре, N - число каналів прийому. Показано, що дані результати можна використати і при просторово-часовому доступі в інших багатоканальних системах.

В цьому ж розділі проведено розрахунок завадозахисту прийому сигналів з порушенням ЕМС. Відповідно до рекомендацій ITU, опублікованих в звіті 388-5, були враховані не тільки чисто енергетичні характеристики сигналів та завад, а також і їх пікфактори і особливості спектральних відмінностей. З використанням згортки нормалізованих енергетичних спектрів корисного фазоманіпульованого сигналу та завади обраховано ймовірність похибки.

Рис.3. Залежність показника ефективності АКЗ від кута на сфері Пуанкаре між полярізаціями сигналу та антени.

Приклад розрахованої залежності показаний на рис.4. Одержано також чисельні результати для інших систем доступу і інших систем сигналів: ОКН, М - позиційних і інших.

Четвертий розділ присвячений розробці методів забезпечення ЕМС ССЗ на міжсистемному рівні. Зі збільшенням кількості ретрансляторів зв'язку, особливо з розвитком систем на LEO та МЕО загострюється проблема ЕМС не тільки для космічного сегмента ССЗ, але й для наземного. Розроблена методика кількісного і якісного аналізу ЕМС в угрупуванні РЕЗ. З використанням рішення рівняння Фокера-Планка-Колмогорова одержані вирази, які характеризують той чи інший етап сигнально-завадової обстановки. В якості змінної стану використано різницю

(7)

де РпрУ, Рпр доп - відповідно: потужність прийому суми сигналів та завад, та потужність, допустима для даного типу сигналів та приймачів. Ймовірність порушення ЕМС при досить рідких випадках таких порушень

(8)

Одержано вираз i для досить частих подій коли ймовірні одночасно 2 та більше виливи. Проведено аналіз цих ймовірностей. Проаналізовано можливості щодо вирішення задач ЕМС.

Рис.4. Залежність ймовірності похибки при різній сигнально-завадній ситуації, та спектральній щільності шуму N0

Побудовані та проаналізовані алгоритми управління параметрами РЕЗ з метою вирішення проблеми ЕМС в угрупуванні цих РЕЗ. Оскільки міжсистемні взаємодії мають динамічний характер, розглянуто алгоритм управління в угрупуванні РЕЗ, який вирішує проблему ЕМС. Показано, що взагалі для цього необхідна окрема інформаційно-керуюча система радіочастотного моніторингу. Управління в такій системі має задовольняти умовам Штакельберга. Таке управління станом всієї системи навряд чи можна реалізувати на практиці, тому в роботі запропоновано використати редуцьоване рішення. Це рішення приводить до синтезу управління не всією системою, а лише базисом спостереження на кожній із приймальних станцій, які задіяні в угрупуванні . Рівняння спостереження при цьому отримує третій управляючий член в правій стороні:

(9)

Використовуючи фільтри Калмана-Б?юсі для оцінки стану, структурну схему алгоритму управління базисами спостереження слід реалізовувати у вигляді, представленому на рис.5. В якості базису управління можна використати такий, який включає просторові, поляризаційні, частотні чи часові параметри. Управління може бути синтезоване відносно всіх цих параметрів, або відносно одного-двох-трьох чи всіх чотирьох груп параметрів.

Рис.5. Структурна схема управління спостереженням

У висновках сформульовані основні результати роботи:

1. Супутниковий зв'язок, як і раніше, є важливим видом зв'язку для світового співтовариства, у тому числі і Єменської республіки. Особливо важлива роль цього виду зв'язку постає при введенні в експлуатацію нових низько і середньоорбітальних систем. Для Єменської республіки ССЗ знаходять і далі будуть знаходити досить широке застосування, як для внутрішньодержавного, так і міждержавного, міжконтинентального інформаційного обміну.

2. У ССЗ, які використовуються і плануються до використання в Єменській республіці існують проблеми забезпечення ЭМС як на внутрішньосистемному, так і на міжсистемному рівнях. Перешкоди, що порушують умови ЭМС впливають як у напрямку ССЗ, від інших систем (радіорелейного і тропосферного зв'язку, радіолокації та ін.), так і діють в середині самих систем. ЗС також може створювати небажані впливи на інші системи. Розроблені пропозиції дозволять значно поліпшити електромагнітну обстановку в ССЗ.

3. До внутрішньосистемних завад у ССЗ варто віднести в першу чергу перехідні завади, що з'являються в каналі поширення радіохвиль, особливо при повторному використанні радіочастот. Проведені дослідження показали, що ці перешкоди можуть бути цілком усунуті або істотно мінімізовані за допомогою відповідних адаптивних компенсаторів завад. Запропоновані алгоритми АКЗ є новими в тім розумінні, що в них у якості опорного використовується сигнал сусіднього сполученого каналу, який є джерелом завади що шкодить. На основі проведеного аналізу якості АКЗ сформульовані вимоги до опорного каналу.

4. Розроблено методику аналізу електромагнітних впливів щодо космічного сегменту з боку наземних радіоелектронних засобів. Ця методика дозволяє грамотно, науково-обґрунтовано проводити експертизу претензій та зауважень, що часто висуваються операторами супутникового зв'язку, до наземних засобів випромінювання Єменської Республіки.

5. Показано, що проблему ЭМС на міжсистемному рівні ефективніше всього вирішувати на основі створення відповідної системи управління параметрами РЭС, які характеризують електромагнітну обстановку. Однак, з огляду на велику складність рішення такої задачі, на першому етапі можна обійтися тим, що задачу забезпечення ЕМС слід вирішувати за рахунок управління не станом, а базисом спостереження кожної зі станцій. У цьому разі не треба додаткових каналів і управління можна реалізувати в вигляді автономних, окремих для кожної абонентської станції, рішень використовуючи ті чи інші фізичні параметри сигналів. Зокрема для цього можна використати АКЗ.

6. Розроблено методику статистичного аналізу рівнів електромагнітного впливу як поодиноких РЭС, так і їхніх груп на ССЗ, що дає змогу кількісно, у термінах імовірності, оцінювати зазначені рівні.

7. Проаналізовано відповідні критерії, які визначають припустимі рівні перешкод, що порушують умови ЭМС. Показано, що існує кілька таких критеріїв. Так у ССЗ найчастіше використовують в якості припустимого рівень перешкоди на 27...30 дБ нижче рівня корисного сигналу. У той же час можуть бути використані й інші критерії, при яких відлік ведеться не від рівня сигналу, а від рівня власного шуму.

Спиcок опублікованих праць

1. Аль-Михлафі Мурад, Жегестовський В.І. Аналіз імовірності порушення умов електромагнітної сумісності в супутникових системах зв'язку // Радіотехніка.-2001.-Вип.117.-С.54-57

2. Аль-Михлафі Мурад, Жегестовський В.І. Методика аналізу заважаючих сигналів у задачах електромагнітної сумісності // Праці УНДІРТ №2(26) 2001 м. Одеса, С.23-27.

3. Аль-Михлафі Мурад, Жегестовський В.І. Адаптивні методи компенсації перехідних завад // Радіотехніка.-2001.-Вип. 120.-С. 67-70.

4. Аль-Михлафі Мурад. Методи розрахунку припустимих перешкод, діючих в супутникових системах зв'язку // Радіотехніка.-2000. Вип.-113. С.-18-20.

5. Аль-Михлафі Мурад. Стан супутникового зв'язку в Єменській республіці. Проблеми і перспективи. // 5-а міжнародна конференція "Теорія та техніка передачі, прийому і обробки інформації" 27-30 вересня 1999 г. Харків.

6. Аль-Михлафі Мурад, Олійник В.Ф., Поповський В.В. Аналіз ЕМС орбітального угрупування ретрансляторів зв'язку з рухомими об'єктами // 3-а науково-практична конференція "Проблеми та перспективи впровадження сучасних радіотехнологій в Україні на етапі її входження у світовий інформаційний простір" "НПК РТ-99" 17-20 червня 1999г. Одеса-Київ.

Размещено на Allbest.ru