Устройство для определения оптимальных рабочих частот ионосферного радиоканала

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат состоит в возможности выбора участков частот ионосферного радиоканала с наименьшей вероятностью ошибки и наибольшей надежностью KB радиосвязи для различных видов сигнала. Для этого устройство содержит GPS приемник с антенной, блок временной синхронизации, радиоприемное устройство (РПУ) с приемной антенной, включающее усилитель высокой частоты, первый смеситель, генератор ЛЧМ сигнала, фильтр первой промежуточной частоты и усилитель первой промежуточной частоты, второй смеситель, гетеродин, фильтр второй промежуточной частоты и усилитель второй промежуточной частоты, в устройство дополнительно включены аналого-цифровой преобразователь второй промежуточной частоты и многопоточный вычислитель, предназначенный определять оптимальные рабочие частоты ионосферного радиоканала по данным наклонного зондирования путем обработки, расчета и выбора участков частот с наименьшей вероятностью ошибки и наибольшей надежностью KB радиосвязи. 6 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для оперативного определения оптимальных рабочих частот (ОРЧ) ионосферного радиоканала по данным наклонного зондирования ионосферы и может использоваться для обеспечения высоконадежной адаптивной KB радиосвязи посредством динамического управления частотным ресурсом радиолинии.

Несмотря на развитие спутниковых и волоконных линий связи, KB радиосвязь по-прежнему играет важную роль в решении различных прикладных задач. Ее преимущества заключаются в большой дальности действия, высокой мобильности, живучести и низкой стоимости по сравнению с другими видами связи. Основная проблема KB радиосвязи - это нестационарность ионосферного радиоканала, обусловленная в первую очередь воздействием различного рода возмущений естественного/искусственного происхождения и помехами, создаваемыми посторонними радиостанциями. Использование прогнозных моделей ионосферного KB канала не обеспечивает необходимого качества радиосвязи, особенно на радиолиниях в высоких широтах, где отсутствуют модели, адекватно описывающие состояние ионосферы, тем более в возмущенных условиях. Для управления частотным ресурсом радиолинии в условиях нестационарности канала необходимо постоянно осуществлять мониторинг текущей ионосферной обстановки и контроль загруженности канала уровнем помех. По результатам диагностики ионосферного канала можно определить оптимальные частотно-временные интервалы по уровню сигнал/помеха, замираниям (многолучевости), вероятности ошибки для обеспечения высокой надежности связи. Ключевыми характеристиками ионосферного радиоканала, оперативные данные о которых необходимы для согласования узкополосных и широкополосных систем связи с каналом передачи информации, являются: отношение сигнал/помеха, коэффициент мутности ионосферы (отношение мощностей регулярной и флуктуационной компонент сигнала), диапазон задержек по лучам (многолучевость канала), частотная дисперсия (dτ/df), характеризующая зависимость времени группового распространения радиосигнала (τ) на трассе от частоты (f). Использование указанных параметров позволяет осуществлять адаптацию систем KB радиосвязи по частоте, мощности передатчика, скорости передачи информации, виду радиосигнала и способу его обработки для обеспечения требуемой надежности радиосвязи.

Известны способы и устройства (RU 2010429, RU 1838880, RU 2001529), которые оценивают состояние радиоканалов посредством измерения и сравнения ограниченного числа параметров (уровень помех и прохождение тестового сигнала), что, однако, не обеспечивает комплексной адаптации системы связи к текущему состоянию ионосферы и, как следствие, не приводит к заметному повышению надежности связи, особенно в условиях повышенной магнитно-ионосферной возмущенности. Кроме этого, известные способы и устройства имеют существенный недостаток, а именно, они не осуществляют измерение дистанционно-частотной характеристики (ДЧХ) радиолиний. Это ограничивает их стратегические возможности при принятии решения об изменении параметров системы связи в условиях быстрого и значительного изменения ионосферной обстановки, например, во время магнитных бурь, когда возникают аномальные каналы распространения («боковое» распространение посредством рассеяния на интенсивных неоднородностях, волноводное распространение). При этом выбранная частота за короткое время может «перейти» либо в диапазон многолучевости, либо вообще «уйти» из диапазона прохождения, т.е. канал связи будет неустойчивым. Это будет приводить к ухудшению качества связи и необходимости повторного опроса путем перебора частот для определения наилучшей частоты связи, что в свою очередь приводит к необходимости вскрытия канала связи, облегчая тем самым перехват информации и подавление работы системы связи.

Наиболее близким аналогом является устройство (RU 2223601) для определения помехоустойчивых каналов KB связи. Однако известное устройство не позволяет определять ключевой параметр ионосферного канала - коэффициент мутности (отношение мощностей регулярной и флуктуационной компонент сигнала) без изменения состава аппаратно-программного комплекса, которое бы приводило к достижению максимально возможной надежности KB радиосвязи.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение высоконадежной адаптивной KB радиосвязи.

Данная задача решается с помощью технического результата, заключающегося в увеличении достоверности определения оптимальных рабочих частот ионосферного радиоканала.

Предлагаемое устройство позволяет определять оптимальные рабочие частоты ионосферного радиоканала при помощи специально разработанного алгоритма спектральной обработки разностного сигнала наклонного ЛЧМ зондирования, выделяющего зеркальную и рассеянную компоненты сигнала, прошедшего ионосферный радиоканал, и расчета на этой основе вероятности ошибки и надежности связи во всем частотном диапазоне прохождения радиоволн на данной радиолинии и выбора участков частот с наименьшей вероятностью ошибки и наибольшей надежностью KB радиосвязи для различных видов сигнала.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве, содержащем GPS приемник с антенной, блок временной синхронизации, первый вход которого подключен к выходу GPS приемника, радиоприемное устройства (РПУ) с приемной антенной, в качестве РПУ использовано приемное устройство, которое включает усилитель высокой частоты, первый смеситель, первый вход которого подключен к выходу усилителя высокой частоты, генератор линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала, выход которого подключен ко второму входу первого смесителя, а первый вход генератора ЛЧМ сигнала подключен к первому выходу блока временной синхронизации, фильтр первой промежуточной частоты и усилитель первой промежуточной частоты, последовательно включенные на выходе первого смесителя, второй смеситель, первый вход которого подключен к выходу усилителя первой промежуточной частоты, гетеродин, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя, фильтр второй промежуточной частоты и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно включенные на выходе второго смесителя, кроме этого в устройство дополнительно включены аналого-цифровой преобразователь второй промежуточной частоты и многопоточный вычислитель, предназначенный определять оптимальные рабочие частоты ионосферного радиоканала по данным наклонного зондирования путем обработки, расчета и выбора участков частот с наименьшей вероятностью ошибки и наибольшей надежностью KB радиосвязи, при этом выход усилителя второй промежуточной частоты подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя второй промежуточной частоты, второй вход которого подключен ко второму выходу блока временной синхронизации, а выход аналого-цифрового преобразователя второй промежуточной частоты подключен к входу многопоточного вычислителя, первый выход которого подключен ко второму входу блока временной синхронизации, а второй выход многопоточного вычислителя подключен ко второму входу генератора ЛЧМ сигнала.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства. Устройство включает антенну GPS 1, подключенную к GPS приемнику 2, блок временной синхронизации 3, первый вход которого подключен к выходу GPS приемника 2, приемную антенну 4, подключенную к приемному устройству 5 (обведено на фиг.1 пунктирной линией), которое включает усилитель высокой частоты 6, первый смеситель 7, первый вход которого подключен к выходу усилителя высокой частоты 6, генератор ЛЧМ сигнала 8, выход которого подключен ко второму входу первого смесителя 7, а первый вход генератора ЛЧМ сигналов 8 подключен к первому выходу блока временной синхронизации 3, фильтр первой промежуточной частоты (ФПЧ1) 9 и усилитель первой промежуточной частоты (УПЧ1) 10, последовательно включенные на выходе первого смесителя 7, второй смеситель 11, первый вход которого подключен к выходу усилителя первой промежуточной частоты 10, гетеродин 12, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя 11, фильтр второй промежуточной частоты (ФПЧ2) 13 и усилитель второй промежуточной частоты (УПЧ2) 14, последовательно включенные на выходе второго смесителя 11. Кроме этого в устройство дополнительно включены аналого-цифровой преобразователь второй промежуточной частоты (АЦП) 15 и многопоточный вычислитель 16 (обведен на фиг.1 штрихпунктирной линией), предназначенный вычислять оптимальные рабочие частоты ионосферного радиоканала путем выбора участков частот с наименьшей вероятностью ошибки и наибольшей надежностью KB радиосвязи. Многопоточный вычислитель 16 содержит блок получения квадратурных компонент разностного сигнала 17, вход которого подключен к выходу АЦП 15, блок оценки спектральной плотности мощности (СПМ) сигнала и шума многооконным методом (МТМ-методом) в широкой и узкой полосах, обнаружения лучей, определения их числа n, амплитуд α_j, задержек τ_j, коэффициента мутности β 18, вход которого соединен с выходом блока 17, блок очистки ионограмм, выделения частотных ветвей и формирования зависимостей α_j(f), τ_j(f), σ_N(f), c/ш_N(f), βj(f), определения наименьших наблюдаемых частот (ННЧ), максимальных наблюдаемых частот (МНЧ), интервалов многолучевости, определения на контролируемых частотах количества лучей, интервалов временного рассеяния, полосы когерентности, среднеквадратичного отклонения отношения с/ш σ, оценки надежности связи 19, вход которого соединен с выходом блока 18, блок формирования и отображения выходной информации 20, первый вход которого соединен с выходом блока 19, пользовательский интерфейс 21, первый выход которого соединен со вторым входом блока формирования и отображения выходной информации 20, второй выход пользовательского интерфейса 21 подключен ко второму входу блока временной синхронизации 3, а третий выход пользовательского интерфейса 21 многопоточного вычислителя 16 подключен ко второму входу генератора ЛЧМ сигналов 8.

Рассмотрим работу устройства и функциональное назначение отдельных блоков, обеспечивающих решение основной задачи изобретения - определение оптимальных рабочих частот KB радиосвязи по данным наклонного ЛЧМ зондирования ионосферы.

Сигнал ЛЧМ передатчика принимается антенной 4 и с выхода антенны поступает на вход УВЧ 6 приемника 5, предназначенного для селекции и усиления сигналов высокой частоты (УВЧ) в диапазоне от 3 до 30 МГц, с выхода УВЧ 6 сигнал поступает на первый вход первого смесителя 7, на второй вход которого поступает сигнал от генератора, функции которого выполняет синтезатор линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала 8. С выхода первого смесителя 7 разностный сигнал (f_ген-f_прин) первой промежуточной частоты (ПЧ) поступает на вход фильтра 1-й ПЧ 9, с выхода которого сигнал поступает на вход усилителя 1-й ПЧ 10, с выхода которого сигнал поступает на первый вход 2-го смесителя 11, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина 12. С выхода 2-го смесителя 11 сигнал 2-й промежуточной частоты поступает на вход фильтра 2-й ПЧ 13, с выхода которого сигнал поступает на вход усилителя 2-й ПЧ 14, с выхода которого разностный сигнал поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15.

Временная синхронизация генератора ЛЧМ сигнала 8 и АЦП 15 с работой удаленного ЛЧМ передатчика осуществляется с помощью блока временной синхронизации 3. Блок состоит из программируемых аппаратных часов, которые в нужный, запрограммированный с помощью пользовательского интерфейса 21, момент времени выдают стартовый импульс. По этому импульсу одновременно запускается генератор ЛЧМ сигнала 8 и одноканальный АЦП 15 на преобразования разностного сигнала.

Точная привязка аппаратных часов к мировому времени осуществляется с помощью стандартного GPS-приемника 2.

GPS-приемник точной временной синхронизации подключен к собственной антенне 1.

Управление комплексом приема и обработки результатов ЛЧМ зондирования осуществляется с помощью пользовательского интерфейса 21 многопоточного вычислителя 16. Задачи этого блока состоят в программировании аппаратных часов точной временной синхронизации 3, программировании режима работы генератора ЛЧМ сигналов 8 и управлении блоком формирования и отображения выходной информации 20.

Обработка оцифрованного разностного сигнала осуществляется многопоточным вычислителем 16. Принимаемый разностный сигнал, сформированный в приемнике по второй промежуточной частоте (ПЧ) на выходе УПЧ2 14 оцифровывается АЦП 15 с частотой дискретизации f_d, которая выбирается в зависимости от номинала ПЧ. Обработка разностного сигнала по ПЧ имеет ряд преимуществ:

- исключаются источники погрешностей измерений и помех, связанные с дополнительными аппаратными преобразованиями и процессом детектирования;

- появляется возможность получения квадратурных компонент разностного сигнала цифровыми методами без дополнительных аппаратных блоков (фазовращателей);

- исключается зависимость процедур оцифровки и обработки от параметров аппаратных НЧ фильтров РПУ.

Все дальнейшие преобразования оцифрованного разностного сигнала осуществляются в памяти многопоточного вычислительного устройства 16.

В блоке 17 цифровой сигнал подвергается операциям переноса на нулевую частоту с получением квадратурных компонент, низкочастотной фильтрации и децимации. Квадратурные компоненты низкочастотного комплексного сигнала получаются умножением на косинус (реальная квадратурная компонента Re(t)) и синус (мнимая квадратурная компонента Im(t)) модельного сигнала единичной амплитуды с частотой, равной подмененной ПЧ. После низкочастотной фильтрации цифровым фильтром с полосой пропускания, которая выбирается из соображений требуемого диапазона обзора временных задержек, выполняется процедура понижения частоты дискретизации (децимация). Процедуры оцифровки, фильтрации, выделения квадратур сигнала и децимации построены таким образом, что вся обработка осуществляется автоматически в реальном масштабе времени в отдельном потоке многопоточного вычислителя и позволяет получать непрерывный комплексный разностный сигнал неограниченной протяженности по времени. Как следствие, квадратурные компоненты оцифрованного разностного сигнала обрабатываются в реальном масштабе времени двумя потоками. Один поток предназначен для обработки цифрового комплексного разностного сигнала в широкой полосе с разделением на отдельные моды и лучи распространения, оценкой их информационных параметров. Второй поток обработки предназначен для получения информационных параметров в узкой полосе. Все три потока (один - получение комплексного разностного сигнала и два потока обработки в узкой и широкой полосах) работают синхронно и параллельно в памяти многопоточного вычислительного устройства. В результате выполнения процедур оцифровки, фильтрации, выделения квадратур сигнала и децимации разностного сигнала на выходе блока 17 получается дискретизированный по времени комплексный низкочастотный сигнал (дискретная комплексная огибающая разностного сигнала), который поступает на вход блока 18 для оценки спектральной плотности мощности (СПМ) разностного сигнала.

Для оценки спектральной плотности мощности (СПМ) разностного сигнала в широкой полосе выбран многооконный метод спектрального анализа, осуществляемый в блоке 18. Основными преимуществами этого способа оценки СПМ являются: детерминированный выбор спектральных окон, способность работать с короткими временными выборками, дисперсионный анализ дискретных компонент, высокое спектральное разрешение. Многооконный метод спектрального анализа разностных сигналов, отраженных от ионосферы, позволяет достичь высокого спектрального разрешения по частоте; на основе формального статистического критерия обнаружить дискретные (зеркальные) составляющие сигнала; получить значения комплексных амплитуд зеркальных компонент сигнала; в отличие от прототипа выделить СПМ рассеянной (непрерывной) компоненты сигнала и оценить ее энергию; вычислить коэффициент мутности ионосферы (отношение энергии зеркальной компоненты к энергии рассеянной компоненты β²); определить задержку парциальных зеркальных компонент сигнала. Многооконный метод спектрального оценивания позволяет дополнительно в реальном масштабе времени вычислить СПМ шумов и отношение мощности сигнала к мощности шума в полосе, согласованной с сигналом. Последние две величины определяются гистограммным методом в предположении, что полоса частот спектрального анализа много больше полосы принимаемого сигнала. Это условие всегда реализуется при спектральной обработке разностного сигнала, так как полезный разностный сигнал априорно является узкополосным. Для этого численно по децибельной шкале строится гистограмма уровней СПМ в полосе пропускания ЛЧМ приемника, максимум которой соответствует вероятному значению спектральной плотности шумов 101 g () за время съема информации. Полоса сигнала Δf, которая определяет диапазон временного рассеяния Δτ, находится по уровню ε=95% от полной энергии сигнала в полосе ЛЧМ приемника. Значение энергии шумов в полосе, согласованной с сигналом, находится произведением вероятного уровня СПМ шумов на Δf. После этого определяется отношение мощности сигнала к мощности шума.

Для получения цифрового изображения ионограммы последовательность оценок СПМ для различных моментов времени (фактически для различных частот) отображается на двумерной плоскости в координатах частота-временная задержка. По оси абсцисс откладывается частота f=µ₀t, где t - время от начала зондирования, µ₀ - скорость перестройки частоты. По оси ординат откладывается абсолютная временная задержка , где Т - ширина временного окна спектрального анализа, n - дискретная частота, τ_shift - заданная временная задержка ЛЧМ синтезатора частоты. Как следствие, предложенный метод применительно к анализу разностного сигнала позволяет осуществлять автоматическое обнаружение гармонических составляющих в спектре разностного сигнала и оценивать их параметры, разделять дискретные и непрерывные части СПМ сигнала. Энергетические параметры отдельных лучей вычисляются в реальном масштабе времени и отображаются в координатах амплитуда-частота одновременно с бинарным изображением ионограммы.

На выходе блока 18 получаются цифровые ряды значений комплексных амплитуд зеркальных компонент сигнала, рассеянной (непрерывной) компоненты сигнала, коэффициента мутности ионосферы (отношение энергии зеркальной компоненты к энергии рассеянной β²), СПМ шумов и отношение мощности сигнала к мощности шума в полосе, согласованной с сигналом, задержки парциальных зеркальных компонент сигнала. Эти данные поступают на вход блока 19, где происходит очистка ионограмм и расчет параметров, необходимых для оценки вероятности ошибки и надежности связи для определения оптимальных рабочих частот ионосферного радиоканала.

На фиг.2 приведены дистанционно-частотная характеристика (а) и амплитудно-частотная характеристика отдельных мод сигнала (б).

Очистка цифрового изображения ионограммы осуществляется в реальном масштабе времени в процессе ее построения в блоке 19. При этом используется адаптивный пороговый критерий по отношению сигнал-шум в полосе элементарного фильтра цифрового анализа (δf=1/Т). В процессе построения цифрового изображения берется выборка сигнала длительностью Т. Соответствующая полоса принимаемого за время Т ЛЧМ сигнала равна µ₀T. По этой выборке оцениваются СПМ разностного сигнала и текущее значение спектральной плотности помех в широкой полосе гистограммным методом. В реальном масштабе времени одновременно с процессом получения параметров лучей по оценкам СПМ выполняется процедура формирования лучей и мод распространения. При этом осуществляется окончательная очистка частотных характеристик от шумов. Лучи и моды распространения формируются на основе сравнения точек в многомерном пространстве частота-задержка-амплитуда. При этом каждая точка, которая первоначально отождествлена с каким-то лучом распространения, характеризуется тремя координатами: f_j - частота, τ_jl - задержка, a_jl - амплитуда соответственно l-го луча на j-й частоте. Количество лучей - n_j и их координаты в трехмерном пространстве определяются в процессе спектральной обработки разностного сигнала.

На фиг.3 показана очищенная от помех ионограмма ЛЧМ зондирования, соответствующая экспериментальной ионограмме, приведенной на фиг.2; фиг.3а - дистанционно-частотная характеристика, фиг.3б - амплитудно-частотная характеристика отдельных мод сигнала.

После формирования частотных ветвей осуществляется процедура вторичной обработки, в процессе которой находятся области существования, ограниченные наименьшей (ННЧ) и максимальной (МНЧ) наблюдаемыми частотами для каждой из ветвей. Совокупность этих областей для всех частотных ветвей позволяет определить интервалы многолучевости - частотные интервалы, на которых существует только один луч, два луча, три луча и т.д. Из МНЧ всех лучей определяется МНЧ трассы как максимальная частота из всех наблюдаемых. По наименьшим частотам всех частотных ветвей определяется ННЧ трассы как минимальная частота из всех наблюдаемых.

В процессе зондирования для решения задач диагностики ионосферного радиоканала предусмотрена возможность определения в реальном времени параметров радиоканала на фиксированных контролируемых частотах. На контролируемых частотах вычисляются следующие величины: количество лучей, формирующих суммарное поле в точке приема, интервалы временного рассеяния, отношения сигнал/шум в узкой и широкой полосах, полосы когерентности канала, амплитуды и задержки доминирующих лучей, вероятность ошибки связи, надежность связи. Интервал временного рассеяния при многолучевой ситуации находится как разница между максимальной и минимальной из задержек лучей, формирующих суммарное поле в точке приема. При этом используется значение защитного коэффициента, смысл которого состоит в том, что при определении интервала временного рассеяния используются только те лучи, амплитуды которых отличаются от амплитуды доминирующего луча не более чем на заданную величину (защитный коэффициент). Защитный коэффициент задается в децибелах. Для однолучевого канала интервал временного рассеяния полагается равным ширине спектральной линии, соответствующей данному лучу. Полученные в результате описанной выше процедуры отдельные частотные ветви используются для оценки полосы когерентности по формуле на любой контролируемой частоте f. При этом производная dτ/df для каждой частотной ветви определяется на основе аппроксимации функции τ₁(f) по методу наименьших квадратов в окрестности контролируемой частоты f линейной зависимостью.

В данном устройстве критерий выбора ОРЧ основан на функциональной связи между вероятностью битовой ошибки, усредненной по случайным параметрам канала, и характеристиками канала передачи информации для различных видов сигналов. При этом под оптимальными рабочими частотами подразумеваются частоты канала связи, при передаче информации на которых вероятность битовой ошибки будет меньше допустимого уровня, а надежность связи выше требуемого значения.

Расчет вероятности ошибки и надежности связи находится по следующим правилам. В отличии от прототипа, где априори принимается релеевский канал, предлагаемое устройство позволяет определять ОРЧ канала связи для сигналов с различной статистикой замираний, в том числе для наиболее распространенного в ионосфере квазирелеевского канала, когда присутствует и зеркальная, и рассеянная компоненты сигнала. Для квазирелеевского канала вероятность битовой ошибки рассчитывается по формуле:

где β² - коэффициент мутности ионосферы (отношение мощностей регулярной и флуктуационной компонент сигнала), h² - отношение мощностей сигнал/шум.

Для широкополосных сигналов при некогерентном приеме с некогерентным сложением лучей вероятность ошибки рассчитывается по формуле:

,

где N - число лучей, p_i - вероятность битовой ошибки для i-го луча.

Затем рассчитывается надежность связи, имеющая смысл вероятности того, что вероятность ошибки не превышает заданный порог р_доп. Эта величина выражается через интеграл вероятности

,

где

.

Здесь z_доп=101gh² _доп - допустимое значение отношение мощности сигнала к мощности помехи, соответствующее допустимой вероятности ошибки р_доп, z=z(f)=101gh²(f) - измеренное значение отношение мощности сигнала к мощности помехи, z_дoп и z выражаются в децибелах, - среднеквадратичное отклонение отношения сигнал/помеха, выраженное в децибелах. Последняя величина находится по экспериментальным данным в окрестности контролируемой частоты.

С выхода блока 19 цифровые ряды значений, несущие информацию о всех характеристиках ионосферного радиоканала поступают на первый вход блока формирования и отображения данных 20, на второй вход которого поступает информация с третьего выхода пользовательского интерфейса 21. В блоке 20 происходит накопление и визуализация данных, построение графиков, таблиц по командам, поступаемым с блока 21.

Для проверки работоспособности предлагаемого устройства в качестве приемного устройства было применено радиоприемное устройство Р-399А, у которого разностный сигнал снимался с выхода второй промежуточной частоты, в котором первая промежуточная частота f_пч1=34785 кГц, вторая промежуточная частота f_пч2=215 кГц.

В качестве блока временной синхронизации применен модуль GPS приемника типа Lassen SKII.

В качестве аналого-цифрового преобразователя промежуточной частоты применен внешний модуль четырнадцати разрядного АЦП типа Е-440.

На фиг.4 в виде Таблицы 1 приведены результаты работы устройства на трассе Кипр (мощность передатчика 100 Вт) - Ростов-на-Дону применительно к определению оптимальных рабочих частот для различных систем связи с отображением ключевых параметров ионосферной радиолинии, которыми являются:

f - частота зондирования;

N - число дискретных лучей;

Δτ - интервал временного рассеяния;

- отношение мощности сигнала к мощности шума для узкополосных систем связи;

- отношение мощности сигнала к мощности шума для широкополосных систем связи с учетом некогерентного сложения лучей;

σ_с/ш - дисперсия отношения мощности сигнала к мощности шума;

- допустимое значение отношения мощности сигнала к мощности шума для допустимой вероятности ошибки р_ош.доп=3·10^-3;

ПК - полоса когерентности KB радиоканала;

τ - задержка для доминирующего по мощности луча;

β² - отношение мощностей регулярной и флуктуационной компонент сигнала (коэффициент мутности ионосферы);

р₁ - вероятность ошибки для узкополосных систем связи для многолучевого канала;

F₁ - надежность радиосвязи для узкополосного канала при вероятности допустимой ошибки р_ош.доп=3·10^-3;

р₂ - вероятность ошибки для широкополосных систем связи для многолучевого канала;

F₂ - надежность радиосвязи для узкополосного канала при вероятности допустимой ошибки р_ош.доп=3·10^-3.

Из данных Таблицы 1 можно выбрать частоту, которая соответствует требуемой надежности связи на данной радиолинии для текущего момента времени как для узкополосных, так и для широкополосных систем связи. Эти данные формируются после каждого цикла зондирования в реальном времени, например каждые 5 минут, в зависимости от режима работы и могут использоваться для определения оптимальных рабочих частот связной радиолинии при изменении текущей ионосферной обстановки. Например, если для данного сеанса взять порог надежности F_пop=0.9, то, как следует из таблицы 1, оптимальными рабочими частотами для узкополосной системы связи будут частоты: 11.2, 12.4 и 14.4 МГц, а для широкополосной системы связи оптимальными рабочими частотами будут частоты: 8.0, 8.4, 8.8, 9.2, 9.6, 10.0, 10.8, 11.2, 11.6, 12.0, 12.4, 12.8, 13.2, 14.0, 14.4, 14.8, 15.2 МГц, для которых надежность связи F>F_пop=0.9.

На фиг.5а, 5б для 14.12.2006 г. показаны результаты работы устройства на трассе Кипр - Ростов-на-Дону в течение суток по оценке надежности связи F для узкополосного (фиг.5а) и широкополосного (фиг.5б) многолучевого канала для мощности связного передатчика 100 Вт и допустимой вероятности битовой ошибки р_доп=3·10^-3, на основе которых определяются оптимальные рабочие частоты связной радиолинии с заданной надежностью для данного времени суток для различных видов связных сигналов.

Устройство для определения оптимальных рабочих частот ионосферного радиоканала, содержащее GPS приемник с антенной, блок временной синхронизации, первый вход которого подключен к выходу GPS приемника, радиоприемное устройства (РПУ) с приемной антенной, отличающееся тем, что в качестве РПУ использовано приемное устройство, которое включает усилитель высокой частоты, первый смеситель, первый вход которого подключен к выходу усилителя высокой частоты, генератор ЛЧМ сигнала, выход которого подключен ко второму входу первого смесителя, а первый вход генератора ЛЧМ сигнала подключен к первому выходу блока временной синхронизации, фильтр первой промежуточной частоты и усилитель первой промежуточной частоты, последовательно включенные на выходе первого смесителя, второй смеситель, первый вход которого подключен к выходу усилителя первой промежуточной частоты, гетеродин, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя, фильтр второй промежуточной частоты и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно включенные на выходе второго смесителя, кроме этого в устройство дополнительно включены аналого-цифровой преобразователь второй промежуточной частоты и многопоточный вычислитель, предназначенный определять оптимальные рабочие частоты ионосферного радиоканала по данным наклонного зондирования путем обработки, расчета и выбора участков частот с наименьшей вероятностью ошибки и наибольшей надежностью KB радиосвязи, при этом выход усилителя второй промежуточной частоты подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя второй промежуточной частоты, второй вход которого подключен ко второму выходу блока временной синхронизации, а выход аналого-цифрового преобразователя второй промежуточной частоты подключен к входу многопоточного вычислителя, первый выход которого подключен ко второму входу блока временной синхронизации, а второй выход многопоточного вычислителя подключен ко второму входу генератора ЛЧМ сигнала.