Автореферат (Повышение помехоустойчивости авиационных радиосистем передачи информации мониторинга), страница 2

Подтверждённые экспериментально на моделях результаты показывают,что недопустимое снижение вероятности ошибочного приёма от значенияP = 10 −6 до значения P = 10 −2 при отношении сигнал/шум 10,5[дБ], достигаетсяпри отношении мощностей помеха/сигнал равном 0,5.7Практическая ценность работы и использование её результатов.1.Разработанные методы оценки качества приёма при воздействии наприёмный комплекс узкополосных помеховых сигналов могут бытьиспользованы при проектировании радиосистем подвижной связи, с учётомсоответствующего выбора параметровпередающего устройства ихарактеристик приёмо-передающих антенн.2.Полученные в диссертации результаты позволяют оценитьпомехоустойчивость приёма сигналов и обеспечить помехозащищённостьприёмного комплекса радиосвязи при воздействии на его входе помеховыхсигналов различной структуры и различных значениях отношенияпомеха/сигнал.3.Разработанная математическая модель радиосистемы передачиинформации, включающая предложенный алгоритм квадратурной компенсациипомех, реализуется в современной аппаратуре, и может быть использована всуществующих авиационных комплексах связи, выполненных по технологииsoft radio, с целью значительного улучшения помехозащищённости путём ихперепрограммирования.4.Результаты работы могут быть использованы в научноисследовательских и проектных организациях при разработке новых и развитиисуществующих как авиационных систем радиосвязи, так и при проектированиирадиосистемподвижнойсвязи,предназначенныхдляпередачимультимедийной информации в режиме реального времени.Достоверность полученных научных результатовОбоснованность результатов обеспечена строгим и корректнымиспользованием адекватного математического аппарата.

Достоверностьрезультатов подтверждается соответствием результатов исследований,полученным аналитическим методам и результатам моделирования.Алгоритмы формирования и обработки сигнала ФМн – 4р реализованы вдействующей находящейся в эксплуатации вертолётной аппаратуре.Достоверностьрезультатовмоделированияобеспечиваласьтестированием в результате сравнения с теоретическими результатамиполученными аналитически.Публикации и апробация результатов работыРезультаты диссертации, докладывалась на всероссийской научнотехнической конференции “Перспективы развития РЛС дальнего обнаруженияи интегрированных систем и комплексов информационного обеспеченияВоздушно-космической обороны РФ” в июне 2013г.Результаты диссертации, номинировалась на премию Академика А.Л.Минца 2012 года, в номинации “за достижения в области науки и техникимолодому специалисту до 30 лет” и стали победителями.Алгоритмы формирования и обработки сигнала ФМн – 4р реализованы врадиосистеме обеспечивающей передачу информации мониторинга с борта ЛА8наземному пункту связи, реализованы в действующей авиационной аппаратуре,прошедшей испытания, что подтверждено актом реализации.На устройство квадратурной компенсации подана заявка на патент №2013134963 от 26.07.2013г.По теме диссертации опубликовано 4 работы, из них три стать вжурналах, рекомендованных ВАК РФ, и одна заявка на патент.Структура и объём работыДиссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения.

Роботасодержит 154 страницы машинописного текста, 2 таблиц, 58 рисунка. Списоклитературы включает 83 наименований.2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении кратко излагаются: состояние проблемы, поставленныезадачи и характеристика предметной области. Определяются актуальностьтемы диссертационной работы, формулируются цели и задачи исследования,объект, предмет и методы исследования, оценивается научная новизна, научнаяи практическая значимость полученных результатов, формулируются основныеположения работы, выносимые на защиту, указывается степень апробациирезультатов работы.В первой глава проведён обзор принципов построения и основныххарактеристик современных отечественных и зарубежных авиационныхрадиосистем передачи информации мониторинга в режиме реального времени.Рассмотрены характеристики авиационных каналов связи и основныеограничения определяющие принципы построения авиационных радиосистем.Проанализирована возможность построения авиационных радиосистемпередачи информации мониторинга в сантиметровом диапазоне длин волн, сиспользованием направленных антенн, выполненных на основе фазированныхантенных решёток (ФАР).Показано, что передача информации в авиационных радиосистемах имеетряд особенностей определяемых замираниями принимаемого сигнала,возникающими вследствие интерференции сигнала прямого луча и сигнала,переотражённого подстилающей поверхностью.

Данный эффект наблюдается вбольшинстве радиоканалов авиационной связи, осуществляемой на большомудалении летательных аппаратов расположенных относительно наземногопункта под малыми углами места θ ≈ 0.10 ÷ 10 .Анализ задержек сигналов переотражённых земной поверхностьюпоказывает, что интервал многолучёвости в авиационных радиолиниях лежит впределах TL ≅ (2 *10 −3 ÷ 10 −2 )[мкс ], соответственно полоса когерентностипринимаемогосигналаΔf k =1= 100 ÷ 500[МГц ].ТLПрискоростипередачиинформациии соответствующей длительностиR = (10 ÷ 16) Мбит / с−2информационного импульса τ = (6.3 *10 ÷ 10 −1 )[мкс ], превосходящей интервалмноголучёвости, замирания можно считать общими. При увеличении скоростипередачи информации R = (32 ÷ 256)[Мбит / с] соответствующая длительности9информационного импульса τ = (4 *10 −3 ÷ 3.1*10 −1 )[мкс ] становится меньше илисоизмеримой с величиной TL , что приводит к межсимвольным искажениям и кзначительному снижению помехоустойчивости и ограничивает скоростьпередачи информации величиной 16[Мбит/ с].При передаче на большие расстояния под малыми углами места, врадиоканале наблюдается доминирующий сигнал прямого луча и значительноослабленные сигналы переотражённых лучей плотность вероятности суммыкоторых является гауссовской.

В этом случае плотность вероятностиогибающей суммарного сигнала на входе приёмника описывается закономРайса.Множество лучей, отражённых от Земной поверхности, в силупредельной теоремы теории вероятностей образуют гауссовский случайныйсигнал с некоторой мощностью σ 2 на входе приёмника. Прямой луч на входе2Uприемника имеет амплитуд U C и мощность PС = С . Отношение мощности2Pпрямого луча к мощности отраженных лучей обозначим через M = С2 .σВ сантиметровом диапазоне длин волн поверхность Земли являетсяшероховатой из-за наличия деревьев, кустов, травы с коэффициентомотражения К ОТР = 0.3 ÷ 0.5 по амплитуде [3].

При коэффициенте отражения22U0.5 2 ⋅ U Спри этомK ОТР = 0..5 по амплитуде, можно показать что PС = c , PС _ отр =22U221M= С⋅== 6 [дБ ].2 0.25 *U С2 0.25В соответствии с рекомендациями МККР [12] требуемая надёжностьсвязи 0.95 для заданного значения М обеспечивается при увеличенииэнергетики радиосистемы на 7[дБ].Показано,чтоскоростьпередачиинформациинавыходеинформационного датчика гиростабилизированной оптико-электроннойсистемы, осуществляющей съёмку местности, равна R = 14 ⋅10 6 …7 ⋅10 6 бит / с .Предложена новая сигнальная конструкция ФМн – 4р, основанная наквадратурном методе модуляции ФМн – 4, обеспечивающая передачу большогообъёма мультимедийной информации в режиме реального времени иодновременную передачу служебной, помехозащищённой, информациивключающую координаты ЛА необходимые для взаимной ориентациинаправленных антенн.Для обеспечения помехозащищённости при передаче сигналанизкоскоростной информации S H (t ) используется модуляция сигналом S H (t )псевдослучайной последовательности (ПСП) S ПСП (t ) с длительностью символаτ 0 и базой B .10При передаче двух потоков информации с разными скоростямиобеспечивается равенство тактовой частоты следования импульсов f1 =1вT1сигнале высокоскоростной информации SВ (t ) , и тактовой частоты следованияимпульсов ПСП f 2 =1τ0в сигнале низкоскоростной информации SН (t ) , где T1 -длительность импульсов в сигнале SВ (t ) .Считаем, что TПСП - период ПСП равен T2 - длительности импульсов в сигналеS H (t ) , при этом τ 0 = Т1 =Т2.BПоказано, что при равенстве мощностей импульсов высокоскоростнойинформации и импульсов псевдослучайной последовательности (ПСП)расширяющей спектр низкоскоростной информации, энергия низкоскоростнойинформации будет в базу В раз превышать энергию высокоскоростнойинформации.

Часть превышающей энергии в канале низкоскоростнойинформации целесообразно использовать с целью увеличения достоверностиприёма высокоскоростной информации.S H (t )T21−1S ПСП (t )1TTПСПτ 0 = T1T−1S B (t )T11−1TРис. 1 – Временные диаграммы квадратурных каналов сигнала ФМн – 4рПри фиксированной мощности сигнала ФМн – 4р уменьшение мощностинизкоскоростной квадратурной составляющей приведёт к соответствующемуувеличению мощности высокоскоростной квадратурной составляющей. Приэтом векторная диаграмма формируемого сигнала становится не симметричнойв зависимости от коэффициента сжатия созвездия γ =АВ, γ ≥ 1 , определяющегоАНраспределение мощности передающей части между низкоскоростнойинформацией, включающей координаты ЛА, и высокоскоростной информациеймониторинга.11Полученовыражениеописывающеезависимостьвероятностиошибочного приёма символа высокоскоростной информации от отношениясигнал/шум и коэффициента сжатия созвездия⎛E2 E0P0 = 1 − Ф⎜⎜ 2 0 − 2⎝ N 0 γ + 1 N 0⎞⎟.⎟⎠(1)Рис.