СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ОДНОПОЗИЦИОННОГО ИОНОЗОНДА Российский патент 2011 года по МПК G01S13/95 

Изобретение относится к области электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС) однопозиционного ионозонда, обеспечивающего совместную работу передатчика и приемника на одном объекте, и может найти применение в технике радиоволнового вертикального зондирования для диагностики и мониторинга ионосферных слоев плазмы.

Известен способ обеспечения ЭМС однопозиционной РЛС, включающий формирование зондирующего сигнала в виде радиоимпульса с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и ослабление на входе приемника помех от передатчика посредством коммутации антенны и РЭС [1]. Длительность зондирующего радиоимпульса изменяют в зависимости от дальности до объекта, но всегда устанавливают равной длительности интервала приема, сохраняя скважность радиоимпульсов равной 2.

В данном способе имеются потери энергии при коммутации антенны и РЭС, а также в операциях формирования и приема импульсных сигналов. Другим недостатком является наличие периодической последовательности пораженных участков по дальности из-за отсутствия приема сигналов во время излучения зондирующих импульсов, поэтому требуется адаптация параметров радиоимпульса к дальности до объекта.

Из известных способов обеспечения ЭМС однопозиционного ионозонда наиболее близким по эффективности является способ, включающий формирование псевдослучайной последовательности (ПСП) зондирующих радиоимпульсов ЛЧМ сигнала и ослабление на входе приемника уровня помехи от передатчика посредством коммутации антенны и РЭС [2]. За счет применения ПСП формируются интервалы передачи и приема случайной длительности, что обеспечивает равновероятный прием сигналов в диапазоне дальностей ионозонда. Потери энергии при формировании и приеме ПСП радиоимпульсов аналогичны потерям с радиоимпульсами при скважности, равной двум.

Существующий способ обеспечения ЭМС в операциях формирования и приема ПСП ЛЧМ радиоимпульсов, а также в операциях коммутации антенны и РЭС сопровождается потерями энергии сигнала, которые при заданном отношении сигнал/шум необходимо компенсировать увеличением пиковой мощности передатчика, что ухудшает электромагнитную совместимость РЭС. Кроме того, при коммутации антенны и РЭС возникают дополнительные коммутационные помехи, пропорциональные мощности передатчика и снижающие качество ионограмм вследствие внутрисистемных помех и уменьшения отношения сигнал/шум.

Отношение сигнал/шум без учета коммутационных помех импульсной ПСП ЛЧМ сигнала

где Е - энергия ЛЧМ сигнала с непрерывным изменением частоты на входе приемника, Bт·с;

N₀ - удельная мощность шума с нормальным законом распределения и равномерным частотным спектром, Вт/Гц;

Е_П=0,5·Е - потери энергии, приведенные ко входу приемника, при формировании ПСП радиоимпульсов ЛЧМ сигнала, Bт·с;

β - коэффициент ослабления энергии при коммутации антенны и РЭС на передачу и прием сигналов с трехдецибельным ослаблением в каждой операции, равный 0,25;

q²=2·E/N₀ - отношение сигнал/шум для ЛЧМ сигнала с непрерывным изменением частоты при оптимальной линейной фильтрации [3, 4].

Цель изобретения - уменьшение потерь энергии при формировании и приеме сигналов, исключение коммутационных помех и улучшение ЭМС однопозиционного ионозонда.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе обеспечения ЭМС однопозиционного ионозонда, заключающемся в формировании зондирующего сигнала и ослаблении на входе приемника помех от передатчика, формируют зондирующий ЛЧМ сигнал с непрерывным изменением частоты в рабочем диапазоне ионозонда, ослабляют на входе приемника помехи от передатчика разнесением приемной и передающей антенн, после чего определяют максимальную рабочую мощность передатчика.

Формирование зондирующего ЛЧМ сигнала производят с текущей частотой f, изменяющейся во времени t по закону

где f_H - начальная частота, Гц;

- скорость изменения частоты, Гц/с;

t∈[0, T] - множество значений времени в рабочей области;

Т - длительность кадра, в течение которого сканируется рабочий диапазон частот ионозонда, с.

Ослабление на входе приемника помех от передатчика осуществляют за счет разнесения центров приемной и передающей антенн в области интенсивного спада поля передающей антенны в интервале расстояний

S=(2÷3)·λ_CP,

где λ_CP - средняя длина волны рабочего диапазона, м.

Коэффициент 3 применяется, если размер антенной площадки не меньше расчетного значения расстояния S. В этом случае увеличением мощности передатчика можно получить отношения сигнал/шум больше, чем при выборе коэффициента, равного 2. В ближней зоне передающей антенны создаются поля электростатической и электромагнитной индукции, которые интенсивно убывают обратно пропорционально соответственно кубу и квадрату расстояния между антеннами, и поле излучения, убывающее обратно пропорционально первой степени расстояния [5]. При сканировании в диапазоне частот ионозонда приемная антенна находится в зоне индукции передающей антенны, затем - в области перехода от зоны индукции к зоне излучения и в конце диапазона - в зоне излучения.

Максимальную рабочую мощность передатчика при выбранном разнесении антенн определяют в следующей последовательности. Изменяют мощность передатчика и измеряют минимальную мощность Р₀, свыше которой на ионограмме начинают появляться участки, пораженные помехой от передатчика, то есть выполняется условие

10lg[(Р_П+Р_С+Р_Ш)/Р_Л]=0, дБ,

где Р_П - мощность помехи на входе приемника, пропорциональная мощности передатчика, Bт;

P_C - мощность сигнала на входе приемника, Bт;

Р_Ш - мощность внешних шумов на входе приемника, Bт;

Р_Л - максимальная мощность на входе приемника, при которой еще обеспечивается линейный режим работы приемника, Bт.

После чего максимальную рабочую мощность передатчика, которую не превышают в процессе эксплуатации ионозонда, рассчитывают по выражению

P_M=P₀/antilg(δ/10), Bт,

где δ - константа, значение которой принимают равной 3 дБ или 10 дБ соответственно в случаях применения цифрового или супергетеродинного приемников. Такое различие в величине δ обусловлено большей восприимчивостью супергетеродинного приемника к помехам побочных каналов приема [6].

Формирование зондирующего сигнала с непрерывным изменением частоты уменьшает потери энергии сигнала и увеличивает отношение сигнал/шум за счет исключения операций коммутации РЭС при формировании и приеме сигналов. В соответствии с формулой (1)

т.е. отношение сигнал/шум в предлагаемом способе обеспечения ЭМС по сравнению с прототипом увеличено в 16 раз, или на 12 дБ. При одинаковом отношении сигнал/шум предлагаемый способ улучшает электромагнитную совместимость РЭС, обеспечивая снижение на 12 дБ по параметру «пиковая мощность передатчика» [7], и повышает качество ионограмм за счет отсутствия внутрисистемных коммутационных помех.

Литература

1. Перов Д.А. Анализ характеристик адаптивного спектроанализатора // Радиолокация, навигация, связь. 12 междунар. науч.-техн. конф. 18-20 апреля 2006 г.: Сб докл. в 3-х т. - Воронеж, НПО "САКВОЕЕ ООО", 2006. - Т.2. C.1155-1162.

2. Иванов В.А. Моделирование вертикального ЛЧМ ионозонда с минимальной мощностью излучения / В.А.Иванов, А.Н.Махмутов, Н.В.Рябова [и др.] // Распространение радиоволн. 21 Всероссийская науч. конф. 25-27 мая 2005 г.: Сб. докл. в 2-х т. - Йошкар-Ола, МарГТУ, 2005. - Т.2. - С.340-344 (прототип).

3. Гуткин Л.С.Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. - М., Л: Гос. энергетич. издат., 1961. - 488 с.

4. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. - М.: Сов. Радио, 1970. - 376 с.

5. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. - М.: Сов. Радио, 1964. - 640 с.

6. Рэд Э. Схемотехника радиоприемников. Практическое пособие: Пер. с нем. - М.: Мир, 1989.

7. Бадалов А.Л., Михайлов А.С.Нормы на параметры электромагнитной совместимости РЭС: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990. - 272 с.

Способ обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств однопозиционного ионозонда может найти применение в технике радиоволнового вертикального зондирования для диагностики и мониторинга ионосферных слоев плазмы. Достигаемый технический результат - уменьшение потерь энергии при формировании и приеме сигналов, исключение коммутационных помех и улучшение ЭМС однопозиционного ионозонда. Сущность способа заключается в том, что формируют зондирующий линейно частотно модулированный сигнал с непрерывным изменением частоты в рабочем диапазоне ионозонда, разносят центры приемной и передающей антенн в области интенсивного спада поля передающей антенны, определяют максимальную рабочую мощность передатчика в следующей последовательности: измеряют минимальную мощность излучения передатчика, свыше которой на ионограмме начинают появляться участки, пораженные помехой от передатчика, и вычисляют максимальную рабочую мощность передатчика, которую не превышают в процессе эксплуатации ионозонда.

Способ обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств однопозиционного ионозонда, заключающийся в формировании зондирующего сигнала и ослаблении на входе приемника помех от передатчика, отличающийся тем, что зондирующий сигнал формируют в виде линейно-частотно-модулированного сигнала с непрерывным изменением частоты в рабочем диапазоне ионозонда, разносят центры приемной и передающей антенн в интервале расстояний
S=(2÷3)λ_CP,
где λ_СР - средняя длина волны рабочего диапазона, м;
после чего определяют максимальную рабочую мощность передатчика в следующей последовательности: измеряют минимальную мощность Р₀ излучения передатчика, свыше которой на ионограмме начинают появляться участки, пораженные помехой от передатчика, после чего максимальную рабочую мощность передатчика, которую не превышают в процессе эксплуатации, рассчитывают по формуле
P_M=P_O/antilg(δ/10), Bт,
где δ - константа, значение которой принимают равной 3 дБ или 10 дБ соответственно в случаях применения цифрового или супергетеродинного приемников.