Повышение эффективности функционирования линий декаметровой связи военного назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Список сокращений

Введение

1. Анализ условий функционирования линий декаметровой связи

1.1 Значение радиосвязи в сети военной радиосвязи

1.2 Расчет эффективности функционирования линий декаметровой связи в условиях сигнальной и помеховой обстановки

1.3 Требования, предъявляемые к военным линиям декаметровой радиосвязи

1.4 Постановка задачи

2. Оценка эффективности применения различных режимов функционирования линий декаметровой связи

2.1 Параметры оценки качества и эффективности радиосвязи в дециметровом диапазоне

2.2 Методика расчета эффективности функционирования линии декаметровой связи на фиксированной частоте

2.3 Качество радиосвязи при воздействии преднамеренных помех

2.4 Метод оценки эффективности КВ линий при связи на закрепленных частотах в условиях преднамеренных помех

2.5 Разработка методики оценки эффективности функционирования линии декаметровой связи в режиме медленной ППРЧ

2.6 Методика оценки эффективности функционирования радиолинии при разнесенном приеме

3 Помехозащищенные режимы функционирования линий декаметровой связи

3.1 Формализация процесса управления

3.2 Разработка эмпирического алгоритма управления режимами функционирования линий декаметровой связи

3.3 Модель управления функционирования линий декаметровой связи на основе теории систем

3.4 Оценка эффективности предложенных решений

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Список сокращений

РЭП - радиоэлектронное подавление

МПЧ - максимально применимая частота

НПЧ - наименьшая применимая частота

ОРЧ - оптимальная рабочая частота

РЭС - радиоэлектронные средства

РЭР - радиоэлектронная разведка

ЧТ - частотная телеграфия

ЧАРЛ - частотно-адаптивные радиолинии

ППРЧ - программная перестройка рабочей частоты

СРС - средства радиосвязи

ЭМС - электромагнитная совместимость

ОУ - объект управления

АУ - алгоритм управления

УО - управляющий объект

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

Введение

Радиосвязь - один из родов связи, используемых для организации связи в процессе управления войсками. Несмотря на недостаточную пропускную способность, подверженность различным помехам, зависимость от условий распространения радиоволн, радиосвязь является наиболее эффективным средством для передачи информации с приемлемым качеством связи, а иногда и единственным средством управления.

Опыт проведения локальных войн за последние годы показал, что эффективность радиосвязи в условиях преднамеренных помех не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к линиям радиосвязи. Именно поэтому необходимо добиваться повышения эффективности функционирования таких радиолиний.

Существует ряд способов повышения эффективности радиосвязи в условиях воздействия РЭП, однако нет единого режима помехозащиты, при котором влияние противника на радиолинии полностью являлось неэффективным.

Наиболее актуальным развитием радиосвязи в настоящее время является повышение эффективности функционирования линий декаметровой связи.

Целью дипломной работы является повышение эффективности функционирования линий декаметровой связи военного назначения.

В первой главе провожу анализ эффективности функционирования линий декаметровой связи. Во второй привожу методики оценки эффективности радиосвязи при различных режимах функционирования линий ДК связи. В третьей главе разрабатываю эмпирический алгоритм управления режимами функционирования линий декаметровой связи и подвожу итог эффективности функционирования линий КВ связи в различных условиях помеховой обстановки.

ГЛАВА I

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛИНИЙ ДЕКАМЕТРОВОЙ СВЯЗИ

Частотный диапазон КВ связи широко используется в ВС РФ. Размер его достаточно велик, что дает возможность одновременной работы большого числа радиосредств, при этом дальность радиосвязи может осуществляться на любые расстояния.

Отражение коротких волн в любое время суток происходит в ионосфере от слоя F, высота которого составляет 240-400 км над уровнем земной поверхности.

С ростом частоты поглощение энергии волны в ионосфере уменьшается, поэтому использование более высоких частот наиболее применимо в ДК связи для обеспечения радиосвязи с требуемым качеством. При этом ОРЧ должна лежать ниже и выше НПЧ.

Немаловажную роль играет длинна трассы - расстояние от передающей станции до приемной. При изменении этой длинны происходит и изменение уровней МПЧ и НПЧ, что необходимо также учитывать при обеспечении связи.

Из зависимости МПЧ и НПЧ от длины трассы следует, что с увеличением протяженности радиолинии условия связи улучшаются, так как, участок частот, применимый для связи, расширяется.

Также необходимо учитывать флюктуации, различные замирания (быстрые и медленные), которые способны изменять характеристики сигнала благодаря своим свойствам в точке приема.

Вследствие этого на сегодняшний день происходит поиск различных путей решения проблем по повышению помехоустойчивости и пропускной способности современных систем ДК связи.

1.1 Значение радиосвязи в сети военной радиосвязи

Значение военной радиосвязи в современных условиях во много раз возросло по сравнению с периодом ВОВ.

Радиосвязь- это электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн, в которой передача сообщений ведется при помощи радиопередатчика и передающей антенны, а прием - при помощи приемной антенны и радиоприемника. Она отличается быстротой установления, мобильностью, гибкостью, обеспечивает прямые связи между корреспондентами на любые расстояния с минимальными затратами сил и средств. В радиопередатчике формируются радиосигналы - электрические колебания несущей частоты, промодулированные по амплитуде, частоте или фазе в соответствии с передаваемым сообщением. Радиосигналы излучаются в виде электромагнитных волн передающей антенной в окружающее пространство, достигают приемной антенны и поступают в радиоприемник, где они усиливаются и преобразуются в сигналы, адекватные передаваемому сообщению.

К преимуществам KB радиосвязи следует отнести оперативность установления прямой связи на большие расстояния, простоту организации радиосвязи с подвижными объектами, возможность обеспечения связи через большие труднодоступные пространства, высокую мобильность средств KB радиосвязи, довольно простую восстанавливаемость связи в случае нарушения (в результате воздействия как случайных, так и преднамеренных помех) и низкую стоимость одного канала на километр дальности связи. Особое значение приобретает KB радиосвязь в чрезвычайных ситуациях -- при организации и проведении аварийно-спасательных работ, координации действий, различных организаций и служб в районах стихийных бедствий.

Одновременно КВ связи присущи и такие недостатки, как резкое затухание сигнала на трассе радиосвязи, различный характер замирания сигнала, ограниченная ёмкость используемого диапазона частот. Качество связи существенно зависит также от времени суток, года и состояния ионосферы. Кроме того, системы KB радиосвязи характеризуются чувствительностью к случайным и преднамеренным помехам, а также высотным ядерным взрывам, малым отношением скорости передачи к занимаемой полосе частот, значительной доступностью для средств радиоразведки и одновременно малым отношением сигнал-помеха в точке приема.

При ведении радиосвязи существует ряд технических мер защиты радиосредств от преднамеренных помех, а именно:

- силовое преодоление радиопомех путем повышения энергетического потенциала радиопередающих устройств и накопления энергетики сигнала при обработке;

- использование антенн с высокой направленностью и низким уровнем боковых лепестков диаграмм направленности, обеспечивающих улучшение отношения мощностей сигнал/помеха на входе радиоприемных устройств;

- применение широкополосных сигналов, адаптивного управления мощностью передатчиков РЭС, быстрой перестройки частот в целях повышения скрытности излучения РЭС;

- использование методов пространственной, амплитудной, поляризационной и частотно-временной селекции полезных сигналов;

- использование в системах связи аппаратуры повышенного быстродействия в целях сокращения времени передачи сообщений, затруднения ведения противником РЭР линий связи и создания им радиопомех;

- применение адаптивных средств радиосвязи, обеспечивающих автоматическое вхождение в связь и ее поддержание в условиях воздействия радиопомех.

Основная задача по использованию указанных мер защиты радиосредств от преднамеренных помех заключается в обеспечении условия, при котором достоверность извлекаемой информации не уменьшалась бы ниже допустимого уровня.

1.2 Расчет эффективности функционирования линий декаметровой связи в условиях сигнальной и помеховой обстановки

Для расчета эффективности функционирования линий декаметровой связи используем методику расчета, изложенную в книге [1].

В качестве исходных данных своих средств связи будем использовать следующие исходные данные:

1. Время проведения сеанса радиосвязи - июль, 12:00, W=50;

2. Длина радиотрассы - 1020 км (Санкт-Петербург: 59,5 с.ш. и 30 в.д.; Мурманск: 68,6 с.ш. и 33 в.д.);

3. Мощность, подводимая к передающей антенне - 1 кВт (Р-161-А2М);

4. Тип приемной и передающей антенн ВН 13/9 (наклонный симметричный вибратор);

5. Вид сигнала - ЧТ-500;

6. Допустимая вероятность ошибки в приеме элемента сигнала ( дБ);

7. Способ обработки сигналов - одиночный некогеретный прием по огибающей; полоса пропускания при приеме сигналов ЧТ - 500 =1,2 кГц.

· По графикам суточного хода МПЧ по слою F2 при W=50 определяю значение МПЧ и ОРЧ

· По карте суточного хода =3,3 МГц

· По графику МККР определяю эффективные значения напряженности поля сигнала от передатчика с эффективной мощностью передатчика , . Относительный коэффициент усиления передающей антенны

· Рассчитываю средний уровень сигнала на входе приемника по формуле:

, (1)

Где - длина волны связи, м

=190 Ом - активная составляющая антенны

=-40 Ом - реактивная составляющая антенны

=75 Ом - активная составляющая входного сопротивления приемника

=0 - реактивная составляющая входного сопротивления приемника

Откуда следует

· Выбираю значение рассеяния уровней сигналов на входе приемника

- для дневных сеансов

Нахожу средние уровни помех (дБ) и их рассеяние на входе приемника

=18 дБ

=10 дБ - для дневных сеансов радиосвязи

· Рассчитываю среднее превышение уровня сигнала над уровнем помех:

и рассеяние превышения сигнала над помехой:

,

откуда следует, что

=33,24 дБ

=10,8 дБ

· Определяю требуемое превышение уровня сигнала над уровнем помех .

(2)

· С использованием полученных данных расчета определяю величину параметра и по графику интеграла вероятности нахожу ожидаемое значение вероятности связи

· Из выше изложенного следует, что средние длительности пригодного и непригодного состояния радиоканала составляют

мин (3)

мин (4)

Где значения интервала корреляции уровней помех при длине трассы свыше 1000 км мин.

Вероятность своевременной передачи сообщения заданного объема:

(5)

Откуда следует, что вероятность связи при использовании радиостанций средней мощности оказывается относительно низкой.

Основные результаты промежуточных и окончательных расчетов смотри в таблице приложения 1.

1.3 Требования, предъявляемые к военным линиям декаметровой радиосвязи

Военная радиосвязь как процесс передачи информации по радиолиниям должна отвечать требованиям по достоверности, своевременности и скрытности, совокупность которых характеризует и определяет качество радиосвязи. При функционировании военных линий радиосвязи вследствие воздействия различных неблагоприятных факторов качество радиосвязи может оказаться ниже требуемого.

Рассмотрим показатели обеспечивающие качество радиосвязи и эффективность линий, а именно достоверность, своевременность и скрытность передачи информации по радиоканалам.

Достоверность передачи сообщения характеризует степень соответствия сигналов на входе и выходе радиоканала, которая определяется:

- физическими свойствами среды распространения радиоволн;

- видами сигналов, способами модуляции и демодуляции сигналов;

- способами преобразования сообщений в первичный электрический сигнал и обратно;

- техническим совершенствованием средств радиосвязи.

Специфика различных видов сигналов приводит к необходимости введения частных критериев достоверности.

При аппаратурных испытаниях оценкой этой вероятности служит отношение числа искаженных к общему числу переданных посылок .

Достоверность непрерывных сигналов, используемых для передачи речевых сообщений, оценивается словесной разборчивостью (артикуляцией):

, (6)

Где - количество правильно принятых слов; - общее число переданных слов. Качество не должно быть ниже 80%.

Своевременность передачи сообщений по радиоканалам характеризуется временем пребывания в линии радиосвязи, исчисляемым с момента передачи его для отправки до момента вручения адресату.

Требования к своевременности для сообщений различной категорий срочности устанавливаются доедиными нормативами для всех войск связи и количественно определяются допустимым временем пребывания сообщения нормированного объема в системе связи

Оценка качества своевременности характеризуется временем передачи сообщения по радиоканалу При этом должно выполняться следующее требование:

, (7)

где - допустимое время передачи сообщения, являющееся одной из компонент общего допустимого времени пребывания сообщения в системе связи

Скрытность радиосвязи характеризует её способность скрыть от противника сам факт передачи информации. Вскрытой считается радиосеть, если противнику удалось узнать частоту, позывные корреспондентов, а также принадлежность их к конкретным пунктам управления.

Здесь показателем эффективности служит вероятность своевременной передачи сообщений:

(8)

Этот показатель характеризует степень соответствия реального времени передачи сообщения нормированного объема требуемому значению и является общим показателем эффективности.

Для повышения эффективности функционирования, пропускной способности, помехоустойчивости и скрытности передачи информации по коротковолновым линиям радиосвязи необходимо выделить следующие способы повышения эффективности радиосвязи:

- сетевой принцип построения. Организуется с использованием полносвязной структурой;

- использование кодирования информации. При этом повышается помехоустойчивость приема сигналов;

- использование фазированных антенных решеток. Определяет возможность управлять диаграммой направленности антенны;

- использование адаптивных режимов. Предназначены для изменения в процессе связи рабочей частоты с целью необходимого превышения сигнала над уровнем помех в точке приема, также применение групповых сигналов;

- управление режимами функционирования. Способность эффективного использования ресурсов, выделяемых радиолинии;

- использование помехозащищенных режимов. Для обеспечения эффективности радиосвязи в условиях РЭП.

Последний способ является наиболее перспективным для обеспечения радиосвязи с заданным качеством, поэтому темой моей дипломной работы является разработка помехозащищенных режимов функционирования линий декаметровой связи в различных условиях сигнальной и помеховой обстановки.

Известно, что линии декаметровой связи сильно подвержены замиранию сигналов, поэтому одним из эффективных методов борьбы с замираниями является разнесённый прием, который получил широкое распространение на практике.

Принцип разнесенного приема заключается в том, что переданное сообщение на приеме воспроизводится не по одному, а по двум или нескольким сигналам, несущим одну и ту же информацию.

Одним из возможных путей повышения эффективности КВ радиосвязи в условиях тяжелой помеховой обстановки, обусловленной ограниченностью пригодного по условиям распространения радиоволн участка диапазона частот и высокой загрузкой помехами низкочастотной области декаметрового диапазона является создание составных радиолиний между двумя достаточно близко расположенными корреспондентами с использованием удаленных от них на большие расстояния (порядка 2000-3000 км) ретрансляторов. Эта мера позволяет использовать для связи высокочастотную область декаметрового диапазона (выше 10-20 МГц), в значительно меньшей степени загруженную сосредоточенными помехами.

Но наибольшее распространение получил метод частотной адаптации, реализованный в ЧАРЛ. Для надежности круглосуточной работы линий KB радиосвязи в условиях случайных помех необходима непрерывная перестройка передатчика и приемника на наиболее оптимальную для данного момента времени рабочую частоту. Выбор такой частоты осуществляется с помощью специализированных ЭВМ и микропроцессорной техники. На реально действующих линиях KB радиосвязи выбор оптимальной частоты осуществляется автоматически с помощью специальной программы, учитывающей координаты передатчика и приемника, мощность передатчика и чувствительность приемника, тип антенны, время года и суток и др.

В настоящее время четко обозначились два направления в использовании адаптивных методов ведения радиосвязи. Первое предполагает адаптацию к изменению условий распространения радиоволн и уровней случайных помех, а второе -- к воздействию средств радиоразведки и преднамеренных помех.

Эффективным способом снижения степени преднамеренного радиоэлектронного воздействия противника является быстрая смена (скачок) рабочей частоты. При этом защищенность системы возрастает по мере увеличения скорости перескока по выделенным частотам. Одна из трудностей при решении задачи по защите линий радиосвязи таким способом заключается в том, что современные возбудители и приемники KB диапазона позволяют изменять частоту сотни раз в секунду, в то время как передатчики могут перестраиваться, в лучшем случае, несколько десятков раз в секунду. Также данный способ повышения эффективности функционирования декаметровой линии радиосвязи включает в себя метод расширения спектра сигнала, то есть способ передачи, при котором сигнал занимает полосу частот более широкую по сравнению с полосой, минимально необходимой для передачи информации. Расширение полосы частот сигнала обеспечивается специальным кодом, который не зависит от передаваемой информации. Для последующего сжатия полосы частот сигнала и восстановления данных в приемном устройстве также используется специальный код, аналогичный коду в передатчике средства связи и синхронизированный с ним. Таким образом, способ передачи информации с расширением спектра заключается: на передающей стороне - в одновременной и независимой модуляции параметров сигнала специальным кодом (расширяющей спектр функцией) и передаваемым сообщением; на приемной стороне - в синхронной демодуляции сигнала в соответствии с расширяющей спектр функцией и восстановлении переданного сообщения.

Методы расширения спектра могут базироваться на изменении (модуляции) амплитуды, фазы, частоты и временного положения (задержки) сигнала в соответствии со специальным кодом, формируемым на основе псевдослучайной последовательности.

1.4 Постановка задачи

В предыдущих пунктах дипломной работы была рассмотрена необходимость использования различных режимов функционирования линий ДК связи с целью обеспечения требуемого качества в радиолинии. Также создание автоматизированной сети радиосвязи, которая является необходимым условием для повышения помехоустойчивости и подразумевает эффективное управление режимами функционирования линий ДК связи.

Значительное повышение эффективности радиолиний может быть достигнуто при использовании следующих наиболее важных режимов:

- режим ППРЧ;

- режим ФМ-ШПС;

- режим группового использования частот;

- режим адаптации.

Использование вышеперечисленных режимов является основным критерием при организации связи в различных условиях в процессе управления войсками. Тем не менее эффективность их использования далеко не достигает пределов по качеству связи.

Решение вопросов, связанных с повышением эффективности радиолиний рассматривались ранее в работах Воронежского научного исследовательского института связи Борисова В.И., Зинчука В.М., Борисова А.В., Петрова К.Я., Малюченко Е.Б. и многих других.

Целью этих работ являлось создание современных средств радиосвязи; управление режимами функционирования связи; повышение помехозащищенности, разведзащищенности и оперативности установления радиосвязи; решения по созданию перспективной техники связи с предельно допустимыми параметрами и кончая внедрением изделий в серийное производство.

По проводимым работам можно дать оценку эффективности радиосвязи (радиолинии) при использовании режимов функционирования связи.

Целью дипломной работы является разработка помехозащищенных режимов функционирования линий декаметровой связи, где объектом исследования являются линии декаметровой связи, а предметом - режимы функционирования линий.

Выводы:

Из анализа условий функционирования линий декаметровой связи видно, что:

1. Построение перспективной сети декаметровой связи основывается по сетевому принципу;

2. К линиям декаметровой связи предъявляются требования по достоверности, своевременности, скрытности, повышающие её функционирование;

3. Полученные расчеты эффективности функционирования линий декаметровой связи в различных условиях показывают, что при воздействии преднамеренных помех качество связи значительно уменьшается;

4. Использование метода ППРЧ для линий декаметровой связи способно повысить качество передаваемой информации.

ГЛАВА II

2. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛИНИЙ ДЕКАМЕТРОВОЙ СВЯЗИ

В качестве показателей эффективности радиосвязи выбираем , , . Для сравнения эффективности функционирования различных режимов воспользуемся вероятностью с достоверностью не хуже заданной, так как, данный показатель можно считать нормированным для всех режимов.

2.1 Параметры оценки качества и эффективности радиосвязи в дециметровом диапазоне

Качество радиосвязи и эффективность линий оцениваются показателями, характеризующими достоверность, своевременность и скрытность передачи информации по радиоканалам.

Достоверность передачи сообщения характеризует степень соответствия сигналов на входе и выходе радиоканала и определяется:

- физическими свойствами среды распространения радиоволн;

- видами сигналов, способами модуляции и демодуляции сигналов;

- способами преобразований сообщений в первичные электрические сигналы и первичных электрических сигналов в сообщения;

- техническим совершенствованием средств связи.

Искажения сигналов могут возникать при их преобразовании (модуляции) и усилении передатчике, при распространении радиоволн за счет воздействия помех различных видов, в силу нелинейного взаимодействия с помехами в тракте приемника и, наконец, при обратном преобразовании (демодуляции).

Для наиболее широко используемых в военной радиосвязи дискретных сигналов достоверность количественно оценивается вероятностью ошибочного приема элемента сигнала (символа, посылки)

При аппаратурных испытаниях оценкой этой вероятности служит отношение числа искаженных к общему числу переданных посылок N:

(2.1)

С точки зрения потребителя более удобной является оценка достоверности по вероятности ошибочного приема знака сообщения (кодовой комбинации)

Последняя зависит не только от вида сигнала, способа его обработки и свойств радиоканала, но и от способа кодирования информации (типа оконечной аппаратуры).

Своевременность передачи сообщений по радиоканалам характеризуется временем пребывания в системе (линии) радиосвязи, исчисляемым с момента передачи его для отправки до момента вручения адресату. Требования к своевременности для сообщений различной категории срочности устанавливаются едиными нормативами для войск связи и количественно определяются допустимым временем пребывания сообщения нормированного объема в системе связи

Реальное время пребывания сообщений в системе (линии) радиосвязи включает в себя время выполнения вспомогательных операций (доставки сообщений и их обработки на оконечных пунктах), времени ожидания передачи и собственно время передачи сообщения по радиоканалу.

Также для оценки качества радиосвязи важно учитывать время передачи сообщения по радиоканалу . При этом требования к своевременности передачи сообщения по радиоканалу выполняются, если выполняется условие:

(2.2)

где - допустимое время передачи сообщения, являющееся одной из компонент общего допустимого времени пребывания сообщения в системе связи .

Достоверность передачи информации можно повысить за счет увеличения времени её передачи, например за счет многократного повторения. Повышение скорости передачи информации при прочих равных условиях снижает ее достоверность. Поэтому, когда указывается допустимое время передачи сообщения, всегда предполагается, что оно должно быть передано с достоверностью, не хуже заданной.

Скрытность радиосвязи характеризует ее способность скрыть от противника сам факт передачи информации. Количественной мерой скрытности радиосвязи служит время, необходимое противнику для ее вскрытия. Это время зависит не только от свойств самой связи, но и от конкретной оперативной обстановки, а также от технической оснащенности системы радиоразведки противника.

Требования к качеству радиосвязи обуславливаются лишь ее целевым предназначением, а возможности их выполнения зависят от целого ряда факторов, часть из которых носит случайный характер. Поэтому, показатели эффективности, определяющие степень соответствия реальных показателей качества требуемым, носят вероятностный смысл.

Наиболее общим показателем эффективности могла бы служить вероятность выполнения всех заданных требований по достоверности, времени передачи сообщений нормированного объема и скрытности. Однако расчет этого показателя связан с серьезными аналитическими трудностями и, кроме того, он не позволяет судить об отдельных (частных) характеристиках системы (линии) радиосвязи. Поэтому на практике пользуются частными показателями эффективности, а общую ее оценку производят по совокупности частных показателей.

Более общим показателем эффективности служит вероятность своевременной передачи сообщений:

(2.3)

Этот показатель характеризует степень соответствия реального времени передачи сообщения нормированного объема требуемому значению.

Расчет вероятности своевременной передачи сообщения нормированного объема V в предположении экспоненциального закона распределения длительностей непригодного состояния радиоканала производится по формуле:

(2.4)

где - эксплуатационная скорость передачи информации, измеряемая числом знаков, передаваемых в 1 мин.

При этом определяется в зависимости от приоритета сообщения и его объема.

2.2 Методика расчета эффективности функционирования линии декаметровой связи на фиксированной частоте

При связи с использованием ионосферного отражения радиоволн сигналы подвержены замираниям. В радиоканале с замираниями сигнал распространяется по нескольким лучам. Вследствие случайного изменения длин лучей напряжение на входе приемника представляет собой сумму отдельных колебаний с произвольными амплитудами и случайными фазами.

При достаточно большом числе таких нерегулярных составляющих сигнала их суммарное колебание представляет собой нормальный процесс, а огибающая этого процесса (амплитуда сигнала) является случайной функцией и описывается распределением Релея с плотностью вероятностей

: , (2.5)

где - эффективное (среднеквадратическое) значение напряжения сигнала, являющееся параметром распределения Релея.

Флуктуации фазы сигнала при этом характеризуются равномерным распределением вероятностей в интервале 0,2 с плотностью :

(2.6)

В условиях релеевских замираний сигналов и помех достоверность принимаемой информации с достаточной для практики точностью определяется превышением эффективного напряжения сигнала над эффективным напряжением помех на входе приемника, т.е. величиной

(2.7)

Для заданного вида сигнала и способа его обработки помехоустойчивость радиосвязи в зависимости от характеристик сигналов и помех можно рассматривать как некоторую функцию

(2.8)

где - вероятность ошибок по элементам или знакам при приеме дискретных сигналов или артикуляционные потери при приеме непрерывных сигналов.

Аналитически вероятность связи с допустимыми потерями достоверности определяется выражением:

(2.9)

где - допустимые потери достоверности; - требуемое превышение уровня сигнала над уровнем помех, соответствующее допустимым потерям достоверности; - плотность распределения вероятностей значений в канале радиосвязи.

Согласно статистическим данным распределения уровней сигналов и помех во времени подчиняются нормальному закону. Вследствие этого отношение уровней сигнала и помех также распределено по нормальному закону:

(2.10)

При связи отраженной волной наиболее важным для практики представляется случай, когда замирания носят наиболее глубокий характер, в этом случае замирания сигналов являются релеевскими и вероятность ошибки приема элемента сигнала в таком канале такова:

(2.11)

Возможный порядок расчета показателей эффективности линий декаметровой связи на закрепленных частотах следующий:

Для расчета в общем случае должны быть известны следующие исходные данные:

- требования к достоверности передачи информации;

- техническая скорость передачи, объем передаваемых сообщений, допустимое время передачи сообщений;

- координаты конечных пунктов радиотрассы;

- часы московского дискретного времени, сезон и год, для которого ведется расчет;

- мощность, подводимая к передающей антенне;

- тип передающей антенны и ее параметры;

- вид сигналов;

- тип приемной антенны и ее параметры;

- способ обработки принимаемых сигналов.

2. По исходным данным рассчитываются:

- длина трассы;

- координаты точки отражения радиоволн от ионосферы или контрольных точек;

- поправка времени для перевода местного времени в точке отражения или контрольных точках в московское декретное время;

- оптимальные рабочие частоты (ОРЧ);

- эффективные значения напряженности полей сигналов в точке приема для заданных временных интервалов связи.

3. С учетом параметров приемной антенны и входного сопротивления приемника рассчитывается средний уровень сигнала на входе приемника по формуле

(2.12)

где - длина волны связи, м; - частота связи, МГц; - коэффициент усиления приемной антенны на рабочей частоте в направлении прихода волны; - активная составляющая входного сопротивления антенны на рабочей частоте, Ом; - реактивная составляющая входного сопротивления антенны на рабочей частоте, Ом; - активная составляющая входного сопротивления приемника, Ом.

4. На основании статистических данных с учетом времени связи выбираются значения рассеяния уровней сигналов на входе приемника

Обычно для дневных сеансов радиосвязи =35 дБ, для ночных сеансов - =57 дБ.

Для заданных времени суток, года, солнечной активности, типа приемной антенны, географического положения точки приема и значений ОРЧ находятся средние уровни помех и их рассеяния (дБ) на входе приемника.

По результатам, полученным в пунктах 4 и 5, рассчитываются среднее превышение уровня сигнала над уровнем помех и рассеяние превышения сигнала над помехой:



По заданным требованиям к достоверности передачи информации с учетом вида сигнала и способа его обработки определяется требуемое превышение уровня сигнала над уровнем помех .

Требуемое превышение уровня сигнала над уровнем помех при использовании непрерывных сигналов зависит не только от вида сигнала и характеристик канала связи, но и от типа оконечной аппаратуры.

С использованием полученных данных расчета определяется величина параметра , а затем по графику зависимости от частоты антенны находится ожидаемое значение вероятности связи с достоверностью не хуже заданной.

Используя полученные ранее данные по данной формуле

(2.13)

можно также определить вероятность своевременной передачи сообщения заданного объема.

2.3 Качество радиосвязи при воздействии преднамеренных помех

Вследствие специфики радиоканала, являющегося каналом со свободным доступом, преднамеренные помехи будут воздействовать на приемное устройство всегда совместно со случайными станционными помехами. Поэтому качество радиосвязи, характеризуемое достоверностью принимаемой информации, будет определяться суммарным результатом воздействия случайных и преднамеренных помех.

Качество радиосвязи дискретными сигналами в условиях преднамеренных помех количественно оценивается так же, как и при воздействии только случайных помех, по вероятности ошибочного приема символа . Для выбранного вида сигнала и способа его обработки при приеме значение определяется характеристиками радиоканала, и прежде всего превышением уровня сигнала над уровнем помех в точке приема. В целях анализа помехозащищенности радиолиний при одновременном воздействии случайных и преднамеренных помех целесообразно рассматривать величину как функцию двух параметров: соотношения уровней (или мощностей) сигнала и случайных помех и соотношения уровней (или мощностей) преднамеренной помехи и сигнала.

Степень влияния преднамеренной помехи на качество радиосвязи в значительной мере зависит от ее вида. Многообразие видов преднамеренных помех обусловлено различными целями и условиями их применения. Не останавливаясь подробно на классификации активных преднамеренных помех, отметим, что по соотношению их спектральных и временных характеристик с характеристиками сигнала они подразделяются на прицельные, полуприцельные и заградительные.

Под прицельной понимают такую помеху, спектр которой занимает ту же полосу, что и спектр сигнала, а ее воздействие на прием во времени совпадает с передачей информации в радиоканале.

Полуприцельная помеха -- это помеха, частично совпадающая либо по спектру, либо во времени с сигналом.

Заградительная помеха создается в определенной полосе частот, перекрывающей спектр ожидаемых сигналов, и воздействует на все работающие в данной полосе частот радиолинии в течение заданного времени независимо от состояния связей, подлежащих подавлению.

Известно, что только прицельные помехи позволяют достичь высокой эффективности подавления, то есть нарушения связи (снижения качества связи ниже допустимого значения) при минимальной мощности передатчика помех. Важным достоинством прицельной помехи является также то, что, будучи рассчитанной на подавление вполне определенных радиолиний, она оказывает минимальное мешающее действие на функционирование линий радиосвязи стороны, применяющей помехи.

Заградительные помехи противник вынужден будет применять при необходимости подавления одновременно большого числа связей низового звена, а также при отсутствии у него разведывательных данных о частотах или о времени работы радиолиний, так как применение прицельных помех в этих случаях вызовет серьезные технические и организационные трудности. В силу этого следует ожидать, что в большинстве случаев для подавления KB радиолиний будут использоваться прицельные помехи.

Естественно, что противник будет стремиться применять те виды помех, которые обеспечат подавление при минимальных затратах энергии. С этой точки зрения наиболее рациональной считается преднамеренная помеха, совпадающая по структуре с сигналом, т. е. имитирующая сигнал. Помехи такого вида будем называть имитационными.

В некоторых случаях (например, при неизвестной форме радиосигналов) возможно применение и шумовой прицельной помехи.

Аналитический расчет помехоустойчивости радиолиний в условиях совместного воздействия случайных и преднамеренных помех различного вида в общем случае связан со значительными трудностями. Поэтому ограничимся анализом помехоустойчивости приема широко используемых в военной радиосвязи сигналов ЧТ при воздействии наиболее вероятных преднамеренных помех -- шумовой и имитационной.

Шумовую помеху можно представить в виде нормального флюктуационного шума с равномерной спектральной плотностью мощности

,

где -- средняя мощность преднамеренной помехи в полосе приема . Будем полагать также, что преднамеренная и случайная помехи носят аддитивный характер, а источники их излучения независимы.

Для наиболее характерного случая релеевских замираний амплитуд сигнала и помех вероятность ошибки в приеме элемента сигнала ЧТ при его некогерентной обработке определяется выражением

, ( 2.14 )

где -- отношение средней энергии элемента сигнала на входе приемника к суммарной спектральной плотности помех ; -- средняя мощность сигнала на входе приемника; -- длительность элемента сигнала.

Из аддитивного характера помех и независимости их излучения следует

, (2.15)

где -- спектральная плотность мощности случайных помех; --средняя мощность случайных помех в полосе ; -- полоса пропускания фильтра, согласованного с элементом сигнала.

Анализ результатов расчета помехоустойчивости приема сигналов ЧТ в условиях одновременного воздействия случайных станционных и преднамеренных шумовых помех приведем ниже в целях сравнительной оценки с помехоустойчивостью в условиях имитационных помех.

Имитационная помеха в рассматриваемом случае представляет собой также сигнал ЧТ с тем же частотным сдвигом и той же длительностью элементарной посылки , что и у полезного сигнала, но со случайной по отношению к нему сменой информационных единиц и нулей.

Вследствие случайного изменения времени прихода полезного и мешающего сигналов в точку приема начало элемента (символа) имитационной помехи по отношению к элементу сигнала будет сдвинуто на некоторое случайное время . Следовательно, при приеме одного элемента сигнала будет выполняться одно из трех событий (рис. 2.1):

А -- на длительности элемента сигнала не происходит смены символов помехи, а символы сигнала и помехи одинаковые;

В -- на длительности элемента сигнала не происходит смены символов помехи, а символы сигнала и помехи противоположны по знаку;

С -- на длительности элемента сигнала происходит смена символов помехи.

Событие А соответствует случаю, когда на всей длительности элемента сигнала преднамеренная помеха действует в сигнальном фильтре. В этом случае помеха увеличивает напряжение на выходе сигнального фильтра и тем самым способствует правильному приему данного элемента сигнала.

Рис.2.1.Варианты приема элемента сигнала при воздействии имитационной помехи

Обозначим вероятность ошибочного приема элемента сигнала в такой ситуации .

Событие В соответствует случаю, когда на всей длительности элемента сигнала помеха действует в несигнальном фильтре, увеличивая напряжение на его выходе, и тем самым существенно снижает вероятность правильного приема данного элемента сигнала. Вероятность ошибки для этого случая обозначим .

Событие С соответствует случаю, когда на части длительности элемента сигнала помеха действует в сигнальном фильтре, а на остальной его части -- в несигнальном фильтре. В этом случае вероятность ошибочного приема элемента сигнала будет зависеть от соотношения этих частей.

Учитывая несовместимость событий А, В и С, составляющих полную группу, выражение для средней вероятности ошибки в приеме элемента сигнала можно представить в виде суммы вероятностей ошибок, соответствующих указанным случаям, с весами, которые определяются вероятностями этих событий:

, (2.16)

где - вероятности событий А, В, С соответственно.

Полагая символы сигнала ЧТ и имитационной помехи равновероятными и учитывая независимость следования символов помехи относительно символов сигнала, можно показать, что и . Тогда выражение (2.16) примет вид

(2.17)

Таким образом, дальнейший расчет достоверности приема сигнала ЧТ при воздействии имитационных помех сводится к определению величин , , .

Расчеты этих вероятностей для случая некогерентного приема в условиях релеевских замираний сигналов и помех приводят к следующим результатам:

; (2.18)

; (2.19)

; (2.20)

где -- среднее отношение мощности сигнала к мощности случайных помех; -- среднее отношение мощности имитационной помехи к мощности сигнала.

Подставляя значения , , в (2.17), получим окончательное выражение для средней вероятности ошибочного приема сигналов ЧТ в условиях одновременного воздействия имитационных и случайных помех:

(2.21)

Легко убедиться, что при отсутствии преднамеренных помех на входе приемника (т.е. при ) выражение (2.14) преобразуется в известную формулу для вероятности ошибки некогерентного приема сигналов ЧТ в релеевском канале со случайными помехами (см. табл. 2 приложения 1).

Результаты расчета помехоустойчивости приема сигналов ЧТ при одновременном воздействии преднамеренных и случайных помех представлены на рис. 2.2 в виде графических зависимостей , где введены следующие обозначения: , . На рисунке сплошные линии соответствуют случаям воздействия имитационной помехи, а пунктирные линии --шумовой помехи.

Из анализа приведенных зависимостей следует, что преднамеренные помехи существенно снижают достоверность приема сигналов ЧТ. Качество связи в некоторых случаях становится недопустимо низким () даже при мощности преднамеренных помех меньшей, чем мощность сигнала (т.е. при G<0). При этом действие преднамеренных помех проявляется тем заметнее, чем лучше качество связи в условиях воздействия только случайных помех.

Графики на рис. 2.2 подтверждают также, что имитационная помеха значительно эффективнее чем шумовая, т. е. при одинаковой пиковой мощности первая вызывает гораздо большее увеличение вероятности ошибки , чем вторая.

Рис. 2.2. Помехоустойчивость приема сигналов

ЧТ в условиях преднамеренных помех

Полученные зависимости позволяют по заданным требованиям к качеству радиосвязи (величине ) определить при конкретном значении величину , при которой выполняется условие .Это является необходимым условием для расчета показателей эффективности радиосвязи в условиях радиоподавления.

2.4 Метод оценки эффективности КВ линий при связи на закрепленных частотах в условиях преднамеренных помех

В качестве показателя эффективности радиолиний в условиях радиоподавления будем использовать вероятность связи с достоверностью не хуже заданной . В соответствии с выбранным показателем эффективность радиолиний является некоторой функцией заданного качества (достоверности) связи, которое при использовании дискретных сигналов характеризуется допустимой вероятностью ошибочного приема элемента сигнала. В свою очередь качество радиосвязи в условиях радиоподавления будет зависеть от степени воздействия на радиолинию преднамеренных помех. Так как преднамеренные помехи по сути являются мешающими сигналами, то их статистические свойства будут такими же, как и у полезных радиосигналов. Разумеется числовые значения параметров полезных радиосигналов и преднамеренных помех будут различаться, поскольку они принадлежат разным источникам излучения.

Как следует из анализа помехоустойчивости, вероятность ошибочного приема элемента сигнала при совместном воздействии преднамеренных и случайных помех является функцией двух параметров -- и , т.е. . Поэтому любому конкретному значению соответствует целый набор совокупностей знамений и .

Если заданы допустимые потери достоверности , то для каждого фиксированного значения из зависимости можно определить значение , при котором . Так, например, при приеме сигналов ЧТ в канале с релеевскими замираниями в условиях имитационных и случайных помех для дБ величина обеспечивается при дБ (см. рис. 4.2). В то же время для значений нельзя найти ни одного значения , при котором бы выполнялось условие . Это объясняется тем, что, когда , то даже при отсутствии преднамеренных помех уже не выполняется требование по достоверности, т. е. .

В силу случайного во времени характера изменения параметров и вероятность ошибки также является случайной функцией времени. При некотором конкретном значении условную вероятность выполнения неравенства можно определить как вероятность выполнения эквивалентного ему неравенства с помощью выражения

, (2.22)

Где -- плотность распределения вероятности случайной величины ; , -- функция, обратная функции .

К примеру, для случая приема сигналов ЧТ в канале с релеевскими замираниями при воздействии шумовой и случайной помех получим

(2.23)

Вероятность связи в условиях совместного воздействия преднамеренных и случайных помех можно определить как безусловную вероятность выполнения неравенства путем усреднения (2.22) по всем возможным значениям z в пределах от до :

, (2.24)

где -- плотность распределения вероятности величин .

В этом выражении определяется по заданной величине из формул, характеризующих помехоустойчивость приема сигналов в условиях воздействия только случайных помех.

Для конкретных расчетов вероятности связи по формуле (2.24) помимо требований по достоверности необходимо знать законы распределения случайных величин и и параметры этих распределений.

Как уже отмечалось ранее, при связи ионосферными волнами величину можно полагать нормально распределенной с параметрами и . Методика определения этих параметров для заданных условий связи изложена в пункте 2.2. при расчете вероятности связи в условиях воздействия случайных помех.

Так как преднамеренные помехи имеют одинаковые с радиосигналами статистические свойства, то величина , как композиция двух независимых нормальных случайных величин, будет иметь также нормальное распределение вероятностей с плотностью :

, (2.25)

где -- среднее значение величины ; -- среднеквадратическое отклонение (рассеяние) величины от своего среднего значения.

Определение параметров и производится по той же методике, что и при определении и . Чтобы воспользоваться этой методикой, необходимо знать хотя бы ориентировочно местоположение передатчика помех, а также его мощность и тип применяемой антенны.

Вероятность KB буквопечатающей радиосвязи, определяемая выражением (2.24), рассчитана на ЭВМ при условии нормального распределения случайных величин и . Результаты расчета представлены на рис. 2.3 и 2.4 в виде графиков зависимости вероятности связи от требований к качеству приема при различных значениях параметров и для случаев воздействия шумовой и имитационной преднамеренных помех. Из приведенных графиков видно, что воздействие преднамеренных помех приводит к существенному снижению устойчивости связи. Особенно низкой вероятность связи оказывается при достаточно высоких требованиях по достоверности принимаемой информации. Например, для дБ и дБ вероятность в условиях шумовой помехи принимает значение, меньшее 0,2, а в условиях имитационной помехи равна нулю.



Рис. 2.3. Вероятность KB радиосвязи на закрепленной частоте при воздействии шумовой помехи

Имитационная помеха по своему влиянию на устойчивость радиосвязи оказывается значительно эффективнее, чем шумовая. Так, если , дБ и дБ, то вероятность связи при воздействии шумовой помехи составляет 0,3, в то время как при воздействии имитационной помехи она снижается почти но нуля.

В условиях РЭП параметры случайных помех также оказывают существенное влияние на устойчивость радиосвязи. В частности, для случая дБ, изменение величины от 30 до 20дБ (что соответствует увеличению уровня станционных помех на 10дБ) приводит к уменьшению вероятности связи в условиях имитационных помех от 0,4 до 0,1.

Подводя итог анализу графиков, представленных на рис. 2.3 и 2.4, можно сделать вывод, что при современных требованиях к качеству радиосвязи, характеризуемых значениями , осуществить связь на закрепленной частоте в условиях преднамеренных помех оказывается практически невозможным уже при условии дБ, которое в подавляющем большинстве реальных ситуаций будет выполнено.



Рис. 2.4. Вероятность KB радиосвязи на закрепленной частоте при воздействии имитационной помехи

В ряде случаев для оценки эффективности радиосвязи в условиях РП необходимо знать не только вероятность связи с требуемой достоверностью, но и средние длительности пригодного и непригодного состояний радиоканала. Выражения для расчета значений и определяются с помощью аппарата теории выбросов случайных процессов. Результаты расчетов по этим выражениям показывают, что в условиях преднамеренных помех среднее время пригодного состояния радиоканала не превышает нескольких единиц минут, а среднее время непригодного состояния радиоканала составляет десятки минут. По этой причине средняя скорость передачи информации и вероятность своевременной передачи сообщений оказывается крайне низкими.

Таким образом, радиосвязь на закрепленных частотах вследствие ее низкой эффективности в условиях радиоподавления не отвечает современным требованиям управления войсками.

2.5 Разработка методики оценки эффективности функционирования линии декаметровой связи в режиме медленной ППРЧ

Для разработки методики оценки эффективности функционирования линий декаметровой связи в режиме медленной ППРЧ использую методику расчета, изложенную профессором Военной академии связи Семисошенко М.А. и кандидатом технических наук подполковником Пшеничниковым А.В. в журнале [2].

При методе ППРЧ расширение спектра обеспечивается путем скачкообразного изменения несущей частоты в выделенном для работы СРС диапазоне Ws . Под скачкообразным изменением частоты следует понимать периодическую перестройку одной частоты или нескольких частот, используемых для передачи сигналов. Сигналы с ППРЧ можно рассматривать как последовательность в общем случае модулированных радиоимпульсов, несущие частоты которых перестраиваются в диапазоне Ws. Число перестраиваемых частот и порядок их чередования определяются - псевдослучайными кодами.

Обязательным условием применения сигналов с ППРЧ является детерминированность псевдослучайной последовательности радиоимпульсов, точнее их несущих частот и временного положения, что позволяет на приемной стороне СРС обеспечить частотную и временную синхронизацию сигналов. Для постановщика помех закон перестройки несущей частоты в СРС с ППРЧ неизвестен, что исключает возможность создания эффективных способов подавления. Фундаментальный принцип псевдослучайности сигналов препятствует системе РЭП добиваться эффективного воздействия на СРС с ППРЧ организованных помех и вынуждает систему РЭП с ограниченной мощностью передатчика распределять соответствующим образом спектральную плотность мощности помехи по частотному диапазону СРС.

Одним из способов обеспечения помехозащищенности функционирования линии декаметровой связи является использование режима медленной программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).

В целях повышения эффективности функционирования линии радиосвязи с ППРЧ будем использовать управление ее частотно-временным ресурсом, под которым будем понимать относительное время использования каждой частоты программной перестройки на интервале работы радиолинии.

Для учета возможности управления частотно-временным ресурсом радиолинии с ППРЧ, заключающимся в преимущественном использовании в радиолинии тех частот, на которых обеспечивается экстремальное значение выбранного показателя эффективности функционирования линии радиосвязи, введем понятие коэффициента использования частоты.