патент
№ RU 2649897
МПК H04B7/00

Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона

Авторы:
Шадрин Борис Григорьевич Боганков Борис Семенович Зачатейский Дмитрий Евгеньевич
Все (5)
Номер заявки
2017114765
Дата подачи заявки
26.04.2017
Опубликовано
05.04.2018
Страна
RU
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Чертежи 
2
Реферат

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к радиоприемным центрам в составе узлов радиосвязи коротковолнового диапазона стационарного и мобильного вариантов исполнения, и предназначено для повышения помехоустойчивости приема сигнала от каждого из М радиоабонентов. Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона содержит антенно-фидерную систему, соединенную с входом соответствующего многоканального цифрового радиоприемного устройства, напряжение n-го образца принимаемого сигнала m-го радиоабонента подается через мультиплексор на соответствующие входы устройств когерентного сложения сигналов, представляющее замкнутую систему саморегулирования с обратной связью, обеспечивающую геометрическое сложение соответствующих напряжений шумов и синфазное сложение образцов сигнала m-го радиоабонента, которое подается на автоматизированное рабочее место. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона, содержащий антенно-фидерную систему (АФС), состоящую из удаленных друг от друга N антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N, выход каждого антенного элемента с порядковым номером n соединен с входом соответствующего многоканального цифрового радиоприемного устройства (МЦРПУ) с таким же порядковым номером n, содержащего M независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до M, выходы-входы каждого МЦРПУ с порядковым номером n соединены с соответствующими входами-выходами мультиплексора, выходы-входы которого соединены с соответствующими входами-выходами коммутатора, выходы-входы которого соединены соответственно с входами-выходами формирователя сигналов управления, с входами-выходами блока демодуляции и декодирования, с входами-выходами аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени, с входами-выходами автоматизированного рабочего места через линию связи, а также с входами-выходами аппаратуры внутриузловой связи, отличающийся тем, что введены M устройств когерентного сложения сигналов (УКС) с порядковыми номерами от 1 до M, входы-выходы каждого из которых с порядковым номером m соединены с соответствующими дополнительными выходами-входами мультиплексора, каждое УКС с порядковым номером m содержит коммутатор УКС, входы-выходы которого являются входами-выходами УКС с порядковым номером m, сумматор, фильтр результирующего колебания, нормирующий усилитель результирующего колебания и N узлов фазирования с порядковыми номерами от 1 до N, первые входы каждого из которых с порядковым номером n соединены с соответствующими выходами коммутатора УКС, входы которого соединены с соответствующими выходами фильтра результирующего колебания, объединенными с соответствующими входами нормирующего усилителя результирующего колебания, выходы которого объединены с соответствующими вторыми входами каждого узла фазирования с порядковым номером n, выходы каждого узла фазирования с порядковым номером n соединены с соответствующими входами сумматора, выходы которого соединены с соответствующими входами фильтра результирующего колебания, каждый узел фазирования с порядковым номером n содержит канальный фильтр, входы которого являются первыми входами узла фазирования с порядковым номером n, выходы канального фильтра соединены с соответствующими входами нормирующего усилителя, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами первого перемножителя и с соответствующими первыми входами второго перемножителя, выходы которого являются выходами узла фазирования с порядковым номером n, вторые входы второго перемножителя соединены с соответствующими выходами измерительного фильтра, входы которого соединены с соответствующими выходами первого перемножителя, вторые входы которого являются вторыми входами узла фазирования с порядковым номером n.

2. Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона по п. 1, отличающийся тем, что в составе АФС расстояние между любыми двумя соседними антенными элементами с любыми порядковыми номерами от 1 до N должно быть не менее величины , где λ - максимальная длина волны принимаемого сигнала от любого из M радиоабонентов.

3. Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона по п. 1, отличающийся тем, что в составе АФС каждый из N/2 антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N/2, идентичных по конструктивному исполнению, предназначен для приема электромагнитного поля (ЭМП) горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N, идентичных по конструктивному исполнению, предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации.

4. Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона по п. 1, отличающийся тем, что в составе АФС каждый из N/2 антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N/2 смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, предназначен для приема ЭМП горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации.

Описание

[1]

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при разработке и модернизации радиоприемных центров в составе узлов радиосвязи коротковолнового (КB) диапазона стационарного и мобильного вариантов исполнения.

[2]

Известны автоматизированные радиоприемные центры в составе стационарных территориально разнесенных многоканальных приемопередающих узлов радиосвязи (УРС) КB диапазона, каждый из которых содержит комплект приемных антенн, коммутируемых на входы М каналов приема с помощью аппаратуры коллективного использования антенн, в которых управление радиоприемным центром (РПмЦ) и радиопередающим центром (РПдЦ), входящими в состав УРС, осуществляется посредством линий внутриузловой связи (ВУС), как при использовании в составе УРС отдельной станции управления, так и при совмещении станции управления с РПмЦ [1], [2].

[3]

Недостатками таких РПмЦ в составе УРС КB диапазона являются:

[4]

- необходимость использования больших площадей для размещения комплектов КB приемных антенн средней и высокой эффективности типа ВГДШ, БС, БС-2, СГД и др. [1], [3], обеспечивающих в диапазоне рабочих частот прием сигналов от радиоабонентов на радиотрассах различных азимутальных направлений и различных протяженностей;

[5]

- снижение помехоустойчивости приема сигналов из-за применения аппаратуры коллективного использования приемных антенн с широкополосными антенными усилителями, служащих для компенсации затухания сигнала в многоканальных распределяющих и коммутирующих устройствах [2];

[6]

- энергетические потери в КB радиолиниях из-за расходящегося характера процессов изменения угла возвышения биссектрис диаграмм направленностей большинства типов приемных антенн высокой эффективности и необходимого угла возвышения радиолуча, падающего на отражающий слой ионосферы, при изменении значения оптимальной рабочей частоты (ОРЧ) в условиях изменяющихся геофизических условий [4].

[7]

Известен автоматизированный РПмЦ в составе мобильного территориально разнесенного УРС КB диапазона, приведенный в [5], содержащий N многоканальных приемных трактов, каждый из которых содержит коммутатор, входы-выходы которого соединены с соответствующими выходами-входами формирователя сигналов управления, выходы-входы коммутатора соединены с соответствующими входами - выходами аппаратуры внутриузловой связи (ВУС), состоящей из аппаратуры беспроводного доступа и аппаратуры проводной связи.

[8]

Управление РПмЦ осуществляется по проводным каналам ВУС от первой станции управления, которая может также управлять РПдЦ через вторую станцию управления, подключенную к РПдЦ по проводным каналам ВУС и связанную с первой станцией управления посредством беспроводной линии ВУС.

[9]

Недостатками приведенного выше автоматизированного РПмЦ в составе УРС КB диапазона являются:

[10]

- все недостатки, присущие вышеописанным радиоприемным центрам узлов радиосвязи КB диапазона [1], [2];

[11]

- использование в составе УРС разнесенных на местности РПмЦ и РПдЦ соответствующих станций управления усложняет РПмЦ и УРС в целом, увеличивает цену РПмЦ при промышленном его выпуске, кроме того, станция управления требует дополнительного обслуживающего персонала - радистов-операторов, а также дополнительных трудозатрат по проведению регламентных работ при обслуживании комплекса аппаратуры станции.

[12]

Из известных автоматизированных радиоприемных центров узлов радиосвязи КB диапазона наиболее близким по сущности решаемых задач и большинству совпадающих существенных признаков является автоматизированный РПмЦ КB диапазона, приведенный в [6], содержащий антенно-фидерную систему (АФС), состоящую из N антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N, размещенных определенным образом на местности в виде антенной решетки выбранной конфигурации (линейная, кольцевая, плоская прямоугольная или гексагональная) [3], [7] с регулярным размещением антенных элементов.

[13]

Выходное напряжение каждого антенного элемента с порядковым номером n (n=1,2,…, N) представляет собой напряжение образца с таким же порядковым номером n принимаемых с эфира высокочастотных сигналов и помех.

[14]

Выход каждого антенного элемента с порядковым номером n соединен с входом соответствующего многоканального приемного тракта с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до М. В настоящее время такой многоканальный приемный тракт с выводом выходных напряжений каналов приема в цифровой форме называют многоканальным цифровым радиоприемным устройством (МЦРПУ) ([3], с. 159), поэтому в дальнейшем будем использовать современное наименование (аббревиатуру) многоканального приемного тракта - МЦРПУ.

[15]

Каждый из N МЦРПУ с порядковыми номерами от 1 до N содержит М независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до М, где М - максимальное количество взаимодействующих с автоматизированным РПмЦ радиоабонентов с порядковыми номерами от 1 до М, излучающих сигналы на соответствующих несущих частотах. При этом каждый канал приема с порядковым номером m (m=1,2,…,M) в составе каждого МЦРПУ с порядковым номером n устанавливается в режим приема сигнала радиоабонента с таким же порядковым номером m.

[16]

Выходы-входы каждого МЦРПУс порядковым номером n соединены с соответствующими входами-выходами мультиплексора, выходы которого соединены с соответствующими входами блока формирования диаграмм направленностей (БФДН), в котором производится формирование М диаграмм направленностей с порядковыми номерами от 1 до М.

[17]

Формирование каждой диаграммы направленности с порядковым номером m в БФДН производится путем синфазного суммирования напряжений N образцов принимаемого сигнала радиоабонента с порядковым номером m с выходов соответствующих каналов приема, каждый с порядковым номером m в составе каждого из N МЦРПУ с порядковым номером n. При этом фазирование напряжений N образцов принимаемого сигнала радиоабонента с порядковым номером m осуществляется путем их задержки во времени на величины, рассчитываемые с использованием исходных данных о координатах местоположения каждого антенного элемента АФС и значений параметров радиотрасс (протяженности, азимуты), определяющих пространственное направление прихода сигналов (радиолучей), что эквивалентно тому, что пространственное направление максимума каждой сформированной диаграммы направленности с порядковым номером m соответствует пространственному направлению прихода сигнала радиоабонента с порядковым номером m.

[18]

Выходы БФДН соединены с соответствующими входами блока демодуляции и декодирования, в котором каждый результат формирования диаграммы направленности с порядковым номером m, представляющий собой результирующее напряжение приема сигнала радиоабонента с порядковым номером m, демодулируется соответствующим демодулятором сигнала радиоабонента с порядковым номером m и декодируется соответствующим декодером с порядковым номером m.

[19]

Выходы-входы блока демодуляции и декодирования соединены с соответствующими входами-выходами коммутатора, выходы-входы которого соединены соответственно с входами-выходами БФДН, с входами-выходами мультиплексора, с входами-выходами формирователя сигналов управления, с входами-выходами аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени, с входами-выходами каждого из L автоматизированных рабочих мест (АРМ) посредством соответствующих линий связи, а также с входами - выходами аппаратуры внутриузловой связи (ВУС), обеспечивающей двухстороннюю внутриузловую связь РПмЦ с РПдЦ при работе в составе УРС КB диапазона. При этом на экранах мониторов ЭВМ каждого из L АРМ отображаются результаты приема сигналов соответствующих радиоабонентов.

[20]

Однако следует отметить следующие недостатки данного автоматизированного РПмЦ узла радиосвязи КB диапазона:

[21]

1. Помехоустойчивость приема сигналов радиоабонентов недостаточна при воздействии аддитивных и мультипликативных помех в КB канале связи по нескольким причинам:

[22]

1.1. Из-за неточности определения значений исходных данных, вводимых в электронную память РПмЦ для формирования в БФДН диаграмм направленностей [3]:

[23]

а) географических координат размещения на местности каждого антенного элемента в составе выбранной конфигурации антенной решетки АФС;

[24]

б) значений параметров радиотрасс при работе с соответствующими М радиоабонентами (протяженности, азимуты), определяющих пространственное направление прихода сигналов (радиолучей), каждый из которых характеризуется направленностью соответствующего вектора rm с порядковым номером m (m=1,2,…,M).

[25]

Очевидно, что при мобильном варианте исполнения РПмЦ, неизбежны неточности в определении географических координат местоположения антенных элементов по выше приведенному пункту а) при каждом развертывании антенной решетки АФС после перемещения мобильного РПмЦ на новое место дислокации, особенно в неблагоприятных погодных условиях (выпадение атмосферных осадков, работа в зимних условиях).

[26]

Соответственно с некоторыми отклонениями будет формироваться в БФДН и каждая m-я ДН с порядковым номером m (m=1,2,…,М), поскольку суммируемые напряжения N образцов принимаемого сигнала m-го радиоабонента с порядковым номером m с выходов m-ых каналов приема соответствующих N МЦРПУ, будут отличаться друг от друга по фазе на величины, определяемые погрешностью измерения координат местоположения каждого антенного элемента. Соответственно и результат суммирования по величине будет меньше требуемого. Из этого следует, что и результирующее соотношение сигнал/помеха на входе соответствующего демодулятора сигнала m-го радиоабонента (в составе блока демодуляции и декодировании) hmp=UСpm / UПpm (Ucpm - результирующее напряжение сигнала на входе демодулятора сигнала m-го радиоабонента, UПpm - результирующее напряжение помехи на входе этого демодулятора, измеренное в полосе частот, занимаемой сигналом) будет меньше потенциально достижимого, что снижает помехоустойчивость приема.

[27]

Рассмотрим влияние на помехоустойчивость приема сигналов исходных данных, вводимых в электронную память РПмЦ, при выполнении операций по вышеприведенному пункту б).

[28]

Для достижения максимально возможного значения результирующего соотношения hpm=UCpm / UПpm на входе демодулятора сигнала m-го радиоабонента в составе блока демодуляции и декодирования, требуется, чтобы пространственное направление максимума формируемой m-ой ДН совпадало с пространственным направлением прихода радиолуча от m-го радиоабонента, которое характеризуется направленностью соответствующего вектора rm с порядковым номером m [3].

[29]

Однако точное значение угла прихода принимаемого сигнала (пространственного направления вектора rm) априори определить невозможно путем расчета радиотрассы из-за временной и пространственной изменчивости области ионосферы, от которой отражаются короткие волны [8]. Кроме того, траектории распространения радиоволн, отраженных от области ионосферы F часто имеют заметную асимметрию за счет смещения области отражения относительно середины трассы ([8], с. 46), что также приводит к изменению углов прихода сигнала относительно расчетных значений для симметричной радиотрассы, а соответственно, и к энергетическим потерям радиолинии [4].

[30]

1.2. Из-за кратковременных перерывов связи вследствие глубоких замираний принимаемых сигналов.

[31]

Известно, что при работе на односкачковых радиотрассах протяженностью 1000-3000 км ([8], с. 80, 81) в условиях глубоких замираниях сигнала, принимаемого от любого m-го радиоабонента, на выходе соответствующего демодулятора и последующего декодера в процессе проведения сеанса связи могут неоднократно регистрироваться пакеты ошибок. Длительность каждого пакета ошибок определяется временем нахождения уровня напряженности электромагнитного поля (ЭМП) принимаемого радиолуча ниже определенного порогового уровня, что приводит к кратковременным потерям связи.

[32]

При работе на многоскачковых трассах протяженностью 3000-4000 км и более (с количеством скачков больше одного), на которых имеют место несколько возможных треугольных траекторий распространения радиоволн ([8], с. 13, рис. 1.1), в точку приема могут приходить несколько радиолучей под разными углами прихода с независимыми замираниями уровней напряженности ЭМП каждого из лучей.

[33]

В интервалы времени, когда происходят глубокие замирания уровня напряженности ЭМП, например, «основного» радиолуча, на который ориентируют максимум ДН фазируемой антенной решетки при приеме сигнала m-го радиоабонента, на РПмЦ, как и описано выше, будут регистрироваться соответствующие пакеты ошибок. Однако в данном случае при глубоких замираниях «основного» радиолуча уровни напряженностей ЭМП других радиолучей, приходящих в точку приема под другими углами прихода, могут превышать пороговый уровень.

[34]

Поскольку в известном РПмЦ [6] не предусмотрена оперативная перестройка пространственной направленности максимума ДН, сформированной для приема сигнала m-го радиоабонента, на другой радиолуч (несущий ту же информацию, что и «основной» радиолуч) с целью сокращения длительности пакета ошибок, то длительность каждого пакета ошибок будет определяться временем нахождения уровня напряженности ЭМП «основного» радиолуча ниже порогового уровня. В результате прием информации от m-го радиоабонента может возобновляться только после возрастания уровня напряженности ЭМП «основного» радиолуча (после каждого его глубокого замирания) выше порогового уровня, что не позволяет сократить длительность пакета ошибок.

[35]

1.3. Из-за недостаточной величины соотношения сигнал/помеха каждого из М результирующих напряжений приема сигналов радиоабонентов, формируемых известным способом на выходах БФДН.

[36]

Площадь, занимаемая антенной решеткой АФС известного автоматизированного РПмЦ выбирается сравнительно небольшой, например, антенная решетка аналогового антенного приемного комплекса ФАР 5АР [7] состоит из 40 антенных элементов и занимает площадь 40×60 м, при этом расстояния между соседними антенными элементами решетки не превышают 10 м. Из этого следует, что принимаемые образцы (копии) напряжений сигнала и помех на выходах соседних антенных элементов сильно коррелированны (при значении пространственной корреляционной функции или радиуса пространственной корреляции Rd [9], близком к максимальному, т.е. Rd≈1).

[37]

Необходимо отметить, что при данном способе формирования диаграмм направленностей слабая корреляция сигналов и помех на выходах соседних антенных элементов (при Rd→0) антенной решетки не допустима, поскольку приведет к неопределенности разности фаз напряжений образцов сигнала m-го радиоабонента на выходах соседних элементов. Слабая корреляция достигается при пространственном разнесении соседних антенных элементов на расстояние , где λ - длина волны принимаемого сигнала ([10], с. 169).

[38]

В результате при сложении в БФДН напряжений смеси образцов сигнала и помех, принимаемых, например, двумя соседними антенными элементами антенной решетки (отфильтрованных и усиленных в соответствующих каналах приема соседних МЦРПУ), например, с порядковыми номерами 1 и 2 и с соответствующими соотношениями сигнал/помеха: hm1=UC1m / UП1m и hm2=UC2m / UП2m, увеличения результирующего соотношения сигнал/помеха hpm(1+2) практически не будет по отношению к соотношению сигнал/помеха одного из слагаемых, т.е. hpm(1+2)≈hpm1≈hm2.

[39]

Известно ([10], с. 183), что увеличение результирующего соотношения сигнал/помеха в рассматриваемом случае может быть достигнуто только тогда, когда образцы сигнала m-го радиоабонента с выходов m-ых каналов приема соответствующих МЦРПУ складываются алгебраически (синфазное сложение сигналов), а слабо коррелированные помехи (шумы) на выходе этих каналов приема складываются геометрически. Соответственно увеличение результирующего соотношения сигнал/помеха hmp на m-ом выходе БФДН (на ходе демодулятора сигнала m-го радиоабонента) при формировании m-ой ДН будет достигаться в основном за счет сложения выходных напряжений m-ых каналов приема тех МЦРПУ, которые подключены к антенным элементам, разнесенным на местности друг относительно друга на более дальние расстояния, при которых принимаемые помехи менее коррелированны (Rd<1). Однако и принимаемые этими антенными элементами образцы сигнала m-го радиоабонента будут также менее коррелированы, что приводит к возрастанию погрешности фазирования наиболее удаленных антенных элементов при формировании m-ой ДН.

[40]

Таким образом, в автоматизированном РПмЦ, реализующем данный способ многоканального приема сигналов, потенциальные возможности используемого оборудования (N антенных элементов в составе АФС и М каналов приема в составе каждого МЦРПУ) для повышения соотношения сигнал/помеха на входе демодулятора сигнала m-го радиоабонента, используются не полностью.

[41]

2. Сравнительно большое время развертывания мобильного варианта исполнения РПмЦ, конструктивно выполненного, например, в виде мобильной аппаратной, смонтированной в кузове-фургоне на шасси автомобиля типа КамАЗ. Время развертывания такого РПмЦ будет определяться последовательностью выполнения следующих действий:

[42]

2.1. Перед развертыванием антенной решетки АФС в условиях лесистой местности необходимо найти относительно ровную горизонтальную площадку и выполнить операции по вышеприведенному пункту а), т.е. с помощью аппаратуры определения местоположения и меток точного времени определить географические координаты геометрического центра антенной решетки. Относительно этого центра требуется определить географические координаты местоположения каждого из N антенных элементов в соответствии с принятой конфигурацией антенной решетки (линейная, кольцевая, плоская прямоугольная или гексагональная) [3] и произвести разметку местности. После этого можно произвести развертывание каждого антенного элемента с установкой его на местности в соответствии с произведенной разметкой.

[43]

2.2. Далее требуется развернуть мобильную аппаратную, запустить электроагрегат из ее состава для питания технических средств РПмЦ (радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники - ЭВМ) и выполнить операции по вышеприведенному пункту б) для формирования программным способом диаграмм направленностей с требуемой ориентацией максимумов ДН в пространстве. После выполнения этих операций развертывание мобильного РПмЦ можно считать законченным.

[44]

3. Ограниченность применения РПмЦ из-за сложности или невозможности развертывания антенной решетки АФС с регулярным размещением антенных элементов, например, на:

[45]

- сильно пересеченной местности или гористой местности;

[46]

- плоских крышах близкорасположенных зданий и сооружений;

[47]

- палубах крупногабаритных морских судов;

[48]

- железнодорожных платформах, в том числе на крышах специальных вагонов и др.

[49]

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение - автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона, являются:

[50]

1. Повышение помехоустойчивости приема сигнала от каждого из М радиоабонентов при работе на односкачковых и многоскачковых КB радиотрассах различной протяженности в условиях глубоких замираний принимаемых сигналов.

[51]

2. Сокращение времени развертывания N антенных элементов АФС мобильного варианта исполнения РПмЦ, работающего на стоянках.

[52]

3. Расширение возможностей применения автоматизированного РПмЦ за счет обеспечения возможности развертывания антенных элементов АФС, например:

[53]

- в условиях сильно пересеченной местности или гористой местности;

[54]

- на плоских крышах близкорасположенных зданий и сооружений;

[55]

- на крупногабаритных морских судах;

[56]

- на железнодорожных платформах, в том числе на крышах специальных вагонов и др.

[57]

Решение поставленных задач достигается тем, что в автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона, содержащий антенно-фидерную систему (АФС), состоящую из удаленных друг от друга N антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N, выход каждого антенного элемента с порядковым номером n соединен с входом соответствующего многоканального цифрового радиоприемного устройства (МЦРПУ) с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до М, выходы-входы каждого МЦРПУ с порядковым номером n соединены с соответствующими входами-выходами мультиплексора, выходы-входы которого соединены с соответствующими входами-выходами коммутатора, выходы-входы которого соединены соответственно с входами-выходами формирователя сигналов управления, с входами-выходами блока демодуляции и декодирования, с входами-выходами аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени, с входами-выходами автоматизированного рабочего места через линию связи, а также с входами - выходами аппаратуры внутриузловой связи (ВУС), введены М устройств когерентного сложения сигналов (УКС) с порядковыми номерами от 1 до М, входы - выходы каждого из которых с порядковым номером m соединены с соответствующими дополнительными выходами-входами мультиплексора, каждое УКС с порядковым номером m содержит коммутатор УКС, входы - выходы которого являются входами -выходами УКС с порядковым номером m, сумматор, фильтр результирующего колебания, нормирующий усилитель результирующего колебания и N узлов фазирования с порядковыми номерами от 1 до N, первые входы каждого из которых с порядковым номером n соединены с соответствующими выходами коммутатора УКС, входы которого соединены с соответствующими выходами фильтра результирующего колебания, объединенными с соответствующими входами нормирующего усилителя результирующего колебания, выходы которого объединены с соответствующими вторыми входами каждого узла фазирования с порядковым номером n, выходы каждого узла фазирования с порядковым номером n соединены с соответствующими входами сумматора, выходы которого соединены с соответствующими входами фильтра результирующего колебания, каждый узел фазирования с порядковым номером n содержит канальный фильтр, входы которого являются первыми входами узла фазирования с порядковым номером n, выходы канального фильтра соединены с соответствующими входами нормирующего усилителя, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами первого перемножителя и с соответствующими первыми входами второго перемножителя, выходы которого являются выходами узла фазирования с порядковым номером n, вторые входы второго перемножителя соединены с соответствующими выходами измерительного фильтра, входы которого соединены с соответствующими выходами первого перемножителя, вторые входы которого, являются вторыми входами узла фазирования с порядковым номером n.

[58]

В составе АФС расстояние между любыми двумя соседними антенными элементами с любыми порядковыми номерами от 1 до N не менее величины , где λ - максимальная длина волны принимаемого сигнала от любого из М радиоабонентов.

[59]

Кроме того, в составе АФС каждый из N/2 антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N/2, идентичных по конструктивному исполнению, предназначен для приема электромагнитного поля (ЭМП) горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N, идентичных по конструктивному исполнению, предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации, либо каждый из N/2 антенных элементов с порядковыми номерами от 1 до N/2 смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, предназначен для приема ЭМП горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации.

[60]

На фиг. 1 и фиг. 2 приведены схемы электрические структурные предлагаемого автоматизированного радиоприемного центра узла радиосвязи КB диапазона и устройства когерентного сложения сигналов (УКС).

[61]

Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи коротковолнового диапазона, содержащий АФС 1, состоящую из удаленных друг от друга N антенных элементов 21,…,2N с порядковыми номерами от 1 до N, выход каждого антенного элемента 21,…,2N с порядковым номером n соединен с входом соответствующего МЦРПУ 31,…,3N с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема с порядковыми номерами от 1 до М, выходы-входы каждого МЦРПУ 31,…,3N с порядковым номером n соединены с соответствующими входами-выходами мультиплексора 4, выходы-входы которого соединены с соответствующими входами-выходами коммутатора 5, выходы-входы которого соединены соответственно с входами-выходами формирователя сигналов управления 6, с входами-выходами блока демодуляции и декодирования 7, с входами-выходами аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени 8, с входами-выходами автоматизированного рабочего места 9 посредством линии связи 10, а также с входами - выходами аппаратуры ВУС 11, введены М УКС 121,…,12М с порядковыми номерами от 1 до М, входы - выходы каждого из которых с порядковым номером m соединены с соответствующими дополнительными выходами-входами мультиплексора 4, каждое УКС 121,…,12M с порядковым номером m содержит коммутатор УКС 13, входы - выходы которого являются входами - выходами УКС 121,…,12M с порядковым номером m, сумматор 14, фильтр результирующего колебания 15, нормирующий усилитель результирующего колебания 16 и N узлов фазирования 171,…,17N с порядковыми номерами от 1 до N, первые входы каждого из которых с порядковым номером n соединены с соответствующими выходами коммутатора УКС 13, входы которого соединены с соответствующими выходами фильтра результирующего колебания 15, объединенными с соответствующими входами нормирующего усилителя результирующего колебания 16, выходы которого объединены с соответствующими вторыми входами каждого узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n, выходы каждого узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n соединены с соответствующими входами сумматора 14, выходы которого соединены с соответствующими входами фильтра результирующего колебания 15, каждый узел фазирования 171,…,17N с порядковым номером n содержит канальный фильтр 18, входы которого являются первыми входами узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n, выходы канального фильтра 18 соединены с соответствующими входами нормирующего усилителя 19, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами первого перемножителя 20 и с соответствующими первыми входами второго перемножителя 21, выходы которого являются выходами узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n, вторые входы второго перемножителя 21 соединены с соответствующими выходами измерительного фильтра 22, входы которого соединены с соответствующими выходами первого перемножителя 20, вторые входы которого, являются вторыми входами узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n.

[62]

В составе АФС 1 расстояние между любыми двумя соседними антенными элементами 21,…,2N с любыми порядковыми номерами от 1 до N не менее величины , где λ - максимальная длина волны принимаемого сигнала от любого из М радиоабонентов.

[63]

Кроме того, в составе АФС 1 каждый из N/2 антенных элементов 21,…,2N/2 с порядковыми номерами от 1 до N/2, идентичных по конструктивному исполнению, предназначен для приема ЭМП горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов 2N/2+1,…,2N с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N, идентичных по конструктивному исполнению, предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации, либо каждый из N/2 антенных элементов 21,…,2N/2 с порядковыми номерами от 1 до N/2 смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, предназначен для приема ЭМП горизонтальной поляризации, а каждый из других N/2 антенных элементов 2N/2+1,…,2N с другими порядковыми номерами от N/2+1 до N смешанного типа - как идентичного конструктивного исполнения, так и различного конструктивного исполнения, предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации.

[64]

Для анализа работы предлагаемого автоматизированного РПмЦ узла радиосвязи КB диапазона рассмотрим сначала отличительные особенности развертывания мобильного варианта исполнения этого РПмЦ.

[65]

В отличие от известного автоматизированного РПмЦ [6] мобильного варианта исполнения, работающего на стоянках, для проведения развертывания АФС 1 предлагаемого автоматизированного РПмЦ (фиг. 1 и фиг. 2) мобильного варианта исполнения, конструктивно выполненного, например, в виде мобильной аппаратной, смонтированной в кузове-фургоне на шасси автомобиля типа КамАЗ, не требуется выбирать в условиях лесистой местности относительно ровную площадку и определять географические координаты местоположения каждого антенного элемента 21,…,2N для размещения антенных элементов в виде антенной решетки одной из конфигураций (линейная, кольцевая, плоская прямоугольная или гексагональная).

[66]

Развертывание N антенных элементов 21,…,2N АФС 1 предлагаемого автоматизированного РПмЦ можно производить практически на любой местности, например, на сильно пересеченной местности или гористой местности, свободных от металлических конструкций, препятствующих приему сигналов от радиоабонентов, и от густых зарослей, препятствующих креплению антенных элементов к грунту. При этом антенные элементы 21,…,2N АФС 1 могут устанавливаться на выбранной местности в произвольном порядке, но с соблюдением условия: расстояние между любыми двумя соседними антенными элементами 21,…,2N с любыми порядковыми номерами от 1 до N должно быть не менее величины , где λ - максимальная длина волны принимаемого сигнала от любого из М радиоабонентов.

[67]

Следует отметить, что предлагаемая структура автоматизированного РПмЦ и принцип обработки принимаемых сигналов, который приводится ниже при описании функционирования РПмЦ, позволяют обеспечить наиболее помехоустойчивый прием сигналов от каждого из М радиоабонентов при разнесении антенных элементов 21,…,2N между собой на такие расстояния , при которых напряжения принимаемых сигналов и помех на выходах соседних антенных элементов с любыми порядковыми номерами от 1 до N будут слабо коррелированны [10] (при значении радиуса пространственной корреляции [9] Rd→0).

[68]

В качестве антенных элементов 21,…,2N АФУ 1 могут быть использованы широкополосные антенны вертикальной поляризации [11], [12] и горизонтальной поляризации ([13], с. 264).

[69]

Указанные выше достаточно простые условия развертывания АФС 1 (без соблюдения условия равномерного расположения антенных элементов 21,…,2N в составе антенной решетки определенной конфигурации), позволяют производить установку антенных элементов 21,…,2N и радиоэлектронного оборудования РПмЦ в целом на мобильных крупногабаритных объектах таких, например, как достаточно большие морские суда или железнодорожные поезда с работой РПмЦ «на ходу». При этом количество N антенных элементов 21,…,2N в составе АФС 1 предлагаемого РПмЦ может быть существенно меньше, чем в известном ПРмЦ [6] (использующем антенную решетку выбранной конфигурации) за счет возможности использования более эффективных антенных элементов 21,…,2N и предлагаемых методов обработки принимаемых сигналов от каждого из М радиоабонентов.

[70]

В качестве антенных элементов 21,…,2N РПмЦ, развертываемых на таких мобильных объектах, могут быть использованы, например, малогабаритные низкопрофильные широкополосные приемные антенны КB диапазона, шифр «Акция» и «Акция - КB - К» (СКЖГ.464639.007 ТУ), выпускаемые ООО НПП «РОСМОРСЕРВИС», г. Санкт-Петербург. Антенны предназначены для установки на кораблях, судах, береговых стационарных и подвижных объектах связи, железнодорожном транспорте.

[71]

Указанные выше условия развертывания АФУ 1 позволяют также производить развертывание АФС 1 на плоской крыше одного или нескольких близко расположенных зданиях при стационарном варианте исполнения РПмЦ.

[72]

Каждый МЦРПУ 31,…,3N с порядковым номером n (n=1,2,…,N) имеет один высокочастотный вход, предназначенный для подключения к выходу соответствующего антенного элемента с порядковым номером n, и обеспечивает возможность одновременного приема по М независимым каналам приема. Обработка принимаемых сигналов в каналах приема выполняется в цифровой форме с прямым аналого-цифровым преобразованием радиосигнала без предварительных преобразований его частоты [3], [14]. Количество независимых каналов приема М каждого МЦРПУ 31,…,3N определяется максимальным количеством взаимодействующих с РПмЦ радиоабонентов, излучающих сигналы на соответствующих несущих частотах.

[73]

Мультиплексирование и коммутация сформированных цифровых потоков, поступающих с выходов-входов МЦРПУ 31,…,3N на входы-выходы мультиплексора 4, организуется на стандартных сетевых протоколах, что дает возможность иметь необходимое количество МЦРПУ 31,…,3N.

[74]

В качестве коммутатора 5 в составе РПмЦ и коммутатора УКС 13 в составе каждого УКС 121,…,12M может использоваться коммутатор Ethernet стандарта IEEE 802.3u 1000/100 Base - ТХ, например, типа EDS - 308 - Т фирмы МОХА, который обеспечивает организацию локальной информационной сети (ЛИС) между устройствами, подключаемыми к соответствующим его выходам-входам по интерфейсу Ethernet.

[75]

Автоматизированный радиоприемный центр узла радиосвязи КB диапазона функционирует следующим образом.

[76]

Заблаговременно, перед началом проведения сеансов связи с радиоабонентами, в формирователь сигналов управления 6, который представляет собой ЭВМ, загружается специальное программное обеспечение (СПО) и вводится программа радиосвязи для управления техническими средствами автоматизированного РПмЦ и взаимодействующего (при работе в составе УРС КB диапазона) РПдЦ (время проведения сеансов; скорости приема и передачи данных; классы принимаемых и излучаемых сигналов; мощности излучения сигналов в сторону радиоабонентов; тексты передаваемых радиограмм; и т.д.), например, на сутки. Кроме того, в формирователь сигналов управления 6 от аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени 8 по ЛИС на базе коммутатора 5 вводятся метки точного времени для обеспечения выполнения операций программы радиосвязи в соответствии с запланированной временной последовательностью действий. Одновременно метки точного времени поступают по ЛИС на базе коммутатора 5 в ЭВМ автоматизированного рабочего места (АРМ) 9 через линию связи 10 для отображения на экране монитора точного времени для радиста-оператора РПмЦ. Кроме ЭВМ в состав АРМ могут входить, например, принтер, подключаемый к ЭВМ для документирования принимаемой информации, и другие периферийные устройства [6].

[77]

Автоматическое функционирование РПмЦ в соответствии с программой радиосвязи осуществляется под управлением СПО. В этом случае формирователь сигналов управления 6 под управлением СПО формирует для проведения сеансов связи с радиоабонентами необходимые команды управления техническими средствами РПмЦ по следующим маршрутам: формирователь сигналов управления 6 - ЛИС на базе коммутатора 5, посредством которой команды управления могут поступать на следующие технические средства РПмЦ: МЦРПУ 31,…,3N; блок демодуляции и декодирования 7; УКС 121,...,12М (через мультиплексор 4).

[78]

Необходимые команды управления техническими средствами РПдЦ (при работе в составе УРС) от формирователя сигналов управления 6 посредством ЛИС на базе коммутатора 5 поступают на аппаратуру ВУС 11, которая обеспечивает взаимодействие по проводному каналу связи, либо по радиоканалу (с использованием аппаратуры беспроводного доступа) с аналогичной аппаратурой ВУС РПдЦ в составе УРС.

[79]

При автоматизированном управлении команды управления техническими средствами РПмЦ и РПдЦ (при работе в составе УРС) следуют аналогичным образом посредством ЛИС на базе коммутатора 5 от ЭВМ АРМ 9 через линию связи 10.

[80]

Выходное напряжение каждого n-го антенного элемента 21,…,2N АФС 1 с порядковым номером n (n=1,2,..., N) представляет собой напряжение образца (копии) с таким же порядковым номером n принимаемых с эфира высокочастотных сигналов и помех, которое подается на вход соответствующего n-го МЦРПУ 31,…,3N с таким же порядковым номером n, содержащего М независимых каналов приема.

[81]

В каждом n-ом МЦРПУ 31,…,3N каждый m-ый канал приема с порядковым номером m (m=1,2,…,М) устанавливается в режим приема сигнала соответствующего m-го радиоабонента для выделения из выходного напряжения n-го антенного элемента напряжения n-го образца принимаемого сигнала m-го радиоабонента. С выходов каждого n-го МЦРПУ 31,…,3N напряжение n-го образца принимаемого сигнала m-го радиоабонента в цифровой форме подается через мультиплексор 4 на соответствующие входы m-го УКС 121,…,12M.

[82]

Таким образом, в каждый m-ый УКС 121,…,12M через мультиплексор 4 поступают N цифровых сигналов, представляющих собой в цифровой форме напряжения N образцов принимаемого сигнала m-го радиоабонента.

[83]

При этом в каждом m-ом УКС 121,…,12M напряжения (в цифровой форме) N образцов сигнала m-го радиоабонента подаются на входы коммутатора УКС 13 и посредством ЛИС на базе коммутатора УКС 13 напряжение каждого n-го образца сигнала m-го радиоабонента подается на первые входы соответствующего n-го узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n.

[84]

Поскольку полоса пропускания каждого m-го канала приема в каждом n-ом МЦРПУ 31,…,3N может быть шире полосы пропускания, занимаемой спектром принимаемого сигнала m-го радиоабонента, то в каждом n-ом узле фазирования 171,…,17N n-ый образец принимаемого сигнала m-го радиоабонента дополнительно фильтруется цифровым канальным фильтром 18, полоса пропускания которого согласована со спектром сигнала m-го радиоабонента.

[85]

Отфильтрованная смесь напряжений n-го образца принимаемого сигнала m-го радиоабонента и аддитивной помехи, попадающей в полосу пропускания канального фильтра, выравнивается по уровню цифровым нормирующим усилителем 19 и далее поступает на первые входы первого 20 и второго 21 перемножителей. После корректировки фазы (фазирования) образца сигнала и его «взвешивания» во втором перемножителе 21 (путем умножения нормированного суммарного напряжения n-го образца принимаемого сигнала и помехи на напряжение с выхода измерительного фильтра 22, соответствующего уровню («весу») напряжения образца принимаемого сигнала в нормированной смеси сигнала и помехи), напряжение с выходов второго перемножителя 21 (в цифровой форме) поступает на соответствующие входы сумматора 14.

[86]

Результат суммирования выходных напряжений узлов фазирования 171,…,17N с выходов сумматора 14 отфильтровывается фильтром результирующего колебания 15 и подается на входы нормирующего усилителя результирующего колебания 16, с выходов которого это напряжение подается на вторые входы каждого из узлов фазирования 171,…,17N с порядковым номером n, в котором это напряжение подается на вторые входы первого перемножителя 20.

[87]

Таким образом, структура каждого m-го УКС 121,…,12M (фиг. 2) представляет собой замкнутую систему саморегулирования с обратной связью, по окончании переходных процессов которой устанавливается режим, при котором обеспечивается синфазное (алгебраическое) сложение на выходе сумматора 14 напряжений N образцов сигнала m-го радиоабонента и геометрическое сложение соответствующих напряжений шумов с соответствующими «весовыми» коэффициентами, пропорциональными соотношению напряжений сигнал/шум на выходе измерительного фильтра 22 [10].

[88]

Напряжение (в цифровой форме) с выхода фильтра результирующего колебания 15, являющееся выходным напряжением соответствующего m-го УКС 121,…,12M или результирующим напряжением приема сигнала m-го радиоабонента, подается на входы коммутатора УКС 13 и посредством ЛИС на базе коммутатора УКС 13, а также посредством ЛИС на базе коммутатора 5 подается на входы соответствующего демодулятора сигнала m-го радиоабонента блока демодуляции и декодирования 7. Демодулированный и декодированный сигналы m-го радиоабонента поступают посредством ЛИС на базе коммутатора 5 в ЭВМ АРМ 9 через линию связи 10. Декодированный сигнал каждого m-го радиоабонента может быть отражен на экране монитора ЭВМ АРМ 9 и распечатан на принтере, подключенному к ЭВМ АРМ 9. При необходимости передачи принятой информации, например, в центр управления по КB каналу, соответствующий декодированный сигнал m-го радиоабонента посредством ЛИС на базе коммутатора 5 подается на аппаратуру ВУС 11 для дальнейшего взаимодействия с аналогичной аппаратурой ВУС РПдЦ КB УРС.

[89]

Демодулированный сигнал какого-либо m-го радиоабонента при необходимости может быть передан по стандартному интерфейсу на оконечную аппаратуру для специального декодирования и др.

[90]

Проанализируем более подробно работу любого m-го УКС 121,…,12M с порядковым номером m, обеспечивающего оптимальное когерентное сложение напряжений N образцов сигнала m-го радиоабонента с выходов m-ых каналов приема соответствующих МЦРПУ 31,…,3N.

[91]

Для упрощения анализа работу m-го УКС будем рассматривать при приеме N образцов сигнала m-го радиоабонента на любом интервале стационарности длительностью Δt, в пределах которого уровень напряжения каждого n-го образца сигнала m-го радиоабонента не изменяется или изменяется незначительно. При этом длительность каждого интервала Δt, выбираемого в пределах длительности условного среднего «полупериода» замираний образцов сигнала m-го радиоабонента ТП3, должна быть больше постоянной времени измерительного фильтра 22 и больше постоянной времени цепи АРУ нормирующих усилителей 16 и 19 идентичных узлов фазирования 171,…,17N, но много меньше величины ТП3.

[92]

Также примем, что коэффициент передачи любого из фильтров (15, 18, 22), а также сумматора 14 равен единице. Кроме того, ввиду того, что структура каждого УКС 121,…,12M, как указывалось выше, представляет собой замкнутую систему с обратной связью, задержки сигналов или изменения их начальных фаз при прохождении их через указанные фильтры УКС учитывать не будем.

[93]

Кроме того, для наглядности изложения принципа работы любого из М УКС 121,…,12M будем считать, что анализируемый УКС (фиг. 2) выполнен в аналоговом виде и все операции, выполняемые составными частями УКС, будем описывать с использованием аналоговых сигналов, поскольку принцип работы любого УКС не зависит от способа его реализации - в цифровом или аналоговом виде.

[94]

Основными функциональными узлами любого m-го УКС 121,…,12M являются идентичные узлы фазирования 171,…,17N, работу любого n-го узла фазирования с порядковым номером n рассмотрим более подробно.

[95]

Пусть на первый вход (при анализе имеется в виду аналоговый вход) n-го узла фазирования 171,…,17N, поступает напряжение m-го канала приема n-го МЦРПУ 31,…,3N, принимающего напряжение n-го образца сигнала m-го радиоабонента, которое можно представить на интервале стационарности Δt в следующем аналоговом виде:

[96]

[97]

где UCnm и ϕCnm - амплитуда и фаза n-го «образца» сигнала m-го радиоабонента;

[98]

ωCm - несущая частота сигнала m-го радиоабонента;

[99]

θCm(t) - функция, определяющая вид угловой манипуляции сигнала m-го радиоабонента.

[100]

Необходимо отметить, что в предлагаемом РПмЦ каналы приема МЦРПУ 31,…,3N должны работать в режиме отключения собственных систем автоматической регулировки усиления (АРУ), поскольку АРУ любого m-го канала приема любого n-го МЦРПУ 31,…,3N может регулировать уровень сигнала с более широкой полосой частот, чем полоса частот, занимаемая сигналом m-го радиоабонента.

[101]

Систему АРУ нормирующего усилителя 19 каждого узла фазирования 171,…,17N любого m-го УКС 121,…,12M можно охарактеризовать коэффициентом регулирования системы АРУ. Коэффициент регулирования системы АРУ показывает, во сколько раз диапазон изменения сигнала на выходе нормирующего усилителя меньше, чем на его входе [10]:

[102]

[103]

где UBXMIN и UВЫХMIN - минимальное входное и минимальное выходное напряжения, которые ограничивают величиной реальной чувствительности нормирующего усилителя 19 узла фазирования 171,…,17N, a UBXМАХ и UВЫХМАХ - ограничивают максимальной величиной входных колебаний, при которых уровень комбинационных составляющих на выходе нормирующего усилителя 19 не превышает допустимого.

[104]

Для каждого из нормирующих усилителей 16 и 19 узлов фазирования 171,…,17N каждого m-го УКС 121,…,12M будем считать приемлемым, например, изменение отфильтрованного соответствующим фильтром 15 (18) сигнала на входе нормирующего усилителя на 100 дБ при изменении сигнала на его выходе не более чем на 3 дБ. Системы АРУ с такими параметрами реализованы в современных радиоприемных устройствах [3].

[105]

На выходе нормирующего усилителя 19 n-го узла фазирования 171,…,17N напряжение отфильтрованного n-го образца сигнала m-го радиоабонента нормируется по уровню и поступает на вход первого перемножителя 20, на другой вход которого поступает с нормирующего усилителя результирующего колебания 16 результат саморегулирования замкнутой системы (УКС) - результирующее колебание («свертка»):

[106]

[107]

где UPnm, ωPm, ϕPm - соответственно амплитуда, угловая частота и фаза результирующего колебания n-го узла фазирования, корректирующего фазу n-го образца сигнала m-го радиоабонента.

[108]

Выходной продукт первого перемножителя 20 n-го узла фазирования 171,…,17N можно представить в виде:

[109]

[110]

где Кnm - значение коэффициента передачи нормирующего усилителя 19 n-го узла фазирования 171,…,17N m-го УКС 121,…,12M, при котором обеспечивается нормирование n-го образца входного сигнала с амплитудой UCnm.

[111]

Первый член в фигурных скобках (4) легко отсеивается измерительным фильтром 22, т.к. его спектр намного выше спектра второго члена.

[112]

Второй член в фигурных скобках (4) представляет собой гармоническое колебание (без манипуляции) на разностной круговой частоте ωФmCnmPm, совпадающей с центральной частотой измерительного фильтра 22. Поскольку это колебание прямо пропорционально амплитуде принимаемого образца сигнала UCnm и коэффициенту передачи Кnm (при UPnm≈const и КnmUCnm≈const), то при отсутствии помех на входе рассматриваемого n-го узла фазирования 171,…,17N, на выходе измерительного фильтра 22 амплитуда этого колебания будет максимальной и соответствовать максимальному «весу» напряжения принимаемого i-го образца сигнала m-го радиоабонента в нормированном колебании на выходе нормирующего усилителя 19.

[113]

Выходное напряжение измерительного фильтра 22 n-го узла фазирования 171,…,17N с учетом вышеизложенного можно представить в виде:

[114]

[115]

Для более точной оценки в n-ом узле фазирования 171,…,17N m-го УКС 121,…,12M уровня или «веса» n-го образца сигнала m-го радиоабонента в нормированной смеси сигнала и помехи на выходе нормирующего усилителя 19, полоса пропускания измерительного фильтра 22 каждого узла фазирования 171,…,17N, с одной стороны, должна быть предельно малой, а с другой стороны, необходимо, чтобы эта полоса обеспечивала возможность «отслеживания» уровня n-го «образца» сигнала m-го радиоабонента при его замираниях и изменениях несущей частоты сигнала в процессе его приема. При практической реализации РПмЦ эту полосу можно выбрать порядка (20-25) Гц.

[116]

Выходной продукт второго перемножителя 22 n-го узла фазирования 171,…,17N будет иметь вид:

[117]

[118]

Первое слагаемое в фигурных скобках (6) отсеивается при дальнейшей фильтрации выходного продукта сумматора 14 фильтром результирующего колебания 15 и его можно не учитывать. Поэтому напряжение откорректированного по фазе в n-ом узле фазирования n-го образца сигнала m-го радиоабонента на выходе фильтра результирующего сигнала 15 (без учета других N-1 суммируемых выходных напряжений узлов фазирования), можно представить в виде:

[119]

[120]

При этом результат алгебраического сложения выходных напряжений всех узлов фазирования 171,…,17N m-го УКС 121,…,12M на выходе фильтра результирующего колебания 15 или результирующее напряжение приема сигнала m-го радиоабонента на входе демодулятора сигнала m-го радиоабонента блока демодуляции и декодирования 7 с учетом (7) запишется в виде:

[121]

[122]

Из (8) следует, что напряжение каждого из N принимаемых образцов сигнала m-го радиоабонента в соответствующем m-ом УКС 121,…,12M с помощью соответствующего узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n приводится к единой результирующей частоте ωPm и фазе ϕPm, возводится в квадрат, после чего напряжения всех N принимаемых образцов сигнала m-го радиоабонента синфазно (алгебраически) суммируются (по мощности) в сумматоре 14 с соответствующими весовыми коэффициентами .

[123]

При сравнительно больших значениях соотношения сигнал/помеха hnm=Unm / UПnm на выходе m-го канала приема каждого n-го МЦРПУ 31,…,3N (him>1), в узлах фазирования 171,…,17N амплитуды напряжений соответствующих образцов сигнала m-го радиоабонента выравниваются каждым из нормирующих усилителей 19 до определенной величины, максимальный диапазон изменения которой не превышает 3 дБ при изменении амплитуды напряжения на входе до 100 дБ.

[124]

Если при работе в КB канале с замираниями, амплитуды напряжений образцов сигнала m-го радиоабонента могут изменяться, например, в пределах 60 дБ относительно их минимальных значений, при которых еще сохраняется соотношение hnm>1 на входе каждого n-го узла фазирования 171,…,17N, то величину амплитуды выходного нормированного колебания UCH каждого узла фазирования 171,…,17N с порядковым номером n можно считать примерно одной и той же:

[125]

[126]

Поскольку узлы фазирования 171,…,17N идентичны, то и величину амплитуды UPm результирующего колебания вида (3) на выходе нормирующего усилителя 16 каждого узла фазирования (при указанных выше условиях) можно также считать одной и той же:

[127]

[128]

С учетом (9) и (10) выражение (8) можно представить в виде:

[129]

[130]

Из (11) следует, что каждый m-ый УКС 121,…,12M может обеспечить увеличение мощности принимаемого n-го образца сигнала соответствующего m-го радиабонента до N раз.

[131]

С помощью нормирующего усилителя 16 результирующее напряжение, определяемое выражением (8) или (11), нормируется по уровню и приводится к виду (3), что доказывает корректность проведенного анализа работы любого УКС 121,…,12M.

[132]

С использованием выше приведенного метода анализа работы любого УКС 121,…,12M не трудно показать, что при воздействии в эфире совместно с сигналом m-го радиоабонента аддитивной сосредоточенной по спектру помехи, например, в виде гармонического колебания на фиксированной частоте в пределах полосы частот, занимаемой сигналом m-го радиоабонента, то принимаемые напряжения N «образцов» этой помехи, попадающие в полосы пропускания канальных фильтров 18 соответствующих узлов фазирования 171,…,17N m-го УКС 121,…,12M, будут складываться геометрически. Причем, чем больше амплитуда напряжения образца сосредоточенной по спектру помехи на входе канального фильтра 18, например, n-го узла фазирования 171,…,17N по отношению к амплитуде напряжения n-го «образца» сигнала m-го радиоабонента на входе этого фильтра, тем с меньшим весовым коэффициентом будет поступать преобразованное напряжение этого образца сосредоточенной по спектру помехи с выхода второго перемножителя 21 n-го узла фазирования на соответствующий вход сумматора 14.

[133]

Поскольку в составе АФС 1 предлагаемого РПмЦ каждый из N/2 антенных элементов 21,…,2N/2 предназначен для приема электромагнитного поля (ЭМП) горизонтальной поляризации, а каждый из N/2 других антенных элементов 2N/2+1,…,2N предназначен для приема ЭМП вертикальной поляризации, то при действии в эфире совместно с сигналом m-го радиоабонента сосредоточенных по спектру помех, образцы которых попадают в полосу пропускания канального фильтра 18 узлов фазирования 171,…,17N m-го УКС 121,…,12M, имеется возможность повысить величину результирующего соотношения сигнал/помеха на выходе УКС (на выходе фильтра результирующего колебания 15) за счет суммирования в сумматоре 14 отдельных образцов сигнала (каналов приема) m-го радиоабонента, свободных от помех, и подавления остальных каналов приема (суммируемых с малыми весовыми коэффициентами ), пораженных сосредоточенными по спектру помехами.

[134]

При этом пораженными помехами окажутся те принимаемые образцы сигнала m-го радиоабонента (или m-ые каналы приема соответствующих МЦРПУ 31,…,3N), направление поляризации ЭМП которых совпадает с направлением поляризации ЭМП помехи. В противном случае эти образцы сигнала m-го радиоабонента будут свободны от помех, либо в некоторой степени поражены помехами в зависимости от угла между векторами, соответствующими направлениям поляризации ЭМП образцов сигнала и помех.

[135]

Кроме того, как было отмечено выше, при удалении друг от друга любых двух соседних антенных элементов 21,…,2N АФС 1 на расстояние , корреляция уровней образцов сигнала и помех на выходах антенных элементов уменьшается (при [9]), соответственно при работе в канале с замираниями эти уровни изменяются независимо друг от друга [10]. Из этого следует, что при уменьшении уровней, например, первых Q образцов сигнала m-го радиоабонента ниже порогового уровня (при глубоких замираниях сигналов), когда соотношение сигнал/помеха hnm=UCnm / UПnm (n=1,2,…,Q) на выходе m-го канала приема каждого из Q МЦРПУ 31,…,3Q становится меньше единицы (hnm<l), уровни напряжений других N-Q образцов этого сигнала обеспечат соотношение hnm>1 (n=Q+1, Q+2,…,N) на выходе m-го канала приема каждого из N-Q МЦРПУ 3Q+1,…,3N.

[136]

В соответствии с (11) результирующее напряжение на выходе фильтра результирующего колебания 15, являющимся выходным сигналом m-го УКС 121,…,12M или результирующим напряжением приема сигнала m-го радиоабонента, которое далее подается на вход демодулятора сигнала m-го радиоабонента блока демодуляции и декодирования 7, можно записать в виде:

[137]

[138]

В выражении (12) учтено, что Q слагаемых исключены из суммирования при формирования результирующего колебания, поскольку амплитуда напряжения каждого из них на выходе второго перемножителя 21 соответствующих узлов фазирования 171,…,17Q умножается на «весовой» коэффициент . Таким образом, как при замираниях напряжений отдельных образцов сигнала m-го радиоабонента, так и при действии прицельных сосредоточенных по спектру помех [10], когда на выходе каждого m-го канала приема соответствующих Q МЦРПУ 31,…,3Q соотношение сигнал/помеха hnm<l, прием осуществляется за счет когерентного суммируемых напряжений других m-ых каналов приема соответствующих N-Q МЦРПУ 3Q+1,…,3N, на выходе каждого m-го канала приема которых соотношение сигнал/помеха hnm>1.

[139]

При работе на многоскачковых трассах, когда при передачи сигнала m-ым радиабонентом в точку приема могут приходить несколько радиолучей под разными углами прихода с независимыми замираниями уровней напряженности ЭМП каждого из лучей, m-ый УКС 121,…,12M в начале сеанса связи «настраивается» на прием образцов сигнала m-го радиоабонента от более мощного «основного» радиолуча. При этом, если в процессе ведения сеанса связи имеют место одновременные глубокие замирания большинства образцов сигнала «основного» радиолуча, то m-й УКС может автоматически перестроиться на прием образцов сигнала m-го радиоабонента от другого более мощного в данный интервал времени радиолуча. Время перестройки определяется постоянной времени узкополосного измерительного фильтра 22 узлов фазирования 171,…,17N.

[140]

Реализация предлагаемого изобретения - автоматизированного радиоприемного центра узла радиосвязи коротковолнового диапазона позволит достичь следующих преимуществ по отношению к известным автоматизированным радиоприемным центрам [1], [2], [5], [6]:

[141]

1. Повысить помехоустойчивость приема сигнала от каждого из М радиоабонентов при работе на односкачковых и многоскачковых КB радиотрассах различной протяженности в условиях глубоких замираний принимаемых сигналов.

[142]

2. Сократить время развертывания АФС 1 мобильного варианта исполнения РПмЦ, работающего на стоянках, за счет исключения ряда подготовительных работ перед непосредственным развертыванием антенных элементов из состава АФС 1.

[143]

3. Расширить возможности применения РПмЦ за счет обеспечения возможности развертывания антенных элементов АФС 1, например:

[144]

- в условиях сильно пересеченной местности или гористой местности;

[145]

- на плоских крышах близкорасположенных зданий и сооружений;

[146]

- на крупногабаритных морских судах;

[147]

- на железнодорожных платформах, в том числе на крышах специальных вагонов и др.

[148]

Источники информации

[149]

1. Головин О.В. Декаметровая радиосвязь. – М.: Радио и связь. - 1990. - 240 с.

[150]

2. Автоматизированная радиосвязь с судами. / Под ред. К.А. Семенова. - Л: Судостроение. - 1989. - 336 с.

[151]

3. Березовский В.А., Дулькейт И.В., Савицкий O.К. Современная декаметровая радиосвязь: оборудование, системы и комплексы / Под ред. В.А. Березовского. - М.: Радиотехника. - 2011. - 444 с.

[152]

4. Будяк B.C., Кисмерешкин В.П., Ворфоломеев А.А., Карасева О.В. Оценка энергетических потерь коротковолновых радиолиний // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». - 2010. - Вып. №3 (93). - 322 с. - ISSN 1996 - 0506. - С 258-263.

[153]

5. Патент №1 785409, Россия, МПК H04B 7/00. Система коротковолновой радиосвязи. / Авторы:. И. Левченко, Е.А. Голубев, A.А. Безбородов и др. Приоритет от 12.07.1989.

[154]

6. Патент №2428792, Россия, МПК H04B 7/00. Автоматизированный радиоузел коротковолновой связи / Авторы: В.А Березовский, О.А. Селиванов, И.В. Дулькейт, Б.Г. Шадрин, B.C. Будяк. Приоритет от 07.04.2010.

[155]

7. Радиоприемные фазированные антенные решетки и антенно-коммутационные системы. [Электронный ресурс] // Режим доступа: URL - http://www.sktbr. ru.

[156]

8. Хмельницкий Е.А. Оценка реальной помехозащищенности приема сигналов в КB диапазоне. - М.: Связь. - 1975. - 232 с.

[157]

9. Савин Ю.К. Современные проблемы исследований распространения радиоволн / Учеб. Пособие / Под редакцией Г.И. Трошина. - М.: САЙНС-ПРЕСС, ИПРЖР, 2002. - 128 с.

[158]

10. Н.А. Сартасов, В.М. Едвабный, В.В. Грибин. Коротковолновые магистральные радиоприемные устройства. М.: Связь, 1971. - 288 с.

[159]

11. Патент №2226021, Россия, МКИ H01Q 9/34. Антенна штыревая диапазонная мобильная. / Авторы: B.C. Будяк, Б.Г. Шадрин, М.В. Захцер и др. - Опубл. 20.03.2004 г. - Бюл. №8.

[160]

12. Патент №99 250, Россия, МПК H01Q 9/18. Симметричный вертикальный диапазонный излучатель. / Авторы: Ворфоломеев А.А., B.C. Будяк, О.В. Карасева. - Опубл. 10.11.2010 г. - Бюл. №31.

[161]

13. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны. - М: Радио и связь. - 1985. - 536 с.

[162]

14. Валеев М.М. Новое поколение коротковолновых радиоприемных устройств для современных комплексов связи // Тематический сборник "Связь в Вооруженных Силах РФ - 2006" / Под общ. ред. Е.А. Карпова. - М.: Изд. ООО "Информационный мост". - 2006. - 264 с. - С. 142, 143.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты