Способ грубой юстировки антенн радиорелейных станций
Владельцы патента RU 2340987:
Иркутский государственный лингвистический университет (RU)
Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к способу грубой юстировки антенных систем при прокладке трасс радиорелейных станций. Технический результат заключается в упрощении настройки. Ориентацию антенн осуществляют с помощью бытового GPS-приемника с интегрированным барометрическим альтиметром, определяют сначала местоположение и высоту первой точки и заносят данные в память прибора, затем определяют местоположение и высоту второй точки и, используя функцию поиска обратного пути по стрелке прибора, ориентируют антенну по азимуту в горизонтальной плоскости, для ориентации антенны в вертикальной плоскости угол места β рассчитывают по формуле β=arctg(h1-h2)/l, где h1 - высота первой точки, h2 - высота второй точки, l - расстояние между точками, после чего по той же схеме производят ориентацию антенны по углу и азимуту в первой точке. 4 ил.
Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к способу грубой юстировки антенных систем при прокладке трасс радиорелейных станций. Технический результат заключается в упрощении настройки.
Известны способы юстировки для различной протяженности трассы. Первый при большой протяженности (30-50 км) заключается в детальном изучении топографических карт с последующей привязкой к местности. Привязка производится на основе ближайших триангуляционных пунктов, от которых производится съемка местности оптическими геодезическими приборами.
1. Радиорелейная станция Р404М. Техническое описание.
2. Аппаратура цифровых радиорелейных станций МИК-РЛ7...18Р и МИК-РЛ23...40Р. Техническое описание. НПФ «Микран» г.Томск.
3. Радиорелейные и спутниковые системы передачи. Под редакцией А.С.Немировского. М. «Радио и связь». 1986.
Второй способ при небольших расстояниях (5-15 км) - настройку производят «на глаз».
1. Оборудование эфирно-кабельного телевидения MVDS РРС-42/40. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. КПП «ДОК» г.Санкт-Петербург.
2. Кабо И., Стыцько В. Применение микроволновых радиорелейных станций для организации ТВ-репортажей с места событий: Мультимедиа журнал on-line 625-net / Издательство «625». - 2001, №8.
Во всех источниках слабо описана юстировка антенных систем на этапе первоначального поиска. Внимание уделяется точной настройке, когда есть приемный сигнал. Так, в радиорелейных станциях МИК-РЛ7...18Р и МИК-РЛ23...40Р задействован специальный канал служебной телефонной связи, и точная юстировка антенны производится по уровню приемного сигнала.
Недостатки известных способов: при большой протяженности трассы (30-50 км) для точной привязки к местности на основании топографических карт необходимо знать положение ближайших к точкам приемо-передачи триангуляционных пунктов. От них затем производят съемку местности оптическими геодезическими приборами и определяют направленность антенны по азимуту. Настройку угла местоположения осуществляют на основании расчета по данным топографических карт и высотам антенных мачт. Все это требует значительных временных и рабочих ресурсов. Кроме того, значительное влияние могут оказать ошибки карт и не точно установленные триангуляционные пункты. Работа с оптическими геодезическими приборами требует определенной квалификации персонала.
При небольших расстояниях (5-15 км) настройка «на глаз» возможна только в условиях хорошей видимости, на которую оказывают влияние неблагоприятные погодные условия (дождь, снег, туман).
Сходное решение с использованием навигационного прибора для ориентации антенн реализовано компанией KVH Industries, Inc. в мобильных системах спутникового телевидения TracVision [KVH Trac Vision G4/G6/G8. Техническое описание]. Антенны систем комплектуются дополнительным внешним электронным магнитным гиростабилизированным компасом GyroTrac. Наличие компаса в комплекте позволяет ускорить первоначальный («холодный») поиск запрограммированного спутника, а в процессе эксплуатации с его помощью осуществляется переориентация антенны на другой спутник из записанной библиотеки. Однако данный способ для юстировки антенных систем при прокладке трасс радиорелейных станций имеет следующие недостатки:
1. Ориентацию антенны можно осуществить только в случае заранее известного азимутального направления. (Телевизионные спутники находятся на геостационарных орбитах и «висят» над экватором, т.е. их азимутальное положение заранее известно.) В нашем же случае азимутальное направление необходимо определить.
2. Не учитываются требования к точности грубой ориентации из-за относительно большой ширины диаграммы направленности передающих антенн спутников.
3. Не предусмотрена настройка по углу места, что также связано с относительно большой шириной диаграммы направленности передающих антенн спутников.
4. Требуется гиростабилизация, так как антенные системы расположены на мобильных объектах. (В случае юстировки антенн радиорелейных станций нет необходимости в гиростабилизации ввиду стационарности последних, что упрощает процесс.)
Цель изобретения - упрощение юстировки антенных систем при прокладке трасс радиорелейных станций.
Указанную цель достигают тем, что юстировку осуществляют с помощью бытового спутникового навигационного приемника (GPS-приемника) со встроенным барометрическим альтиметром (типа Garmin e-Trex Vista, Garmin e-Trex Summit, Garmin GPSMAP 76/60 CS и т.д.).
Современные радиорелейные линии передачи сигналов работают в сантиметровом и дециметровом диапазонах. Волны сантиметрового и дециметрового диапазонов почти не огибают препятствий (строения, складки местности) и кривизну земной поверхности и могут распространяться в зоне прямой (оптической) видимости. Энергия в дециметровом диапазоне при применении направленных антенн распространяется очень узким пучком, т.е. имеет место направленная передача. Главную трудность представляет грубая юстировка антенных систем трассы точка-точка до появления принимаемого сигнала. Ширина диаграмм направленности (ДН) антенн ограничивается 1-4°. Поэтому ставится задача сориентировать главные лепестки ДН антенн как в азимутальной, так и в угловой плоскостях (фиг.1).
При настройке трассы связи точка-точка с помощью GPS-приемника определяют сначала местоположение и высоту одной точки и заносят данные в память прибора. Затем определяют местоположение и высоту второй точки и, используя функцию поиска обратного пути (TrackBack) по стрелке прибора, ориентируют антенну по азимуту в горизонтальной плоскости.
Угол места определяют расчетным путем на основании полученных данных о высотах над уровнем моря обеих точек и расстояния между точками (все данные снимают из показаний вышеназванного прибора). Угол места β равен арктангенсу отношения разности высот h1-h2 к расстоянию между точками l (см. фиг.2):
где h1 - высота первой точки,
h2 - высота второй точки,
h1-h2 - разность высот,
l - расстояние между точками,
β - угол места.
Затем по той же схеме производят ориентацию антенны в первой точке.
По паспортным данным точность определения координат точки на местности GPS-приемником составляет ±15 м. Соответственно, положение обеих точек будет определено с погрешностью. Оценим границу абсолютной погрешности азимутального направления. Истинное положение точки А будет находиться в круге с радиусом 15 м (см. фиг.3), если положение точки Б определено точно, то максимальная ошибка по азимуту составит ±Δϕ. В нашем случае местоопределение второй точки осуществляют с точно такой же инструментальной погрешностью. Следовательно, будет иметь место ситуация, изображенная на фиг.4. Истинное положение точки Б также будет находиться в круге с радиусом 15 м.
Максимальная погрешность по азимуту будет в случае, если точка А будет иметь положение, соответствующее 1, а точка Б - 2. Численно погрешность будет равняться Δα, которую можно вычислить, как:
где 30 - это удвоенный радиус окружности ошибки точности GPS-измерений в метрах,
30000 - расстояние между РРС, м.
Вычислив (2), получим Δα=0,001 радиан (0,057°). Ширина ДН антенн значительно больше: 1°-4° ˜0,0175-0,0699 радиан.
Для точного определения высоты барометрический альтиметр, встроенный в прибор, требует калибровки. В нашем случае нам не требуется точное определение высот, достаточно их определить с одинаковой погрешностью, так как в расчете угла участвует разность высот.
Точность измерения высоты GPS-приемником составляет ±3 м, границу абсолютной погрешности по углу места можно оценить по формуле:
откуда получаем:
Граница абсолютной погрешности для разности высот 1000 м составит 0,000216426 радиан (0,0124°), что значительно меньше, чем по азимуту. При меньшей разности высот погрешность уменьшается.
Исходя из этого делаем вывод, что инструментальной точности GPS-приемника достаточно для грубой юстировки направленных антенн РРС. Главный лепесток ДН одной антенны попадет в зону действия главного лепестка ДН другой антенны. Точная же юстировка антенн в пространстве производится традиционно, по максимуму принимаемого сигнала.
При малых расстояниях трассы радиорелейной связи точность ориентации антенн уменьшается, но остается достаточной, для того чтобы станции «увидели» друг друга после грубой юстировки. Так, для расстояния 5 км по азимуту погрешность составляет 0,006 радиан (0,3438°), по углу места - 0,00173 радиана (0,099°).
Отличительной особенностью изобретения является использование в качестве основного инструмента для грубой юстировки антенн РРС бытового GPS-приемника с интегрированным барометрическим альтиметром.
Преимущество заявляемого способа заключается в простоте и надежности, для его реализации требуется меньшее количество персонала, отсутствует необходимость в специальной квалификации, сокращается время проведения работ. Протяженность трассы и погодные условия не усложняют проведение работ. В силу этого сокращаются материальные затраты на прокладку радиорелейной трассы.
Способ грубой юстировки антенн радиорелейных станций при прокладке линий связи, отличающийся тем, что ориентация антенн осуществляется с помощью бытового GPS-приемника с интегрированным барометрическим альтиметром, определяют сначала местоположение и высоту первой точки и заносят данные в память прибора, затем определяют местоположение и высоту второй точки и, используя функцию поиска обратного пути по стрелке прибора, ориентируют антенну по азимуту в горизонтальной плоскости, для ориентации антенны в вертикальной плоскости угол места β рассчитывают по формуле β=arctg(h1-h2)/l, где h1 - высота первой точки, h2 - высота второй точки, l - расстояние между точками, после чего по той же схеме производят ориентацию антенны по углу и азимуту в первой точке.
