СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ЗОНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ НАЗЕМНЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2014 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к области радиосвязи и предназначено для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) наземных радиоэлектронных средств (РЭС), функционирующих в совпадающих полосах радиочастот и в общих территориальных районах.

Непрерывное возрастание числа наземных РЭС, увеличение мощности радиопередатчиков и чувствительности радиоприемников, с одной стороны, и ограниченная емкость радиочастотного спектра (РЧС), с другой, привели к сложности совместной работы РЭС различного функционального назначения без взаимных помех и к возникновению проблемы ЭМС данных РЭС. Проблема ЭМС РЭС включает широкий круг вопросов, связанных с использованием РЧС, совершенствованием тактико-технических характеристик радиопередающих и радиоприемных устройств, распространением радиоволн, прогнозированием возможных уровней непреднамеренных помех и их спектрального состава.

Использование РЧС и его рациональная загрузка предполагают совместное использование в одном диапазоне длин волн (полосе радиочастот) и в общих территориальных районах различных РЭС. Это порождает не только проблемные вопросы обеспечения ЭМС данных РЭС, но делает также крайне актуальными вопросы обеспечения безопасности государства в данной сфере.

Одним из направлений решения задачи обеспечения ЭМС наземных РЭС различного назначения, действующих в общих территориальных районах, является текущее и оперативное планирования использования РЧС на основе частотно-территориального разноса данных РЭС, представляемого в виде зон ЭМС с привязкой их к карте местности.

Зона ЭМС наземного РЭС представляет собой территориальную зону вокруг приемного (передающего) устройства этого РЭС, в пределах которой передающее (приемное) устройство другого РЭС создает (принимает) уровень непреднамеренных помех, превышающий допустимый для приемного устройства уровень. Зона ЭМС определяется на основе известных характеристик наземного РЭС и на основе консервативных исходных данных о трассе распространения и характеристиках другого РЭС, которое совместно работает в одной полосе частот с этим наземным РЭС. Целью построения зоны ЭМС является оценка территории размещения передающего (приемного) устройства другого РЭС, в пределах которой необходима координация работы приемопередающих устройств в интересах обеспечения ЭМС РЭС (проведение организационно-технических мероприятий).

В настоящее время разработаны и широко используются два подхода к построению зон ЭМС основанные на расчете координационных расстояний и зондировании территориального района.

Известен способ построения зоны ЭМС, основанный на расчете координационных расстояний /1. Регламент радиосвязи. - Женева, Международный союз электросвязи, 2008, том 2, с.145/. В соответствии с данным способом для построения зоны ЭМС рассчитываются вкруговую по всем азимутальным направлениям координационные расстояния представляющие собой согласованные между пользователями расстояния в заданном направлении от приемного устройства РЭС объекта воздействия помехи (РЭС-ОВП), за пределами которого передающее устройство РЭС источника непреднамеренных помех (РЭС-ИП) не создает мешающих излучений. Рассчитанные, для реализуемых значений частотных отстроек между РЭС-ОВП и РЭС-ИП, координационные расстояния наносятся на карту местности и соединяются между собой линией, которая является границей соответствующей зоны или координационным контуром для заданных значений варьируемых параметров. В результате зона ЭМС представляется с привязкой ее к карте местности в виде линии, соединяющей координационные расстояния вкруговую по всем азимутальным направлениям относительно пункта дислокации РЭС-ОВП (РЭС-ИП).

Недостатком данного способа является то, что полученная зона является грубой аппроксимацией реальной зоны ЭМС. Кроме того, сам контур зоны сильно зависит от выбранного шага по азимутальным направлениям и дальности влияния передающего устройства на приемное устройство.

Известен способ построения зоны ЭМС, основанный на зондировании территориального района /2. Ковтунова И.Г., Павлюк А.П., Цветков С.А., Якименко B.C. Методика детальной оценки загрузки радиочастотного спектра в территориальном районе // Радиотехника. 2001, №12, с.86-90/. В соответствии с данным способом для построения зоны ЭМС координационные расстояния рассчитываются для всех возможных положений РЭС-ИП (РЭС-ОВП) на прямоугольной сетке. Факт создания недопустимых помех в зондируемой точке сетки (невыполнения условия ЭМС) определяется превышением мощности помехи на входе приемного устройства допустимого для нормального функционирования РЭС уровня. В случае невыполнения условия ЭМС принимается, что прямоугольник с центром в данной точке местоположения РЭС принадлежит к зоне ЭМС. Обработка результатов зондирования позволяет получить зону ЭМС РЭС в виде растрового распределения доступных для использования точек местоположения по территориальному району.

Недостатком данного способа является то, что на получение зоны ЭМС приемлемой точности затрачиваются значительные временные ресурсы. Это часто приводит к невозможности оперативного прогнозирования ЭМС РЭС для больших территориальных районов и большого количества используемых РЭС, для мобильных РЭС и многофункциональных (многорежимных) РЭС с пространственным сканированием антенн. Качество растрового образа зоны ЭМС зависит от шага сетки. Кроме того, данный способ не позволяет построить векторный контур зоны ЭМС.

Наиболее близким способом, принятым за прототип, является способ построения зоны ЭМС наземных РЭС /3. Цветков С.А., Якименко B.C. Применение информации о загрузке радиочастотного спектра при решении задач управления его использованием // Электросвязь. 2004, №4, с.13-17/. Данный способ основан на зондировании пространственно-частотного ресурса и проверке условий обеспечения ЭМС нового РЭС с действующими РЭС. Способ предполагает, что на зондируемой частоте условие ЭМС не выполняется, если передатчик нового РЭС, размещенный в узлах зондируемых точек, «нанесенных» на рассматриваемый территориальный район в виде прямоугольной сетки с равномерным шагом, создает недопустимые помехи приемнику действующего РЭС, или передатчик действующего РЭС создает недопустимые помехи приемнику нового РЭС. Факт создания помех определяется превышением мощности помехи на входе приемника РЭС допустимого уровня. В случае выполнения условия обеспечения ЭМС (Р_П≤Р_Пдоп, где Р_П - мощность помехи на входе приемного устройства, Р_Пдоп - допустимая мощность помехи) принимается, что данная частота принадлежит к резервной (незагруженной) части спектра. По результатам оценки ЭМС РЭС определяют резервные (незагруженные) участки спектра (полосы частот). Результаты зондирования значения показателя W=Р_П-Р_Пдоп представляют в виде пространственной панорамы (зоны ЭМС).

Недостатками приведенного способа обеспечения ЭМС является то, что для его осуществления необходимы значительные временные ресурсы. Это приводит к невозможности оперативного прогнозирования ЭМС РЭС для больших территориальных районов и большого количества РЭС, в том числе мобильных, многофункциональных (многорежимных) и др. Кроме того, построение контура зоны ЭМС сильно зависит от выбранного шага зондирования, а полученная зона является грубой (неточной) аппроксимацией реальной зоны ЭМС.

Задачей изобретения является обеспечение ЭМС наземных РЭС, функционирующих в совпадающих полосах радиочастот и в общих территориальных районах за счет текущего и оперативного планирования использования РЧС на основе выполнения условий обеспечения ЭМС РЭС, представляемых в виде зон ЭМС с привязкой их к карте местности (картограмм).

Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является повышение эффективности мероприятий обеспечения ЭМС наземных РЭС, функционирующих в совпадающих полосах радиочастот и в общих территориальных районах, повышение оперативности (сокращение времени) и точности построения (аппроксимации) зон ЭМС.

Решение указанной задачи и получение заявленного технического результата достигаются тем, что согласно изобретению предлагается способ построения зоны ЭМС наземных РЭС, отличительная особенность которого от прототипа заключается в том, что он позволяет обеспечить эффективное функционирование данных РЭС, действующих в совпадающих полосах радиочастот и в общих территориальных районах, за счет текущего и оперативного использования (планирования) РЧС на основе зон ЭМС с привязкой их к карте местности, представляемых в виде картограмм.

Предложен способ, содержащий существенные признаки прототипа.

ЭМС передающего (приемного) устройства нового РЭС, размещенного в зондируемых точках рассматриваемого территориального района, на зондируемой частоте обеспечивается с приемным (передающим) устройством действующего РЭС при Р_П≤Р_Пдоп, где Р_П - мощность помехи на входе приемного устройства, Р_Пдоп - допустимая мощность помехи, а распределение значения показателя W=Р_П-Р_Пдоп представляют в виде пространственной панорамы (зоны ЭМС).

Другими существенными, отличительными от прототипа, признаками являются: зондируемые точки дислокации передающего (приемного) устройства нового РЭС размещают в узлах равносторонней треугольной сетки, с равномерным шагом нанесенной на рассматриваемый территориальный район относительно точки (x₀, y₀) дислокации приемного (передающего) устройства действующего РЭС, относительно которой строится зона ЭМС; для этого, двигаясь по выбранному на сетке азимутальному направлению от точки (x₀, y₀) к точке дислокации передающего (приемного) устройства нового РЭС, в каждой точке, принадлежащей сетке, проверяют значение показателя W, рассчитываемого с учетом рельефа местности; движение продолжают до тех пор, пока не найдут две соседние точки (x₁, y₁) и (x₂, y₂), в которых значения показателя W разного знака, то есть находят точки, лежащие по разные стороны контура зоны ЭМС, а данные точки считают начальными точками для построения границы зоны ЭМС; затем определяют третью точку (x₃, y₃), которая образует с первыми двумя равносторонний треугольник и лежит справа от прямой, образуемой точками (x₁, y₁) и (x₂, y₂); после этого вычисляют значение показателя W в данной точке (x₃, y₃), если по результатам его вычисления полученная точка лежит с внешней стороны границы зоны ЭМС (W<0), то в качестве двух начальных точек следующей итерации выбирают точки (x₂, y₂) и (x₃, y₃), иначе (W>0) - точки (x₁, y₁) и (x₃, y₃), а сопровождение границы зоны ЭМС заканчивают, когда начальные точки очередной итерации совпадут с начальными точками на первой итерации; при этом в каждой l-й итерации по известным точкам (x_l, y_l) и (x_l+1, y_l+1) определяют точку (x_k, y_k), лежащую на стороне треугольника и принадлежащую контуру зоны ЭМС (W=0), а контур зоны ЭМС находят интерполяцией множества найденных точек {x_k, y_k}.

Ниже изобретение и сущность предлагаемого способа описаны более детально.

В период существенного возрастания в России числа наземных РЭС различного функционального назначения и ведомственной принадлежности вопросам ЭМС РЭС и эффективного использования РЧС, одного из важнейших национальных ресурсов страны, уделяется все большее внимание как со стороны государственных органов радиочастотного управления и контроля, так и со стороны компаний-операторов. В крупных городах и промышленных районах России электромагнитная обстановка осложняется тем, что наземные РЭС вынуждены функционировать в совпадающих полосах частот и в общих территориальных районах. Объективным подходом, позволяющим снять ограничения на использование отдельных полос частот и обеспечить наиболее эффективное использование радиочастотного спектра, является разработка способа обеспечения ЭМС наземных РЭС за счет текущего и оперативного использования (планирования) РЧС на основе зон ЭМС с привязкой их к карте местности, представляемых в виде картограмм.

Как и в прототипе, для построения зоны ЭМС передающее (приемное) устройство нового РЭС последовательно размещается в зондируемых точках рассматриваемого территориального района. При этом полагают, что на зондируемой частоте ЭМС между передающим (приемным) устройством нового РЭС и приемным (передающим) устройством действующего РЭС не обеспечивается, если передатчик нового РЭС создает недопустимые помехи приемнику действующего РЭС, или передатчик действующего РЭС создает недопустимые помехи приемнику нового РЭС. Результаты оценки ЭМС нового РЭС с действующим РЭС представляют в виде пространственной панорамы (зоны ЭМС).

Однако значительные временные ресурсы, необходимые для получения зоны ЭМС наземных РЭС, последовательно размещаемых в зондируемых точках, «нанесенных» на рассматриваемый территориальный район в виде прямоугольной сетки с равномерным шагом, приводят к невозможности оперативного прогнозирования с требуемой точностью ЭМС наземных РЭС для больших территориальных районов и большого количества используемых РЭС, в том числе мобильных, многофункциональных (многорежимных) и др. Кроме того, точность построения зоны ЭМС наземных РЭС на основе существующих способов сильно зависит от выбранного шага сетки точек зондирования, а полученная зона является грубой (неточной) аппроксимацией реальной зоны ЭМС. Это не позволяет в полной мере для оценки ЭМС наземных РЭС использовать существующие способы построения зон ЭМС. В рамках настоящего изобретения разработан способ, позволяющий повысить оперативность (сократить время) и точность построения (аппроксимации) зоны ЭМС наземных РЭС с учетом их мобильности, многофункциональности и многорежимности их использования, а также учета реальной топографии местности.

Критерием обеспечения ЭМС наземных РЭС, размещаемых в рассматриваемом территориальном районе, является выражение Р_П≤Р_Пдоп, где Р_П - мощность помехи на входе приемного устройства, Р_Пдоп - допустимая мощность помехи. Для принятия решения о совместимости передающего (приемного) устройства нового РЭС, размещаемого в зондируемых точках рассматриваемого территориального района, с приемным (передающим) устройством действующего РЭС проводят проверку данного условия (критерия) обеспечения ЭМС, а распределение значений показателя W=Р_П-Р_Пдоп представляется в виде зоны ЭМС с привязкой ее к карте местности.

Для достижения технического результата выполняют нижеследующие действия.

Зондируемые точки размещения передающего (приемного) устройства нового РЭС совпадают с узлами регулярной треугольной сетки, нанесенной на рассматриваемый территориальный район таким образом, что точка (x₀,y₀) установки приемного (передающего) устройства действующего РЭС, относительно которой строится зона ЭМС, совпадает с одним из узлов сетки.

В выбранном азимутальном направлении двигаются от точки (x₀,y₀) к точке дислокации передающего (приемного) устройства нового РЭС. При этом в каждой точке, принадлежащей сетке, проверяют значение показателя W, рассчитываемого с учетом рельефа местности; движение продолжают до тех пор, пока не найдут две соседние точки (x₁, y₁) и (x₂, y₂), в которых значения показателя W разного знака, то есть находят точки, лежащие по разные стороны контура зоны. Эти две точки считают начальными точками для построения границы зоны ЭМС (точки 1 и 2 на фиг.1).

Для нахождения контура зоны ЭМС используется метод триангуляционного сопровождения границы, приведенный в /4. Местецкий Л.М. Непрерывная морфология бинарных изображений: фигуры, скелеты, циркуляры. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009, с.68-72/, суть которого заключается в следующем. Определяют третью точку (x₃, y₃) (точка 3 на фиг.1), которая образует с первыми двумя равносторонний треугольник и лежит справа от луча, проведенного из точки (x₁, y₁) через точку (x₂, y₂); после этого вычисляют значение показателя W в данной точке (x₃, y₃), если по результатам его вычисления полученная точка лежит с внешней стороны границы зоны ЭМС (W<0), то в качестве двух начальных точек следующей итерации выбирают точки (x₂, y₂) и (x₃, y₃), иначе, если в данной точке W>0 - точки (x₁, y₁) и (x₃, y₃). Сопровождение границы зоны ЭМС заканчивают, когда начальные точки очередной итерации совпадут с начальными точками на первой итерации.

При этом в каждой l-й итерации по известным точкам (x_l, y_l) и (x_l+1, y_l+1) определяют точку (x_k, y_k), например методом золотого сечения, лежащую на стороне треугольника и принадлежащую контуру зоны ЭМС, в которой W=0, а контур зоны ЭМС находят интерполяцией множества найденных точек {x_k, y_k} (см. фиг.1).

Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в следующем.

Сравнительная оценка эффективности заявленного способа и прототипа проведена по методике, изложенной в /5. Коробейников А.Ю., Михайлова Т.А., Сай П.А., Шевчук В.И., Ягольников С.В. Оптимальное размещение заданного количества средств радиоконтроля в территориальном районе. - Радиотехника, 2007, №6, с.87-89/. В целях корректности сравнения при оценке электромагнитной обстановки использовались два взаимосвязанных параметра: оперативность и качество (точность) построения зоны ЭМС. Сравнение предлагаемого способа с прототипом проводилось по показателю оперативности при заданном качестве построения зоны ЭМС.

В таблице приведены сравнительные результаты оценки средних временных показателей для рассматриваемых способов построения зоны ЭМС наземных РЭС при экспертизе 100 радиочастотных заявок. При расчете коэффициента оперативности К_ОП=1-Т₂/Т₁ полагалось, что Т₁ - время построения зоны ЭМС способом зондирования (прототип), а Т₂ - заявленным способом. Анализ результатов показывает, что использование предлагаемого способа повышает оперативность построения зоны ЭМС наземных РЭС.

На фиг.2 приведен пример зон ЭМС наземных РЭС, построенных рассматриваемыми способами при заданном времени построения зоны. Анализ фиг.2 показывает, что использование предлагаемого способа повышает качество (точность) построения зоны ЭМС наземных РЭС (темный контур) по сравнению с прототипом (серый контур).

Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа построения зоны ЭМС наземных РЭС обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию "новизна".

Результаты поиска известных решений в области радиосвязи с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Способ построения зоны электромагнитной совместимости наземных радиоэлектронных средств

Таблица Наименование способа Во сколько раз способ быстрее К_ОП Зондирование (регулярная сетка) (прототип) 1 0 Предлагаемый способ 20,0 0,95

Изобретение относится к области радиосвязи и предназначено для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) наземных радиоэлектронных средств (РЭС), функционирующих в совпадающих полосах радиочастот и в общих территориальных районах. Технический результат состоит в повышении качества обеспечения ЭМС наземных РЭС, повышении оперативности и точности построения зон ЭМС. Для этого зондируемые точки дислокации передающего (приемного) устройства нового РЭС размещают в узлах равносторонней треугольной сетки, с равномерным шагом нанесенной на рассматриваемый территориальный район относительно точки (х₀,y₀) дислокации приемного (передающего) устройства действующего РЭС; двигаясь по выбранному на сетке азимутальному направлению от точки (х₀,y₀) к точке дислокации передающего (приемного) устройства нового РЭС, в каждой точке, принадлежащей сетке, проверяют значение показателя W=Р_П-Р_Пдоп (где Р_П - мощность помехи на входе приемного устройства, Р_Пдоп - допустимая мощность помехи), рассчитываемого с учетом рельефа местности; движение продолжают до тех пор, пока не найдут две соседние точки (x₁,y₁) и (x₂,y₂), в которых значения показателя W разного знака, то есть находят точки, лежащие по разные стороны контура зоны, данные точки считают начальными точками для построения границы зоны; затем определяют третью точку (х₃,y₃), которая образует с первыми двумя равносторонний треугольник и лежит справа от прямой, образуемой точками (х₁,y₁) и (x₂,y₂), после этого вычисляют значение показателя W в данной точке, если по результатам его вычисления полученная точка лежит с внешней стороны границы зоны, то в качестве двух начальных точек следующей итерации выбирают точки (x₂,y₂) и (х₃,y₃), иначе - точки (х₁,y₁) и (x₃,y₃), а сопровождение границы зоны заканчивают, когда начальные точки очередной итерации совпадут с начальными точками на первой итерации; при этом в каждой l-й итерации по известным точкам (x_l,y_l) и (x_l+1,y_l+1) определяют точку (x_k,y_k), лежащую на стороне треугольника и принадлежащую контуру зоны, а контур зоны находят интерполяцией найденных точек {x_k,y_k}. 2 ил, 1 табл.

Способ построения зоны электромагнитной совместимости (ЭМС) наземных радиоэлектронных средств (РЭС), при котором ЭМС передающего (приемного) устройства нового РЭС, размещенного в зондируемых точках рассматриваемого территориального района, на зондируемой частоте обеспечивается с приемным (передающим) устройством действующего РЭС при Р_П≤Р_Пдоп, где Р_П - мощность помехи на входе приемного устройства, Р_Пдоп - допустимая мощность помехи, а распределение значения показателя W=Р_П-Р_Пдоп представляют в виде пространственной панорамы (зоны ЭМС), отличающийся тем, что зондируемые точки дислокации передающего (приемного) устройства нового РЭС размещают в узлах равносторонней треугольной сетки, с равномерным шагом нанесенной на рассматриваемый территориальный район относительно точки (x₀, y₀) дислокации приемного (передающего) устройства действующего РЭС, относительно которой строится зона ЭМС; для этого, двигаясь по выбранному на сетке азимутальному направлению от точки (x₀, y₀) к точке дислокации передающего (приемного) устройства нового РЭС, в каждой точке, принадлежащей сетке, проверяют значение показателя W, рассчитываемого с учетом рельефа местности; движение продолжают до тех пор, пока не найдут две соседние точки (x₁, y₁) и (x₂, y₂), в которых значения показателя W разного знака, то есть находят точки, лежащие по разные стороны контура зоны ЭМС, а данные точки считают начальными точками для построения границы зоны ЭМС; затем определяют третью точку (x₃, y₃), которая образует с первыми двумя равносторонний треугольник и лежит справа от прямой, образуемой точками (x₁, y₁) и (x₂, y₂); после этого вычисляют значение показателя W в данной точке (x₃, y₃), если по результатам его вычисления полученная точка лежит с внешней стороны границы зоны ЭМС (W<0), то в качестве двух начальных точек следующей итерации выбирают точки (x₂, y₂) и (x₃, y₃), иначе (W>0) - точки (x₁, y₁) и (x₃, y₃), а сопровождение границы зоны ЭМС заканчивают, когда начальные точки очередной итерации совпадут с начальными точками на первой итерации; при этом в каждой l-й итерации по известным точкам (x_l, y_l) и (x_l+1, y_l+1) определяют точку (x_k, y_k), лежащую на стороне треугольника и принадлежащую контуру зоны ЭМС (W=0), а контур зоны ЭМС находят интерполяцией множества найденных точек {x_k, y_k}.