СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО КОРОТКОВОЛНОВОМУ РАДИОКАНАЛУ В ВЕДОМСТВЕННОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ Российский патент 2015 года по МПК H04B7/02 

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при разработке или модернизации ведомственных систем коротковолновой (KB) радиосвязи.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных путем увеличения на входе радиоприемного устройства соотношения мощностей сигнала Р_с и помехи Р_п, которое определяется величиной h² [1], с. 170:

h²=(Р_с/Р_п)_FFT,

где (P_c/Р_п)_F - отношение мощностей сигнала и помехи на входе радиоприемного устройства в полосе частот F; Т - длительность элемента передаваемого сигнала.

Таким образом, повышение помехоустойчивости передачи данных обеспечивают либо увеличением мощности передаваемого сигнала, для чего увеличивают мощность излучения радиопередающего устройства, либо увеличивают длительность элемента сигнала за счет снижения скорости передачи данных.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных с использованием методов разнесенного приема [1], с. 398-402 (пространственное разнесение (антенн), частотное разнесение (несущих сигнала), разнесение по времени - повторная передача элементов или фрагментов сигнала).

Общим для всех методов разнесения является то, что принимают не один сигнал, смешанный с помехой, а несколько «образцов» этого сигнала с различными реализациями помехи, причем, чем больше образцов сигнала или ветвей разнесения, тем больше возможность для статистического различения переданных сигналов путем анализа принятых образцов, что и обеспечивает повышение помехоустойчивости при разнесенном приеме.

Для реализации методов разнесения требуется либо увеличивать количество радиооборудования и площади для его размещения (пространственное разнесение), либо увеличивать полосу частот, занимаемую сигналом (частотное разнесение), либо снижать пропускную способность радиолинии (разнесение по времени).

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных путем помехоустойчивого кодирования [1], с. 125-135, который основан на том, что в передаваемые данные (последовательность двоичных символов) вводят избыточные символы, с помощью которых в зависимости от величины избыточности производят либо обнаружение ошибок в принимаемом сигнале, появляющиеся в условиях воздействия помех, либо обнаружение и исправление ошибок.

Любой корректирующий код не увеличивает количества информации, содержащейся в принятом сигнале, а только позволяет «очистить» ее от ошибочно принятых символов ценой снижения пропускной способности радиолинии [1].

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных за счет использования результатов диагностики параметров радиолиний и прогнозирования условий распространения радиоволн [2, 3].

Основным недостатком KB связи, как известно, является сильная зависимость характеристик радиоканалов от состояния среды распространения - ионосферы Земли и, следовательно, изменчивость параметров радиолиний в зависимости от времени суток, сезона, уровня солнечной активности. Учет этих зависимостей для более точного определения максимально применимой частоты (МПЧ) и наименьшей применимой частоты (НПЧ) для своевременной смены оптимальной рабочей частоты (ОРЧ) при ведении радиосвязи на конкретной радиолинии позволяет повысить помехоустойчивость связи.

Ионосферный прогноз условно разделяют на три типа [2]:

- долгосрочный (понимается прогноз спокойного состояния ионосферы на несколько месяцев вперед);

- краткосрочный (имеет дело с отклонениями параметров ионосферы от спокойного уровня и дается на период от нескольких часов до нескольких суток);

- оперативный прогноз (понимается временная экстраполяция параметров на период от несколько минут до нескольких часов вперед).

Наиболее достоверным и позволяющим существенно повысить надежность связи (по отношению к долгосрочному и краткосрочному прогнозированию) за счет выбора ОРЧ, является оперативное прогнозирование по результатам оперативного зондирования ионосферы, проводимого перед началом сеанса связи, например, с использованием сигналов линейной частотной модуляции (ЛЧМ) [4].

Такой способ повышения помехоустойчивости передачи данных совместим с любым другим методом повышения эффективности радиолинии. Ограничением использования результатов оперативного прогнозирования могут являться либо невозможность получения оперативных данных об ОРЧ перед началом каждого сеанса связи от специализированных ионосферных станций, либо отсутствие собственного ионозонда в составе радиооборудования радиолинии.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных за счет использования помехоустойчивых видов радиосигналов, например, широкополосных сигналов (ШПС) и сигналов с программной перестройкой рабочих частот (ППРЧ) [5].

При использовании ШПС последовательно выполняют операции расширения и сжатия спектра информационного (полезного) сигнала. Излучаемый сигнал формируют с помощью какого-либо метода широкополосной модуляции, например, ФМ ПСП, сжатие спектра на приемной стороне производят путем его корреляционной обработки с совпадающим по форме опорным сигналом. В результате спектр полезного сигнала трансформируется в исходную полосу частот, а спектр любого другого сигнала, в том числе и преднамеренной помехи, расширяется, что дает возможность повысить соотношение сигнал/помеха после фильтрации результата корреляционной обработки. Однако это приводит и к снижению пропускной способности радиолинии.

При использовании радиосигналов с ППРЧ рабочую частоту меняют скачкообразно по псевдослучайному закону в процессе передачи одного сообщения, что затрудняет противодействующей стороне постановку прицельных помех. Однако повышение помехоустойчивости радиолиний за счет применения ППРЧ требует обеспечения точной синхронизации приемных и передающих технических средств радиолинии и приводит к ухудшению показателей электромагнитной совместимости (ЭМС) средств радиосвязи, а следовательно, к ухудшению помехоустойчивости других радиолиний [5].

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных за счет использования методов адаптации радиолиний по группе параметров [5, 6], который предполагает максимально возможное приспособление к множеству сигнально-помеховых ситуаций. При этом управляемыми могут быть частота, излучаемая мощность, скорость передачи, вид модуляции, способ кодирования.

Использование методов адаптации предполагает оценку сигнально-помеховой обстановки, на основании которой осуществляют выбор управляемого параметра радиолинии и его необходимого значения. Поэтому в составе радиооборудования радиолинии должны быть устройства, позволяющие оценивать сигнально-помеховую обстановку.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных с применением компенсации (подавления) радиопомех в принимаемом сигнале [7].

Компенсацию радиопомех можно рассматривать как разновидность задачи оптимальной фильтрации. Для осуществления компенсации радиопомех в компенсаторе используют дополнительное напряжение, которое поступает от одного или нескольких источников радиопомех, проходит через адаптивные фильтры, а затем вычитается из напряжения, представляющего смесь сигнала и помехи. В результате такого преобразования помехи в основном канале уменьшаются или подавляются полностью.

Степень компенсации помех в условиях KB радиоканала (непрерывного изменения амплитуд и фаз несущих колебаний сигнала и помех) существенно зависит от точности установки амплитуды и фазы компенсационного напряжения.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных с использованием удаленных КВ-ретрансляторов [8]. Сущность способа состоит в том, что радиотрассы протяженностью 2000-3000 км являются наиболее благоприятными для KB радиосвязи (один скачек), поскольку требуется минимальная мощность изучения передатчика для обеспечения требуемой надежности связи. Поэтому связь между KB радиоабонентами осуществляют не непосредственно, а через вынесенный ретранслятор. В этом случае один ретранслятор способен обслуживать радиоабонентов в кольце с внутренним радиусом 2000 км и внешним радиусом 3000 км.

Устанавливая на территории РФ несколько удаленных друг от друга КВ-ретрансляторов с дополнительными KB радиоприемными центрами, взаимодействующими с соответствующими ретрансляторами, можно реализовать сеть KB радиосвязи на довольно обширной территории [8].

Однако реализация такой помехоустойчивой КВ-радиосети требует больших финансовых затрат, кроме того, требуется отдельное финансирование на круглосуточное и круглогодичное обслуживание и проведение ремонтно-восстановительных работ специальных КВ-ретрансляторов и радиоприемных центров.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных путем организации так называемой лавинной KB радиосвязи, разработанный фирмой Harris (США) [9]. Характерной особенностью данного способа по сравнению с известными («каждый с каждым» или через ретранслятор) является отсутствие необходимого учета условий распространения радиоволн между отдельными радиостанциями в зоне. Повышение помехоустойчивости связи достигается однократным повторением передаваемых сообщений всеми радиостанциями, принявшими их. Общее число повторений определяется числом радиостанций в зоне и осуществляется так, чтобы обеспечивалась требуемая вероятность безошибочного приема для любой радиостанции в этой зоне.

Рассмотрим основные недостатки данного способа организации связи.

1. Поскольку данный способ не учитывает условия распространения KB радиоволн, т.е. для связи между радиостанциями оптимальные рабочие частоты (ОРЧ) по результатам оперативного зондирования ионосферы не используются, то радиосвязь на назначаемых частотах не может быть устойчивой в разные интервалы времени суток и года ввиду существенных суточных изменений МПЧ и углов прихода в точку приема радиолучей на радиотрассах различной протяженности для реальных географических условий [10].

2. При работе в условиях интенсивных ионосферных возмущений (в условиях Арктики) такая связь не пригодна.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных по KB радиоканалу в ведомственной системе связи между береговым многоканальным приемопередающим узлом радиосвязи (УРС) и приемопередающим радиооборудованием каждого из морских судов за счет использования на радиоприемном и радиопередающем центрах УРС систем направленных приемных A_ij и передающих B_ij KB антенн, диаграммы направленности которых ориентируют по соответствующим секторам обслуживания, где могут находиться морские суда [11].

Способ заключается в том, что для обеспечения прямой радиосвязи (без ретрансляции) с любым из судов, который может находиться в море в одном из n секторов обслуживания (с центром, где развернут береговой УРС), например, с номером j (j=1, 2,…, n), производят подбор направленных полноразмерных антенн и их ориентирование на местности (при развертывании УРС) таким образом, чтобы направление в азимутальной плоскости максимумов диаграмм направленностей j-ой группы приемных и передающих антенн, предназначенных для обеспечения связи различной дальности и при работе в различных (i-ых) поддиапазонах частот (в пределах общего KB диапазона), совпадало с направлением биссектрисы j-го сектора обслуживания, где может находиться j-ая группа судов.

Повышение помехоустойчивости передачи информации при изменении условий распространения радиоволн обеспечивают за счет выбора одной из приемных и одной из передающих антенн УРС перед началом каждого сеанса связи путем выполнения необходимой коммутации высокочастотных сигналов, при котором достигается определенная степень согласованности характеристик направленности выбранных передающий и приемной антенн с динамическими параметрами радиотрасс [10].

Недостатками такого способа повышения помехоустойчивости связи являются [2]:

- большие площади, требуемые для развертывания большого количества полноразмерных приемных и передающих антенн;

- значительная стоимость и трудоемкость сооружения, обслуживания и ремонта систем направленных полноразмерных антенн;

- энергетические потери, возникающие из-за недостаточной степени согласованности характеристик направленности полноразмерных передающих и приемных антенн с динамическими параметрами радиотрасс различной протяженности в условиях изменяющихся геофизических условий, оценка которых приведена в [10], и из которых следует необходимость коммутации на входы соответствующих передающих антенн передатчиков различной мощности.

Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ повышения помехоустойчивости передачи данных по коротковолновому (KB) радиоканалу в ведомственной системе связи (ВСС), состоящей из N однотипных KB приемопередающих узлов радиосвязи (УРС), приведенный в работе [12].

Этот способ комплексный и включает в себя несколько совместимых друг с другом известных способов повышения помехоустойчивости передачи данных, в соответствии с которым при ведении прямой (без ретрансляции сигнала) симплексной радиосвязи между каждыми двумя УРС, один из которых УРС1 с условным порядковым номером 1 является центральным, а другой - УРСj, с условным порядковым номером j=2, 3, 4, …, N, является периферийным, по соответствующему азимутальному радионаправлению, условно обозначаемому как УРС1↔УРСj или УРСj↔УРС1, на соответствующей этому радионаправлению оптимальной рабочей частоте (ОРЧ), условно обозначаемой как ОРЧ(l↔j) или ОРЧ(j↔l), где знак ↔ обозначает симметричность радионаправления при передачи радиосигнала как от УРС1 к УРСj (УРС1→УРСj), так и в обратном направлении - от УРСj к УРС1 (УРСj→УРС1), с использованием одного и того же значения ОРЧ, на УРС, передающем двоичную информацию, производят ее кодирование помехоустойчивым кодом и, с использованием передатчика, подключаемого к передающей антенне, диаграмма направленности которой соответствует условиям распространения радиоволн на азимутальном радионаправлении, производят излучение, радиосигнала на ОРЧ с необходимой мощностью и скоростью передачи информации, а на УРС, принимающим информацию, производят пространственную селекцию отраженного от ионосферы переданного радиосигнала его антенно-приемным комплексом (АПК), одна из выбранных для приема диаграмм направленностей которого соответствует условиям распространения радиоволн на азимутальном радионаправлении, после чего, принимаемый сигнал подвергают дальнейшей фильтрации, демодуляции и декодированию с обнаружением и исправлением ошибочно принятым двоичных символов, при этом для осуществления адаптации параметров каждого УРС по используемой рабочей частоте, скорости передачи информации и мощности излучения, а также пространственной ориентации диаграммы направленности АПК и диаграммы направленности предающей антенны в зависимости от условий распространения радиоволн при работе по каждому из N-1 азимутальных радионаправлений УРС↔УРСj, на центральном УРС проводят оперативные сеансы зондирования ионосферы по результатам каждого сеанса составляют частотное расписание работы ВСС на последующий выбранный интервал времени работы ВСС с указанием необходимых данных для изменения настройки технических средств каждого УРС.

Недостатком описанного прототипа является то, что данная ВСС, состоящая из N однотипных УРС, предназначена для обеспечения KB симплексной радиосвязи по основным N-1 азимутальным радионаправлениям между центральным УРС1 и любым из N-1 периферийных УРСj с определенной помехоустойчивостью и не предназначена для работы всех УРС в режиме KB радиосети, когда реализуется принцип связи «каждый с каждым». Между отдельными периферийными УРС в составе ВСС прямая радиосвязь возможна при соответствующей ориентации диаграмм направленности их АПК и передающих антенн, а также при наличии передатчиков требуемой мощности, однако помехоустойчивость передачи данных между отдельными периферийными УРС будет недостаточна при увеличении скорости передачи данных.

Недостаточна помехоустойчивость передачи данных и по основным N-1 азимутальным радионаправлениям при увеличении скорости передачи данных без увеличения мощности имеющихся в каждом УРС KB передающих технических средств, что особенно актуально при необходимости передачи каждым из УРС в назначаемый интервал времени необходимого объема данных.

Недостатком является и то, что при одновременном приеме и передаче сигналов по нескольким частотным каналам, что имеет место при одновременном проведении одним из УРС, назначенным центральным, прямых симплексных радиосвязей с несколькими периферийными УРС по соответствующим азимутальным радионаправлениям, ухудшаются условия электромагнитной совместимости KB приемных и передающих технических средств центрального УРС, что требует их пространственного разнесения, а соответственно, и увеличения площади для развертывания центрального УРС.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение работы всех УРС ВСС в режиме KB радиосети и повышение помехоустойчивости передачи данных по KB радиоканалу между каждыми двумя УРСi и УРСj BCC с различными порядковыми номерами без увеличения мощности имеющихся в каждом УРС передающих технических средств, а также улучшение условий электромагнитной совместимости KB приемных и передающих технических средств одного из УРС, назначаемого центральным, без их пространственного разнесения, а соответственно, и без увеличения площади для развертывания центрального УРС.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе повышения помехоустойчивости передачи данных по KB радиоканалу в ВСС, состоящей из N однотипных УРС, в соответствии с которым при ведении прямой симплексной радиосвязи между каждыми двумя УРС ВВС, один из которых УРС1 с условным порядковым номером 1 является центральным, а другой - УРСj, с условным порядковым номером j=2,3,4,…, N, является периферийным, по соответствующему азимутальному радионаправлению, условно обозначаемому как УРС1↔УРСj, на соответствующей этому радионаправлению ОРЧ, условно обозначаемой как ОРЧ(1↔j), на УРС, передающим двоичную информацию, производят ее кодирование помехоустойчивым кодом и, с использованием передатчика, подключаемого к передающей антенне, диаграмма направленности которой соответствует условиям распространения радиоволн на азимутальном радионаправлении, производят излучение радиосигнала на ОРЧ с необходимой мощностью и скоростью передачи информации, а на УРС, принимающим информацию, производят пространственную селекцию отраженного от ионосферы переданного радиосигнала его АПК, одна из выбранных для приема диаграмм направленностей которого соответствует условиям распространения радиоволн, после чего, принимаемый сигнал подвергают дальнейшей фильтрации, демодуляции и декодированию с обнаружением и исправлением ошибочно принятых двоичных символов, во всех УРС ВСС непрерывно и синхронно формируют одни и те же последовательности тактовых, цикловых и кадровых импульсов, последовательности тактовых импульсов определяют моменты следования соответствующих тактовых интервалов ΔT_i длительностью ΔТ каждый, последовательности цикловых импульсов, определяют моменты следования соответствующих цикловых интервалов ΔТ_цr, каждый длительностью $$\Delta T_{ц}={\displaystyle \sum _{i=1}^N\Delta T_i=N\cdot \Delta T}$$ , где i=1, 2, 3,…, N определяет порядковый номер временного положения каждого тактового интервала в каждом цикловом интервале, последовательности кадровых импульсов, определяют моменты следования соответствующих кадровых интервалов, каждый длительностью $$\Delta T_{к}={\displaystyle \sum _{r=1}^L\Delta T_{цr}=L\cdot \Delta T}$$ , где r=1, 2, 3,…, L определяет порядковый номер временного положения каждого циклового интервала в каждом кадровом интервале, в пределах которого параметры технических средств всех УРС ВСС, устанавливаемые в соответствии с частотным расписанием, сохраняют постоянными, синфазное формирование всеми УРС последовательностей тактовых, цикловых и кадровых импульсов обеспечивают за счет приема каждым УРС радиосигналов единого точного времени, при этом в каждом цикловом интервале ΔТ_цr от каждого УРСi с порядковым номером i, совпадающим с порядковый номером тактового интервала ΔT_i, возможно передать только один пакет данных в виде радиограммы (РГ) фиксированной длительности Т_РГ<ΔТ/2, адресованной получателю УРСj с порядковым номером j=2, 3, 4…, N при j≠i, по соответствующему одному из N-1 азимутальных радионаправлений прямой радиосвязи, причем во времени начало излучения РГ от УРСi совмещают с началом соответствующего тактового интервала ΔT_i, при этом на каждом другом УРСk с порядковым номером k=2, 3, …, N при k≠i и k≠j, производят прием переданной ГР с идентификацией ее адресной части и, если РГ адресована другому УРС-УРСj, то производят ее ретрансляцию (переизлучение) в адрес получателя в пределах этого же тактового интервала ΔT_i по соответствующему радионаправлению прямой радиосвязи УРСk↔УРСj на соответствующей ОРЧ(k↔j) при условии, что достоверность принятой РГ (процент ошибочно принятых двоичных символов) не превышает установленной пороговой величины, по результатам приема на разных частотах в электронную память УРСj кроме «образца» РГ, принятого по основному азимутальному радионаправлению (УРСi↔УРСj]), записывают и Q других образцов РГ, где Q≤N-2, принятых по соответствующим другим Q радионаправлениям от ретранслирующих УРС, после чего из всех Q+1 образцов РГ, принятых УРСj, выбирают в качестве принятой радиограммы один из образцов РГ, в котором не обнаружено ошибок, при этом, если во всех Q+1 образцах РГ обнаружены ошибки и величина Q является четным числом, то все образцы радиограмм совмещают во времени и получают результирующую РГ методом поэлементного дискретного сложения всех образцов РГ, которую считают в качестве принятой РГ, если величина Q является нечетным числом, то результирующую РГ получают аналогичным образом, но с исключением из процесса поэлементного дискретного сложения образцов РГ одного из Q+1 образцов РГ с наибольшим количеством ошибок.

Кроме того, сеанс оперативного зондирования ионосферы на центральном УРС проводят во второй половине каждого кадрового интервала ΔТ_к параллельно с основной его работой по передачи и приему РГ, в процессе которого для каждого азимутального радионаправления УРСi↔УРСj из общего количества M=N(N-1)/2 возможных азимутальных радионаправлений ВСС прямой радиосвязи между каждыми двумя УРС с различными порядковыми номерами назначают одно значение ОРЧ(i↔j) в пределах от 0,7 до 0,9 от значения максимально применимой частоты (МПЧ) радионаправления, отличающегося от значения ОРЧ, назначаемого для любого другого радионаправления, а также определяют величину каждого из N-1 значений угла прихода радиосигнала, отраженного от ионосферы, в точку приема с координатами местоположения УРСi при передаче радиосигнала от УРСj на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначаемых для УРСj для соответствующих N-1 азимутальных радионаправлений и величину каждого из N-1 значений угла прихода радиосигнала в точку приема с координатами местоположения УРСj при передаче радиосигнала от УРСi на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначаемых для УРСi для соответствующих N-1 азимутальных радионаправлений, и формируют частотное расписание на последующий кадровый интервал ΔТ_к работы ВСС с указанием для каждого из двух УРС, взаимодействующих по каждому из М радионаправлений, данных об одном значении ОРЧ, N-1 значениях угла прихода радиоволн, мощности излучения, а также данных о единых для всех УРС виде предаваемого или принимаемого сигнала и скорости передачи информации, которые доводят центральным УРС до каждого периферийного УРС в конце каждого кадрового интервала ΔТ_к путем передачи технологических радиограмм, приведенным выше способом, при этом в начальный интервал времени каждого кадрового интервала Т_к, соответствующего длительности первого тактового интервала ΔT₁ первого циклового интервала Т_ц1, определяющего начало каждого кадрового интервала, передачу РГ от центрального УРС не производят, в этот тактовый интервал на каждом УРС для каждого из N-1 азимутальных радионаправлений в соответствии с данными частотного расписания, полученными в конце предыдущего кадрового интервала, производят необходимые коммутации и изменение настройки соответствующих приемных и передающих технических средств и формирование его АПК N-1 диаграмм направленностей, пространственное направление максимума каждой из которых соответствует направлению прихода радиосигнала, передаваемого от взаимодействующего по этому радионаправлению УРС на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначенным для работы этого УРС по соответствующим азимутальным радионаправлениям, с началом следующего второго тактового интервала ΔТ₂ первого циклового интервала Т_ц1 каждого кадрового интервала ΔТ_к работа ВСС осуществляется в соответствии с приведенным выше способом с параметрами УРС ВСС адаптированными к условиям распространения радиоволн по каждому азимутальному радионаправлению.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что введение существенных отличительных признаков составляет новизну и позволяет, как будет показано ниже, решить поставленную задачу.

Рассмотрим эффективность предлагаемого изобретения на примере функционирования ВСС, состоящей из N=5 однотипных УРС.

Структура полнодоступного взаимодействия по KB радиоканалу узлов радиосвязи между собой при таком составе ВСС приведена на фиг. 1.

На фиг. 1 местоположение каждого УРС, состоящего из радиоприемного центра (РПЦ) с антенно-приемным комплексом (АПК) в его составе и радиопередающего центра (РПдЦ) с комплектом передающих антенн, условно изображено в виде круга, располагаемого в пределах условного региона, в котором развернута ВСС.

Направления прямых симплексных KB радиосвязей по соответствующим азимутальным радионаправлениям УРСi↔УРСj или УРСj↔УРСi (i=1, 2, 3, 4, 5, j=2, 3, 4, 5 при j≠i) на оптимальных рабочих частотах F1, F2, …, F10 (ОРЧ(i↔j) или ОРЧ(j↔i)) между различными парами УРС показаны пунктирными линиями.

Условное изображение в азимутальной (горизонтальной) плоскости формируемых АПК каждого УРС N-1 диаграмм направленностей по каждому азимутальному радионаправлению (ориентация каждой из которых в вертикальной плоскости соответствует определенному значению угла прихода принимаемого сигнала на соответствующей одной из N-1 рабочих частот) приведено в виде сектора (соответствующего круга), ориентированного в системе азимутальных координат на соответствующее радионаправление. Условное изображение этих же каждых N-1 диаграмм направленностей в угломестной (вертикальной) плоскости, формируемых УРС1, УРС5, УРС4 для сигналов, принимаемых на соответствующих частотах (ОРЧ(i↔j) по двум, выбранным для примера, азимутальным радионаправлениям УРС1↔УРС5 и УРС5↔УРС4, приведено на фиг. 1 в виде «веера» из N-1 диаграмм в угломестных координатах.

Каждый приемопередающий УРС ВСС KB диапазона предполагает наличие в составе его РПЦ антенно-приемного комплекса (АПК) на базе, например, аналоговой фазированной антенной решетки (ФАР), который может одновременно принимать радиосигналы от всех других УРС в составе ВСС, приходящих на АПК с различных пространственных направлений после отражения от ионосферы. Такие АПК, использующие антенные решетки, состоящие из определенного количества однотипных антенных элементов, размещаемых определенным образом на площадках ограниченных размеров, а также аналоговые устройства фазирования сигналов антенных элементов для формирования требуемого количества диаграмм направленностей и коммутационно-распределительные устройства, обеспечивающие подключение к соответствующим приемным трактам радиоприемного центра радиосигналов АПК, отселектированных по заранее известным пространственным направлениям прихода сигналов на антенную решетку, выпускаются промышленностью [13].

Наиболее совершенными по функциональным возможностям являются цифровые АПК, в которых также, как и в аналоговых АПК, используются антенные решетки, состоящие из антенных элементов, но в отличии от аналоговых АПК, формирование диаграмм направленностей и управление направлением в пространстве максимума каждой их них для обеспечения эффективного приема радиосигналов с различных пространственных направлений, осуществляют с использованием цифровых методов обработки сигналов.

Каждый такой АПК является неотъемлемой частью цифрового РПЦ KB УРС, приведенного в [14] или [15], при этом каждый УРС является многоканальным по определению, т.е. может обеспечить прием и передачу данных одновременно по требуемому количеству независимых частотных каналов приема и передачи информации. Цифровой АПК РПЦ позволяет формировать любое необходимое количество диаграмм направленностей с требуемой ориентацией в пространстве направлений их максимумов, что необходимо для повышения помехоустойчивости за счет осуществления в каждом УРС пространственной селекции полезных радиосигналов, приходящих с различных пространственных направлений.

Кроме того, в составе РПдЦ каждого такого УРС ВСС предполагается наличие определенного количества предающих антенн, каждая из которых ориентирована на местности таким образом, что пространственное направление максимума ее диаграммы направленности позволяет передавать сигналы определенному количеству других УРС ВСС, находящихся в секторе обслуживания (соответствующем ширине диаграммы направленности в азимутальной плоскости) этой антенны. При этом, на вход каждой из предающих антенн могут коммутироваться выходные уровни передающих модулей различной мощности.

С использованием N УРС, каждый из которых реализован в соответствии со структурой, приведенной в [14] или [15], возможно организовать ВСС любой конфигурации (с любым территориальным размещением УРС в пределах какого либо региона), которая, в свою очередь, позволяет реализовать предлагаемое изобретение.

Центральным можно считать любой из УРС ВСС, приведенной на фиг. 1, которому присвоен условный порядковый номером 1-УРС1. Дополнительными функциями, возлагаемые на центральный УРС1, являются функции по проведению сеансов оперативного зондирования ионосферы.

Эту функцию можно реализовать как с использованием имеющихся технических средств УРС1, построенного в соответствии со структурой приведенной в [14] или [15] и с разработкой для него специального программного обеспечения (СПО), управляющего проведением сеансов зондирования, так и с использованием промышленно выпускаемого KB радиозонда при сопряжении его с УРС1 по информационным цепям с разработкой СПО взаимодействия для обеспечения автоматического проведения сеансов зондирования и составления частотного расписания на каждый кадровый интервал работы ВСС.

На чертежах фиг. 2 приведены временные диаграммы управляющих импульсных последовательностей, формируемых каждым УРС при работе в составе ВСС, приведенной на фиг. 1, а также временные диаграммы передаваемых и принимаемых радиосигналов УРС, поясняющие суть способа.

Работа ВВС в соответствии с предлагаемым изобретением должна осуществляться в едином для всех УРС времени, что обеспечивается аппаратурой определения координат местоположения и меток точного времени, входящей в состав каждого УРС [14, 15], путем синхронизации их внутренних часов (таймеров электронных вычислительных машин (ЭВМ), на базе которых должны быть выполнены основные узлы УРС [14, 15]) по сигналам единого точного времени глобальных навигационных систем связи типа GPS/ГЛОНАС.

Во всех УРС ВСС непрерывно и синхронно формируют одни и те же последовательности тактовых, цикловых и кадровых импульсов.

Последовательность тактовых импульсов (ТИ), приведенная на фиг. 2а, определяет моменты следования соответствующих тактовых интервалов ΔT_i (фиг. 2в) длительностью ΔТ каждый.

Последовательность цикловых импульсов (ЦИ), приведенная на фиг. 2б, определяют моменты следования соответствующих цикловых интервалов ΔТ_цг (фиг. 2в), каждый длительностью $$\Delta T_{ц}={\displaystyle \sum _{i=1}^L\Delta T_i=N\cdot \Delta T}$$ , где i=1, 2, 3, 4, 5 определяет порядковый номер временного положения каждого тактового интервала в каждом цикловом интервале.

Последовательность кадровых импульсов (на фиг. 2 не приведена), определяет моменты следования соответствующих кадровых интервалов, каждый длительностью $$\Delta T_{к}={\displaystyle \sum _{r=1}^L\Delta T_{цr}=L\cdot \Delta T_{ц}}$$ , где r=1, 2, 3, ..., L определяет порядковый номер временного положения каждого циклового интервала в каждом кадровом интервале, в пределах которого параметры технических средств всех УРС ВСС, устанавливаемые в соответствии с частотным расписанием, сохраняют постоянными.

Синфазное формирование всеми УРС последовательностей тактовых, цикловых и кадровых импульсов обеспечивают за счет приема каждым УРС радиосигналов единого точного времени.

В общем случае для ВСС с любым количеством N УРС в его составе в каждом цикловом интервале ΔТ_цг от каждого УРСi с порядковым номером i, совпадающим с порядковый номером тактового интервала ΔT_i, возможно передать только один пакет данных в виде радиограммы (РГ) фиксированной длительности Т_РГ<ΔТ/2, адресованной получателю УРСj с порядковым номером j=2, 3, 4, …, N при j≠i, по соответствующему одному из N-1 азимутальных радионаправлений прямой радиосвязи.

Начало излучения РГ от УРСi совмещают во времени с началом соответствующего тактового интервала ΔT_i. На каждом другом YPCk с порядковым номером k=2, 3, 4, …, N при k≠i, k≠j, производят прием переданной РГ с идентификацией ее адресной части и, если РГ адресована другому УРС - получателю УРСj, то производят ее ретрансляцию (переизлучение) в адрес получателя в пределах этого же тактового интервала ΔT_i по соответствующему радионаправлению прямой радиосвязи УРСk↔УРСj на соответствующей ОРЧ(k↔j) при условии, что достоверность принятой РГ (процент ошибочно принятых двоичных символов) не превышает установленной пороговой величины.

По результатам приема радиосигналов с различных азимутальных радионаправлений, содержащих одну и ту же информацию, в электронную память УРСj кроме образца РГ, принятого по основному азимутальному радионаправлению (УРСi↔УРСj), записывают и Q других образцов РГ, где Q≤N-2, принятых по соответствующим другим Q радионаправлениям от ретранслирующих УРС. Величина Q определяет количество ретранслирующих УРС, которые приняли РГ с требуемой достоверностью по соответствующим азимутальным радионаправлениям, переданную по KB радиоканалу отправителем информации (УРСi).

В УРСj из всех Q+1 принятых образцов РГ выбирают в качестве принятой радиограммы один из образцов РГ, в котором не обнаружено ошибок. При этом, если во всех Q+1 образцах РГ обнаружены ошибки и величина Q является четным числом, то все образцы радиограмм совмещают во времени и получают методом поэлементного дискретного сложения всех образцов РГ результирующую РГ с более высокой достоверностью [1], с. 437, которую считают в качестве принятой РГ.

Если величина Q является нечетным числом, то результирующую РГ получают аналогичным образом, но с исключением из процесса поэлементного дискретного сложения образцов РГ одного из Q+1 образцов РГ с наибольшим количеством ошибок.

Квитанцию о доставке РГ передают в обратном направлении от получателя РГ (УРСj) к отправителю РГ (УРСi) аналогичным образом в начале соответствующего временного интервала ΔT_j. При этом совместно с квитанцией при необходимости возможна передача основной информации.

Таким образом, передача квитанций, как и передача основной информации, производится с повышенной достоверностью.

Общее количество М азимутальных радионаправлений УРСi↔УРСj ВСС, состоящей из любого количества N УРС, можно определить в виде:

Соответственно, для обеспечения работы ВСС на каждом временном интервале ΔТ_к необходимо назначать М оптимальных рабочих частот по одной ОРЧ на каждое радионаправление УРСi↔УРСj, т.е. для каждых УРСi и УРСj. Например, по радионаправлению УРС1↔УРС2 (фиг. 1), на каждом интервале ΔТ_к необходимо назначать соответствующее значение ОРЧ(1↔2), определяемое по результатам зондирования ионосферы в предыдущем интервале ΔТ_к. Из [10] следует, что для обеспечения оптимальной (с энергетической точки зрения) радиосвязи, в АПК УРС1 и в АПК УРС2 необходимо сформировать соответствующие диаграммы направленностей таким образом, чтобы в азимутальной (горизонтальной) плоскости направления максимумов диаграмм были встречными и соответствовали азимутальному радионаправлению УРС1↔УРС2, а в угломестной (вертикальной) плоскости угол возвышения ([20], с. 84) направления максимума диаграммы направленности каждого УРС должен совпадать с углом прихода радиоволн, отраженных от ионосферы, при симплексной радиосвязи этих УРС.

В соответствии с предлагаемым изобретением требуется также, чтобы каждый УРСi имел возможность принимать сигналы от взаимодействующего по радионаправлению УРС) не только на ОРЧ(i↔j) этого радионаправления (УРСj→УРСi или обозначаемого как УРСi↔УРСj или УРСj↔УРСi), но и на всех других N-2 рабочих частотах, назначаемых для УРСj в качестве оптимальных для работы с другими N-2 УРС по соответствующим другим радионаправлениям.

Из этого следует, например, что УРС1 по данному радионаправлению (УРС1↔УРС2) должен иметь возможность принимать сигналы от УРС2 при передаче им радиограмм по всем возможным радионаправлениям:

- УРС2 → УРС1 на ОРЧ(2↔1);

- УРС2 → УРС3 на ОРЧ(2↔3);

- УРС2 → УРС4 на ОРЧ(2↔4);

- УРС2 → УРС5 на ОРЧ(2↔5).

В свою очередь, УРС2 по данному радионаправлению (УРС1↔УРС2) должен иметь возможность принимать сигналы от УРС1 при передачи им радиограмм по радионаправлениям:

- УРС1 → УРС2 на ОРЧ(1↔2);

- УРС1 → УРС3 на ОРЧ(1↔3);

- УРС1 → УРС4 на ОРЧ(1↔4);

- УРС1 → УРС5 на ОРЧ(1↔5).

При этом для обеспечения наиболее помехоустойчивого приема сигналов по данному азимутальному радионаправлению, на УРС1 для каждой рабочей частоты приема (ОРЧ(2↔3), ОРЧ(2↔4), ОРЧ(2↔5)), отличной от оптимальной для данного радионаправления - ОРЧ(2↔1), должна быть сформирована соответствующая диаграмма направленности, в азимутальной плоскости аналогичная диаграмме направленности для приема сигналов на ОРЧ(2↔1), описанной выше, а в угломестной плоскости - может отличаться от описанной выше значением угла возвышения направления ее максимума, который должен совпадать со значением угла прихода радиоволн на соответствующей рабочей частоте.

Аналогичным образом должны формироваться встречные диаграммы направленности на УРС2 для приема от УРС1 радиограмм на рабочих частотах ОРЧ(1↔3), ОРЧ(1↔4), ОРЧ(1↔5).

Кроме того, аналогично должен быть сформирован на УРС1 «веер» из N-1 диаграмм направленностей для приема радиограмм по каждому другому азимутальному радионаправлению: УРС1↔УРС3, УРС1↔УРС4, УРС1↔УРС5, а на УРС2 - «веер» из N-1 диаграмм направленностей для приема радиограмм по каждой из остальных радиотрасс: УРС2↔УРС3, УРС2↔УРС4, УРС2↔УРС5.

Для обеспечения работы ВСС (фиг. 1) в целом требуется, чтобы и на каждом из других УРС (УРС3, УРС4, УРС5) также должен быть сформирован аналогичным образом «веер» из N-1 диаграмм направленностей по каждому из N-1 азимутальных радионаправлений.

Сеанс оперативного зондирования ионосферы на центральном УРС1 проводят во второй половине каждого кадрового интервала Т_к параллельно с основной его работой по передаче и приему РГ.

В процессе проведения сеанса зондирования для каждого азимутального радионаправления УРСi↔УРСj из общего количества М возможных радионаправлений ВВС прямой радиосвязи между каждыми двумя УРС с различными порядковыми номерами назначают одно значение ОРЧ(i↔j) в пределах от 0,7 до 0,9 от значения максимально применимой частоты (МПЧ) радионаправления [2], отличающегося от значения ОРЧ, назначаемого для любого другого радионаправления.

Кроме того, определяют величину каждого из N-1 значений угла прихода радиосигнала, отраженного от ионосферы, в точку приема с координатами местоположения УРСi при передаче радиосигнала от УРСj на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначаемых для УРС) для соответствующих N-1 азимутальных радионаправлений [16-19].

Определяют также и величину каждого из N-1 значений угла прихода радиосигнала в точку приема с координатами местоположения УРСj при передачи радиосигнала от УРСi на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначаемых для УРСi для соответствующих N-1 азимутальных радионаправлений [16-19].

По полученным данным формируют частотное расписание на последующий кадровый интервал Т_к работы ВСС с указанием для каждого из двух УРС, взаимодействующих по каждому из М радионаправлений, данных об одном значении ОРЧ, N-1 значениях угла прихода радиоволн, мощности излучения, а также данных о единых для всех УРС виде предаваемого (принимаемого) сигнала и скорости передачи информации, которые доводят центральным УРС1 до каждого периферийного УРСj в конце каждого интервала Т_к путем передачи технологических радиограмм, описанным выше способом.

Для обеспечения адаптации работы технических средств УРС ВСС к условиям распространения радиоволн по каждому радионаправлению в начальный интервал времени каждого кадрового интервала Т_к, соответствующего длительности первого тактового интервала ΔT₁ первого циклового интервала Т_ц1 передачу РГ от УРС1 не производят. В этот тактовый интервал на каждом из N УРС для каждого из N-1 азимутальных радионаправлений в соответствии с данными частотного расписания производят необходимые коммутации и изменение настройки соответствующих приемных и передающих технических средств, а также формирование его АПК N-1 диаграмм направленностей, пространственное направление максимума каждой из которых соответствует направлению прихода радиосигнала, передаваемого от взаимодействующего по этому радионаправлению УРС на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначенным для работы этого УРС по соответствующим азимутальным радионаправлениям.

С началом следующего второго тактового интервала ΔТ₂ первого циклового интервала Т_ц1 каждого кадрового интервала Т_к работа ВСС осуществляется в соответствии с приведенным выше способом.

Для более детального пояснения сути предлагаемого способа на примере работы приведенной на фиг. 1 ВСС, на фиг. 2 представлены условные изображения во времени огибающих радиосигналов (радиограмм - РГ), излучаемых радиопередающим центром (РПдЦ) и принимаемых радиоприемным центром (РПЦ) каждого УРС. С целью упрощения представления работы ВСС во времени передаваемые РГ изображены в положительной области оси абсцисс, а принимаемые РГ - в отрицательной области оси абсцисс.

На фиг. 2 использованы следующие обозначения:

- ΔT₁ (ΔТ₂, ΔТ₃, ΔТ₄, ΔТ₅) - тактовый интервал длительностью ΔТ, соответствующий 1-му (2-му, 3-му, 4-му, 5-му) временному положению в каждом цикловом интервале длительностью ΔТ_ц=ΔT·N=ΔТ·5;

- Т_ц1 (Т_ц2, Т_ц3, …) - цикловой интервал с порядковым номером 1, 2, 3, …,L);

- Т_РГ - длительность передаваемого (принимаемого) радиосигнала (РГ);

- τ_p(i→j) - время, необходимое радиосигналу для преодоления расстояния от УРСi до УРСj;

- τ_зр - задержка момента начала переизлучения (ретрансляции) радиосигнала УРС (любым) относительно момента окончания его приема, соответствующая времени обработки принимаемой РГ в УРС.

Непрерывное формирование тактовых, цикловых и кадровых последовательностей импульсов и интервалов в каждом УРС может осуществляться программно в формирователе сигналов управления УРС [14, 15], в качестве которого должна использоваться ЭВМ.

Для обеспечения синфазной работы программных счетчиков всех УРС могут использоваться, как отмечалось выше, радиосигналы точного времени (для одновременной установки счетчиков в нулевое состояние) аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени УРС.

На фиг. 2 приведен пример работы ВСС, когда в первом цикловом интервале Т_ц1 центральным УРС1 в соответствующий ему временной интервал ΔT₁ передается радиограмма (РГ) длительностью Т_РГ (фиг. 2в), адресованная периферийному УРС4 (фиг. 2е). При этом периферийный УРС2 принимает РГ (фиг. 2г) с задержкой во времени равной τ_p(1→2) (время, необходимое радиосигналу для преодоления расстояния от УРС1 к УРС2) и переизлучает (ретранслирует) откорректированную РГ в адрес получателя РГ (УРС4) через время τ_зр (задержка во времени момента начала переизлучения радиосигнала относительно момента окончания его приема, соответствующая времени обработки принимаемой РГ в УРС2).

Аналогичным образом производится прием РГ и переизлучение в адрес УРС4 откорректированных образцов РГ от УРСЗ (фиг. 2д) и УРС5 (фиг. 2е) с учетом соответствующих величин τ_р(1→3) и T_p(1→5).

Получатель РГ (УРС4) производит прием РГ, переданной как по основному радионаправлению УРС1→УРС4 от центрального УРС1 (принятый образец РГ, задержанный относительно момента начала излучения РГ на величину τ_p(1-4), изображен на фиг. 2г сплошной жирной линией), так и по остальным прямым радионаправлениям от соответствующих периферийных УРС (УРС2, УРС3, УРС5), используемых на временном интервале ΔТ₁ в качестве ретрансляторов РГ, переданной УРС1 (принятые образцы радиограмм, задержанные во времени на соответствующие величины: τ_р(2→4), τ_р(3→4), τ_р(5→4), приведены на фиг. 2г для наглядности тонкими пунктирными и сплошной линиями с различными уровнями).

На фиг. 2 приведен пример, когда в отдельные тактовые интервалы времени ΔT_i, передача радиограмм соответствующими УРСi не производится (нет необходимости): в первом цикловом интервале Т_ц1 УРС2 не излучает РГ в соответствующий ему тактовый интервал ΔТ₂, УРС3 - в соответствующий ему тактовый интервал ΔТ₃. Аналогичные ситуации, когда нет необходимости передавать радиограммы в отдельные тактовые интервалы ΔT_i, приведены на фиг. 2 при работе ВСС во втором цикловом интервале Т_ц2 (ΔT₁, ΔТ₂, ΔТ₄, ΔТ₅) и начале циклового интервала Т_ц3.

В тактовый интервал ΔТ₄ первого циклового интервала Т_ц1 производится передача получателем РГ-УРС4 (фиг. 2е) радиограммы-квитанции в адрес отправителя исходной РГ-УРС1 (фиг. 2в).

В тактовый интервал ΔТ₅ первого Т_ц1 производится передача РГ УРС5 (фиг. 2ё) в адрес УРСЗ (фиг. 2д). Передача радиограммы-квитанции в обратном направлении - от УРСЗ (фиг. 2д) в адрес УРС5 (фиг. 2ё) производится, в отличие от предыдущего случая, в следующем цикловом интервале Т_ц2.

Из фиг. 2 видно, что длительность тактового интервала ДТ необходимо выбирать с учетом обеспечения приема и передачи РГ ретранслирующим УРСj, для которого время τ_p(i→j), необходимое радиосигналу для преодоления расстояния от УРСi до УРСj является максимальным (τ_{р max}).

В общем случае этот интервал можно выбирать из соотношения

Длительность каждой радиограммы Т_РГ (сек.), передаваемой любым УРС должна быть одной и той же величины, которую выбирают исходя из необходимого максимального объема предаваемых данных, как при передаче основной дискретной информации, так и при передаче технологической информации в виде данных частотного расписания.

При использовании для передачи радиограмм простых сигналов [1] (например, частотной телеграфии - ЧТ, или относительной фазовой телеграфии - ОФТ) со скоростью передачи V=1/Т_э (бит/с), где Т_э - длительность передаваемого элемента сигнала, объем передаваемых данных, содержащихся в одной радиограмме, равен В=Т_РГ·V (бит). Или длительность радиограммы, определяемая количеством двоичных элементов В (бит) передаваемого сигнала, можно записать в виде

При использовании методов уплотнения сигналов [1], когда одному элементу передаваемого сигнала соответствует k бит передаваемой информации, где k - кратность уплотнения, например, при частотном уплотнении, когда передаваемый поток данных распределяется на k параллельных частотных каналов [21] выражение (3) можно записать в виде

где Т_э - длительность элемента сигнала в каждом частотном канале при условии передачи информации простыми сигналами.

Если в каждом частотном канале используются сложные сигналы, например, многократной относительной фазовой телеграфии (МОФТ) с кратностью уплотнения m [1], то выражение (4) при использовании в УРС ВСС сигналов с частотным уплотнением, в том числе с ортогонально-частотным разделением - типа OFDM [21], для высокоскоростной передачи информации по KB радиоканалу связи, то выражение (4) примет вид

Выражение (5) позволяет определить длительность РГ исходя из требуемого объема данных, передаваемыми как простыми, так и сложными (с использованием методов уплотнения) сигналами. Например, при использовании простых сигналов (m=1) без частотного уплотнения (k=1), выражение (5) принимает вид (3).

С учетом (5) выражение (2) по выбору минимальной длительности временного интервала передачи и приема РГ можно представить в виде

Длительность циклового интервала, как указывалось выше, определяется количеством N УРС в составе ВСС, т.е. Т_ц=N·ΔТ. Однако возможно увеличение циклового интервала, например, путем добавления R резервных временных интервалов ДТ для обеспечения возможности наращивания ВСС при введении новых Z УРС, либо предоставления отдельным УРС дополнительных временных интервалов для передачи радиограмм с большей интенсивностью по отношению к другим УРС. В общем случае этот интервал можно определить в виде

Рассмотрим один из примеров выбора длительности интервалов ΔТ и Т_ц для ВСС (фиг. 1), в которой для передачи РГ каждый УРС может излучать многочастотный сигнал с частотным уплотнением канальных сигналов со следующими характеристиками:

- число каналов - 20;

- вид модуляции - ДОФТ (двукратная относительная фазовая телеграфия);

- длительность элемента сигнала в каналах - 8,33 мс;

- скорость передачи в каналах - 240 бит/с;

- скорость передачи общая - 4800 бит/с.

Из характеристик сигнала следует, что k=20, m=2. При выбранном объеме РГ В=10⁴ бит (двоичных элементов) и для случая, когда τ_{р max}=4 мс (4·10^-3 с) можно определить:

1) ΔТ≥2·10⁴·4·10^-3·8,33·10^-3+2·4·10^-3=0,6744 (с), выбираем ΔT=1с - путем округления до ближайшего целого числа секунд, что обеспечит синхронизацию каждого УРС с помощью секундных меток с выхода соответствующей приемной аппаратуры определения координат и меток точного времени (радиоприемник сигналов глобальной навигационной системы GPS/ ГЛОНАСС).

2) ΔТ_ц=ΔТ·N=5 (с).

Длительность кадрового интервала ΔТ_ц=L·ΔТ_ц (в цикловых интервалах или часах) выбирается на основе данных об интервале стационарности состояния ионосферы над территорией региона, где развернута ВСС и может быть определена теоретически или экспериментально, в процессе опытной эксплуатации развернутой ВСС путем сравнения эффективности работы ВСС при различных значениях величины ΔТ_к, например, при ΔТ_п=1 час; 0,5 час; 0,25. час.

Произведем количественную оценку повышения помехоустойчивости передачи данных по KB радиоканалу предлагаемого изобретения по отношению к прототипу на примере ВВС, приведенной на фиг. 1.

Сравнение помехоустойчивости передачи данных будем проводить по величине вероятности правильного приема РГ получателем, т.е. вероятности того, что при передаче одной РГ получатель примет РГ без единой ошибки после проведения коррекции ошибочно принятых символов в демодулированной двоичной последовательности в соответствии с исправляющей способностью используемого кода.

Сравнение будем проводить при работе всех УРС ВСС как по известному способу передачи данных, так и по предлагаемому способу в одних и тех же режимах и при одних и тех же условиях распространения радиоволн по каждому радионаправлению.

1. Пусть центральный УРС1 передает одну радиограмму (РГ) в адрес наиболее удаленного УРС4 известным способом по азимутальному радионаправлению прямой радиосвязи УРС1→УРС4 на ОРЧ(1↔4).

Предположим, что вероятность Р правильного приема РГ УРС4 по этому радионаправлению равна Р=0,7.

2. Пусть этот же УРС1 передает эту же РГ в адрес УРС4 предлагаемым способом. В этом случае вероятность P₁ правильного приема РГ УРС4 по основному радионаправлению прямой радиосвязи УРС1→УРС4 на ОРЧ(1↔4) также будет равна P₁=Р=0,7, т.к. режимы работы технических средств УРС1 и УРС4 и условия связи не изменяются.

Однако, в этом случае, кроме основного образца РГ, принятого по основному радионаправлению УРС1→УРС4, в электронную память УРС4 будут записаны и дополнительные образцы РГ, принятые УРС4 от других УРС со следующими значениями вероятности правильного приема РГ:

- P₂ от УРС2 по радионаправлению УРС2 → УРС4 на ОРЧ(2↔4);

- Р₃ от УРС3 по радионаправлению УРС3 → УРС4 на ОРЧ(3↔4);

- P₄ от УРС5 по радионаправлению УРС5 → УРС4 на ОРЧ(5↔4).

При этом результирующая вероятность Р_р того, что хотя бы один образец РГ будет принят УРС4 правильно, будет равна [23], с. 50:

В наихудшем случае, когда вероятность правильного приема РГ УРС4 по каждому из трех вышеуказанных радионаправлений с ретрансляцией РГ меньше значения P₁=0,7, например, при P₂=0,5, Р₃=0,6, Р₄=0,65,

Из рассмотренного примера следует, что даже при наихудших условиях связи достигается существенное повышение помехоустойчивости передачи данных по KB радиоканалу в ВСС при использовании предложенного способа по отношению к известным способам (Р_р>Р).

Подобный результат можно получить и в том случае, когда во всех четырех принятых УРС4 образцах РГ имеются ошибки и производится в соответствии с предлагаемым способом поэлементное дискретное сложение нечетного количества образцов РГ. В этом случае вероятность ошибочной регистрации двоичного символа в результирующей РГ (после дискретного сложения образцов РГ) определяется по формуле, приведенной в [23], с. 437.

Более того, из формулы (8) и [23], с. 437 следует, что чем больше количество N УРС в составе ВСС, тем больший достигается выигрыш по помехоустойчивости передачи данных.

В заключении следует отметить, что использование предлагаемого способа обеспечивает:

- работу всех УРС ВСС в режиме KB радиосети;

- существенное повышение помехоустойчивости передачи данных по каждому из М=N(N-1)/2 азимутальных радионаправлений прямой KB радиосвязи между соответствующими двумя УРСi и УРСj ВСС с различными порядковыми номерами без увеличения мощности имеющихся в каждом УРС передающих средств;

- улучшение условий электромагнитной совместимости приемных и передающих технических средств одного из УРС ВСС, назначаемого центральным, без пространственного их разнесения, а соответственно, и без увеличения площади для развертывания центрального УРС ввиду того, что исключена необходимость одновременной передачи и приема сигналов в каждом УРС.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений.- М.: Советское радио, изд. 2-е, переработанное, дополненное, 1970. - 728 с.

2. Зачатейский Д.Е, Шадрин Б.Г. О точности краткосрочного прогнозирования условий распространения KB радиоволн на основе модели ионосферы IRI // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2006. - Вып. 11. С. 29-39.

3. Зачатейский Д.Е, Шадрин Б.Г. Выбор оптимальных рабочих частот на коротроволновых радиолиниях // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2007. - Вып. 12. С. 50-63.

4. Свешников Ю.К., Лобачева С.Ю., Мухаметова А.А., Васенина А.А. Методика ЛЧМ зондирования // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2007. - Вып.14. С. 24- 31.

5. 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.

6. Лузан Ю.С., Хмырова Н.П. Адаптивная радиосвязь в ДКМ диапазоне частот. Современное состояние и тенденции развития // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2008. - Вып.13. С. 3-24.

7. Венскаускас К.К., Венскаускас Э.К., Венскаускас Г.К. Повышение помехозащищенности радиоприема на судах посредством адаптивной компенсации помех // Ведомственные корпоративные сети и системы. 2007. № 2, С. 116-142.

8. Березовский В.А., Фомин В.В., Хазан В.Л. Сеть коротковолновой автоматической радиосвязи для систем мониторинга территориально рассредоточенных объектов // Успехи современной радиоэлектроники. 2010. № 12, С. 3-16.

9. Комарович В.Ф., Романенко В.Г. KB радиосвязь. Состояние и направления развития // Зарубежная радиоэлекроника.1990. № 12, С. 3-16.

10. Будяк B.C., Кисмерешкин В.П., Варфоломеев А.А., Карасева О.В. Оценка энергетических потерь коротковолновых радиолиний // Омский научный вестник. 2010. № 3, С. 258-263.

11. Автоматизированная радиосвязь с судами / Под редакцией К.А. Семенова. - Л.: Судостроение, 1989. - 336 с.

12. Зачатейский Д.Е, Шадрин Б.Г. Оптимизация состава основных технических средств многоканальных узлов коротковолновой радиосвязи при их разработке и модернизации // Успехи современной радиоэлектроники. 2011. № 11, С. 37-42.

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

14. Патент № 2 428 792, Россия, МПК Н04В 7/00 (2006.01).

Автоматизированный радиоузел коротковолновой связи / Березовский В.А., Селиванов О.А., Дулькейт И.В., Шадрин Б.Г., Будяк B.C. / Опубл.: 10.09.2011. Бюл. № 25.

15. Патент №2475958, Россия, МПК Н04В 7/00 (2006.01), Н04В 15/02 (2006.01). Автоматизированная приемопередающая система коротковолновой связи / Дулькейт И.В., Шадрин Б.Г., Будяк B.C., Ворфоломеев А.А. / Опубл.: 20.02.2013. Бюл. № 5.

16. Шпионский Ш.Г. Инструкция по расчету коротковолновых линий радиосвязи. М.: ИЗМИРАН.,1961 г., 126 с.

17. Иванов В.А., Иванов Д.В., Рябова Н.В. Зондирование ионосферы и декаметровых каналов связи сложными сигналами// Вестник Марийского государственного технического университета, 2010 г., № 1 (8). - С. 3-37.

18. Страница «Review of HF propagation analysis & prediction programs» сайта LUXORION - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http//www.astorosurf.com/luxorion/qsl-review-propagation-software-dos.htm.

19. Барабашов Б.Г., Анишин М.М. Программный комплекс прогнозирования траекторных и энергетических характеристик радиоканалов диапазона 2-30 МГц «Трасса» (часть 1) // «Техника радиосвязи», 2013 г., вып. 1(19). С. 25-34.

20. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: «Советское радио». 1972. - 152 с.

21. Киселев A.M., Манохин В.В, Рыжов Н.Ю., Шаталова Г.В. Способ реализации высокоскоростного параллельного модема // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2006. - Вып.11. С. 5-15.

22. Аппаратура передачи дискретной информации / Под ред. A.M. Заездного и Ю.Б. Окунева. - М.: Связь. 1970. - 150 с.

23. Вентцель Е.С.Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969. - 576 с.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при разработке или модернизации ведомственных систем коротковолновой (KB) радиосвязи. Технический результат - повышение помехоустойчивости передачи данных по KB радиоканалу между каждыми двумя КВ приемопередающими узлами радиосвязи УРСi и УРСj ведомственной системы связи (BCC) с различными порядковыми номерами без увеличения мощности имеющихся в каждом УРС передающих технических средств, а также улучшение условий электромагнитной совместимости KB приемных и передающих технических средств одного из УРС, назначаемого центральным, без их пространственного разнесения, а соответственно, и без увеличения площади для развертывания центрального УРС. Способ повышения помехоустойчивости передачи данных по коротковолновому (KB) радиоканалу в BCC, состоящей из N однотипных УРС, заключается в частотно-временном разделении радиоканалов, при этом УРС в режиме передачи подключают к передающей антенне, диаграмма направленности которой соответствует условиям распространения радиоволн на азимутальном радионаправлении к УРС, работающему в режиме приема. На УРС, работающем в режиме приема, производят пространственную селекцию отраженного от ионосферы переданного радиосигнала его антенно-приемным комплексом (АПК), одна из выбранных для приема диаграмм направленностей которого соответствует условиям распространения радиоволн на азимутальном радионаправлении, после чего принимаемый сигнал подвергают дальнейшей фильтрации, демодуляции и декодированию с обнаружением и исправлением ошибочно принятых двоичных символов, при этом для осуществления адаптации параметров каждого УРС по используемой рабочей частоте, скорости передачи информации, мощности излучения, а также пространственной ориентации диаграммы направленности АПК и диаграммы направленности предающей антенны осуществляют в зависимости от условий распространения радиоволн при работе по каждому из N-1 азимутальных радионаправлений УРС1↔УРСj. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения помехоустойчивости передачи данных по коротковолновому (KB) радиоканалу в ведомственной системе связи (ВСС), состоящей из N однотипных KB приемопередающих узлов радиосвязи (УРС), в соответствии с которым при ведении прямой симплексной радиосвязи между каждыми двумя УРС, один из которых УРС1 с условным порядковым номером 1 является центральным, а другой УРСj с условным порядковым номером j=2, 3, 4, …, N является периферийным, по соответствующему азимутальному радионаправлению, условно обозначаемому как УРС1↔УРСj или УРСj↔УРСl, на соответствующей этому радионаправлению оптимальной рабочей частоте (ОРЧ), условно обозначаемой как OPЧ(1↔j) или OPЧ(j↔1), где знак ↔ обозначает симметричность радионаправления при передаче радиосигнала как в направлении от УРС1 к УРСj (УРСl→УРСj), так и в обратном направлении - от УРСj к УРС1 (УРСj→УРС1), с использованием одного и того же значения ОРЧ, на УРС, передающем двоичную информацию, производят ее кодирование помехоустойчивым кодом и с использованием передатчика, подключаемого к передающей антенне, диаграмма направленности которой соответствует условиям распространения радиоволн на азимутальном радионаправлении, производят излучение радиосигнала на ОРЧ с необходимой мощностью и скоростью передачи информации, а на УРС, принимающем информацию, производят пространственную селекцию отраженного от ионосферы переданного радиосигнала его антенно-приемным комплексом (АПК), одна из выбранных для приема диаграмм направленностей которого соответствует условиям распространения радиоволн на азимутальном радионаправлении, после чего принимаемый сигнал подвергают дальнейшей фильтрации, демодуляции и декодированию с обнаружением и исправлением ошибочно принятых двоичных символов, при этом для осуществления адаптации параметров каждого УРС по используемой рабочей частоте, скорости передачи информации, мощности излучения, а также пространственной ориентации диаграммы направленности АПК и диаграммы направленности передающей антенны в зависимости от условий распространения радиоволн при работе по каждому из N-1 азимутальных радионаправлений УРСl↔УРСj на центральном УРС проводят оперативные сеансы зондирования ионосферы, по результатам каждого сеанса составляют частотное расписание работы ВСС на последующий выбранный интервал времени работы ВСС с указанием необходимых данных для изменения настройки технических средств каждого УРС, отличающийся тем, что во всех УРС ВСС непрерывно и синхронно формируют одни и те же последовательности тактовых, цикловых и кадровых импульсов, последовательности тактовых импульсов определяют моменты следования соответствующих тактовых интервалов ΔT_i длительностью ΔТ каждый, последовательности цикловых импульсов определяют моменты следования соответствующих цикловых интервалов ΔТ_цr, каждый длительностью $$\Delta T_{ц}={\displaystyle \sum _{i=1}^N\Delta T_i=N\cdot \Delta T}$$ , где i=1, 2, 3, …, N, определяет порядковый номер временного положения каждого тактового интервала в каждом цикловом интервале, последовательности кадровых импульсов определяют моменты следования соответствующих кадровых интервалов, каждый длительностью $$\Delta T_{к}={\displaystyle \sum _{r=1}^L\Delta T_{цr}=L\cdot \Delta T_{ц}}$$ , где r=1, 2, 3, …, L, определяет порядковый номер временного положения каждого циклового интервала в каждом кадровом интервале, в пределах которого параметры технических средств всех УРС ВСС, устанавливаемые в соответствии с частотным расписанием, сохраняют постоянными, синфазное формирование всеми УРС последовательностей тактовых, цикловых и кадровых импульсов обеспечивают за счет приема каждым УРС радиосигналов единого точного времени, при этом в каждом цикловом интервале ΔТ_цr от каждого УРСi с порядковым номером i, совпадающим с порядковый номером тактового интервала ΔТ_i, возможно передать только один пакет данных в виде радиограммы (РГ) фиксированной длительности Т_PГ<ΔТ/2, адресованной получателю УРСj с порядковым номером j=2, 3, 4, …, N при j≠i, по соответствующему одному из N-1 азимутальных радионаправлений прямой радиосвязи, причем во времени начало излучения РГ от УРСi совмещают с началом соответствующего тактового интервала ΔТ_i, при этом на каждом другом УРСk с порядковым номером k=2, 3, 4, …, N при k≠i, k≠j производят прием переданной РГ с идентификацией ее адресной части и, если РГ адресована другому УРС - УРСj, то производят ее ретрансляцию в адрес получателя в пределах этого же тактового интервала ΔТ_i по соответствующему радионаправлению прямой радиосвязи УРСk↔УРСj на соответствующей OPЧ(k↔j) при условии, что процент ошибочно принятых двоичных символов в принятой РГ не превышает установленной пороговой величины, по результатам приема на различных частотах в электронную память УРСj кроме образца РГ, принятого по основному азимутальному радионаправлению (УРСi↔УРСj), записывают и Q других образцов РГ, где Q≤N-2, принятых по соответствующим другим Q радионаправлениям от ретранслирующих УРС, после чего из всех Q+1 образцов РГ, принятых на УРСj, выбирают в качестве принятой радиограммы один из образцов РГ, в котором не обнаружено ошибок, при этом если во всех Q+1 образцах РГ обнаружены ошибки и величина Q является четным числом, то все образцы радиограмм совмещают во времени и получают результирующую РГ методом поэлементного дискретного сложения всех образцов РГ, которую считают в качестве принятой РГ, если величина Q является нечетным числом, то результирующую РГ получают аналогичным образом, но с исключением из процесса поэлементного дискретного сложения образцов РГ одного из Q+1 образцов РГ с наибольшим количеством ошибочно принятых символов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сеанс оперативного зондирования ионосферы на центральном УРС проводят во второй половине каждого кадрового интервала Т_к параллельно с основной его работой по передаче и приему РГ, в процессе которого для каждого азимутального радионаправления УРСi↔УРСj из общего количества М=N(N-1)/2 возможных радионаправлений ВВС прямой радиосвязи между каждыми двумя УРС с различными порядковыми номерами назначают одно значение OPЧ(i↔j) в пределах от 0,7 до 0,9 от значения максимально применимой частоты (МПЧ) радионаправления, отличающегося от значения ОРЧ, назначаемого для любого другого радионаправления, а также определяют величину каждого из N-1 значений угла прихода радиосигнала, отраженного от ионосферы, в точку приема с координатами местоположения УРСi при передаче радиосигнала от УРСj на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначаемых для УРСj для соответствующих N-1 азимутальных радионаправлений, и величину каждого из N-1 значений угла прихода радиосигнала в точку приема с координатами местоположения УРСj при передаче радиосигнала от УРСi на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначаемых для УРСi для соответствующих N-1 азимутальных радионаправлений, и формируют частотное расписание на последующий кадровый интервал Т_к работы ВСС с указанием для каждого из двух УРС, взаимодействующих по каждому из М радионаправлений, данных об одном значении ОРЧ, N-1 значениях угла прихода радиоволн, мощности излучения, а также данных о единых для всех УРС виде предаваемого или принимаемого сигнала и скорости передачи информации, которые доводят центральным УРС до каждого периферийного УРС в конце каждого интервала Т_к путем передачи технологических радиограмм, описанным выше способом, при этом в начальный интервал времени каждого кадрового интервала Т_к, соответствующего длительности первого тактового интервала ΔT₁ первого циклового интервала Т_ц1, определяющего начало каждого кадрового интервала, передачу РГ от УРС1 не производят, в этот тактовый интервал на каждом УРС для каждого из N-1 азимутальных радионаправлений в соответствии с данными частотного расписания, полученными в конце предыдущего кадрового интервала, производят необходимые коммутации и изменение настройки соответствующих приемных и передающих технических средств и формирование его АПК N-1 диаграмм направленностей, пространственное направление максимума каждой из которых соответствует направлению прихода радиосигнала, передаваемого от взаимодействующего по этому радионаправлению УРС на соответствующей одной из N-1 ОРЧ, назначенным для работы этого УРС по соответствующим азимутальным радионаправлениям, с началом следующего второго тактового интервала ΔТ₂ первого циклового интервала Т_ц1 каждого кадрового интервала Т_к работа ВСС осуществляется в соответствии с приведенным выше способом с параметрами каждого УРС ВСС, адаптированными к условиям распространения радиоволн по каждому азимутальному радионаправлению.