Введение к работе
В настоящее время наряду с разработкой новых и перспективных методов и средств передачи информации продолжается интенсивное использование традиционных систем связи. К последнш относятся в частности системы радиосвязи коротковолнового (КБ) диапазона, использующего для передачи информации радиоволны, отрагвннне от ионосферы. По целому ряду причин ионосферный канал связи (ИКС) интенсивно эксплуатируется, в связи с чем в полосе приема возможно наличие сигналов одной или нескольких радиостанций, а такие разнообразных шумов, что сникает качество принимаемой информации.
Метода пространственной фильтрации и обработки радиосигналов в точке приема не требуют повышения энергетики радиолинии и при относительной простоте их реализации позволяют добиться существенного улучшения качества приема информации и повышения эффективности использования ИКО без повышения стоимости ого эксплуатации. В основе методов пространственной обработки легат метод взвешенного суммирования напряжений, возбуадаешх в разнесенных яо пространству внтегашх элементах (АЭ) и формирования определенной дивграмш направленности (ДН) приемной системи.
Существуют два репеная, реализующие методы пространственной обработки: фазированные антенные решетка (ФАР) с неизменным вектором весовых коэффициентов (ВВК) я адаптивные антенные решетки (ААР), автоматически приспосабливающиеся к изменявшейся внешней элейтромапштной обстановке.
Особенности - ИЕС ограничивают возможность практического применения ФАР и ААР. Развитые в настоящей работе методы пространственной фильтрацак такке основаны на различая угловых спектров полезного сигнала и помехи, но обладают некоторыми преимуществами перед методами, пслшвшшш в основу функционирования ФАР и ААР.
Пространственны? фильтр с оптимизированной ДН (Upt с 0ДЕІ), такгэ как ФАР к ДАР, состоит из нескольких пространственно разнесенных антенн, объединенных системой
весового сложения. ПрФ с ода представляет собой компромиссный вариант этих устройств пространственно-времэнной обработки. идеология его работы учитывает специфические особенности распространения радиоволн в ЮСС, что позволяет решать ряд задач, связанных с использованием радиоволн декаметрового диапазона.
актуальность темы, определяется: t. Важной ролью ионосферного канала в системах связи , его возрастающей загруженность!) и, как следствие, увеличением числа и мощности помех в полосе приема полезного сигнала.
2. Относительно низкой помехозащищенностью ЖС, обусловленной
его специфжой.
-
Отсутствием надежных методов и технических решений, обеспечивающих достоверную передачу информации по ИКС в присутствии многолучевой узкополосной станционной помехи.
-
Перспективность» методов пространственной фильтрации и возмокностью их использования в других открытых каналах радиосвязи, а также в иных областях науки и техники.
Общая постановка задачи, решаемой в работе, ыокет быть сформулирована слэдувдим образом.
В ионосферном канале одновременно присутствуют в полосе приема многолучевые сигнал и помеха, отличающиеся азимутальными углами прихода. В точке приеми имеется система пространственно разнесенных антенн, объединенных в одно устройство таки^ образом, что напряжения с них ушюхаются на весовые коэффициенты м складываются. Число весовых коэффициентов шкет быть меньше числа лучей помехи.
Необходимо найти такой ВВК, который обеспечивает максимальное отношение сигнал/помеха (ОСП) или сигнал/помеха+шум (ОСПШ) на выходе ПрФ и остается постоянным до тех пор, пока помеховая обстановка не изменится.
Решение ищется при условии, что априорная информация о сигнале и помехе ограничена, причем возможны следующие частные случаи:
1. Априори известна некоторая информация о пространственных свойствах сигнала и помехи: пространственные спектры многолучевых сигнала и помехи тяготеют к плоскости большого круга Земли; известны азимутальные углы прихода сигнала и/или помехи.
2. Априори известно, что сигнал модулирован (манипулировав) по фазе или частоте; вид модуляции помехи неизвестен и мокет совпадать с видом модуляции сигнала.
Целью работа является:
-
Разработка и обоснование структуры ПрФ, предназначенного для приема сигнала, пэредаваемого по ИКС, в присутствии многолучевой помехи.
-
Разработка методов и алгоритмов поиска векторов весовых коэффициентов ПрФ, обеспечивавших прием с помощью ПрФ полезного сигнала в присутствии помехи.
-
Создание програмдаого оСесгачеїшя для расчета ВВК ПрФ, анализа направленных свойств и эффективности работа ПрФ с ОДК.
4. Исследование с помощью математического моделирования
работоспособности методов пространственной фильтрации в
условиях, адекватных ионосферному каналу связи.
5. Проверка развитых представлений о возможности
использования ПрФ для целей оптимизации приема в ИКС в
реальном физическом эксперимента.
Научная, новизна заклвчается в том, что: і. Предложена новая идеология фушщаонировапия пространственного фильтра, предназначенного для работы в ИКС, учятыввнцая одну из физических особенностей .распространения радиоволн в этом канале, а именно - расположение волновых векторов всех распространяющихся по ИКС модов в одной вертикальной плоскости - плоскости большого круга Земли, содержащей точку излучения и точку приема.
2. ПредлоЕвны методы расчета вектора весовых коэффициентов и
алгоритмы функционирования пространственных фильтров с
оптимизированной диаграммой направленности, учнтываиаие
особенности распространения волн в ИКС.
3. Предлоген алгоритм выделения с помощью ПрФ фазо- или
частотномодулированного сигнала на фоне шумов и помех, в том
числе и сигналоподобиых, при отсутствии в точке приема
опорного сигнала или какой-либо другой априорной информации о
сигнале и помехе, ч тага» при отсутствии информации об
амплитудно-фазовых характеристиках ветвей ПрФ.
4. Разработан матричный способ расчета коэГ'лцявнта
направленного действия плоских антенных решеток и ПрФ на лх
базе, в том случае, когда ДН антенных элементов зависит от азимута и угла места.
Практическая значимость работы определяется тем, что:
-
Применение разработанного пространственного фільтра с оптимизированной диаграммой направленности позволяет повысить помехоустойчивость приема сигнала. передаваемого по ионосферному каналу связи р присутствии многолучевой помехи равной мощности более чем на порядок (10...20 дБ).
-
Разработанный ПрФ с ОДН может бить использован для наблюдения за электромагнитной обстановкой на приемных радиоцентрах и ее отображения в реальном времени.
3. Разработанные метода, алгоритмы и программы для расчета и
автоматического поиска оптимального вектора весовых
кожМиционтов обеспечивают создание высокоэффективных ПрФ с
ОДН, предназначенных для работы в системах коротковолновой
радиосвязи и пеленгации, использующих ионосферный канал, а
также позволяют использовать их при разработке и анализе
направленных свойств фазированных антенных решеток и ПрФ
любой конфигурации и любого диапазона радиоволн.
На защиту вшюсится:
1. Способ и математические методо оптимизации параметров ПрФ
и алгоритма его функционирования в условиях ограниченной
априорной информации о принимаемом сигнале и помехах,
учитывающие основные особенности распространения радиоволн в
ионосферном кана\пб связи.
2. Матрично-иторациоюши способ расчета вектора весовых
коэффициентов, оптимизирующего интегральные характеристики
ПрФ и программное обеспечение для реализации этого способа.
3. Алгоритм разделения с помощью ПрФ неизвестного
информационного сигнала и сигналоподобноЯ помехи при
отсутствии дополнительной априорной информации.
4. Экспериментальные доказательства {эффективности
использования оптимизированного ПрФ как средства борьбы с
многолучевой помехой и как средства определения азимутального
угла прихода многолучевого поля в ионосферном канапе связи.
Апробвтая работы
Результаты диссертационной работы докладывались на - 42-й Всесоюзной сессии НТО РЗС им. А.С. Попова;
Всесоюзном семинаре "Распространение радиоволн в
ионосфере" (Калининград, 1989 г.);
Всесоюзной конференции "Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования" (Тамбов, 1991 г.);
семинарах лаборатории распространения радиоволн кафедры физики атмосферы и математической геофизики физического факультета МТУ.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 6 статей, список которых приведен в конце реферата.
Структура работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературы. Объем работы (без приложений)- 140 страниц печатного текста ; 52 рисунка ; 2 таблицы. Библиография - 130 наименований.
