WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В первой главе диссертации на основе литературных данных кратко освещены основные методы построения траекторий декаметровых волн в ионосфере. На основе модели ионосферы IRI предложена модель возмущенной ионосферы, содержащей крупно- и среднемасштабные неоднородности.

Для предложенной модели ионосферы разработана модифицированная методика расчета параметров проходящих через ионосферу коротковолновых радиоволн. За основу расчета был взят метод, разработанный для радиолиний "спутник-Земля" [15] и предназначенный для траекторий, не имеющих точек отражения. Поскольку в этом методе для нахождения угла преломления используется итерационный процесс, расходящийся вблизи точки отражения (при углах падения более 70-80 град), было предложено альтернативное решение для нахождения угла преломления, позволившее использовать метод для траекторий, которые отражаются от ионосферы. В ходе работы был найден критерий применимости данного итерационного процесса.

Предложенная модель позволяет рассчитывать фазовое и групповое запаздывание между передатчиком и приемником; ослабление, обусловленное угловой расходимостью и поглощением радиоволн;

поляризацию выходящих из ионосферы магнитоионных компонент, а также доплеровское смещение частоты.

Разработанная математическая модель отражает основные особенности распространения КВ-радиоволн, распространяющихся по ИКС, содержащем крупномасштабные (~ 300 х 50 х 50 км) и среднемасштабные (~ 30 х 10 х 10 км) неоднородности электронной концентрации.

На основе модифицированной методики расчета параметров коротковолновых радиоволн в предложенной модели ионосферы проводилось определение характеристик сети КВ-радиосвязи с селективным возбуждением электромагнитных волн в ионосфере.

Вторая глава диссертации посвящена исследованию размеров и площадей зон обслуживания сети коротковолновой радиосвязи, использующей селективное возбуждение электромагнитных волн в ионосфере, образующихся вокруг приемо-передающего пункта, в зависимости от различных параметров (типа возбуждаемой магнитоионной компоненты, рабочего слоя ионосферы, рабочей частоты, состояния ионосферы).

Во второй главе диссертационной работы приведена методика расчета зон обслуживания и результаты численного моделирования. Показано, что при учете слоистой структуры ионосферы и поглощения, зоны обслуживания сети изменяют свою конфигурацию и размеры по сравнению с оценками, не учитывающими указанные параметры.

Определение зоны обслуживания как линии на поверхности Земли для некоторого фиксированного отношения мощностей МИК Q проводится при следующих условиях:

- передатчик и приемник, в которых проводится поляризационная диагностика, располагаются в одной точке (рассматривается вертикальное распространение КВ-радиоволн);

- расчет параметров КВ-радиоволн ведется по модифицированной методике для модели ионосферы, рассмотренной в Главе 1;

- антенная система представляет собой два ортогонально расположенных излучающих диполя, находящихся параллельно земной поверхности.

В Главе 2 показано, что площади и линейные размеры зон обслуживания сети при возбуждении необыкновенной характеристической волны и невозбуждении обыкновенной в значительной степени зависят от геомагнитных координат передающего пункта, что связано с изменением угла между волновым вектором k и Н. При приближении передающего земли пункта к магнитному полюсу наблюдается значительное увеличение линейных размеров и площади зон обслуживания сети. Площади и линейные размеры зон обслуживания сети при возбуждении обыкновенной характеристической волны и невозбуждении необыкновенной меньше зависят от геомагнитной широты, чем в предыдущем случае. Это же относится и к зависимости площади и линейных размеров зон обслуживания сети от отношения рабочей частоты радиолинии к критической. Типичные зоны обслуживания для рабочей частоты 7 МГц приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Конфигурации зон обслуживания при вертикальном падении волны на ионосферу (отражение от слоя F). Слева зона обслуживания при возбуждении необыкновенной МИК, справа - обыкновенной Возможна аппроксимация зон обслуживания сети зонами с простой геометрической структурой с использованием до 80% площади первоначальной зоны. Это позволяет создать на поверхности Земли сеть коротковолновой радиосвязи с приблизительно одинаковой конфигурацией отдельных зон.

Типичные площади зон обслуживания сети вокруг передающего пункта для Q = 1/10 составляют 950 тыс. км2 при возбуждении обыкновенной волны и 550 тыс. км2 при возбуждении необыкновенной компоненты при работе со слоем F.

Основные результаты, полученные во второй главе, можно сформулировать следующим образом:

1. Применение селективного возбуждения электромагнитных волн в ионосфере позволяет создать на поверхности Земли зоны обслуживания сети с площадью порядка нескольких сотен тысяч квадратных километров.

2. Учет слоистой структуры ионосферы и поглощения позволил существенно уточнить конфигурацию зон обслуживания сети.

3. Площадь и линейные размеры зон обслуживания сети в значительной степени зависят от геомагнитной широты передатчика и типа возбуждаемой в ионосфере магнитоионной компоненты и в меньшей степени от отношения рабочей частоты к критической для конкретного слоя.

В третьей главе диссертации проведено исследование пропускной способности и вероятности ошибки при передаче информации в двоичной форме в пределах сети коротковолновой радиосвязи с селективным возбуждением электромагнитных волн в ионосфере.

Уменьшение вероятности ошибки, повышение пропускной способности, и скрытности передачи информации по коротковолновым линиям радиосвязи может быть достигнуто при использовании:

– параллельных каналов передачи информации;

– широкополосных сигналов;

– пространственно-временного и частотного разноса радиосигналов;

– оптимальных видов модуляции радиоволн при передаче информации.

Все перечисленные направления не обеспечивают радикального решения задачи создания коротковолновых линий радиосвязи, обладающих возможностями однолучевого ионосферного канала, поэтому поиск новых решений, безусловно, целесообразен.

Результаты исследования влияния перемещающихся ионосферных неоднородностей на отношение сигнал/помеха и, как следствие, на пропускную способность и вероятность ошибки в ионосферном канале связи при использовании метода селективного возбуждения электромагнитных волн представлены в Главе 3.

Параметры радиосигналов для передачи информации в двоичной форме определялись из следующих условий:

1) полоса радиосигнала выбиралась с учетом выполнения соотношения, определяющего степень его расплывания при распространении в ионосфере:

нес 2n c >> 1 - слабое расплывание [16], пл S f где нес и - несущая частота и соответствующая ей длина волны, пл - n S плазменная частота, - показатель преломления, - путь, пройденный f c радиосигналом в ионосфере, -полоса радиосигнала, - скорость света.

2) мощность радиосигнала с поляризацией о- или е-МИК определялась как мощность соответствующей радиоволны, рассчитанная по методике, приведенной в Главе 1.

При передаче информации с помощью двухлучевого сигнала, вероятность ошибки на приемном конце радиолинии возрастает в десятки раз по сравнению со случаем приема однолучевого сигнала, что является следствием интерференции двух МИК.

При использовании метода селективного возбуждения электромагнитных волн для данной радиолинии на поверхности Земли вблизи точки оптимального приема возникает значительная зона, внутри которой отношение Q мощностей двух МИК лежит в пределах 0 Q 1. Пропускная способность всех декаметровых линий радиосвязи, приемные пункты которых расположены внутри зоны обслуживания сети, будет зависеть от соотношения мощностей двух МИК, т.е. от числа Q.

Оценки для пропускной способности и вероятности ошибки при передаче информации в двоичной форме показывают, что:

1) при традиционном – неселективном – способе возбуждения электромагнитных волн в анизотропном ионосферном канале на односкачковой декаметровой линии радиосвязи при равенстве отношения сигнал/шум (ОСШ) двух МИК Q = 1 и рабочей полосе сигналов f = 10 кГц (рисунок 2) ее пропускная способность в 10% случаев пропускная способность канала будет меньше значения c = 5 кбит/с, в 20% – меньше 15 кбит/с, в 30% – меньше 25 кбит/с (что свидетельствует о невозможности стабильной работы радиосвязи на такой ИКС);

Рисунок 3 – Зависимость вероятности ошибки от Рисунок 2 – Интегральная функция распределения отношения мощностей двух МИК (параметр пропускной способности при постоянстве ОСШ для рассеяния = 1; 10; 25; кривые 1; 2; 3) различных значений Q; ширина полосы 10 кГц 2) использование на односкачковой ионосферной радиолинии селективного способа возбуждения ЭМВ в ионосфере позволяет внутри зоны обслуживания при Q = 1/10, ОСШ = 10 и ширине полосы канала связи 10 кГц обеспечить значение пропускной способности c на уровне не ниже 23 кбит/с в 100% случаев. Уменьшение Q до 1/20 приводит к увеличению c до значения не ниже 28 кбит/с, которое приближается к пропускной способности однолучевого канала. Вероятность ошибки при селективном возбуждении также зависит от параметра рассеяния: при сильном рассеянии соотношение мощностей двух МИК слабо сказывается на вероятности ошибки, которая остается на уровне 10-2; при малом рассеянии с уменьшением величины Q внутри зоны обслуживания вероятность ошибки резко убывает от значения 10-2 до значения 10-3 – 10-4.

3) Присутствие на КВ-радиолинии крупномасштабной неоднородности в зависимости от ее параметров изменяет отношение мощностей принимаемых МИК, что приводит к изменению интегральной функции распределения пропускной способности – за все время сеанса она находится между кривыми 1 и 2 (рисунок 2), и вероятности ошибки, которая не опускается ниже 3 х 10-2 (рисунок 3). В случае селективного возбуждения ЭМВ в ионосфере изменение Q в большинстве рассмотренных случаев не приводит к появлению интерференционных замираний, либо значительно сократит их длительность. Интегральная функция распределения пропускной способности во время прохождения неоднородности изменяется от кривой до кривой 2 (рисунок 2) и обратно, вероятность ошибки увеличивается от 10-до 3 х 10-2 (рисунок 3), затем опять возвращается до уровня 10-3.

Проведенные исследования показали, что существует большой резерв в пропускной способности и помехоустойчивости ИКС при реализации метода селективного возбуждения электромагнитных волн в ионосфере, который может быть использован для построения сети КВ-радиосвязи с высокой пропускной способностью и помехоустойчивостью при передаче информации в двоичной форме.

Четвертая глава диссертации посвящена экспериментальному исследованию частотной зависимости коэффициента поляризации радиоволн, отраженных от ионосферы при селективном возбуждении электромагнитных волн на вертикальной радиотрассе. В ходе работы было выявлено, что для конкретной радиотрассы, на которой проводилось исследование, при приближении к критической частоте наблюдается сильная зависимость среднего значения модуля и аргумента коэффициента поляризации от частоты. В то же время не обнаружена зависимость дисперсии и закона распределения (аппроксимирующей функции) от частоты.

Отмечено, что полученная зависимость средних значений модуля и аргумента коэффициента поляризации радиоволн, отраженных от ионосферы при вертикальном зондировании, от частоты не является универсальной, так как на другой вертикальной радиотрассе, расположенной в других геофизических условиях, будут и другие параметры, влияющие на поляризацию волны (гирочастота электронов и угол между волновым вектором и напряженностью магнитного поля). Поэтому при построении сети коротковолновой радиосвязи, использующей селективное возбуждение электромагнитных волн необходимо исследовать частотную зависимость коэффициентов оптимальной поляризации отдельно для каждой зоны и типа возбуждаемой компоненты.

Также при учете того, что наблюдения проводились для конкретной радиотрассы в конкретных условиях, необходимо сделать следующие замечания. Не представляется возможным учесть все отражения радиоволн от подстилающей поверхности и окружающих объектов (зданий и пр.) и оценить влияние этих отражений на полученную частотную зависимость поляризационных параметров. Но ясно, что вклад этих отражений является частотнозависимым, так как с изменением частоты изменяется длина фазового набега волны, отраженной от какого-либо объекта. Также понятно, что хотя существует большое количество отраженных от окружающих объектов волн, все же мощность отдельной из них намного меньше мощности волны, отраженной от ионосферы и падающей вертикально вниз. Необходимо помнить, что при отражении радиоволны близи критической частоты часть ее мощности просачивается через слой, что может влиять на поляризацию отраженной волны. Поэтому для выяснения степени влияния отраженных волн на частотную зависимость поляризационных параметров целесообразно проводить наблюдения на нескольких радиотрассах.

Показано, что при построении системы радиосвязи с использованием селективного возбуждения электромагнитных волн пользоваться формулой для предельной поляризации [13], выведенной теоретически, можно в ограниченных пределах (на частотах ~ 0,7-0,8 от критической). Необходимо принимать во внимание изменение средних значений параметров коэффициента поляризации с частотой, независимо от того, чем эти изменения вызваны, и проводить поляризационную диагностику для каждой рабочей частоты. В случае если для конкретной радиотрассы окажется, что в некотором частотном диапазоне зависимость модуля и аргумента коэффициента поляризации от частоты слабая, то можно выделить такой участок этой зависимости, внутри которого поляризационные параметры изменяются не больше, чем на заданное значение. В этом случае можно использовать результаты Рисунок 4 – Структурная схема адаптивной по поляризации сети коротковолновой радиосвязи поляризационной диагностики, проведенной на одной частоте из этого участка, для реализации селективного возбуждения электромагнитных волн на всех рабочих частотах, находящихся также внутри этого участка.

В пятой главе диссертации рассмотрена структурная схема предлагаемой сети коротковолновой радиосвязи (рисунок 4), а также предложены этапы настройки подобной сети.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»