Управление РЧС Bihovskiy

ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ РАДИОКОНТРОЛЯ	271

Рис. 6.21. Схема антенного коммутатора для круговой антенной системы

Рис. 6.22. Структурная схема пеленгатора Ватсона–Ватта с перекрещенными рамочными антеннами (а) и линия пеленга на экране (б)

272	ГЛАВА 6

Достоинством таких пеленгаторов является быстрое определение пеленга, главный недостаток — малая апертура антенной системы, поскольку для достижения требуемой точности необходимо, чтобы диаметр антенной системы не превышал одной длины волны.

В третьем типе пеленгатора для определения направления на источник излучения используют эффект Доплера, возникающий при вращении его ненаправленной антенны вокруг центральной точки. На выходе такой антенны сигнал от источника излучения оказывается модулированным по фазе, в которой содержится информация о пеленге на передатчик. Модуляция возникает за счет того, что, согласно эффекту Доплера, мгновенное значение частоты сигнала, принятого на вращающуюся антенну пеленгатора, повышается, когда она приближается к направлению на передатчики, и понижается, когда она удаляется от этого направления, поскольку скорость вращения антенны геометрически складывается со скоростью распространения сигнала.

Рис. 6.23. Упрощенная функциональная схема автоматического радиопеленгатора с использованием эффекта Доплера

Искомое значение пеленга выдается аппаратурой после демодуляции сигнала и сравнения его по фазе с эталонным сигналом поворота антенны в горизонтальной плоскости.

Поскольку механическое вращение антенны с достаточно высокой скоростью невозможно, то для обеспечения требуемых скоростных характеристик пеленгатора эффект, эквивалентный ее вращению, достигается циклическим переключением 16 или 32 вибраторов, равномерно распределенных по окружности.

Примером реализации аппаратуры этого типа может служить схема автоматического дифференциально-фазового радиопеленгатора (рис. 6.23), который работает следующим образом. Из синусоидального напряжения частоты Ω опорного генератора блоком n-фазного генератора импульсов вырабатываются импульсы для управления электронным коммутатором, поочередно подключающим к смесителю 1 вибраторы. С вибраторов фазомодулированное напряжение и сигнал от вспомогательной антенны, расположенной в центре антенной системы, поступают на двухканальную схему, состоящую из идентичных смесителей и УПЧ.

ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ РАДИОКОНТРОЛЯ	273

Напряжение ПЧ канала вспомогательной антенны и напряжение кварцевого генератора частоты fкг воздействуют на смеситель 3, с выхода которого напряжение разностной частоты подается через фильтр на смеситель 4, на который со смесителя 1 канала фазомодулированных сигналов также подается напряжение ПЧ; на выходе смесителя 1 формируется напряжение частоты fкг, фаза которого модулирована частотой вращения антенной системы Ω. Это напряжение падается на фазовый детектор как непосредственно, так и через линию задержки.

В фазовом детекторе выделяется напряжение частоты Ω, фаза которого соответствует азимуту на пеленгуемый передатчик. Это напряжение подается на индикатор, где в результате его взаимодействия с опорным напряжением регистрируется пеленг θ.

Более подробно работа такого пеленгатора описана в монографии [6]. Он имеет следующие достоинства:

–широкая апертура;

–возможность использования стандартных приемников, к которым не предъявляются требования по идентичности каналов,

инедостатки:

–необходимость использования малогабаритных вибраторов для предотвращения взаимного влияния их друг на друга (снижение точности пеленгования);

–громоздкость конструкции.

При организации системы РК на местах и закупке оборудования потребуется оценить эффективность и оптимальность аппаратуры разных типов; в этом должны помочь перечни достоинств и недостатков пеленгаторов различных типов.

Четвертый тип пеленгатора, называемый интерферометрическим, для определения направления на источник излучения использует измерения разности фаз δФ12 между сигналами, принятыми от пеленгуемого источника двумя расположенными достаточно близко друг от друга антеннами 1 и 2 (рис. 6.24).

Рис. 6.24. К расчету разности фаз выходных напряжений антенн 1 и 2

274 ГЛАВА 6

Измеренная разность фаз

δΦ =	2πd(sin θ cos )	+ 2πk,
12	λ

где θ — азимут; — угол возвышения; d — расстояние между антеннами 1 и 2; λ — длина волны; k — произвольное целое число.

Для исключения неопределенности в измерении θ и необходима третья антенна.

В широкополосном интерферометре для сокращения времени счета использован метод быстрого преобразования Фурье (рис. 6.25). Преобразование Фурье производит частотновременную конверсию и сохраняет на каждом цикле анализа информацию о зависимости разности фаз от времени между каналами.

Рис. 6.25. Структурная схема широкополосного фазового интерферометра

Для такого пеленгатора можно использовать антенные системы как с малой (рис. 6.26), так и с широкой (рис. 6.27) апертурой, но для всенаправленной пеленгации при этом требуется антенная решетка, состоящая как минимум из пяти элементов, например симметричных вибраторов (рис. 6.28) или перекрещенных рамок (рис. 6.29).

а)

б)

Рис. 6.26. Структуры антенн с малой апертурой для однозначного пеленгования:

а — квадратная структура d /λ ≈ 2 2 ; б — треугольная структура d /λ ≈ 1 3

ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ РАДИОКОНТРОЛЯ	275

а)

б)

Рис. 6.27. Структуры антенн решеток с широкой апертурой (d/λ > 1)

Рис. 6.28. Схема одного этажа ОВЧ/УВЧ пеленгационной антенны фирмы Thomson-CSF из пяти вертикальных симметричных вибраторов

276	ГЛАВА 6

Рис. 6.29. Антенная система инферометрического СЧ/ВЧ пеленгатора фирмы Thomson-CSF, состоящая из перекрещенных рамочных антенн

Пеленгатор имеет следующие достоинства:

–высокая скорость пеленгования;

–возможность работы антенной системы, имеющей большую апертуру, без ограничения высоты подвеса;

–адаптируемость антенной структуры для работы с различными транспортными средствами,

инедостатки:

–необходимость нескольких идентичных высокостабильных каналов приема;

–высокие требования к отсутствию местных предметов на антенном поле.

6.11. Опознавание источников излучений

Идентификация излучений является одной из наиболее трудных задач для станций РК. Для этого используются позывные сигналы, если они присутствуют в излучении, почерк или голос оператора, какие-то характерные особенности излучаемых сигналов, например, сдвиг частоты, разнос между каналами в мультиплексных системах, особенности спектрального состава излучения и т.д. Идентификация излучений по всем этим признакам не поддается автоматизации, и степеньопознаваемости излученийзависитотопытаоператораконтрольной станции.

Для идентификации различных видов излучений в составе станции РК должен быть довольно большой объем следующего оборудования:

–ондуляторы для опознавания автоматических телеграфных систем;

–специальные приемники для идентификации факсимильных сообщений;

–печатающие устройства опознавания передаваемого текста;

–магнитофоны для регистрации сообщений на иностранных языках или сложных излучений для последующего их изучения;

–анализаторы спектра для определения класса излучений и ключевых частотных компонент, т.е. характерных для данного класса составляющих в спектре; например, в аналоговом телевидении — несущие изображения и звука, цветовые поднесущие;

ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ РАДИОКОНТРОЛЯ	277

– устройства демодуляции и другие.

Традиционные неавтоматизированные методы идентификации, которые вынуждено используются на всех станциях РК, были эффективны на заре освоения РЧС. В современных условиях, когда спектр имеет предельную загрузку, а огромное количество передающих устройств работает в сетях связи с подвижными объектами и в различных технологических сетях, вопрос автоматизации процессов идентификации излучений приобрел решающее значение. Поэтому давно назрела необходимость комплектования всех передающих устройств средствами автоматической передачи сигнала идентификации в цифровой форме. Современная элементная база позволяет сделать это без значительного удорожания передающих устройств.

Для широкого внедрения систем автоматической идентификации радиочастотным органам достаточно при согласовании нормативных документов на стадии разработки или внедрения в производство новых РЭС, а также при выдаче лицензии на радиочастоты обязать разработчиков, изготовителей РЭС, а также владельцев РЭС комплектовать свою аппаратуру устройствами передачи сигналов опознавания. Сигналы опознавания могут назначаться радиочастотными органами при выдаче лицензий на частоты; РЭС, находящиеся в эксплуатации, могут быть доукомплектованы специальными приставками. Введение в состав РЭС средств передачи сигналов опознавания в цифровой форме решит проблему автоматизации процессов идентификации РЭС, и это позволит повысить оперативность обнаружения источников помех. Более подробная информация по методам идентификации РЭС дана в Отчете 372 МСЭ-Р.

6.12. Специфика радиоконтроля спутниковых линий

6.12.1. Выполняемые задачи и измерения

Служба РК, ответственная за соблюдение внутренних законов и правил использования РЧС, а также задействованная в системе международного контроля, согласно Статье 20 Регламента радиосвязи должна принимать участие в контроле излучений от космических станций.

В принципе задачи, выполняемые станциями РК для космических служб, не отличаются от задач станций РК наземных служб. Однако для их выполнения необходимо использовать более сложное измерительное оборудование, в частности более сложные антенные системы. На станциях РК космических служб применяют также другие процедуры контроля и измерений. Это обусловлено тем, что космическая станция расположена на борту спутника в космосе и, следовательно, ее позиция изменяется со временем. Важной предпосылкой проведения любых видов наблюдений и измерений является знание основных данных об орбите спутника.

Как методы измерений, которые должны использоваться, так и специфические условия работы в космосе приводят к дифференциации между наземным и космическим контролем.

Станция РК для космических служб радиосвязи должна обеспечивать выполнение следующих функций:

–постоянное и систематическое наблюдение за РЧС с целью обнаружения и опознавания излучений космических станций;

–определение занятости и процентного использования спутниковых ретрансляторов;

–измерение и запись параметров излучений космических станций;

278	ГЛАВА 6

–изучение и устранение вредных помех, создаваемых излучениями космических станций, а если необходимо, то контроль совместно с наземными и другими станциями РК за работой космических служб;

–изучение и устранение вредных помех частоте линии вверх к космической станции, создаваемых излучениями наземных станций или других неизвестных земных станций;

–выполнение измерений и записи контролируемых сигналов и помех для технических и научных целей;

–обнаружение несанкционированного использования ретрансляторов и опознавание несанкционированного пользователя.

Если наблюдение должно вестись за космическими аппаратами всех типов, то необходимо, чтобы антенная система была способна следить за спутниками на низких и эксцентрических орбитах, а также могла точно нацеливаться на любые спутники на геостационарной орбите в видимом сегменте дуги.

При выборе оборудования РК для реализации перечисленных выше функций следует учитывать его стоимость и целесообразность применения по следующим основным параметрам:

–перекрытие по частоте,

–чувствительность системы,

–скорость поворота антенны,

–точность нацеливания антенны,

–простота изменения схемы возбуждения антенны,

–пропускная способность при приеме, степень сложности измерительных приборов для анализа сигналов и степень автоматизации измерений.

Идеальной была бы высокоавтоматизированная и сложная система контроля за космическим аппаратом, полностью управляемая, с непрерывным перекрытием частот, например в полосе 1…18 ГГц, достаточно чувствительная, чтобы обеспечить отношение несущей к шуму по меньшей мере на уровне 26 дБ для всех рассматриваемых сигналов. Однако, так как повышение чувствительности станции РК на несколько децибел существенно увеличивает ее стоимость, каждая Администрация должна проанализировать свои приоритеты и внутренние потребности в отношении управления использованием спектра и решить, какими возможностями контроля можно пожертвовать.

6.12.2. Требования к оборудованию станций контроля

Основными факторами, которые обусловливают необходимость применения иных методов контроля, наблюдения и измерения излучений от космических станций по сравнению с излучениями от фиксированных или подвижных радиостанций на земной поверхности или около Земли, являются:

–различие между частотами приема и передачи и изменения принимаемой частоты, вызываемые эффектом доплеровского сдвига;

–обычно более низкая плотность потока мощности в земном пункте приема, что обусловлено расстоянием и малой мощностью передатчика;

–относительно короткое время, за которое сигнал от спутника на околоземной орбите принимается в фиксированном пункте контроля;

–постоянные изменения направления, которые должны осуществляться остронаправленными антеннами земной станции, используемыми для приема излучений от космических станций.

ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ РАДИОКОНТРОЛЯ	279

При приеме со спутника измерению подлежат следующие параметры:

–частота;

–отклонение от присвоенной частоты;

–класс излучения;

–ширина полосы передачи;

–плотность потока мощности или напряженность поля;

–поляризация;

–занятость частот и позиций геостационарной орбиты.

Далее приведены краткие сведения о радиоконтрольном оборудовании. Более подробные материалы по аппаратуре и способах измерения параметров излучений можно найти в [8].

Весь подконтрольный диапазон частот (от 130 МГц до 40 ГГц) можно перекрыть с помощью 4–5 антенн; на частотах ниже 1,3 ГГц широко применяется антенная решетка, состоящая из нескольких логопериодических антенн, на частотах выше 1,3 ГГц — параболические антенны диаметром до 12 м.

Для обеспечения требуемой чувствительности станции РК коэффициент усиления антенны должен быть большим. Так, для полосы частот 1…18 ГГц диаметр отражателя должен быть не менее 3 м, в этом случае может быть достигнут коэффициент усиления относительно изотропного излучателя в пределах от 31 дБи на частоте 1,3 ГГц до 53 дБи на частоте 18 ГГц.

Антенные системы должны обеспечивать как режим измерений параметров излучений спутников при их сопровождении, так и режим поиска спутников, точное положение которых неизвестно. В первом режиме необходимо иметь сравнительно узкую диаграмму направленности антенной системы (например, на частотах выше 1 ГГц — менее 1°), во втором — значительно более широкую, что осуществляется с помощью дефокусирующих устройств на антеннах с узкой диаграммой.

Влюбой антенне с помощью специальных устройств предусматривается прием в двух линейных и ортогональных друг другу плоскостях поляризации — необходимое условие для возможности измерения параметров поляризации принимаемого сигнала.

Слежение за спутником возможно в следующих режимах:

– ручном,

– заранее запрограммированном,

– в автоматическом режиме с использованием так называемого моноимпульсного метода.

Вотличие от других методов моноимпульсный метод обладает тем преимуществом, что информация о величине углового отклонения антенны от истинного направления на спутник поступает непрерывно и одновременно в двух плоскостях слежения — азимутальной и угломестной. Особенность моноимпульсного метода заключается в том, что в дополнение к суммарной диаграмме направленности антенны образуются пеленгационные диаграммы для азимутальной и угломестной плоскостей слежения, которые имеют нулевой уровень на основной оси антенны (аналогично антенной системе наземного пеленгатора, см. рис. 6.20), что позволяет значительно повысить точность пеленгации.

При менее строгих требованиях к точности определения углов прихода, например при исследованиях вредных помех с целью их опознавания, можно применять антенные системы меньших размеров.

Выходы антенн подсоединяют к малошумящим предварительным усилителям, которые

всвою очередь подключают:

–на частотах до 1,3 ГГц — ко входам основных приемников, которые могут перестраиваться от 130 МГц до 1,3 ГГц;

–на частотах выше 1,3 ГГц — ко входам широкополосных преобразователей частоты (конверторов), которые позволяют перекрыть требуемый диапазон частот с разбивкой

280	ГЛАВА 6

на поддиапазоны, что улучшает характеристики тракта по взаимной модуляции и собственному шуму приемного тракта.

Для приема спутниковых сигналов используется система из трех приемников с одинаковыми измерительными параметрами. Два из них постоянно соединены с устройством слежения, а третий приемник является двухканальным и может работать поочередно в диапазоне более низких или более высоких частот.

Дополнительная аппаратура на станции РК (частотомеры, самописцы и др.) позволяет выполнять измерения перечисленных выше параметров сигналов.

Кроме описанной выше конфигурации станции РК, для оценки основных характеристик излучений со спутников, зарегистрированных международными организациями, можно использовать упрощенные небольшие земные контрольные станции с ограниченным комплектом стандартного приемного оборудования и возможностью преобразования таких стационарных станций в мобильные [8].

6.13.Пополнение Федеральной базы данных по результатам радиоконтроля

Информация о каждом зарегистрированном РЭС находится в Федеральной базе данных (ФБД), которая состоит из двух частей: информационно-учетной и расчетно-аналитической.

В информационно-учетной части содержится информация по частотным присвоениям РЭС

иинформация об орбитальных позициях спутников. ФБД содержит тактико-технические характеристики РЭС, условия их эксплуатации, сведения о состоянии заявок на получение разрешений на ввоз, строительство, эксплуатацию РЭС, а также нормативно-техническую документацию — лицензии, сертификаты и др. Расчетно-аналитическая часть ФБД предназначена для решения задач по планированию использования рабочих частот в рамках полос частот и проведения анализа ЭМС для всех радиослужб наземного и космического применения. Анализ ЭМС необходим при поиске возможных источников помех между какой-то группой РЭС и является обязательным при присвоении рабочих частот новым РЭС и при разработке частотных планов.

База данных, помимо технических характеристик, содержит географические и топографические данные РЭС и его местоположения.

Для проведения полноценного анализа ЭМС бывает недостаточно паспортных параметров оборудования, чаще всего требуется знание физических характеристик распространения радиоволн, которые зависят от номиналов рабочих частот. Эти вопросы актуальны в настоящее время для заполнения структуры ФБД данными измерений реальных параметров РЭС, поступающих с локальных сетей РК и получаемых как при первичном включении передатчиков, так и через установленные нормативными документами промежутки времени (месяц, сезон, год).

При принятии решений Администрацией по поводу нарушений со стороны пользователя РЭС или оператора сети связи, помимо результатов анализа ЭМС базы данных, во внимание должны быть приняты технические вопросы использования РЧС и результаты РК, выполняемого постами радионаблюдения.

Станции РК поставляют в БД информацию о параметрах излучения РЭС и реальной ЭМО в эфире. Посты радионаблюдения и станции РК осуществляют проверку технических

иэксплуатационных характеристик сигналов, обнаружение и опознавание источников помех как среди передатчиков, имеющих разрешение на использование канала, так и среди тех, которые такого разрешения не имеют.