ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ УЗЛОВ РАДИОСВЯЗИ И КОМПЛЕКСОВ СВЯЗИ КОРОТКОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА
1.1 Принципы построения действующих автоматизированных узлов радиосвязи….20
1.2 Результаты сравнительной оценки современных комплексов связи.
1.3 Анализ антенн и антенно-фидерных систем из состава узлов радиосвязи………..36
1.3.1 Определение требований к диаграмме направленности антенны в зависимости от протяженности радиотрасс
1.3.2 Антенны стационарных узлов радиосвязи
1.3.2.1 Вибраторы горизонтальные диапазонные (ВГД) и вибраторы горизонтальные диапазонные шунтовые (ВГДШ)
1.3.2.2 Уголковые горизонтальные вибраторы
1.3.2.3 Антенны бегущей волны
1.3.2.4 Синфазные горизонтальные диапазонные антенны.
1.3.2.5 Ромбические антенны.
1.3.2.6 Многоканальные антенные приемные комплексы с аналоговыми диаграммообразующими устройствами.
1.4 Выводы по главе 1
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА МНОГОКАНАЛЬНОГО ПРИЕМА С ЦИФРОВЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТЕЙ В УЗЛАХ РАДИОСВЯЗИ КВ ДИАПАЗОНА
2.1 Анализ расхождения характеристик направленности антенн и параметров радиотрассы в системе КВ радиосвязи
2.2 Разработка метода многоканального приема с цифровым формированием диаграмм направленностей
2.3 Разработка структуры радиоприемного центра узла радиосвязи, реализующего метод многоканального приема с цифровым формированием диаграмм направленностей.
2.4 Анализ алгоритма функционирования радиоприемного центра, реализующего метод многоканального приема с цифровым формированием диаграмм направленностей.
2.5 Оценка эффективности узла радиосвязи, реализующего метод многоканального приема c цифровым формированием диаграмм направленностей
2.6 Проблема сужения диаграммы направленности адаптивного алгоритма диаграммообразования и ее расширение.
2.7 Построение многоканальных цифровых радиоприемных устройств для применения в системах с цифровыми фазированными антенными решетками.
2.8 Выводы по главе 2
3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНОВЬ СОЗДАВАЕМЫХ И МОДЕРНИЗИРУЕМЫХ КВ ОДНОУЗЛОВЫХ И РАСШИРЕННЫХ МНОГОУЗЛОВЫХ ВЕДОМСТВЕННЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ СПЕЦИАЛЬНОГО И ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ РАБОТЕ ПО АСИММЕТРИЧНЫМ РАДИОНАПРАВЛЕНИЯМ……………………………………………………………………………..112
3.1 Метод повышения эффективности, действующей КВ одноузловой ведомственной системы связи при ее модернизации
3.2 Разработка метода повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по КВ асимметричным радионаправлениям расширенной многоузловой ведомственной системы связи…………………………………………………………………………………………………117
3.3 Анализ функционирования расширенной многоузловой ведомственной системы связи, реализующей метод повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по КВ асимметричным радионаправлениям
3

3.4 Оценка эффективности предложенного метода повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по ДКМВ асимметричным радионаправлениям расширенной многоузловой ВСС
3.5 Выводы по главе 3
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА АДРЕСНЫХ РАДИОГРАММ В КОМПЛЕКСАХ И УЗЛАХ РАДИОСВЯЗИ КВ ДИАПАЗОНА……………………….154
4.1 Разработка метода передачи адресных радиограмм и разработка передающего комплекта комплекса КВ радиосвязи, реализующего этот метод
4.2 Разработка оптимального алгоритма поиска служебной адресной последовательности принимаемых радиограмм
4.3 Разработка метода приема адресных радиограмм и разработка приемного комплекта комплекса КВ радиосвязи, реализующего этот метод
4.4 Метод расчета вероятностей правильного и ложного обнаружения служебной адресной последовательности принимаемых радиограмм.
4.5 Разработка и анализ метода повышения помехоустойчивости приема адресных радиограмм
4.6 Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ………………………………………………………………………………193 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПАТЕНТЫ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, проведен анализ степени разработанности исследуемой научной проблемы и обоснованы подходы к ее решению, поставлена цель работы, сформулированы задачи исследования и основные результаты, выносимые на защиту, указаны научная новизна и практическая значимость работы, а также степень достоверности результатов.
В первой главе представлен анализ принципов построения современных действующих автоматизированных узлов радиосвязи (УРС) и комплексов связи коротковолнового диапазона, а также используемых антенн и антенно-фидерных устройств стационарных и мобильных УРС. Приведены результаты экспертного опроса, отражающего оценку современных комплексов связи по критерию возможности их использования при построении сети специальной КВ радиосвязи. Наиболее эффективным в данном исследовании признан УРС «Модернизированный комплекс технических средств» (МКТС-1), который в исследовании стал базовым, и относительно которого рассматривался положительный эффект, обеспечиваемый предлагаемыми методами повышения эффективности радиосвязи.
Определена актуальность исследования, которая обусловлена возрастающими требованиями к количеству каналов приема на приёмных узлах связи при увеличении требований к энергетике, связанных с применением высокоскоростных адаптивных радиолиний.
Показана целесообразность разработки методов приема на основе цифрового формирования диаграмм направленности, а также методов повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных для повышения эффективности работы узлов и ведомственных систем радиосвязи.
Во второй главе представлен анализ расхождения характеристик направленности антенн и геометрии радиотрасс в системе КВ радиосвязи. По результатам анализа сделан вывод, что к одному из перспективных направлений существенного повышения энергетики КВ радиолиний можно отнести работы по обеспечению согласования пространственных параметров приемных и передающих антенн взаимодействующих УРС с динамическими параметрами КВ радиотрасс. Данное согласование может быть обеспечено цифровым диаграммообразованием ФАР с адаптацией по вектору прихода радиоволны.
Предложен метод многоканального приема с цифровым формированием диаграмм направленности фазированных антенных решеток и структура (рисунок 1) радиоприемного УРС, реализующего предлагаемый метод.
АЭ1
fоп Упр.
Тест
Упр.
Упр.
Упр
Линия связи 1
Упр.
Упр.
Пер ест ра ева ем ый Упр ав ля ем ый преселектор аттенюатор
УВЧ
Высокочастотный тракт Аналого – цифровой модуль 1
DDC
Цифровой синус косинусный генератор
Децимирующий фильтр 1
Децимирующий фильтр 2
АЦП
ЦФНЧ 1
ЦФНЧ 2 Цифровой тракт
БФДН УДД fт1
fт2
АРМ1
АРМL ФСУ АОК
АПС
РРС
Линия связи
РПдЦ
ГОС
Перестраеваемый Управляемый
преселектор аттенюатор УВЧ
Высокочастотный тракт Аналого – цифровой модуль М
АЦП DDC
Цифровой синус косинусный генератор
Децимирующий фильтр 1
ЦФНЧ 1
ЦФНЧ 2 Цифровой тракт
Децимирующий фильтр 2
Блок управления
fт2
fт2
fоп МЦРПУ 1
МЦРПУ N
Упр.
АЭN
Линия cвязиN
Рисунок 1 – Схема электрическая структурная радиоприемного центра (РПмЦ) автоматизированного узла радиосвязи КВ диапазона.
Алгоритм работы УРС с предложенным методом в общем виде представляет следующую последовательность операций:
1.Перед началом проведения сеансов связи с радиоабонентами, в формирователь сигналов управления (ФСУ) вводится программа радиосвязи (время проведения сеанса, вид принимаемой и передаваемой информации; скорости приема и передачи данных, классы принимаемых и излучаемых сигналов; мощности излучения сигналов в сторону радиоабонентов, тексты передаваемых радиограмм, значения параметров радиотрасс – азимуты и углы возвышения радиолучей каждой из m (m=1,2,…,M) одновременно обслуживаемых радиотрасс, их протяженности, и т.д.), например, на сутки. Кроме того, в ФСУ вводят данные о координатах местоположения фазового центра антенной решетки (АР), образованной антенными элементами (АЭ1,…,АЭN) от аппаратуры определения координат местоположения и меток точного времени (АОК) по локальной информационной сети (ЛИС) и координаты размещения на местности всех антенных элементов: Ri (xi, yi , zi), i=1,2,…,N относительно фазового центра АР.
2. Под управлением СПО и введенных исходных данных в ФСУ для каждого антенного элемента (АЭ1,…,АЭN) определяется величина пространственного набега фазы ΦΣ i,m на расстоянии di,m при формировании m-ой диаграммы направленности, являющимся скалярным произведением векторов Ri и rm [8]:
Согласующее распределительное устройство
Мультиплексор локальной сети
Мультиплексор
di,m = ( Ri · rm) = { xi·ξxm + yi·ξym + zi·ξzm}, (1)
где: – rm = {ξxm ,ξym ,ξzm} – единичный вектор, определяющий направление в пространстве m-го приходящего луча от радиоабонента, и, следовательно, положение в пространстве биссектрисы m–й формируемой диаграммы направленности, m = 1,…,М; ξxm , ξym , ξzm – направляющие косинусы, определяющие положение единичного вектора rm в пространстве; Ri – вектор, соединяющий фазовый центр приемной АР (кольцевой, линейной, плоской), образованной антенными элементами, с местом размещения антенного элемента на плоскости (в пространстве).
3. С учетом исходных и расчетных данных ФСУ под управлением СПО вырабатывает коды управляющих сигналов для каждых из (NM) преселекторов, управляемых аттенюаторов, цифрового синус – косинусного генератора (ЦСКГ) и блока формирования диаграмм направленностей (БФДН).
4. После настройки всех аналого-цифровых модулей МЦРПУ производится их проверка с использованием ФСУ, который, после формирования сигналов управления, формирует в цифровом виде тестовый сигнал, поступающий в БУ каждого МЦРПУ аналогично цифровому групповому сигналу управления. Преобразованные в аналоговый вид тестовые сигналы с выходов БУ соответствующих МЦРПУ с частотами, соответствующими частотам настройки m аналого-цифровых модулей, подаются на входы тестовых сигналов соответствующих N согласующих распределительных устройств, которые обеспечивают их коммутацию на сигнальные входы соответствующих аналого- цифровых модулей МЦРПУ. Пройдя через все МЦРПУ, преобразованные в цифровую форму тестовые сигналы коммутируются мультиплексором на входы БФДН, где производится их обработка, после чего производится демодуляция и декодирование сигналов в устройстве демодуляции и декодирования (УДД) с последующей передачей результатов цифровой демодуляции и декодирования по ЛИС на базе коммутатора в ФСУ, где под управлением СПО сравниваются исходный переданный сигнал с принятыми сигналами.
5. После тестирования радиоприемного центра тестовые сигналы отключаются от входов тестовых сигналов согласующих распределительных устройств МЦРПУ и на их антенные входы подаются сигналы с выходов соответствующих антенных элементов (АЭ1,…,АЭN).
6. В каждом из МЦРПУ аналоговые сигналы с выходов согласующего распределительного устройства поступают на сигнальные входы аналого-цифровых модулей, где преобразуются с помощью соответствующих АЦП в цифровую форму, после чего с помощью соответствующих квадратурных преобразователей (Digital Down Converter – DDC) c ЦСКГ преобразуется в цифровые квадратурные сигналы с фазовым сдвигом. Затем эти сигналы фильтруются соответствующими ЦФНЧ 1 и ЦФНЧ 2 и обрабатываются первым и вторым децимирующими фильтрами (ДФ) соответственно.
7. Выходные квадратурные сигналы Сi и Si (i=1,…,M) аналого-цифровых модулей объединяются мультиплексорами МЦРПУ и через линии связи
мультиплексора поступают на соответствующие входы мультиплексора локальной сети, с выходов которого сигналы аналого-цифровых модулей МЦРПУ поступают на входы БФДН, в котором квадратурные сигналы Сi и Si каждого из аналого- цифровых модулей попарно суммируются, запоминаются и выбираются для формирования m-й диаграммы направленности. Полученные таким образом сигналы с выходов БФДН поступают на соответствующие входы устройства демодуляции и декодирования, которое в соответствии с программой радиосвязи осуществляет демодуляцию и декодирование сигналов m радиоабонентов.
Работоспособность предложенного метода повышения эффективности работы системы радиосвязи подтверждена результатами вычислительного эксперимента, в котором с использованием апробированных на мировом уровне программ определялись параметры различных расчетных трасс при следующих исходных данных:
− необходимо обеспечить круглосуточную связь каждого периферийного УРС с другими соседними УРС;
− количество каналов передачи соответствует максимальному количеству одновременно проводимых сеансов связи с радиоабонентами, например, между центральным УРС, расположенным вблизи г. Москва, и периферийными УРС, местоположение которых определено вблизи следующих десяти географических пунктов, приведенных в таблице 1:
Таблица 1- Местоположение УРС No пп. Наименование УРС
1 Москва
2 Санкт-Петербург
3 Архангельск
4 Калининград
5 Мурманск
6 Ставрополь
7 Омск
8 Красноярск
9 Чита
10 Владивосток
11 Петропавловск-Камчатский
Широта 55o45’ с.ш. 59o55’ с.ш. 64o34’ с.ш. 54o43’ с.ш. 68o58’ с.ш. 45o02’ с.ш. 55o00’ с.ш. 56o01’ с.ш. 52o02’ с.ш. 43o10’ с.ш. 53o01’ с.ш.
Координаты Долгота
37o30’ в.д. 30o12’ в.д. 40o30’в.д. 20o30’в.д. 33o00’в.д. 41o54’в.д. 73o24’в.д. 92o48’в.д. 113o29’в.д. 131o54’в.д. 158o31’в.д.
Геометрия рассматриваемых радиолиний представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Геометрия радиолиний, выбранных для анализа эффективности метода.
Проведено моделирование радиолиний с использованием пакета программ PropagationWizard, результаты которого приведены на рисунке 3. По вертикальной оси графика указано количество случаев положительно завершенных сеансов связи.
160 140 120 100
80 60 40 20
146
23
50
7 7 10 6
до 50 Вт
50 – 100 Вт
100 – 500 Вт
500 – 1000 Вт
1 – 2 кВт
2 – 4 кВт
4 – 6 кВт
6 – 8 кВт
8 – 10 кВт
более 10 кВт
Рисунок 3 – Распределение расчётных значений минимальной суммарной мощности передающих модулей, необходимой для обеспечения круглосуточной работы радиолиний.
Как следует из рисунка 3, в 71,5 % рассмотренных случаев (236 из 330) для передачи сообщений достаточно мощности излучения одного 1-киловаттного передающего модуля. Большая мощность требуется, как и следовало ожидать, для
радиолиний, длина которых превышает максимальную длину одного «скачка» (более 4000 км).
Так же проведено моделирование и анализ работы УРС с различным количеством МЦРПУ, обеспечивающих совместно с таким же количеством антенных элементов формирование диаграмм направленностей. Результат моделирования приведен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Доступность радиолиний в зависимости от количества антенных элементов и мощности излучения передаваемых сигналов
По результатам проведенного моделирования можно сделать вывод, что при использовании на радиоприемном центре УРС 2-х, 4-х и 8-ми антенных элементов достигается существенный выигрыш по времени доступности радиолинии в пределах суток при любой мощности каналов передачи на радиопередающем центре противоположного УРС радиолинии Москва – Владивосток. Причем, не требуется использовать каналы передачи большой мощности для обеспечения круглосуточной радиосвязи, поскольку для передачи сигналов достаточно использовать передающие модули в составе РПдЦ мощностью 1 кВт и приемный антенный комплекс на базе ФАР, состоящей из 8-ми антенных элементов.
Таким образом, проведённые на модели радиолинии расчёты позволяют считать предложенные пути модернизации КВ узлов радиосвязи достаточно эффективными. Возможности современных цифровых радиоприемных устройств с модулями цифровой обработки сигнала позволяют создавать адаптивные цифровые фазированные антенные решетки, позволяющие существенно улучшить функциональные возможности аналоговых фазированных антенных решеток.
Прогресс в развитии устройств цифровой обработки сигнала привел к созданию цифровых фазированных антенных решеток с множеством адаптивных алгоритмов,
Доступность радиолиний
при использовании приёмных ЦФАР
Радиолиния Москва – Владивосток, летний сезон, высокая солнечная активность
Количество антенных элементов, шт.
Доступность в течение суток, ч.
при этом каждый из них имеет как плюсы, так и минусы. Автором предложен вариант решения одной из проблем адаптивных алгоритмов в цифровых фазированных антенных решетках КВ диапазона, когда исходная настройка управляющего вектора алгоритма производится не точно на направление сигнала, а также когда сама антенная решетка недостаточно точно откалибрована [1].
Подавляющее большинство адаптивных алгоритмов фазирования антенных решеток (АР) основано на уравнении Винера-Хопфа, с теми или иными ограничениями, накладываемыми на параметры расчета. Одним из широко используемых его вариантов является алгоритм Кэйпона, в котором критерием оптимальной работы является минимум средней мощности выходного сигнала АР при условии постоянного (единичного) отклика с выбранного направления1. Поскольку для направления сигнала реакция задана постоянной и максимальной, то минимизация выходной мощности (куда входят и помехи) вполне уместна. Этот критерий записывается следующим образом:
min , при wHa =1. (2)
где: w – управляющий вектор АР (steering vector), который задает непосредственно пользователь, направляя диаграмму направленности (ДН) своим максимумом в направлении сигнала. Компонентами вектора являются весовые коэффициенты (ВК) сигналов антенных элементов (АЭ), с которыми образуется взвешенная сумма, результат которой и является продуктом диаграммообразования. Вектор a означает т.н. апертурный вектор (модель сигналов от АР), компонентами которого являются фазовые множители, сдвигающие фазу комплексного сигнала (типа exp( j) ),
который формирует сигналы АЭ, являющиеся одним и тем же сигналом, но сдвинутым по фазе на определенную величину на каждом АЭ в соответствии с направлением прихода сигнала. Управляющий вектор w в обычном диаграммообразовании имеет такой же вид, но должен быть комплексно-сопряжен с апертурным вектором. Именно в этом случае в заданном направлении и получается максимальная реакция.
Квадратная матрица R = xH (k)x(k)  есть корреляционная матрица входных сигналов АЭ {x (k )}N −1 , которые объединены в вектор-столбец
n n=0
x(k)=[x0(k), x1(k), x2(k),…,xN−1(k)]T. Верхний символ H – транспонирование с
комплексным сопряжением, Т – одно транспонирование. k – текущий отсчет времени.    – усреднение по времени. N – количество АЭ в АР.
Скалярная величина wHRw представляет собой мощность выходного сигнала
АР y(k) = wHx(k) . Таким образом, критерий (2) определяет управляющий вектор АР
w, минимизирующий выходную мощность при условии фиксированной реакции в заданном направлении прихода сигнала, определяемом апертурным вектором. Компоненты найденного «оптимального» вектора будут использоваться при
1 Van Trees H.L. Optimum Array Processing, Part IV of Detection, Estimation and Modulation Theory, Wiley, 2002, 1443 p

обработке сигналов в качестве ВК, решение для которого хорошо известно (находится путем применения метода множителей Лагранжа к критерию (2)):
= −1 . (3) −1
Реальная диаграмма направленности данного адаптивного алгоритма (использовался простой гармонический сигнал, а также ЧТ-2 с задаваемой шириной полосы) показана на рисунке 5
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30
Capon beamforming (w=R-1a/aHR-1a), steering = 20,
ОСШ = 15 dB
-10 0 10 20 30 40 50
азимут сигнала 
Рисунок 5 – Реальная (измеренная) ДН адаптивного алгоритма.
В системах ДКМВ радиосвязи угол места приходящего на антенну сигнала никогда нельзя предсказать точно (зависит от состояния ионосферы), кроме того, этот угол прихода испытывает дрейф (на среднеширотных радиолиниях КВ диапазона дальностью 1 – 3 тыс. км, в течение часа, могут наблюдаться вариации азимутальных углов до 6 и углов места – до 10). Точная калибровка КВ антенной решетки так же затруднительна. Совокупность данных факторов приводит к тому, что исходная настройка управляющего вектора при работе алгоритма производится не точно на направление сигнала и полезный сигнал начинает восприниматься алгоритмом как помеха, т.е. в его направлении формируется глубокий ноль ДН.
Предлагаемое решение сводится к постановке нескольких задаваемых близко расположенных направлений ДН, которые должны образовать единый главный лепесток реальной ДН.
Для примера, без ограничения общности, взяты два различающихся, но близко расположенных, направления ДН:
min , при 1 = 1, 2 = 1 (4)
Соответственно, целевая функция при использовании метода множителей Лагранжа ( 1 и 2):
J(w)=wHRw−1(wHa1−1)−2(wHa2 −1) Приравнивая к нулю ее градиент по получим:
w = 1R−1a1 + 2R−1a2
(5) (6)
ДН (по мощности), дБ
Умножая справа это решение на апертурные вектора задаваемых направлений, имеем систему линейных уравнений:
aHw=aHR−1a+aHR−1a 1 1111212
aHw=aHR−1a+aHR−1a 1 2121222
Введем необходимые обозначения:
K =  a 1H R − 1 a 1 a 1H R − 1 a 2  λ =   1  e =  1 
и решением системы уравнений
=
для множителей Лагранжа будет:
λ = K−1e
(8)
(9)
H−1 H−1
aRa aRa
2 1 2

2, 2,  (7)
Подставляя λ, вычисленное по (9) в уравнение (6) получаем требуемый оптимальный вектор весовых коэффициентов.
Введем ещё одно обозначение для «апертурной матрицы»:
А = [ 1 2] (10)
и используя обозначение для λ из (7), выражение (6) можем записать:
= −1 , (11)
Подставляя значение λ из (9) в уравнение (11) получаем окончательное выражение для весового вектора сигналов АЭ:
= −1 −1 . (12)
Размерность квадратной системы (8), а также число слагаемых в правой части (6) равны выбранному числу направлений.
Таким усложнением и увеличением количества вычислений алгоритма достигается расширение главного лепестка ДН, устойчивого к рассогласованию направлений в пределах его ширины. Расстояние между ограничительными направлениями выбирается исходя из числа АЭ. Чем их больше, тем ближе расстояния между отдельными лепестками ДН и меньше заметных провалов, тем самым они представляют собой один лепесток с небольшой неравномерностью.
На рисунке 6 представлен скрипт и измеренная ДН «многоточечного» (со многими ограничениями направлений) адаптивного алгоритма.

Matlab-скрипт многоточечного алгоритма
Кэйпона
angsteer = [0] *pi/180;
Capon beamforming (W=∑ ∙ −1 ∙ ), = 20 Capon beamforming (w=iR-1vi), SNR = 20 dB
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35
-30 -20 -10 0 10 20 30
азимут сигнала 
% стиринги исходной настройки Кэйпона:
% углы настроек стирингов [град]:
angsteer = [-5 0 5] *pi/180;
forkk=1:length(angsteer)
a(:,kk) = exp(1i*2*pi*d* …
sin(angsteer(kk))*(0:N-1)’/lam);
end
Tc = 0.05; % время усреднения, сек
alf = 10^(-1/(Tc*Fs)); gam=1;
Rxx = eye(N);
y=zeros(size(X,1),1);
for kk=2:size(X,1)
gam = 1+alf*gam; bet = 1/gam;
Rxx = (1-bet)*Rxx + bet*(X(kk,:)’*X(kk,:));
% Capon beamforming:
k=zeros(length(angsteer));
for s1=1:length(angsteer)
for s2=1:length(angsteer)
k(s1,s2) = a(:,s1)’*Rxx^-1*a(:,s2);
end end
mu = kones(length(angsteer),1);
w=zeros(N,1); % ВКФАР
forww=1:length(mu)
w = w + mu(ww)*Rxx^-1*a(:,ww);
end
y(kk,1) = X(kk,:)*w; %вых.сигналАР
end
angsteer = [-5 0 5] *pi/180;
-5
-10
-15
-20
-25
-30 -20 -10 0 10 20 30
азимут сигнала 
– CaponbeamfoCramponinbegam(foWrmi=ng∑(w= R∙ −1
1  v ) , S ∙ N R = ) 2 , 0 d B = 2 0 ii
Рисунок 6 – Matlab – скрипт и реальная ДН многоточечного алгоритма.
Верхний график показывает поведение многоточечного алгоритма при одном заданном направлении (вырождается к одноточечному), нижний – при трех ограничениях через 5.
Предложенное решение, связанное с расширением главного лепестка ДН показывает, что применение адаптивного алгоритма диаграммообразования при постановке нескольких задаваемых близко расположенных направлений ДН, позволяет образовать единый расширенный главный лепесток реальной ДН, в результате чего становится возможным учесть некоторое рассогласование реального направления сигнала и настройки управляющего вектора в пределах этой ширины, а также решить проблему формирования глубоких нулей диаграммы направленности в направлении полезного сигнала при высоком ОСШ (более 30 дБ). Тем самым, решается одно из физических ограничений применения адаптивных антенных решеток для КВ диапазона.
В третьей главе рассмотрены методы повышения эффективности КВ систем связи при работе по асимметричным радионаправлениям, как одного наиболее распространенного сценария применения КВ связи. Разработан метод повышения эффективности действующей КВ ведомственной системы связи, работающей по асимметричным радионаправлениям. Предложена структура (рисунок 7) полнодоступного взаимодействия по КВ радиоканалу пяти узлов радиосвязи при связи с тремя абонентскими радиостанциями меньшей относительно УРС мощностью, реализующего разработанный автором в соавторстве метод.
ДН (по мощности), дБ
ДН (по мощности), дБ

270
РС1 РС2 РС3
о 90о 90оо 90о
270о
270о
180о
180о
0о
УРС2
180о
270о
0о
УРС3
90о
180о
1к 0о
2к 3к
4к
0о
УРС4
УРС1
180о 90о
УРС1
5к
F1 F2 F3
F4 F11
F12
F13 0о
0о
180о
90о УРС5 90о
УРС5
F4
F7F9 F10
F11 F12
F13 0о
Рисунок 7 – Схема системы связи, реализующей метод повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по КВ асимметричным радионаправлениям.
Разработан алгоритм взаимодействия, временные диаграммы передаваемых и принимаемых радиосигналов УРС и отдельных РС, проведена оценка эффективности предлагаемого метода модернизации ведомственной системы связи, при двух вариантах передачи РГ. Вероятность приема радиограммы при этом определялась по биноминальной формуле:
Kqq B−q
PП1 = CBp1(1−p1) . (13)
q=0
В первом варианте рассмотрим традиционный способ прямой радиосвязи при
условии, что процент ошибочно принятых бит в РГ объемом В = 500 бит не превышает критического значения ошибок К = 5. Допустимый процент ошибочно принятых бит в РГ, при котором РГ считается правильно принятой любым частотным каналом приема УРС1 – не более 1%. Минимальная расчетная величина вероятности правильного приема РГ при наихудших допустимых условиях связи (при которых вероятность ошибки демодулированной двоичной
последовательности первого частотного канала приема p1доп=1•10-2) будет равна РП1min= 0,616.
Рассмотрим теперь передачу РГ по второму варианту (в соответствии с предлагаемым методом). Пусть РС1 передает эту же РГ в адрес УРС1 при тех же условиях передачи РГ, приведенных выше, но с использованием в работе всех УРС.
Вероятность того, что РГ, переданная РС1 на F11(ОРЧ(РС1→1)), будет
ретранслирована УРС2 в адрес УРС1 определена по аналогичной формуле (13):
K
PР2 =Cqpq (1−p )B−q, (14)
PПР2 = PР2• PП2 = (Cq pq (1− p BР2 Р2
)B−q )(
 q=0
PПР3 = PР3• PП3 = (Cq pq (1− p BР3 Р3
q=0
 q=0
BР2 Р2 q=0
где PР2 ≤ 1•10-2 – вероятность ошибки демодулированной двоичной последовательности частотного канала приема УРС2, принимающего РГ от РС1.
Аналогичным образом определены вероятности PР3, PР4 и PР5 ретрансляции РГ УРС3, УРС4 и УРС5 в адрес УРС1 при соответствующих вероятностях PР3 , PР4 и PР5 ошибки демодулированных двоичных последовательностях соответствующих частотных каналов приема УРС3, УРС4 и УРС5.
При этом вероятность PПР2 правильного приема вторым частотным каналом приема УРС1 РГ, ретранслируемой УРС2, определена произведением вероятности PПР2 и вероятности PП2 того, что после приема ретранслированной РГ вторым частотным каналом приема количество ошибок в РГ не превысит 1%.
С учетом выражений (13) и (14) эта вероятность определится в виде произведения вероятностей:
Cq pq (1− p )B−q ). (15) B22
KK
q=0
где p2 – вероятность ошибки демодулированной двоичной последовательности
второго частотного канала приема УРС1.
Аналогичным образом определяется вероятность PПР3 правильного приема РГ
третьим частотным каналом приема УРС1, ретранслируемой УРС3, вероятность PПР4 правильного приема РГ четвертым частотным каналом приема УРС1, ретранслируемой УРС4 и вероятность PПР5 правильного приема РГ пятым
частотным каналом приема УРС1, ретранслируемой УРС5:
Cq pq (1− p )B−q ), (16) B33
KK
)B−q )( KK
PПР4 = PР4• PП4 = (Cq pq (1− p )B−q )( BР4 Р4
 q=0
Cq pq (1− p )B−q ), (17) B44
q=0
K q q
q=0
При этом вероятность того, что хотя бы один образец РГ будет принят УРС1
правильно, будет равна:
N
РП = 1- (1- PП1) (1- PПРi ) (19)
i=2
где PП1, PПРi(PПР2, PПР3, PПР4, PПР5) определяются по формулам (13), (15),…, (18)
соответственно [2].
С учетом вышеизложенного минимальная величина вероятности РП при
наихудших допустимых условиях связи ( p1= p2 = p3 = p4= p5 =1•10-2), определяемая
по формуле (19), в данном случае будет равна Р′Пmin= 0,968, что доказывает положительный эффект от предложенного метода.
PПР5 = PР4• PП5 = ( CB pР4 (1− pР5 ) q=0
B−q K q q B−q
)( CB p4 (1− p5 ) ), (18)
В четвертой главе рассмотрены методы передачи и приема адресных радиограмм в комплексах и узлах радиосвязи КВ диапазона. Описана структура адресной радиограммы и приведены наиболее типичные негативные факторы при демодуляции принимаемого сигнала и последующего обнаружения служебной адресной последовательности (САП) в принятой последовательности РГ традиционными методами. Разработан метод передачи адресных радиограмм и разработана структура передающего и приемного комплекта комплекса КВ радиосвязи, реализующего этот метод.
В общем виде предложенный автором в соавторстве метод можно описать следующей последовательностью действий:
1. В передающем комплекте с помощью кодирующего устройства, в качестве которого используют персональный компьютер (ПК), формируют модулирующую двоичную последовательность дискретного сообщения – радиограммы (РГ), содержащей в начале РГ служебную последовательность точек (СПТ) – меандр, длительностью К двоичных символов, следующую за ней во времени служебную фазирующую последовательность (СФП) длительностью Q символов, и информационную последовательность (ИП) длительностью Z символов – результат кодирования исходного сообщения от источника сообщений.
На рисунке 8 представлена схема электрическая структурная передающего комплекта комплекса декаметровой радиосвязи, реализующего предложенный метод, основным элементом которой является устройство формирования радиограммы.
К од ир ующе е устройство
Мр
Nр.
Rр
Передающий комплект
LQ
УФР
ДШ ФИ
Рег.сдвига
Рег.сдвига
Рег.хранения
Q р.
1 р.
Зад
УТС
Имп. перезаписи 1р.
1 разряд
Модуля то р
РПдУ
Рисунок 8 Схема электрическая структурная передающего комплекта комплекса радиосвязи.
2. В передающий комплект вводят устройство формирования радиограмм (УФР), в котором завершают формирование модулирующей двоичной последовательности РГ путем равномерного введения R символов САП среди Q символов СФП и следующей за ней частью ИП, состоящей из L < Z информационных символов. 3. С этой целью последовательность с выхода кодирующего устройства с выбранной скоростью подают на вход УФР, в котором эту последовательность одновременно подают на вход устройства тактовой синхронизации (УТС), информационный вход М-разрядного регистра сдвига с количеством разрядов М=L+Q с порядковыми номерами m = 1,2,...,М, соответствующими порядку следования разрядов - от старшего (выходного) разряда - при m=1, к младшему (входному) разряду - при m =М, и на информационный вход N-разрядного регистра сдвига с количеством разрядов N=L+Q+R с порядковыми номерами n = 1,2,...,N c аналогичным порядком следования разрядов. 4. Для последовательного продвижения дискретной информации (ДИ) с выхода кодирующего устройства по разрядам регистров сдвига последовательность тактовых импульсов с выхода УТС подают на тактовый вход N-разрядного регистра сдвига, а на тактовый вход М-разрядного регистра сдвига – через элемент задержки, при этом перед формированием модулирующей последовательности РГ в каждый разряд R-разрядного регистра хранения с порядковыми номерами разрядов r = 1,2,...,R, соответствующих порядку следования во времени символов САП, записывают соответствующий символов САП. 5. Информационные входы перезаписи ДИ двух крайних разрядов N-разрядного регистра сдвига с порядковыми номерами n=1,N соединяют с выходами соответствующих двух крайних разрядов R-разрядного регистра хранения с порядковыми номерами r = 1,R, выходы остальных разрядов R-разрядного регистра хранения с порядковыми номерами r = 2,3,...,(R-1) соединяют с информационными входами перезаписи ДИ соответствующих разрядов N-разрядного регистра сдвига с порядковыми номерами n = (2+X),(3+2X),...,[(R-1)+(R-2)X], где Х - наибольшее целое число, которое выбирают из условия Х< (N-R+1)/(R-2). 6. Информационные входы перезаписи ДИ остальных n разрядов N-разрядного регистра сдвига, следующих в порядке увеличения их порядковых номеров, соединяют с соответствующими выходами разрядов М-разрядного регистра сдвига с порядковыми номерами, следующих в таком же порядке. При этом, если при поступлении очередного i-го тактового импульса с выхода УТС происходит заполнение Q символами СФП и следующими за ними L символами ИП с выхода кодирующего устройства последних М разрядов N – разрядного регистра сдвига и всех разрядов М – разрядного регистра сдвига, выход каждого из первых Q разрядов которого с порядковыми номерами m=1,2,...,Q дополнительно подключают к соответствующему входу дешифратора, и с помощью дешифратора производят обнаружение СФП. 7. По выходному сигналу дешифратора посредством формирователя импульса (ФИ) формируют импульс, который подают на импульсный вход перезаписи ДИ в разрядах N-разрядного регистра сдвига, в результате осуществляют перезапись в разрядах этого регистра сдвига ДИ с выходов разрядов М-разрядного регистра сдвига и с выходов разрядов R-разрядного регистра хранения. После чего с поступлением очередного (i+1)-го тактового импульса с выхода УТС с информационного выхода N-разрядного регистра сдвига на выход УФР и далее – на вход модулятора, подают поэлементно без нарушения синхронного следования символов с ранее переданными символами начальной части РГ- СПТ, следующую за ней сформированную манипулирующую последовательность оставшейся части радиограммы с равномерным распределением R символов САП среди Q символов СФП и L символов последующей ИП. 8. С выхода модулятора сформированную РГ усиливают по мощности в радиопередающем устройстве (РПдУ) и излучают в эфир с помощью передающей антенны. В соответствии с предложенной структурой формирования САП на передающей стороне системы связи разработан оптимальный алгоритм поиска служебной адресной последовательности в принимаемых РГ на основе критерия максимума апостериорной вероятности и синтезирована структура оптимального приемного комплекса, реализующего разработанный алгоритм. Для повышения эффективности приема адресных радиограмм разработан метод позволяющий в тех случаях, когда двоичная последовательность радиограммы содержит служебную адресную последовательность символов равномерно распределенных среди информационных символов и в радиоканале РГ передается сигналами однократной ОФТ, производить коррекцию отдельных ошибочно принятых информационных символов. При этом предполагается, что прием сигналов ОФТ производится по методу сравнения полярностей, т.е. сначала сигнал когерентно детектируется фазовым детектором (ФД), после чего, регистрируемые на его выходе в отсчетные моменты времени двоичные символы подвергаются перекодированию в кодовом преобразователе (КП) путем сложения по модулю 2 каждого принятого символа с предыдущим. Для проверки эффективности предложенных решений разработан метод расчета вероятностей правильного и ложного обнаружения своего адреса в принимаемых РГ. Соотношения, оценивающие помехоустойчивость ФТ и ОФТ в канале без замираний при флуктуационной помехе, известны из литературы2: РФТ = 1 [1 − Ф(√2h)] (18) 2 РОФТ = 2РФТ(1 − РФТ) = РФТ ∙ 1 [1 − Ф2(√2h)] (19) 2 удельной мощности шумов. Выигрыш по вероятности ошибки в канале с релеевскими замираниями за счет корректирования ошибок получен в следующем виде: где Ф(y) = exp[− 2 0 ]dx - функция Крампа; h2 − соотношение энергии сигнала к 2yx h2 3 3h2 +1 ! 4 0 (1− arctg 0 ) Р h2+1h2+1 = ОФТ =[1- 0 0 ]−1 (20) Р! 22 КОФТ (n−1)[1− 4 h0 arctg h0 ] На рисунке 8 приведен расчет величины по формуле (20) при количестве символов n1 = 4, n2 = 6, n3 = 16 (кривые 1, 2, 3 соответственно). 2 Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений.- М.: Советское радио, изд. 2-е, переработанное, дополненное, 1970.- 728 с.  h2+1 h2+1 00 Из графика видно, что выигрыш  возрастает с уменьшением n т.е. использование служебной информации, например, в виде служебной адресной последовательности (САП) символов, распределенных среди информационных символов, позволяет повысить помехоустойчивость приема основной информации, содержащейся в радиограммах, передаваемых сигналами ОФТ ε 1,2 1,1 1 0,5 1 h0 2 10 100 1000 3 Рисунок 8 - Выигрыш по вероятности ошибки Полученные результаты проверены в ходе трассовых испытаний ОКР «МКТС-АФУ» и ОКР «Апробация», выполненной на трассе Омск - Москва и подтвердили большую степень корреляции с теоретическими результатами. В заключении диссертации изложены основные научные и практические результаты работы, рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенных исследований получены новые научные и практические результаты, направленные на повышение эффективности вновь создаваемых и модернизируемых узлов радиосвязи и ведомственных систем связи коротковолнового диапазона специального и военного назначения. 1. Разработан метод многоканального приема с цифровым формированием диаграмм направленностей и предложена структура построения территориально разнесенных узлов связи, которые позволят достичь существенных преимуществ по отношению к действующим узлам радиосвязи. 2. Разработан метод повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по КВ асимметричным радионаправлениям. Достигнут существенный выигрыш по помехоустойчивости передачи данных без увеличения мощности радиостанций за счет применения многоканальных SDR РПУ и ретрансляции данных. Достигнута вероятность приема радиограммы 0,968 по сравнению с вероятностью 0,616 при традиционном одноканальном способе передачи. 3. Разработан оптимальный метод поиска и обнаружения служебной адресной последовательности двоичных символов, содержащейся в одной из принимаемых радиограмм, на основе критерия максимума апостериорной вероятности и синтезирована структура оптимального приемного и передающего комплекса, реализующего разработанный метод. Разработан метод расчета вероятности ошибки принимаемых РГ без коррекции и с коррекцией ошибочно приятых информационных символов при передаче РГ сигналами ОФТ по КВ каналу с релеевскими замираниями, с помощью которого произведен расчет выигрыша по вероятности ошибки.

В отечественных системах радиосвязи различных специализированных ведомств (ФСО, ПС ФСБ, МЧС, МО РФ) значимое место по-прежнему занимает коротковолновый (КВ) сегмент радиосвязи. Учитывая занимаемую Российской Федерации площадь и ограничения возможности прокладки гражданских проводных сетей при работе в северных широтах, а также при наступлении угрожаемого периода времени, ДКМВ радиосвязь может остаться единственно доступным видом связи и доведения команд управления.
Для связи с подвижными объектами (автотранспортными средствами, летательными аппаратами, судами, надводными кораблями и пр.) наиболее распространенным методом доведения информация является радиосвязь. Несмотря на происходящее в настоящее время бурное развитие систем мобильной радиосвязи метрового и дециметрового диапазона волн (МВ и ДМВ) – сотовой, транкинговой, спутниковой связи, Развитие систем пакетной радиосвязи для гражданского потребителя на основе сетей сотовой связи стандартов 2,5G-3G-4G- 5G позволило увеличить скорость передачи цифровых данных от десятков килобит/с до десятков гигабит/с. С увеличением скорости передачи данных, стали возможными и доступными элементы искусственного интеллекта, обработка больших данных с помощью нейронных сетей и т.д.
КВ радиосвязь остается основным видом резервной связи, позволяющей осуществлять информационный обмен и предоставлять различные услуги при потере (поломке или уничтожении) действующих каналов дальней связи (кабельных, оптоволоконных, радиорелейных, а также каналов связи мобильной телекоммуникационной инфраструктуры). Большое внимание уделяется развитию систем и сетей КВ радиосвязи в силовых ведомствах Российской Федерации. Анализ зарубежной литературы показывает, что развитие систем декаметровой связи актуально и за рубежом.
Так, например, в рамках национальной концепции США по развитию систем военной радиосвязи и управления, получившей в конце 1990-х годов обозначение C 4 I 2 (Command, Control, Computer, Communication, Information & Intelligence), запланирована реализация единого информационного пространства, обеспечивающего свободный обмен информацией на всех уровнях и во всех видах вооруженных сил вне зависимости от подчиненности [1, 2]. Аналогичные концепции, в значительной степени основанные на использовании концепции C 4 I 2, приняты и реализуются ведущими зарубежными странами [1,…,4]. Практическая реализация указанных концепций осуществляется в рамках программы BITS (Battlefield Information Transmission System) «зонтичного» типа, образуемой несколькими перекрывающимися подпрограммами Cellular / PCS, DBS, SPEAKeasy, и т.д. [4,…,6]. Одним из базовых принципов реализации программы BITS является интеграция сетей связи, использующих разнородные каналы связи (ионосферный, тропосферный, спутниковый, радиорелейный, волоконно-оптический, кабельный и др.) и технические средства, в так называемых интеллектуальных точках доступа (Intelligent Access Point – IAP), характеризующихся бесшовным сопряжением сетей связи [6…,11]. При этом Единая сеть Вооруженных сил США состоит из систем и подсистем связи родов войск [4, 7, 8, 10, 11]:
− Единой сети сухопутных войск LandWarNet;
− Единой сети ВВС C2 Constellation Net (с подсистемой Глобальной
автоматизированной коротковолновой системы связи HFGS ВВС США);
− Единой сети ВМС FORCEnet (с подсистемой связи и управления
соединений морской пехоты ВМС США).
В структуре различных видов систем радиосвязи основной составной частью
является узел связи или узел радиосвязи (УРС), включающий в себя технические средства передачи и приема информации, каналообразования, автоматизированного управления, распределения и/или коммутации каналов, трактов, сообщений и пакетов, засекречивания сообщений, передаваемых по каналам и трактам, а также обслуживающий УРС персонал (необходимое количество радистов-операторов). Узлы радиосвязи могут быть как стационарного, так и мобильного вариантов исполнения. Примером реализации подсистемы Единой сети ВВС США C2 Constellation Net является Глобальная автоматизированная коротковолновая система связи (ГКСС), созданная в ходе модернизации существующей ранее Единой сети связи ВВС США [7,8,10]. Четырнадцать стационарных узлов радиосвязи ГКСС (два из которых являются узлами совместного использования Единой сети ВВС и Единой сети ВМС FORCEnet) размещаются как на территории США, так и на территориях их союзников по блоку НАТО (авиабаза Йокота, Япония; авиабаза Кефлавик, Исландия; авиабаза Сигонелла, Италия; и т.д.).
Узлы радиосвязи являются многоканальными, каждый из которых включает в себя 10-30 комплектов приемопередающей аппаратуры, модули автоматического установления и поддержания канала связи ALE в соответствии со стандартом MIL- STD-188-141B и высокоскоростные модемы для передачи данных по стандартам MIL-STD-188-110B и STANAG 4539. При использовании модемов MDM-Q9604 для передачи информации по четырем каналам связи по средствам специализированного программного обеспечения (ПО) HF Messenger v.3.7, скорость передачи данных абоненту может достигать 76,8 кбит/сек. в полосе 24 кГц на скачковых трассах. В странах НАТО в соответствии с MIL-STD-188-110D (STANAG 5069) уже узаконено использование КВ модемов с полосой до 48 кГц. Более наглядно этапы развития стандартов ДКМВ связи в НАТО представлено на рисунке В1.
MIL-STD-188-110D STANAG 5069
48 000 Гц WALE (ALE 4G)
СТК
3 100 Гц ALE
MIL-STD-188- 110C
24 000 Гц ALE 3G
240 120 кбит/с
кбит/с 9,6 кбит/c
Рисунок В1 – Этапы развития возможностей декаметровой связи в НАТО. Примером мобильного варианта исполнения УРС может служить мобильный пункт управления для соединений морской пехоты UOC Единой сети ВМС FORCEnet, радиоэлектронное оборудование которого обеспечивает сбор, обработку и предоставление информации командованию, а также доведение команд, боевых приказов и распоряжений до подчиненных частей в звене «экспедиционная дивизия» и ниже (дивизия, полк, батальон) [10,11]. Обмен различными видами информации оперативного характера и доступ к информационным ресурсам осуществляется через сети передачи несекретных (NIPRNET) и секретных (SIPRNET) данных, а также по каналам КВ-УКВ и спутниковой связи. Мобильный пункт управления UOC для различных звеньев управления комплектуется в четырех различных вариантах (CapSet I, II, III и IV), различающихся количеством модулей основных аппаратных, аппаратных энергообеспечения и кондиционирования, а также дополнительного оборудования. Минимальный базовый комплект мобильного пункта управления UOC размещается на двух автомобилях повышенной проходимости «Хаммер» и двух полуприцепах М 1102. Количество рабочих мест радистов-операторов, удаленных от размещения основного оборудования пункта управления на расстояние до двух километров, может составлять до 24 единиц. Применение мобильного пункта управления UOC позволило вдвое сократить время доставки сообщений командованию для принятия решений.
В нашей стране структура современных систем ДКМВ связи в основном формируется с учетом расположения субъектов Российской Федерации. В качестве примера рассмотрим структуру на основе результатов анализа сетей КВ радиосвязи пограничной службы (ПС) ФСБ России [13].
Необходимость изменения организационной структуры подразделений ПС ФСБ России, и приведения их к существующему сегодня виду, возникла в связи с созданием в РФ Федеральных округов. Соответственно возникла необходимость внесения изменения в структуру и функциональные возможности региональных систем связи. Сеть ДКМВ связи является одним из основных действующих элементов связи подразделений ПС ФСБ. В ряде случаев эта сеть является единственным средством обеспечения связи с удаленными и мобильными подразделениями, действующими на участках границы со слаборазвитой телекоммуникационной инфраструктурой, а также при развертывании новых пунктов управления [13, 14, 15].
В большинстве случаев, структура сети ДКМВ связи состоит из полевой (мобильной) и стационарной составляющих.
Стационарная составляющая состоит из стационарных приемопередающих КВ узлов радиосвязи, расположенных в различных округах. В отдельно взятых Федеральных округах структура сети представляет собой радиально-узловую топологию, в котором главной станцией является региональный стационарный узел связи (УРС) [13].
Вместе с тем, изменения в организационной структуре, как в ПС, так и в других ведомствах, не сопровождались глубокой модернизацией УРС и внедрением в их состав новых технических средств связи. В связи с этим, в сетях ДКМВ связи эксплуатируемое оборудование уже существенно устарело и соответственно не отвечает требованиям, предъявляемым со стороны Заказчика. До настоящего времени в сетях ДКМВ связи по-прежнему продолжает эксплуатироваться техника 70-80ых годов прошлого столетия [12].
Активная модернизация существующих радиосредств в 1980-е годы ознаменовалась разработкой и постановкой на вооружение автоматизированных автомобильных радиостанций типа Р-161 (Р-161-5, Р-161-5У, Р-161-15, Р-161-ПУ, Р-161- А2М). В состав таких аппаратных связи вошли мобильные КВ станции номинальной мощностью 5 и 15 кВт, УКВ-радиостанция номинальной мощностью 30 кВт, узловая приемная аппаратная, аппаратная ионосферно-волновой и частотно-диспетчерской службы (ИВЧДС). В радиопередающих средствах комплекса были применены новые возбудительные устройства разработки Омского НИИ приборостроения. Аппаратура адаптации в системе была построена на применении широкополосных сигналов. Команды дистанционного управления в разработанных системах формировались и передавались избыточным циклическим кодом, а интерфейс управления был реализован в системе «провод-команда» [16]. Учитывая, что технические средства были разработаны с учетом их применения в мобильных аппаратных связи, полноценной замены аппаратуры на стационарных узлах связи достичь не удалось, так как требования по ЭМС для них существенно различаются.
В гражданских системах ДКМВ радиосвязи до настоящего времени также находятся в эксплуатации радиопередающие устройства 80-х годов прошлого века. Наиболее яркими представителями стационарных РПДУ являются передатчики типа ПКМ-5, ПКМ-20, «ВЯЗ», «Циклон», «Молния», которые имеют ресурс наработки десятки тысяч часов.
Наиболее современными представителями семейства автомобильных радиостанций средней мощности пришедшим на смену комплекса Р-161 является радиостанция Р-166. Но это по-прежнему разработки 20-30 летней давности не позволяющие реализовать актуальные сегодня потребности Заказчика в функционале [12].
Следует отметить также, что более двух третей всех КВ радиосредств выслужили установленные сроки эксплуатации, в том числе, более половины всех мобильных радиостанций комплекса Р-161 также выслужили установленные сроки. Кроме физического и морального старения аппаратуры отрицательными факторами являются прекращение промышленного выпуска запасных частей для старого парка радиосредств. Выслужили свой эксплуатационный ресурс и большинство антенных устройств стационарных УРС [17].
Все это и определило актуальность работ по разработке аппаратно- программных комплексов для узлов радиосвязи, выполняющихся по настоящее время в АО «Омский НИИ приборостроения» (АО «ОНИИП»).
По результатам обследования и анализа специалистами АО «ОНИИП» действующих в настоящее время стационарных КВ узлов радиосвязи отдельных ведомств выявлено следующее: Принцип построения какого–либо ведомственного УРС определялся в большинстве случаев службой начальника связи этого ведомства без привлечения ведущих отечественных научных организаций по КВ радиосвязи для системной проработки необходимых требований по структуре УРС, электромагнитной совместимости используемых технических средств, достигаемых параметров и других требований к УРС.
Специальных средств связи для комплектования каждого создаваемого ведомственного УРС не разрабатывалось. Оснащение средствами связи производилось по заявкам службы начальника связи ведомства из числа серийно выпускаемой отечественной промышленностью продукции.
Большинство действующих УРС морально и физически устарело, не отвечает требованиям вновь введенных стандартов таких, как ГОСТ Р 51664-2000, ГОСТ РВ 52296-2004, ГОСТ РВ 52261-2004.
Для действующей до настоящего времени КВ радиосети, организованной на базе приемопередающих региональных УРС ПС, характерны ограниченная пропускная способность ее радиолиний, зависимость качества работы от условий распространения радиоволн, низкая защищенность от помех. [14,15].
Качество выполнения основных задач, возлагаемых на сеть КВ-радиосвязи, не отвечает современным требованиям [13].
Таким образом, несмотря на большую работу, проводимую по модернизации ведомственных УРС, задачи дальнейшего их совершенствования не теряют своей актуальности. При этом за базу, относительно которой может быть оценена эффективность тех или иных инноваций, предлагается рассматривать не средний уровень показателей действующей системы связи, а наиболее совершенные автоматизированные УРС КВ диапазона, созданные АО «ОНИИП» за последние 15 лет. Эти разработки предназначены в настоящее время для оснащения вновь вводимых объектов КВ радиосвязи. Почему именно разработки АО «ОНИИП»?
Дело в том, что в соответствии с Приказом Министра промышленности средств связи No 350 от 4 апреля 1977 года предприятие «Омский НИИ средств связи» было назначено головным предприятием в СССР по разработке комплексов КВ магистральной радиосвязи. Поэтому к настоящему времени АО «ОНИИП» имеет многолетний и достаточно богатый опыт создания узлов радиосвязи (УРС) на базе лучших образцов отечественной техники и аппаратуры, в том числе собственной разработки. АО «ОНИИП» по праву является одним из ведущих предприятий Российской Федерации по разработке УРС КВ диапазона мобильного и стационарного вариантов исполнения и их составных частей.
В начале 1990-х годов Омским НИИ приборостроения впервые на постсоветском пространстве был разработан, изготовлен и испытан в соответствии с требованиями государственного заказчика полностью автоматизированный (с широким использованием для автоматизации ЭВМ и микропроцессоров) многоканальный мобильный УРС КВ диапазона, по функциональным возможностям и надежности КВ радиосвязи превосходящий отечественные аналоги. Конструкторской и программной документации на УРС была присвоена литера О1. В дальнейшем, предприятием создан целый ряд УРС различного назначения как мобильного, так и стационарного вариантов исполнения, каждый из которых является аппаратно-программным комплексом, разработанным на основе современных информационных технологий с разработкой вновь создаваемых технических средств УРС. Все УРС внедрены в серийное производство и успешно эксплуатируются на объектах заказчиков.
Различные виды этих УРС, созданные АО «ОНИИП» за последние 15 лет, можно рассматривать как базовые, относительно характеристик и функциональных возможностей которых следует искать дальнейшие пути совершенствования УРС последующего поколения.
Анализ имеющегося опыта по разработке УРС позволяет указать ключевые требования к УРС КВ диапазона, реализованные АО «ОНИИП» в серийно выпускаемых УРС:
– максимальная “цифровизация”; – максимальная автоматизация; –оптимизация состава технических средств УРС путем создания гибкой системы их взаимодействия, исключение избыточности, увеличивающей стоимость системы;
– однородность технических средств по информационным линиям и линиям управления, максимальное использование открытых, широко распространенных и четко стандартизированных протоколов взаимодействия, сетевых технологий;
– масштабируемость комплекса;
–возможность наращивания функциональности без изменения аппаратной части либо с ее минимальными изменениями (SDR технология);
– обеспечение ЭМС.
Степень разработки темы исследования.
Вопросы построения систем коротковолновой радиосвязи достаточно подробно рассматривались в работах Комаровича В.Ф., Романенко В.Г., Головина О.В., Хазана В.Л., Шадрина Б.Г., Будяка В.С. и других авторов. Построение коротковолновых антенно-фидерных устройств описано и обосновано в работах Айзенберга Г.З., Белоусова С.П., Журбенко Э.М., Кисмерешкина В.П., Надененко С.И., Попова Е.С., Сиговой Т.А. и др. Известные способы цифровой обработки сигналов изложены в работах Финка Л.М., Кловского Д.Д., Николаева Б.И., Салтыкова О.В., Хмыровой Н.П. и др.
Вместе с тем, создаваемые на основе внедрения в практику радиосвязи современных технических решений возможности по применению как известных «базовых» принципов построения радиосистем, так и инновационных решений оставляют возможности для дальнейшего развития данных направлений в ходе научных исследований.
Цель диссертационного исследования.
Обобщение известных методов повышения качества связи с опорой на новые технические возможности, а также обоснование эффективности применения в ведомственных системах КВ радиосвязи инновационных разработок промышленности. Достижение цели потребовало решения следующих задач: Анализ положительного эффекта от применения методов цифрового диаграммообразования в ЦФАР на базе МЦРПУ и синтез многоканальных приемных коротковолновых радиосистем, позволяющих повысить качество приема за счет применения методов пространственного и частотного разнесения.
Обоснование и разработка способа повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по асимметричным радионаправлениям в системах коротковолновой радиосвязи за счет внедрения методов пространственной селекции, временного разделения каналов и цифрового избирательного вызова.
Разработка нового метода передачи и приема в системе коротковолновой радиосвязи адресных радиограмм на базе нового алгоритма поиска служебной адресной последовательности принимаемых радиограмм, алгоритмов восстановления искаженной в процессе передачи информации и других технических решений, реализуемых на базе встроенных или включаемых в состав технических средств узлов радиосвязи устройств цифровой обработки сигнала.
Результаты данного анализа и синтеза перспективных технических решений привели к формулированию и разработке новых методов повышения эффективности работы систем коротковолновой радиосвязи различного назначения.
Таким образом, объектом исследования является система коротковолновой радиосвязи.
Предмет исследования: способы и методы повышения качества услуг связи, предоставляемых КВ радиосистемами, основанные на применении современных технических средств радиосвязи.
Научная новизна защищаемых результатов исследования заключается в том, что впервые:
1. Разработан метод многоканального приема радиосигналов с возможностью цифрового формирования диаграммы направленности и структура территориально разнесенных узлов радиосвязи реализующего данный метод, позволяющие:
использовать фазированную антенную решетку с алгоритмами цифрового формирования диаграммы, вместо полноразмерных приемных антенно фидерных систем, требующих большой площади размещения и обеспечивающую в КВ радиосистеме заданный сектор обслуживания по азимуту для трасс заданных протяженностей на основе предложенных методов адаптации формы диаграмм ЦФАР к условиям распространения;
сократить потери полезного сигнала в АФС за счет отказа от аналоговых устройств коммутации и разветвления, что приводит к повышению соотношения сигнал/шум на входе АЦП РПУ;
повысить помехозащищенность за счет обеспечения возможности формирования минимумов(нулей) диаграммы направленности на источники помех и повысить помехоустойчивость приема сигнала за счет формирования максимумов диаграммы направленности на источник полезного сигнала [94].
Предложен способ повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по КВ асимметричным радионаправлениям расширенной многоузловой ведомственной системы связи специального и военного назначения, позволяющий существенно расширить функциональные возможности многоузловой ведомственной системы связи (ВСС) за счет применения многоканальных SDR устройств и возможностей ретрансляции сигналов между узлами связи ВСС. В результате вероятность приема радиограммы повышается с 0,616 при традиционном одноканальном способе передачи до 0,968 при приеме по предложенному методу. Данный метод разработан автором в соавторстве и защищен патентом на изобретение [33].
Предложен метод передачи и приема адресных радиограмм в комплексах и узлах радиосвязи КВ диапазона и комплекс радиосвязи КВ диапазона, реализующий этот метод, позволяющие с помощью содержащейся в радиограмме служебной адресной последовательности двоичных символов, равномерно распределенных среди информационных символов радиограммы, производить обнаружение и коррекцию ошибочно принятых информационных символов радиограммы. Комплекс декаметровой радиосвязи [30], реализующий данный метод и сам метод [97] разработаны автором в соавторстве, и защищены патентами на изобретение. Теоретическая и практическая значимость работы определяется тем, что предложенные методы повышения эффективности могут рассматриваться как теоретическая основа при решении задач по модернизации систем КВ радиосвязи различных ведомств.
Практическая значимость работы подтверждается тем, что результаты проведенных исследований внедрены в рамках ОКР «МКТС-АФУ» и ОКР «Апробация», выполненных в АО «ОНИИП», что подтверждается Актом, представленным в диссертации в Приложении Б.
Методология и методы исследования. Поставленные задачи были решены с использованием методов теории радиосвязи, теории вероятностей, теории информации, теории передачи дискретных сообщений, интегрального исчисления и эмпирических методов (экспериментальное исследование, трассовые испытания). Моделирование рассматриваемых радиолиний проводилось при помощи программного обеспечения Propagation Wizard (программное обеспечение для моделирования Rohde&Schwarz).
Достоверность полученных результатов работы основана на апробированных методах исследования и научных положениях, корректном применении математического аппарата, полученной сопоставимостью новых результатов с известными теоретическими положениями, результатами экспериментальной проверки разработанных способов при эксплуатации комплексов радиосвязи, в которых применены разработанные решения, подтверждением достигнутых количественных и качественных показателей работы радиосредств с результатами моделирования.
Публикации по теме исследования. По теме диссертационного исследования опубликовано 9 печатных работ, в том числе три научные статьи в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, четыре патента на изобретение, отчет о НИР, доклады на ведомственных и Международных научно-технических конференциях.
Апробация результатов исследований. Результаты проведенных исследований прошли апробацию на круглых столах Международного военно- технического форума «Армия-2018, 2019 и 2020» в г. Москва; IV Международной научно – технической конференции «Радиотехника, электроника и связь» – 2017, 2021г., Омск; XXVII заседании научно-технического семинара «Перспективы развития науки и техники радиосвязи» (г. Омск 2020 г.), Научно-практической конференции по вопросу создания отечественных перспективных систем и средств связи» в рамках международного промышленного форума «Интеллект машин и механизмов» (г. Севастополь 2021 г.), а также на научных семинарах и заседаниях научно-технического совета АО «ОНИИП».
Соответствие паспорту специальности.
Диссертация соответствует областям исследований специальности 2.2.13. – «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения».
В диссертации проводится анализ и синтез новых радиотехнических устройств и систем, обеспечивающих улучшение характеристик точности, быстродействия и помехоустойчивости. С помощью методов цифровой обработки сигналов в системе, построенной на основе многоканальных радиоприемных устройств реализуется усовершенствованный алгоритм цифрового формирования диаграмм направленности фазированных антенных решеток, позволяющий существенно повысить помехозащищенность КВ системы связи. Разработанный метод передачи информации на основе ретрансляции адресных радиограмм позволяет при наличии сосредоточенных помех добиться повышения помехоустойчивости.
Научные положения, выносимые на защиту:
Метод многоканального радиоприема, применяемый в системе ДКМВ связи с цифровым формированием диаграмм направленностей ЦФАР и адаптацией количества приемных каналов к условиям распространения, реализуемый на территориально разнесенных узлах связи предлагаемой структуры, позволяющий в условиях отсутствия точных данных о геометрии радиолинии и невозможности точной калибровки сигналов, поступающих с антенных элементов, за счет предложенного адаптивного алгоритма диаграмообразования ЦФАР КВ диапазона [28,94,96] обеспечивать прием сигналов с требуемым качеством. Разработанный способ повышения помехоустойчивости пакетной передачи данных по КВ асимметричным радионаправлениям [33,98], основанный на возможностях современных многоканальных SDR РПУ и межузловой связи, временном разделении каналов и цифровом избирательном вызове позволяет повысить качество предоставляемых услуг связи до требуемого, за счет структурной адаптации системы с адаптивным изменением количества каналов приема (узлов связи, задействованных в информационном обмене).
Разработанный автором метод обнаружения служебной адресной последовательности (САП) двоичных символов, содержащихся в принимаемых радиограммах [97], на основе критерия максимума апостериорной вероятности, реализованный в приемных комплексах с предложенной синтезированной структурой [30] повышает помехоустойчивость приема адресных радиограмм [99].
Диссертация состоит из четырех глав.
В первой главе представлен анализ принципов построения современных действующих автоматизированных узлов радиосвязи (УРС) и комплексов связи коротковолнового диапазона, а также используемых антенн и антенно-фидерных устройств стационарных и мобильных УРС.
Вторая глава посвящена разработке метода многоканального приема с цифровым формированием диаграмм направленностей в узлах радиосвязи КВ диапазона. Приведена структура радиоприемного центра узла радиосвязи, реализующего предлагаемый метод. Произведена оценка эффективности узла радиосвязи, реализующего метод многоканального приема с цифровым формированием диаграмм направленностей. Предложено решение проблемы сужения диаграммы направленности адаптивного алгоритма цифрового формирования диаграммы направленности цифровой фазированной антенной решетки.
В третьей главе рассмотрены методы повышения эффективности вновь создаваемых и модернизируемых КВ одноузловых и расширенных многоузловых ведомственных систем связи специального гражданского (далее специального) и военного назначения при работе по асимметричным радионаправлениям. Разработан метод повышения эффективности, действующей КВ одноузловой ведомственной системы связи, работающей по асимметричным радионаправлениям, при ее модернизации. Проведена оценка эффективности предлагаемого метода модернизации, действующей одноузловой ВСС, работающей по асимметричным радионаправлениям.
В четвертой главе рассмотрены методы передачи и приема адресных радиограмм в комплексах и узлах радиосвязи КВ диапазона. Разработан метод передачи адресных радиограмм и разработана структура передающего комплекта комплекса КВ радиосвязи, реализующего этот метод. Разработан оптимальный алгоритм поиска служебной адресной последовательности (САП) принимаемых радиограмм. Разработан метод приема адресных радиограмм и разработана структура приемного комплекта комплекса КВ радиосвязи, реализующего этот метод. Разработан и проведен анализ метода повышения помехоустойчивости приема адресных радиограмм.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?

Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее

Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее

Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее

Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

Хочешь уникальную работу?

Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все

Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!

#Кандидатские #Магистерские

138 Выполненных работ

Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все

Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.

#Кандидатские #Магистерские

66 Выполненных работ

Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все

Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.

#Кандидатские #Магистерские

260 Выполненных работ

Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все

Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.

#Кандидатские #Магистерские

18 Выполненных работ

Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все

Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.

#Кандидатские #Магистерские

33 Выполненных работы

Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все

Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.

#Кандидатские #Магистерские

692 Выполненных работы

Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.

#Кандидатские #Магистерские

335 Выполненных работ

Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все

Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.

#Кандидатские #Магистерские

56 Выполненных работ

Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все

Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.

#Кандидатские #Магистерские

216 Выполненных работ